автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение прочности прессовых соединений за счет использования явления схватывания при ультразвуковой запрессовке зубков шарошек буровых долот

На правах рукописи

005045571

АНКУДИНОВ Дмитрий Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРЕССОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЯВЛЕНИЯ СХВАТЫВАНИЯ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЗАПРЕССОВКЕ ЗУБКОВ ШАРОШЕК БУРОВЫХ ДОЛОТ

05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 7 ИЮН 2012

Самара-2012

005045571

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» на кафедре «Автоматизация производств и управление транспортными системами»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

БЛТИЩЕВА Оксана Михайловна

Официальные оппоненты: КИСЕЛЁВ Евгений Степанович

доктор технических наук, профессор, ^ профессор кафедры «Технология машинострое-

ния» ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет»

ГОЛОВКИН Валерий Викторович

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Инструментальные системы и сервис автомобилей» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет»

Защита состоится 28.06.2012 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.02 в ФГБОУ ВПО «СамГТУ» по адресу: г. Самара, ул. Галак-тионовская, 141, корп. № 6, ауд. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: 443100, г. Самара, ул. Первомайская, 18, корпус № 1.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.02; факс: (846)278-44-00.

Автореферат разослан «с

2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.217.02 д.т.н., профессор

А.Ф. Денисенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Конкурентоспособность отечественных трехшаро-шечных буровых долот, применяемых при бурении глубоких скважин в нефтяной, газовой и горнорудной промышленностях, зависит от основных эксплуатационных показателей бурения - механической скорости и проходки на долото. Данные показатели напрямую связаны со стойкостью твердосплавных по-родоразрушающих зубков и надежностью их закрепления в корпусе шарошки. Это требует принятия дополнительных мер к повышению прочности соединения зубков с шарошкой.

В настоящее время технология изготовления буровых долот предусматривает закрепление зубков в шарошках методом холодной запрессовки. При этом прочность соединения обеспечивается натягом, реализуемым методом селективной сборки, предполагающей разделение деталей на шесть размерных групп. Для группы с минимальным натягом (менее 0,06 мм) характерно выпадение зубков из корпуса шарошки в процессе работы долота. В группе с максимальным натягом (более 0,11 мм) - в теле шарошки на венцах и межвенцевом пространстве вокруг зубка возникают технологические микротрещины, что приводит к снижению проходки, механической скорости бурения, полному разрушению шарошек и аварии на буровой установке.

Перспективным методом повышения прочности прессовых соединений является формирование адгезионных связей между поверхностями твердосплавных зубков и отверстий шарошек за счет использования энергии ультразвуковых колебаний. В связи с этим тема диссертационной работы, посвященная повышению прочности закрепления зубков с шарошкой за счет совершенствования технологии ультразвуковой запрессовки, является актуальной.

Тема диссертационной работы поддерживалась грантами Минобрнауки РФ по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (проект № 8В/2838, 2010 г.; проект № 8/14287,2011 г.) и Государственным контрактом № 14.740.11.0984 на поисковые научно-исследовательские работы по программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Цель работы: совершенствование технологии ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в шарошку долота, способствующей повышению прочности соединения за счет использования явления схватывания.

Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие основные задачи:

1) исследовать влияние ультразвуковых колебаний на прочность прессовых соединений;

2) провести теоретико-экспериментальные исследования влияния режимов ультразвукового воздействия на закономерности изменения площади контакта и адгезионной составляющей коэффициента трения между сопрягаемыми поверхностями (твердый сплав ВК10 и шарошечная сталь 14ХНЗМА);

3) модернизировать технологическое оборудование для реализации явления схватывания при ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки долота;

\

4) разработать научно-обоснованные рекомендации по ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки с использованием явления схватывания.

Объект исследования: технологический процесс ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в шарошку бурового долота.

Предмет исследований: закономерности влияния ультразвукового воздействия на прочность соединения.

Методы исследования. Теоретические исследования базировались на основных положениях технологии машиностроения и теории контактного взаимодействия твердых тел. Натурные исследования выполнялись на разработанной и изготовленной автоматизированной установке с использованием стандартных и специальных измерительных средств. Математическая обработка и анализ экспериментальных данных проводились с применением специального и

общего программного обеспечения.

Достоверность результатов обусловлена корректностью используемого математического аппарата, применением методов статистической обработки экспериментальных данных и подтверждена результатами опытно-промышленного внедрения в производство новой технологии запрессовки.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований влияния схватывания контактирующих поверхностей при ультразвуковом воздействии на прочность формируемого прессового соединения.

2. Установленные закономерности роста фактической площади контакта поверхностей зубка и отверстия с увеличением времени наложения ультразвуковых колебаний.

3. Модель, характеризующая изменения площади мостиков схватывания сопрягаемых поверхностей зубка и отверстия при изменении режимов ультразвукового воздействия.

4. Разработанная полезная модель устройства для реализации процесса запрессовки твердосплавных зубков в шарошку долота в условиях ультразвукового воздействия (Патент № 107087).

5. Научно-обоснованные рекомендации по ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки с использованием явления схватывания.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) на основании теоретико-экспериментальных исследований разработана модель, отражающая закономерность роста фактической площади контакта и адгезионной составляющей коэффициента трения сопрягаемых поверхностей зубка и отверстия шарошки при увеличении времени ультразвукового воздействия;

2) экспериментально установлено повышение прочности прессового соединения за счет формирования в зоне контакта мостиков схватывания;

3) разработана модель, характеризующая изменения площади мостиков схватывания сопрягаемых поверхностей зубка и отверстия при изменении режимов ультразвукового воздействия.

Практическая ценность:

1) разработано устройство (Патент № 107087), предназначенное для ультразвуковой запрессовки зубков в корпус шарошки бурового долота с реализацией явления схватывания между сопрягаемыми поверхностями;

2) спроектирована и изготовлена автоматизированная установка для исследования процесса ультразвуковой запрессовки и диагностики формируемого соединения;

3) разработан и внедрён технологический процесс ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в шарошки буровых долот, обеспечивающий повышение прочности прессового соединения за счет формирования мостиков схватывания сопрягаемых поверхностей;

4) модернизировано промышленное технологическое оборудование и проведена опытно-промышленная проверка эффективности использования явления схватывания при ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки долота.

Реализация результатов. Технологический процесс ультразвуковой запрессовки зубков шарошечных долот с использованием схватывания внедрён на ОАО «Уралбурмаш» (Свердловская обл.).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на всероссийских и международных научных конференциях и симпозиумах, в том числе: «Математические модели механики, прочности и надёжности элементов конструкций. Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2007 г.), «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2008 г.), «Студенческая наука и медицина 21 века: традиции, инновации, приоритеты» (г.Самара, 2010г.), «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2010 г.), «Компьютерные технологии в науке, практике и образовании» (г. Самара, 2010 г.); «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» (г. Тольятти, 2011 г.); «Ашировские чтения» (г. Туапсе, 2011 г.); «Мехатроника и эргатические системы» (г. Дивноморск, 2011 г.); «Надежность и качество - 2011» (г. Пенза, 2011 г.); МИКМУС-2011 (г. Москва, 2011 г.);

Разработанная автоматизированная установка для лабораторных исследований процесса ультразвуковой запрессовки была представлена на девятой международной специализированной выставке-форуме «Промышленный салон — 2010» (г. Самара, 2010 г.).

В полном объёме диссертация заслушана и одобрена на объединенном заседании кафедр «Автоматизация производств и управление транспортными системами», «Технология машиностроения», «Автомобили и станочные комплексы», «Инструментальные системы и сервис автомобилей», «Нанотехноло-гии в машиностроении».

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 17 научных публикациях, из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций. Получен Патент РФ № 107087.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, общих выводов, списка использованной литературы из 163 наименований и 3 приложений.

Общий объем работы 150 страниц машинописного текста, включая 31 рисунок, 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена цель, представлена научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу характерных видов износа буровых долот и обзору перспективных технологий повышения прочности прессовых соединений.

Используемые в бурении шарошечные долота в качестве породоразру-шающего инструмента содержат твердосплавные зубки, которые запрессовываются своей цилиндрической частью в расположенные на корпусе шарошки отверстия. При недостаточном натяге в процессе работы зубки вылетают из корпуса шарошки, существенно уменьшая производительность бурения. В то же время при избыточном натяге в теле шарошки на венцах и межвенцевом пространстве вокруг зубка возникают микротрещины, которые в процессе эксплуатации развиваются в макротрещины, что приводит к значительному снижению показателей бурения, а иногда и к полному разрушению шарошек и аварии на буровой установке.

Повышение прочности закрепления зубка в корпусе шарошки является частью общей проблемы повышения прочности прессовых соединений. Анализ литературных источников, изучение патентозащищенных технических решений показал, что часть из них реализуется при выполнении определенных требований к геометрическим или физико-механическим параметрам поверхностей сопряжения, а другие - не обладают высокой производительностью или имеют ограниченную область применения. Известны такие методы повышения прочности прессовых соединений, как введение промежуточного слоя, нагрев деталей и т.д., которые направлены на увеличение площади контакта за счет схватывания контактных поверхностей.

Показано, что одним из перспективных направлений совершенствования традиционных процессов сборки является введение ультразвуковых колебаний (УЗК) в зону контакта поверхностей деталей, когда наряду с основными движениями, предусмотренными технологической схемой сборки, деталям дополнительно сообщаются колебания ультразвуковой частоты.

В создание теоретических основ и практическую реализацию ультразвуковых технологий большой вклад внесли ученые О.В. Абрамов, Б.А. Агранат, В .К. Асташев, В.А. Вероман, В.А. Волосатов, А.И. Исаев, В.Ф. Казанцев, М.Г. Киселев, Ю.И. Китайгородский, В.В. Клубович, А.И. Марков, Б.А. Кравченко, В.Д. Мартынов, Б.Х. Мечетнер, И.И. Муханов, М.С. Нерубай, Ю.И. Холопов, Б.Л. Штриков, а также зарубежные исследователи Ф. Блаха, Д. Грэвелл, П. Лангенекер, Д. Кумабэ, Дж. Фоот и др. В работах этих авторов

большое внимание уделяется поиску оптимальных способов приложения ультразвуковых колебаний в зону контакта деталей с целью повышения эффективности сборочных процессов.

В работах А.И. Маркова, А.П. Семенова, Ю.В. Холопова, Р. Эванса и других установлено, что введение в зону трения деталей ультразвуковых колебаний увеличивает температуру в зоне контакта - это, в частности, способствует формированию мостиков схватывания и, как следствие, образованию прочных соединений в результате срастания контактируемых тел. Вместе с тем, в настоящее время не существует технологий образования прессовых соединений, основанных на применении энергии ультразвуковых колебаний с использованием явления схватывания, а также обоснованных методик выбора рациональных режимов ультразвуковой запрессовки.

На основе проведенного анализа сформулированы задачи исследований.

Во второй главе выполнено физическое и компьютерное моделирование контактного взаимодействия поверхностей при ультразвуковой запрессовке.

Анализ работ Штрикова Б.Л., Кравченко Б.А., Нерубая М.С. и других показал, что при формировании прессовых соединений деталей типа «вал-втулка» наибольшее снижение сил трения при запрессовке происходит при продольном наложении УЗК на вал. Это обусловлено наличием интервалов времени, в которых направления статической и динамической нагрузок совпадают и в момент превышения ими силы трения они инициируют продольное перемещение запрессовываемой детали.

Согласно молекулярно-механической теории коэффициент трения / представляет собой сумму двух составляющих: деформационной (механической) /д и адгезионной (молекулярной) /а, причем последняя является доминирующей. Молекулярная составляющая трения характеризует затраты энергии на разрушение адгезионных связей, образуемых между трущимися телами на фактических пятнах касания и определяется зависимостью /а = (т0/рг)+ Р, где т0 и р -фрикционные константы, характеризующие физико-химическое состояние поверхности, рг - давление на фактические площади контакта Аг = И/НВ, НВ -твердость наиболее мягкого из контактирующих тел (в данном случае - шарошечная сталь), N - нормальная нагрузка, приложенная на контакт. Учитывая, что акустический контакт подвержен воздействию статической и динамической сил, можно записать N = N^,1, где N„ - статическая нагрузка, действующая на контакт по нормали к поверхности, пд - динамический коэффициент.

В случае ультразвуковой запрессовки деталей с заданными механическими свойствами статическая нагрузка Л?ст в основном определяется величиной натяга 5, а динамический коэффициент - амплитудой ультразвуковых колебаний, максимальные значения которой обеспечиваются созданием резонанса (в системах с автоподстройкой резонанса можно принять и^сог^). Поскольку в акустическом контакте ид >1, то действующая нормальная нагрузка N всегда превышает статическую силу и, следовательно, фактическая площадь контакта (ФПК) при наложении ультразвуковых колебаний будет расти. Этот рост

обеспечивается за счет пластической деформации более мягкой поверхности в области внедрения в нее относительно твердых выступов контртела. Известно, что пластическая деформация - кинетический термоактивируемый процесс, протекающий с конечной скоростью. Учитывая малую длительность периода УЗК, можно предположить, что формирование установившегося значения ФПК будет происходить в течение некоторого времени /, определяемого физико-механическими свойствами поверхностей и внешними факторами (нагрузкой и температурой). С учетом вышесказанного можно в общем виде записать выражение для оценки адгезионной составляющей коэффициента трения при наложенных ультразвуковых колебаниях:

о)

где Лг(/,о) - ФПК как функция величины натяга и времени действия ультразвуковых колебаний.

Выражение (1) позволяет обосновать выбор режимов УЗК, обеспечивающих требуемую прочность прессовых соединений. Однако вид зависимости Аг = /(/,б) априори неизвестен и требует экспериментальных исследований.

В целях изучения особенностей контактного взаимодействия поверхностей при запрессовке твердосплавных зубков в шарошку долота были выполнены эксперименты по физическому моделированию процесса: фактическую площадку контакта моделировали контактом твердосплавного зубка, изготовленного из сплава ВК10, с поверхностью диска, изготовленного из шарошечной стали 14ХНЗМА.

На первом этапе эксперимента к зубку прикладывалась статическая нормальная нагрузка 13 кН, 19 кН, 23 кН, 30 кН и 37 кН; на втором - при тех же условиях к зубку прикладывались дополнительно ультразвуковые колебания с амплитудой 10 мкм и частотой 18 кГц (эти значения были определены априори как рациональные для разработанной с участием автора автоматизированной лабораторной установки). В ходе эксперимента измерялась глубина отпечатка и высота образующегося наплыва и далее с помощью программного обеспечения, разработанного сотрудниками НТЦ «Надежность» СамГТУ, оценивался диаметральный размер лунки. Массив полученных данных позволил рассчитать площадь полной поверхности сферического сегмента и выявить эмпирические зависимости образуемой площади контакта от времени удерживания нагрузки и времени воздействия ультразвуком. Анализ полученных данных показал, что расхождение площадей контакта при наложении УЗК и без использования дополнительной энергии имеет более высокие значения при малых нагрузках (рис. 1). Этот факт позволяет предположить то, что повышение прочности прессового соединения при наложении УЗК будет больше при малых значениях натяга. Анализ зависимостей изменения ФПК от времени 1 воздействия ультразвуковыми колебаниями показал, что в качестве аппроксимирующей модели возможно использование функции вида

4(6,/)=а+|3-1ш, (2)

где а и Р-эмпирические параметры регрессионной модели (2).

4/-УЗК / Лн.н 4,0 т-

13 кН

0,0

□ 2 секунды 2,29 1,27 1,17 1,10 1,05

в 30 секунд 3,47 1,52 1.29 1,19 1,19

□ 60 секунд 3,65 1,49 1,31 1.18 1,18

Рис, 1. Диаграмма изменения относительной площади контакта от времени ультразвукового воздействия и статической нормальной нагрузки: Лгузк - площадь контакта при наложении ультразвуковых колебании; Агн.п. - площадь контакта при статической нормальной нагрузке

После линеаризации аппроксимирующей функции и применения стандартных процедур оценки коэффициентов модель была проверена на адекватность. В табл. 1 приведены результаты регрессионного анализа. При соблюдении прочих равных условий модель (2) позволяет для выбранной пары объектов удовлетворительно прогнозировать закономерности образования фактической площади контакта при изменении времени наложения дополнительных ультразвуковых колебаний, а также изменение площади по отношению к процессу запрессовки без ультразвукового воздействия.

Предсказанный теоретически и выявленный экспериментально рост фактической площади контакта под действием УЗК и связанный с ним эффект увеличения адгезионной составляющей позволяет утверждать, что предлагаемая технология запрессовки с использованием ультразвуковой обработки стыка в течение заданного времени обеспечит возможность повышения прочности закрепления твердосплавного зубка в корпус шарошки бурового долота за счет усиления адгезионного взаимодействия между сопрягаемыми поверхностями.

Вместе с тем, очевидно, что выбор интервала времени, в течение которого на формируемое соединение воздействует ультразвук, не может быть произвольным. Многократное воздействие знакопеременных напряжений в области фактических пятен касания под действи-

Таблица 1 Результаты регрессионного анализа

Усилие, кН Д. =а+р-1п/

а Р Аш

13 15,642 3,437 0,062

19 18,346 2,031 0,133

23 32,009 1,886 0,291

30 36,386 2,218 0,342

37 40,887 4,525 1,922

ем высокочастотных возвратно-поступательных смещений микронеровностей приводит к развитию усталостных процессов с последующим охрупчиванием и выкрашиванием сопрягаемых поверхностей.

Для оценки кинетики протекания усталостных процессов в поверхностных слоях был выполнен эксперимент по определению запасенной энергии пластической деформации, основанный на склерометрической методике, разработанной профессором Д.Г. Громаковским. Склерометрированию подвергались сферические поверхности лунок, образованных под индентором, в качестве которого использовался твердосплавный зубок со сферической головкой. Полученные результаты (рис. 2) свидетельствуют о том, что при ультразвуковом воздействии происходит снижение накопленной энергии пластине- ^"Д^"01"-ской деформации - в среднем на 20 % по сравнению с обычной сборкой. Это, в свою очередь, свидетельствует о пластификации поверхности за счет ускоренной релаксации внутренних напряжений на наклепанных поверхностях.

Экстраполяция экспериментальных данных по росту накопленной энергии разрушения до критической величины, при которой происходит разрушение материала, позволяет прогнозировать максимально возможную длительность приложения ультразвуковых колебаний.

Для уточнения технологических усилий, необходимых при запрессовке твердосплавных зубков с использованием ультразвуковых колебаний в среде имитационного моделирования были исследованы напряжения и деформация после стандартной и ультразвуковой операций запрессовки. При моделировании были учтены свойства материала зубка (ВК10: модуль упругости £ = б-1011 Па; коэффициент Пуассона РИА = 0,23) и шарошки (долотная стать 14ХНЗМА: А'= 2,1-1011 Па; коэффициент Пуассона РИА = 0,3). Анализ полученных эпюр изолиний напряжений по Мизесу показал, что при запрессовке^ применением ультразвуковых колебаний распределение напряжений по всему объему охватываемой детали и поверхности охватывающей детали является более равномерным по сравнению с сопряжением, выполненным без наложения ультразвуковых колебаний. Это свидетельствует о повышении несущей способности цилиндрического соединения. Кроме того, по результатам моделирования установлено, что в результате введения ультразвука при запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки усилие запрессовки снижается в среднем на (15-И 8) %, а контактное давление - на 12 %.

время, с

Рис. 2. Зависимость накопленной энергии разрушения материала шарошки от времени наложения ультразвуковых колебаний

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям характеристик прессовых соединений твердосплавного зубка с шарошкой, формируемых с применением ультразвукового воздействия.

Для выполнения эксперимента была разработана автоматизированная установка (рис.3) на базе гидравлического пресса ПГ 6213.01 для запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота с использованием ультразвука, основными элементами которой являлись ультразвуковой генератор, механизм нагружения и контрольно-измерительная аппаратура. Эффективное взаимодействие компонентов сборочного процесса (силового прессового оборудования, ультразвуковой колебательной системы, соединяемых деталей) осуществлялось устройством управления на основе получения в реальном времени оперативной информации - как о ходе технологического процесса, так и о динамических характеристиках колебательной системы, включающей формируемое соединение. В ходе эксперимента в режиме реального времени наблюдались диаграммы процесса запрессовки и распрессовки зубков, что позволило оценить изменение усилий на разных стадиях процесса!

В качестве имитации шарошки использовался плоский диск, изготовленный из стали 14ХНЗМА (долотная сталь), прошедший механическую и химико-термическую обработку, аналогичную серийной технологии обработки шарошек буровых долот. Использовались серийные заводские твердосплавные зубки из сплава ВК10, диаметром 7,8 мм. В каждом диске выполнялось по 20 сквозных отверстий, позволявших сначала запрессовать зубки в отверстия сверху вниз, а затем выпрессовывать их снизу вверх. Сочетания зубков и отверстий выбирались на принципах се- • - _2

лективной сборки таким обра- 1 ! . дГ";:

зом, чтобы обеспечить натяг /:

При проведении процесса 4 £

запрессовки УЗК накладыва- I ДиВНу^ / ЯКппгШК^*

лись изначально для снижения >ё I"" /1 #4 _ |ИРЙРТ «'_*»I

трения, а затем - при достиже- 11I / МаВШННЯК

нии зубками заданного положе- Г ! —Шя^ЩШт

ния - колебания накладывались ¿. \ ! ' с выдержкой по времени без относительного перемещения

деталей, что способствовало ИДИ^^Дяр^^м'^й'1 яШюмИд!

формированию межмолекуляр- ■■^^И^ИмК^^^^^^^^^^ШдРдД

ных связей между поверхно- I стью твердосплавного зубка и

поверхностью отверстия ша- Рис. 3. Установка для исследования влияния ультра-

рошки. проявляющихся в виде звука на процесс запрессовки зубков шарошечного

мостиков схватывания. долота: 1 " Ультразвуковой генератор; 2 - манометр;

_ , 3 - гидроцилиндр; 4 - магнитострикционный преоб-

С целью определения эф- раз0ват!ель; 5 _ и^следуемый обр^ец; 6 - основание;

фективности разработанного 7-динамометрическая скоба; 8-АЦП; 9-ПК технологического процесса

оценивалась прочность сформированного соединения по осевому усилию рас-прессовки. Распрессовке подвергались соединения, образованные как классическим прессовым методом, так и сформированные с наложением ультразвуковых колебаний с разной продолжительностью воздействия.

Статистическая обработка результатов эксперимента (рис. 4) свидетельствует, что при доверительной вероятности равной 0,95 и относительной погрешности в 4 % усилие распрессовки соединений, образованных с использованием ультразвуковых колебаний и выдержкой по времени больше - в среднем на 17 % (что соответствует в среднем 7 кН) - аналогичного усилия разрушения соединения, сформированного классическим прессовым методом.

? 56 1 а

• • • с 9 ..

т • 9

--СУК — т —С — о

РЪ - г ч О

|

• * • •

•

)

о о о __ о

о- "О" ■ ег

т о !

номер соединения

номер соединения

а) 6)

Рис. 4. Усилия запрессовки (о) и распрессовки (•): а) запрессовка без УЗК; 6) запрессовка с УЗК (с образованием мостиков схватывания)

Исследования поверхности твердосплавных зубков после распрессовки, проведенные с помощью модернизированного микроскопа МИС-11, показали, что на поверхности зубков, запрессованных с различными выдержками под ультразвуком видны следы переноса (налипания) материала шарошки (рис. 5). При этом увеличение длительности приложения УЗК в интервале до 60 секунд приводит к росту площади, охваченной следами переноса.

Это является прямым свидетельством схватывания поверхностей в зоне прессового соединения под действием УЗК, обусловленного формированием прочных адгезионных связей (мостиков схватывания) на фактических площадках контакта, которые при распрессовке вызывали глубинное вырывание фрагментов менее прочной поверхности (шарошечной стали) и «намазывание» их на более прочную поверхность зубка. На ответных поверхностях отверстий при этом обнаруживаются вырывы металла (рис. 6).

При запрессовке классическим прессовым методом (рис. 5,е) поверхность зубка относительно однородна, однако видны линии скольжения, характеризующие разрыв связи поверхностей в результате распрессовки. При пропускании ультразвука в течение 1 секунды в результате сдвига соприкасающихся неровностей в местах контакта, на поверхности твердосплавного зубка (рис. 5,6) обнаруживается перенос (налипание) металла с поверхности отверстия, свидетельствующий об образовании мостиков схватывания.

г) д) е)

Рис. 5. Фотографии фрагментов боковой поверхности твердосплавных зубков (увеличение х200):

а - поверхность зубка до запрессовки; б - поверхность зубка при пропускании ультразвука в течение 1 с; в - поверхность зубка при пропускании ультразвука в течение 30 с; г - поверхность зубка при пропускании ультразвука в течение 45 с; д - поверхность зубка при пропускании ультразвука в течение 60 с; е - поверхность зубка при запрессовке без ультразвука

г) д) е)

Рис. 6. Фотографии фрагментов поверхности отверстия (увеличение х 200). а - поверхность отверстия до запрессовки; б - поверхность отверстия при пропускании ультразвука в течение 1 с; в - поверхность отверстия при пропускании ультразвука в течение 30 с; г - поверхность отверстия при пропускании ультразвука в течение 45 с; д - поверхность отверстия при пропускании ультразвука в течение 60 с; е - поверхность отверстия при запрессовке без ультразвука

Увеличение времени выдержки приложения ультразвуковых колебаний приводит к разрастанию площади мостиков схватывания (рис. 5,в, г, д).

Исследование диаметральной поверхности отверстий на наличие узлов схватывания производилось на специально смонтированной для этой цели оптической системе. Анализ показал, что при воздействии в течение 1 секунды в местах контакта обнаруживаются вырывы металла (рис. 6,6) на поверхности отверстия, свидетельствующие об образовании мостиков схватывания. Увеличение времени выдержки, приводит к возрастанию мостиков схватывания (рис. 6,в, г, д)

На рис. 7 приведены графики, построенные на основании экспериментальных данных и иллюстрирующие изменение величины относительной площади мостиков схватывания в зависимости от времени воздействия ультразвуковых колебаний для соединений с различными натягами.

а) 6)

Рис. 7. Зависимость относительной площади адгезионных мостиков 4 (в % от номинальной площади контакта) от времени воздействия ультразвуковых колебаний (частота 18 кГц) для различных натягов: а) амплитуда 5 мкм; 6) амплитуда 15 мкм

Анализ представленных зависимостей показывает, что при наложении в процессе запрессовки ультразвуковых колебаний с амплитудой 5 мкм и частотой 18 кГц (рис. 8,а), а так же выдержки по времени без относительного перемещения деталей площадь мостиков схватывания между твердосплавным зубком и отверстием шарошки возрастает от (3-6) % при 1 секунде до максимальных (25-32) % - при 30 секундах (от общей площади контакта); после чего убывает до (2(И~22) % при 40 секундах и далее практически не изменяется.

При увеличении амплитуды до 15 мкм (рис. 8,6), площадь мостиков схватывания возрастает от (5-8) % при 1 секунде до максимальных (26-30) % при 10 секундах (от общей площади контакта); после чего не превышает 27 % при 20 секундах.

Таким образом, прочностью прессового соединения можно управлять путем изменения амплитуды ультразвуковых колебаний и длительности ультразвукового воздействия.

На основе полученных экспериментальных данных разработана расчетная модель, позволяющая оценить относительную площадь мостиков схватывания при варьировании времени выдержки сформированного прессового соединения под действием ультразвуковых колебаний.

Модель представляет собой полиномом четвертого порядка

<p(a,t)= X ск > задача определения оценок коэффициентов ак [к = 1;<ф) кото-

4=0

poro относится к числу оптимизационных.

В качестве критерия близости полиномиальной модели к оценкам, полученным на основе экспериментальных данных, принимается минимум суммарного квадратического отклонения: XMa.f,)-^,}2 -»min, где y¡ - значения

i=i

относительной площади в точках, соответствующих времени выдержки ультразвуковых колебаний t¡ (í = 1,и); и - объем исходных данных.

Система ограничений, связывающих искомые коэффициенты модели и исходный массив данных, может быть представлена как система и уравнений, линейных относительно коэффициентов ак :

<yt\ i-Гп.

<t=o

Эффективным и доступным средством решения оптимизационных задач в такой постановке является модуль Solver Parameters табличного процессора Excel, с помощью которого получены оценки коэффициентов модели

Ar(í)=a0 + axt + a2t2 + a3t3 + a4t4 для различных натягов и параметров ультразвуковых колебаний (табл. 2 и 3).

Таблица 2

Коэффициенты модели при использовании ультразвуковых колебаний с амплитудой 5 мкм и частотой 18 кГц

Натяг, мм аа a i аг аз Щ

0,08 3,089 -0,616 0,168 -0,005 4,47-10'5

0,09 1,834 -0,231 0,129 -0,004 3,61-Ю"5

0,10 3,548 -0,534 0,123 -0,004 2,88-Ю"5

0,11 3,271 -0,106 0,083 -0,003 2,06-10"5

Таблица 3

Коэффициенты модели при использовании ультразвуковых колебаний с амплитудой 15 мкм и частотой 18 кГц

Натяг, мм ао а\ аг а} Я4

0,08 7,917 -7,101 2,271 -0,176 4,15-103

0,09 8,021 -6,972 2,197 -0,170 3,98-10"3

0,10 8,760 -6,214 1,943 -0,148 3,43-10"3

о,п 5,189 -3,926 1,552 -0,124 2,93-10'3

Оценка прочности формируемого соединения по необходимому для его разрушения осевому усилию, определенному с помощью разработанной модели, показала удовлетворительную сходимость теоретических оценок с экспериментальными данными.

Четвертая глава посвящена вопросам практической реализации технологии ультразвуковой запрессовки с применением схватывания.

Основой схемы технологического оборудования явилась запатентованная модель устройства для запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота с оперативной диагностикой качества формируемого соединения по динамическим характеристикам механической колебательной системы (рис. 8).

Увеличение площади контакта по мере запрессовки твердосплавного зубка в корпус шарошки приводит к изменению жесткости и демпфирования механической колебательной системы, а так же к изменению её резонансных характеристик. Это позволяет использовать УЗК в диагностических целях: оценка коэффициента динамичности системы по оперативно наблюдаемым параметрам вибрации характеризует качество формируемого соединения. При соответствии априори заданным значениям коэффициента динамичности управляющая система даёт сигнал на прекращение ультразвукового воздействия, в противном случае — ультразвуковые колебания удерживаются в течение соответствующего времени.

Проведенные исследования позволили разработать практические рекомендации по назначению технологических режимов ультразвуковой запрессовки зубков в шарошки буровых долот.

Результатом опытно-промышленного внедрения предложенной технологии стала изготовленная опытная партия из пяти долот на ОАО «Уралбурмаш». Твердосплавные зубки во всех долотах были запрессованы с ультразвуковыми колебаниями и оперативной вибродиагностикой, по результатам которой использовалось дополнительное ультразвуковое воздействие в течение 10 секунд для повышения адгезионной прочности закрепления.

Рис. 8. Устройство для запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота: 1 - датчик усилия; 2 - твердосплавный зубок; 3 - шарошка; 4 - концентратор; 5 - магнитострикционный преобразователь; 6 - противовес; 7 - шток гидроцшшндра; 8,9 - датчики вибраций; 10 - генератор; 11 - датчик перемещения; 12 13 14 15-АЦП; 16-фиксатор; 17 - основание; 18-стойка; 19-обмоткавы-' движения; 20 - обмотаа втягивания; 21,22 - ЦАП; 23 - шток; 24 - проточка

Промысловые испытания собранных долот показали полное отсутствие выпадения зубков. Актом, утвержденным ОАО «Уралбурмаш», подтверждается повышение прочности соединения и снижение усилия запрессовки в среднем на 20 % относительно запрессовки без применения ультразвукового воздействия.

Приложения содержат протоколы экспериментов и акт о внедрении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании теоретико-экспериментальных исследований установлено, что с увеличением длительности ультразвукового воздействия повышается площадь фактического контакта сопрягаемых поверхностей (твердый сплав ВК10 и шарошечная сталь 14ХНЗМА) на (5-15) % по сравнению с процессом без использования ультразвуковых колебаний. Разработана модель, отражающая влияние режимов ультразвукового воздействия на закономерности изменения площади контакта и адгезионной составляющей коэффициента трения между сопрягаемыми поверхностями.

2. Установлено, что прочность прессового соединения, формируемого с ультразвуковым воздействием и использованием явления схватывания, повышается на (10-25) %.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что при определенной длительности ультразвукового воздействия на контактирующих поверхностях появляются мостики схватывания. Разработана модель, характеризующая изменения площади мостиков схватывания при изменении времени ультразвукового воздействия.

4. Спроектирована и изготовлена автоматизированная установка для исследования процесса ультразвуковой запрессовки и диагностики формируемого соединения.

5. Модернизировано промышленное технологическое оборудование для реализации явления схватывания при ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в шарошку долота (Патент № 107087).

6. Разработана и внедрена технологическая операция запрессовки твердосплавных зубков шарошек буровых долот с использованием ультразвуковых колебаний и явления схватывания, опытно-промышленное внедрение которой свидетельствует о снижении усилия запрессовки на 20 % и повышении прочности закрепления зубков в шарошке.

Основные научные положения и результаты

диссертационной работы опубликованы в следующих печатных работах:

Публикации в научных изданиях, рекомендованных перечнем ВАК:

1. Анкудинов, Д.В. Совершенствование технологии ультразвуковой запрессовки зубков шарошечных долот путем применения режима схватывания [текст] / Д.В. Анкудинов, В.А. Папшев, В.Г. Шуваев // Сборка в машиностроении, приборостроении-М.: Машиностроение, 2011.-№7.-С. 12-14.

2. Анкудинов, Д.В. Методика и результаты экспериментальных исследований

процесса ультразвуковой запрессовки зубков шарошечных долот с использованием автоматизированной системы научных исследований [текст] /

■ Д.В. Анкудинов [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - № 1(2). - С. 415-417.

3. Анкудинов, Д.В. Использование ультразвуковых колебаний малой амплитуды для формирования прессовых соединений с анализом прочностных характеристик [текст] / Д.В. Анкудинов [и др.] // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. — 2011. - №2 (30). - С. 102-110.

Патент Российской Федерации

4. Пат. 107087 Российская Федерация, МПК В25В 21/00. Устройство для запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота / Д.В. Анкудинов, В.А. Папшев, В.Г. Шуваев; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Самарский гос. техн. ун-т. - № 2011110993/02; заявл. 13.04.2011; опубл. 10.08.2011. Бюл. № 22. - б с.

Статьи и материалы конференций, опубликованные в других научных изданиях:

5. Анкудинов, Д.В. Моделирование запрессовки зубков шарошечных долот в

программном комплексе Ansys [Текст] / В.Г. Шуваев, В.А. Папшев, Д.В. Анкудинов, O.A. Прояева // Математические модели механики, прочности и надёжности элементов конструкций. Матем. моделирование и краев. задачи: сб. трудов четвёртой Всеросс. науч. конф. с междунар. участием. - Самара, 2007. - С. 289-292.

6. Анкудинов, Д.В. Автоматизированная система научных исследований про-

цесса ультразвуковой сборки [Текст] / Д.В. Анкудинов // Наука. Технологии. Инновации: сб. трудов Всерос. науч. конф. - Новосибирск, 2007. -С. 2-3.

7. Анкудинов, Д.В. Ультразвуковая сборка деталей с использованием методов

вибродиагностики [Текст] / Д.В. Анкудинов, В.А. Папшев, В.Г. Шуваев // Высокие технологии в машиностроении. Тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. - Самара, 2008. - С. 160-162.

8. Анкудинов, Д.В. Ультразвуковая сборка деталей с использованием методов

вибродиагностики [Текст] / Д.В. Анкудинов // Наука. Технологии. Инновации. Всерос. науч. конф. - Новосибирск, 2008. - С. 15-16.

9. Анкудинов, Д.В. Перспективный метод запрессовки игольчатого подшипника при сборке крестовины карданного вала [Текст] / Д.В. Анкудинов [и др.] // Актуальные проблемы автотранспортного комплекса. Межвуз. сб. науч. ст. - Самара, 2010. - С. 63-66.

10.Анкудинов, Д.В. Ультразвуковая запрессовка твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота [Текст] / Д.В. Анкудинов // Студенческая наука и медицина 21 века: традиции, инновации, приоритеты: сб. трудов регион. инновационной конф. - Самара, 2010. - С. 64-65.

11 .Анкудинов, Д.В. Автоматизированная система научных исследований процесса ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота [Текст] / Д.В. Анкудинов // Будущее машиностроения России: сб. трудов XXII Междунар. Инновационно-ориентированной конф. молодых ученых и студентов (РАН, ин-т машиноведения им. A.A. Благонравова). - Москва, 2010. - С. 153.

12.Анкудинов, Д.В. Исследование зон взаимодействий контактной пары в процессе запрессовки [Текст] / Д.В. Анкудинов, О.М. Батищева // Компьютерные технологии в науке, практике и образовании: Труды девятой Всеросс. Межвуз. научно-практ. конф. - Самар. гос. техн. ун-т. - Самара, 2010. -С. 166-168.

13.Анкудинов, Д.В. Информационно - измерительный комплекс для обеспечения процесса ультразвуковой запрессовки [Текст] / Д.В. Анкудинов, В.А. Папшев, В.Г. Шуваев // Высокие технологии в машиностроении: сб. трудов Всеросс. научно-техн. конф. - Самар. гос. техн. ун-т. - Самара, 2010. -С. 184-185.

14.Анкудинов, Д.В. Анализ качества прессовых соединений, образованных с использованием ультразвуковых колебаний малой амплитуды [Текст] / Д.В. Анкудинов [и др.] // Надежность и качество - 2011: сб. трудов между-нар. симпозиума. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - 2 т. - С. 89-90.

15.Анкудинов, Д.В. Методика моделирования процессов при ультразвуковой запрессовке [Текст] / Д.В. Анкудинов, О.М. Батшцева // Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики. Часть II: Мат. VIII Междунар. науч.-практ. конф. - Тольятти: Волжский ун-т им. В.Н. Татищева, 2011. — С. 203-207.

16.Анкудинов, Д.В. Применение режима микросварки при ультразвуковой запрессовке [Текст] / Д.В. Анкудинов, С.С.Савельев // МИКМУС-2011: сб. материалов XXIII Междунар. Инновационно-ориентированной конф. молодых ученых и студентов (РАН, институт машиноведения им. A.A. Благонравова). - Москва, 2011. — С. 56-57.

17.Анкудинов, Д.В. Экспериментальный анализ закономерностей процесса ультразвуковой запрессовки [Текст] / О.М. Батищева, Д.В. Анкудинов // Мехатроника и эргатические системы (МЭС-2011): Мат. 4 Всеросс. науч.-техн. мультиконф. по проблемам управления. Т.2. — Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - С. 290-292.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.02 ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» (Протокол № 27 от 18.05.2012)

Подписано в печать 18.05.2012 г. Заказ

Печать оперативная. Усл. п.л. 1,16. Тираж 100 экз.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» Отдел типографии и оперативной полиграфии. 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Введение.

1. Повышение работоспособности бурового шарошечного долота. Состояние проблемы.

1.1. Анализ характерных видов износа буровых шарошечных долот.

1.2. Перспективные технологии повышения прочности прессовых соединений.

1.3. Анализ проявления эффекта схватывания в зонах контакта при наложении ультразвуковых колебаний в процессе запрессовки.

2. Исследование процесса запрессовки твердосплавных зубков при использовании ультразвуковых колебаний.

2.1. Анализ факторов, влияющих на прочность формируемого соединения при ультразвуковой запрессовке.

2.2. Анализ механизма формирования узлов схватывания в условиях ультразвукового воздействия.

2.3. Экспериментальный анализ процесса контактного взаимодействия сплава ВК10 и стали 14ХНЗМА с наложением ультразвуковых колебаний.

2.4. Моделирование напряженно-деформированного состояния поверхностей в процессе ультразвуковой запрессовки.

2.5. Выводы по главе.

3. Экспериментальные исследования прессового соединения твердосплавного зубка с шарошкой при использовании ультразвуковых колебаний.

3.1. Анализ базового технологического процесса и подготовка опытных образцов.

3.2. Разработка автоматизированной лабораторной установки для экспериментальных исследований.

3.3. Экспериментальные исследования воздействия ультразвуковых колебаний на прочностные характеристики запрессовки зубков.

3.3.1. Обоснование методики обработки результатов экспериментов.

3.3.2. Анализ влияния ультразвукового воздействия на прочность соединения твердосплавного зубка с шарошкой.

3.3.3. Анализ влияния ультразвукового воздействия на твердость контактирующих поверхностей.

3.3.4. Исследование влияния ультразвуковых колебаний на параметры микрогеометрии контактирующих поверхностей.

3.3.5. Исследование поверхности зубков и отверстий на наличие узлов схватывания.

3.6. Выводы по главе.

4. Опытно-промышленная проверка результатов исследований.

4.1. Разработка оборудования для реализации технологической операции запрессовки твердосплавных зубков и внедрение в производство.

4.1.1. Разработка диагностических процедур для контроля качества при запрессовке твердосплавных зубков в шарошку бурового долота.

4.1.2. Разработка модели устройства для ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота.

4.2. Опытно-промышленная проверка результатов исследований.

4.2.1. Автоматизированный производственный модуль для выполнения операции ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота.

4.2.2. Алгоритм работы автоматизированного производственного модуля запрессовки.

4.2.3. Внедрение результатов исследования.

4.3. Выводы по главе.

Буровые шарошечные долота - основной инструмент, с помощью которого осуществляется разрушение породы и ведется строительство глубоких скважин в нефтяной и газовой промышленности, а также бурение скважин в горнорудной промышленности и в геологоразведке, бурение взрывных скважин на карьерах цветной и черной металлургии, при добыче золота и алмазов. Бурение выполняется в сложных условиях: нагрузки достигают десятков тонн при частоте вращения шарошек бурового долота до 1000 об/мин. Характерным является наличие высокоабразивной среды, в которой быстро изнашиваются даже твердосплавные породоразрушающие зубки, армированные алмазами.

За последнее десятилетие показатели работы буровых долот (средняя проходка и механическая скорость бурения) значительно возросли. Это является закономерным результатом проводимых за рубежом и в Российской Федерации исследований, направленных на улучшение конструкций долот, их отдельных узлов, улучшение элементов технологии производства, совершенствование материалов, химико-термической обработки, армирование узлов и деталей твердым сплавом и т.п.

Вместе с тем в настоящее время наметилась тенденция снижения темпа роста показателей работоспособности отечественных и зарубежных буровых шарошечных долот.

Такое положение дел в долотостроении привело к необходимости изыскания новых путей в повышении стойкости элементов долот, среди которых наиболее важными являются вопросы повышения прочности и работоспособности основных породоразрушающих элементов буровых долот - шарошек с твердосплавным оснащением.

В настоящее время для повышения качества прессовых соединений используются различные подходы. При этом анализ методов и способов решения этой проблемы свидетельствует, что часть из них реализуется при выполнении определенных требований к геометрическим или физико-механическим параметрам поверхностей сопряжения, другие - не обладают высокой производительностью или имеют ограниченную область применения.

В число перспективных направлений повышения эффективности сборки прессовых соединений входят технологии, основанные на комбинированном воздействии нескольких видов энергии, в том числе энергии ультразвуковых колебаний. Использование ультразвуковых колебаний малой амплитуды позволяет интенсифицировать сборочный процесс, что обусловлено рядом специфических особенностей воздействия ультразвука, к числу которых относятся значительное снижение сил сопротивления при сборке, самоцентрирование деталей, снижение сопротивления пластической деформации.

Вместе с тем, проведенный анализ показал, что существующие подходы не позволяют решить проблему направленного формирования характеристик при запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота.

Актуальность темы определяется необходимостью совершенствования технологии ультразвуковой запрессовки миллионов твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота за счет использования научно обоснованных специальных режимов, способствующих повышению прочности крепления зубков. Сложность проблемы усугубляется тем, что при малом натяге (менее 0,06 мм) зубки могут выпадать на забое, а при натяге (более 0,1 1 мм) на поверхности шарошки вокруг зубков образуются трещины, приводящие к разрушению шарошек и авариям на буровых.

При направленном введении в зону силового контактного взаимодействия деталей (зубок-шарошка) дополнительной ультразвуковой энергии происходит интенсивное разрушение окисных пленок и образование вследствие этого в зоне трения участков чистого металла - ювенильных поверхностей, что, в свою очередь, создаёт условия для возникновения схватывания материалов соединяемых деталей.

Развитие процесса запрессовки сопровождается некоторым сближением поверхностей из-за течения металла в узлах схватывания, что приводит к увеличению площади контакта деталей и появлению новых узлов схватывания. С увеличением времени выдержки ультразвукового воздействия происходит разрастание зон схватывания, расположенных по диаметру поверхности зубка и отверстия в соответствии с особенностями взаимодействия поверхностей как единого целого. Схватыванию в значительной степени способствует малая амплитуда колебаний трущихся поверхностей и возвратно-поступательный характер этих колебаний. В ювенильных зонах при этом происходит химическое схватывание материалов соединяемых деталей, а в условиях наложения дополнительных ультразвуковых колебаний - и микросварка, что значительно повышает прочность соединения.

Таким образом, вводимая дополнительная энергия существенно изменяет характеристики контактных связей, причем становится возможным их направленное регулирование в процессе запрессовки.

Целью работы является совершенствование технологии ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в шарошку долота, способствующей повышению прочности соединения за счет использования явления схватывания.

Объект исследования: технологический процесс ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в шарошку бурового долота.

Предмет исследований: закономерности влияния ультразвукового воздействия на прочность соединения.

На основании выполненного теоретико-экспериментального анализа особенностей процесса запрессовки твердосплавных зубков с использованием энергии дополнительных ультразвуковых колебаний выявлены факторы, способствующие повышению прочности крепления 6 твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота без возможности образования трещин.

Экспериментально выявлен эффект роста фактической площади контакта и связанный с этим эффект увеличения адгезионной силы при ультразвуковом воздействии на формируемое соединение, позволяющее утверждать, что предлагаемая технологическая операция запрессовки с использованием наложения ультразвукового воздействия в течение некоторого времени (схватывания) повышает прочность прессового соединения.

По результатам эксперимента построена модель, отражающая закономерности роста фактической площади контакта при изменении времени наложения ультразвукового воздействия, а также позволяющая оценить изменение площади по отношению к процессу запрессовки без ультразвукового воздействия.

В результате эксперимента по оценке кинетики протекания усталостных процессов в поверхностных слоях Установлено, что наложение ультразвуковых колебаний в среднем на 20 % снижает накопленную энергию пластической деформации материала поверхностного слоя шарошки в зоне контакта с зубком, что способствует увеличению фактической площади контакта сопряжения.

Проведено моделирование с использованием метода конечных элементов, результаты которого показали, что введение ультразвука при запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки способствует снижению усилия запрессовки в среднем на (15-4 8)%, а контактного давления - на 12 %.

Для выполнения экспериментальных исследований процесса запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота с использованием ультразвука разработана автоматизированная установка, реализованная на базе гидравлического пресса ПГ 6213.01.

Систематизированы и обобщены результаты эксперимента по анализу усилий запрессовки и распрессовки:

- при формировании прессового соединения с использованием ультразвуковых колебаний требуется усилие, меньшее - в среднем на 20 % - по сравнению с усилием в аналогичном процессе без дополнительных колебательных воздействий;

- усилие распрессовки соединений, образованных с использованием ультразвуковых колебаний и выдержкой по времени больше - в среднем на 17 % (что соответствует в среднем 7 кН) - аналогичного усилия разрушения соединения, сформированного классическим прессовым методом, что свидетельствует о повышении прочности формируемого соединения.

По результатам исследования поверхностей твердосплавных зубков и отверстий на наличие узлов схватывания выявлена зависимость величины относительной площади мостиков схватывания от времени ультразвукового воздействия.

Разработана теоретическая модель устройства для запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота. На разработанное устройство получен патент на полезную модель №107087.

Разработан перечень технологического оборудования для реализации процесса запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки в условиях производства буровых долот. Разработаны практические рекомендации по применению технологической операции ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в корпус шарошки бурового долота с использованием схватывания.

Приведены результаты опытно-промышленного внедрения технологии ультразвуковой запрессовки.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований влияния схватывания контактирующих поверхностей при ультразвуковом воздействии, на прочность формируемого прессового соединения.

2. Установленные закономерности роста фактической площади контакта поверхностей зубка и отверстия с увеличением времени наложения ультразвуковых колебаний.

3. Модель, характеризующая изменения площади мостиков схватывания сопрягаемых поверхностей зубка и отверстия при изменении режимов ультразвукового воздействия.

4. Разработанная полезная модель устройства для реализации процесса запрессовки твердосплавных зубков в шарошку долота в условиях ультразвукового воздействия (Патент № 107087).

5. Научно-обоснованные рекомендации по ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки с использованием явления схватывания.

Научная новизна:

1) на основании теоретико-экспериментальных исследований разработана модель, отражающая закономерность роста фактической площади контакта и адгезионной составляющей коэффициента трения сопрягаемых поверхностей зубка и отверстия шарошки при увеличении времени ультразвукового воздействия;

2) экспериментально установлено повышение прочности прессового соединения за счет формирования в зоне контакта мостиков схватывания;

3) разработана модель, характеризующая изменения площади мостиков схватывания сопрягаемых поверхностей зубка и отверстия при изменении режимов ультразвукового воздействия.

Практическая ценность:

1) разработано устройство (Патент № 107087), предназначенное для ультразвуковой запрессовки зубков в корпус шарошки бурового долота с реализацией явления схватывания между сопрягаемыми поверхностями;

2) спроектирована и изготовлена автоматизированная установка для исследований процесса ультразвуковой запрессовки и диагностики формируемого соединения;

3) разработана и внедрена технологическая операция ультразвуковой запрессовки твердосплавных зубков в шарошки буровых долот, обеспечивающая повышение прочности прессового соединения за счет формирования мостиков схватывания сопрягаемых поверхностей;

4) модернизировано промышленное технологическое оборудование и проведена опытно-промышленная проверка эффективности использования явления схватывания при ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в корпус шарошки долота.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на всероссийских и международных научных конференциях и симпозиумах, в том числе: «Математические модели механики, прочности и надёжности элементов конструкций. Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2007 г.), «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2008 г.), «Студенческая наука и медицина 21 века: традиции, инновации, приоритеты» (г.Самара, 2010г.), «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2010 г.), «Компьютерные технологии в науке, практике и образовании» (г.Самара, 2010г.); «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» (г.Тольятти, 2011 г.); «Мехатроника и эргатические системы» (г. Дивноморск, 2011г.); «Ашировские чтения» (г. Туапсе, 201 1 г.); «Надежность и качество» (г. Пенза, 201 1 г.).

Разработанная автоматизированная система научных исследований была представлена на девятой международной специализированной выставке-форуме «Промышленный салон - 2010» (г. Самара, 2010 г.)

Тема диссертационной работы поддерживалась грантом Минобрнауки РФ по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (проект № 2838/8В, тема №8) и Государственным контрактом № 14.740.11.0984 на поисковые научно-исследовательские работы по программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (тема «Сборка машин: конструкция, технология, оборудование»).

Автор приносит свою глубокую признательность научному руководителю кандидату технических наук доценту О.М. Батищевой за руководство и консультации при выполнении работы, доктору технических наук Ибатуллину И.Д., а также кандидатам технических наук доцентам В.Г. Шуваеву и В.А. Папшеву и коллективу кафедры «Автоматизация производств и управления транспортными системами» Самарского Государственного технического университета за помощь, оказанную при выполнении исследований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате комплексных теоретико-экспериментальных исследований решена актуальная задача, направленная на повышение прочности прессовых соединений за счет использования явления схватывания в условиях ультразвукового воздействия.

1. На основании теоретико-экспериментальных исследований установлено, что с увеличением длительности ультразвукового воздействия повышается площадь фактического контакта сопрягаемых поверхностей (твердый сплав ВК10 и шарошечная сталь 14ХНЗМА) на (5-15)% по сравнению с процессом без использования ультразвуковых колебаний. Разработана модель, отражающая влияние режимов ультразвукового воздействия на закономерности изменения площади контакта и адгезионной составляющей коэффициента трения между сопрягаемыми поверхностями.

2. Установлено, что прочность прессового соединения, формируемого с ультразвуковым воздействием и использованием явления схватывания, повышается на (10-25) %.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что при определенной длительности ультразвукового воздействия на контактирующих поверхностях появляются мостики схватывания. Разработана модель, характеризующая изменения площади мостиков схватывания при изменении времени ультразвукового воздействия.

4. Спроектирована и изготовлена автоматизированная установка для исследования процесса ультразвуковой запрессовки и диагностики формируемого соединения.

5. Модернизировано промышленное технологическое оборудование для реализации явления схватывания при ультразвуковой запрессовке твердосплавных зубков в шарошку долота (Патент № 107087).

6. Разработана и внедрена технологическая операция запрессовки твердосплавных зубков шарошек буровых долот с использованием ультразвуковых колебаний и явления схватывания, опытно-промышленное внедрение которой свидетельствует о снижении усилия запрессовки на 20 % и повышении прочности закрепления зубков в шарошке.

1. Агранат Б.А., Башкиров В.И., Китайгородский Ю.И. и др. Ультразвуковая технология. М.: Машиностроение. 1974. 564 с.

2. A.c. 1009735 (СССР) Ультразвуковое устройство для поверхностного упрочнения /Николаев В.А., Штриков Б.Л.

3. A.c. 1060388 (СССР) Способ сборки с натягом деталей типа вал-втулка /Мартынов А.Н., Григорьев B.C., Воячек И.И., Курносов Н.Е., Кирпичников A.A.

4. A.c. 1177112 (СССР) Устройство для сборки деталей типа вал-втулка /Домрачев А.Н., Ямпольский Л.С., Григорьев H.H.

5. A.c. 1189636 (СССР) Способ сборки с натягом соединений деталей типа вал-втулка и устройство для его осуществления /Рыжов Э.В., Курносов М.Е., Воячек И.И., Тихонов В.В., Сверчков A.B.

6. A.c. 1761492 (СССР) Способ сборки прессовых соединений типа вал-втулка /Николаев В.А., Штриков Б.Л.

7. A.c. 1199557 (СССР) Способ сборки деталей с натягом /Тютиков Г.Ф., Друкер Б.С., Данькин A.A., Баклан В.Г.

8. A.c. 1556857 (СССР) Способ соединения с натягом деталей типа вал-втулка /Мулин Ю.И., Довчий В.И.

9. Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле. М.: Металлургия, 1972. С. 159.

10. Ю.Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. 280 с.

11. П.Асташев В.К., Андрианов H.A. Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем // Патент RU 2350405 С2. Бюллетень изобретений. 2009. №9.

12. Асташев В.К., Андрианов H.A., Колик Л.В., Крупенин В.Л. Авторезонансная ультразвуковая технология резания // Вестник научно-технического развития. ИМАШ РАН №1 (29), 2010. с 3-10.

13. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 2005. 736 с.

14. Батищева О.М. Информационно-программное обеспечение задач анализа данных // Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010.-174 с.

15. Беркович И.И., Громаковский Д.Г. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения. Учебник для вузов. Самар. Гос. техн. ун-т. Самара, 2000. 268 с.

16. Болынев JI.H., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983.-416 с.

17. Блехман И.И. О теории схватывания металлов // Теория трения и износа. М.: Наука. 1965. с. 58-61.

18. Браславец A.B., Савченко Н.Ф. Интенсификация процесса пластического деформирования металлов за счет наложения ультразвуковых колебаний // Тезисы докладов конференции «Прогрессивные технологические процессы в машиностроении». Харьков: ХПИ 1990. с.11.

19. Вилль В.И. Сварка металлов трением. JI: Машиностроение, 1970. 176 с.

20. Волосатов В.А. Ультразвуковая обработка. JI: Лениздат. 1973. 284 с.

21. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. М.: Химия, 1986.-256 с.

22. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая аппаратура промышленного назначения. М.: Энергия. 1967. 264 с.

23. Гречищев Е.С., Ильяшенко A.A. Соединения с натягом: Расчеты, проектирование, изготовление. М.: Машиностроение. 1981. 247 с.

24. Гудушаури Э.Г., Пановко Г.Я. Сборка деталей с гарантируемым натягом в условиях колебаний. Проблемы прочности. 1986. № 2. с. 7881.

25. Грачев A.A., Кожевников А.П., Лебига В.А., Россошинский В.А. Ультрозвуковая микросварка. М.: Энергия. 1977. 184 с.

26. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение. 1975. 233 с.

27. Дальский A.M., Кулешова З.Г. Сборка высокоточных соединений в машиностроении. М.: Машиностроение. 1988. 304 с.

28. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука. 1970. 227 с.

29. Демкин Н.Б., Рыжков Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение. 1981. 244 с.

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

31. Зайцев К.И., Мацюк Л.Н. Сварка пластмасс. М.: Машиностроение, 1978, 224 с.39.3аверюхина H.H. Влияние ультразвука на адгезию металлических покрытий к цветным металлам // Письма в ЖТФ, 2010. т.36. вып. 16. С. 82-88.

32. Клубович В.В., Степененко A.B. Ультразвуковая обработка материалов. Минск: Энергия. 1981. 295 с.

33. Клименоа В.А., Ковалева Ж.Г., Уваркин П.В. и др. Ультразвуковое модифицирование поверхности и его влияние на свойства покрытий // Физическая мезомеханика. 2004. Т.7. Специальный выпуск. Ч. 2. С. 157-160.

34. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. М.: Наука. 1974. 112 с.

35. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. М.: Машиностроение, 1976. 288 с.

36. Костерин Ю.И. Механические автоколебания при сухом трении. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 75 с.

37. Коновалов Е.Г., Раптунович А.И., Басенок Г.С. Уменьшение динамического трения при введении ультразвуковых колебаний. Известия АН БССР, сер. физ.-техн. наук, 1971. № 3. с. 5-9.

38. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Бершадский Л.И. Механо-химические процессы при граничном трении. М.: Наука, 1972. 170 с.

39. Костюкович С.С., Киселев М.Г. Исследование характера взаимодействия трущихся поверхностей в ультразвуковом поле. Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Прочность и пластичность материалов в ультразвуковом поле». Минск: МРТИ, 1973. с. 96-99.

40. Кравченко Б.А., Нерубай М.С., Штриков Б.Л. Влияние ультразвуковых методов обработки на контактную жесткость деталей машин. Тезисы докладов Всесоюзного семинара «Контактная жесткость в приборостроении и машиностроении». 1979. с. 111-114.

41. Кравченко Б.А., Нерубай М.С., Штриков Б.Л. Влияние ультразвуковых колебаний на показатели процесса микрорезания алмазным зерном // Синтетические алмазы. 1976. № 2. с. 42-45.

42. Кравченко Б.А., Нерубай М.С., Штриков Б.Л. Суперфиниширование деталей подшипников с применением ультразвука. Вестник машиностроения. 1978, с. 38-40.

43. Кравченко Б.А., Нерубай М.С., Штриков Б.Л. Ультразвуковое суперфиниширование деталей подшипников. Электрофизические и электрохимические методы обработки. 1973, № 6. с. 11-13.

44. Крагельский И.В., Демкин Н.Б. Определение фактической площади касания шероховатых поверхностей. Сб. Трение и износ в машинах. Т. 14, М.: Издат-во АН СССР, 1960. с. 37-62 .

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

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

47. Крагельский И.В. Трение и износ в машинах. М.: Машиностроение, 1962. 384 с.

48. Крагельский, И.В. Контактирование шероховатых поверхностей Текст. / И.В. Крагельский, Л.Ф.Бессонов, Е.М. Шведова // ДАН СССР. -1953. Т.93. №1. - С. 43-46.

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

50. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. -Минск, 1982.-302 с.

51. Кузьмин В.В., Схиртладзе А.Г. Математическое моделирование технологических процессов сборки и механической обработки изделий машиностроения // М.: Высш. шк., 2008. 279 с.

52. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение. 1980. 237 с.

53. Марков А.И., Суворова Т.Г. Исследование внешнего трения при вынужденных ультразвуковых колебаниях. Резание новых конструкционных материалов и алмазный инструмент: Труды МАИ. № 402. 1977. с. 45-49.

54. Малиновский JI.Г. Анализ статистических связей: Модельно-конструктивный подход / Л.Г. Малиновский; Ин-т проблем передачи информ. М.: Наука, 2002. - 688 с.

55. Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Трение и модифицирование материалов трибосистем М: Наука, 2000. 280 с.

56. Мещеряков В.Н., Самойлин Г.А., Александров Л.С. и др. Испытания материалов на трение и схватывание в условиях ультразвуковых колебаний. Физика и химия обработки материалов. 1974. № 5. с. 135139.

57. Михин Н.М., Комбалов B.C. О зависимости коэффициента трения от нагрузки при упругом контакте в зоне насыщенного контакта. Контактное взаимодействие твердых тел, расчет сил трения и износа. М.: Наука, 1971. с. 146-153.

58. Михин Н.М. О зависимости коэффициента трения от нагрузки при упругом контакте. Контактное взаимодействие твердых тел, расчет сил трения и износа. М.: Наука, 1971. с. 141-146.

59. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука, 1977, 221 с.

60. Волков С.С. Сварка и склеивание полимерных материалов / С.С. Волков. М.: Химия, 2003. - 374 с.

61. Мордюк Н.С. Влияние ультразвуковых колебаний на физические свойства металлов и сплавов. Металлофизика. Киев: Наукова думка. 1970. №31. с. 83-107.

62. Муханов И.И., Голубев Ю.М. Упрочение стальных деталей шариком, вибрирующим с ультразвуковой частотой. Вестник Машиностроения. 1966. № 11. с. 52-53.

63. Математическая теория планирования эксперимента. / Под ред. С.М. Ермакова. М.: Наука. 1983. - 392 с.

64. Нерубай М.С. Влияние ультразвуковых колебаний на механические свойства труднообрабатываемых материалов. Металловедение и термическая обработка материалов, 1987. № 4. 10-13 с.

65. Нерубай М.С. Особенности контактного взаимодействия при ультразвуковом резании труднообрабатываемых материалов. Трение и износ. 1987. № 3. с. 452-459.

66. Нерубай М.С. Повышение эффективности механической обработки труднообрабатываемых материалов путем применения ультразвука. Автореф. дис. докт. техн. наук. Куйбышев, 1989. 35 с. (ДСП).

67. Нерубай М.С. Физико-механические методы обработки. Куйбышев: КУАИ, 1979. 92 с.

68. Нерубай М.С., Штриков Б.Л. Установка для испытаний на абразивное изнашивание в ультразвуковом поле. Заводская лаборатория, 1980. № 2. с. 162-164.

69. Нерубай М.С., Штриков Б.Л., Калашников В.В. Ультразвуковая механическая обработка и сборка. Самарское книжное издательство. 1995. 191 с.

70. Николаев В.А., Штриков Б.Л. Влияние ультразвука на качество соединения деталей в автоматизированных сборочных системах. Тезисы докладов конференции «Пути повышения качества машиностроительной продукции». Саранск: МГУ, 1989. 37 с.

71. Николаев В.А., Штриков Б.Л. Влияние ультразвукового упрочнения на эксплуатационные свойства деталей. Тезисы докладов Всесоюзнойконференции «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов». Куйбышев: КПтИ, 1983. с. 363-364.

72. Николаев В.А., Штриков Б.Л. Влияние ультразвуковых колебаний на контактирование микрорельефов поверхностей сопряжения при запрессовке. Проблемы машиностроения и надежности машин, 1992. № 4. с. 98-101.

73. Николаев В.А., Штриков Б.Л. Новые средства технологического оснащения систем автоматизации сборки. Самара: СамГТУ, 1992. 150 с.

74. Николаев В.А., Штриков Б.Л. Ультразвуковая запрессовка деталей. Вестник машиностроения, 1993.

75. Николаев В.А., Штриков Б.Л. Эффективность применения ультразвуковых колебаний при запрессовке. Автоматизация и современная технология, 1993. № 5. 12-14 с.

76. Николаев В.А., Штриков Б.Л. Формирование поверхностного слоя при ультразвуковом упрочнении. Тезисы докладов республиканской конференции «Качество поверхностей деталей и его влияние на эксплуатационные свойства». Душанбе: ТадПИ, 1981. с. 58-59.

77. Николаев В.А., Штриков Б.Л., Шапошников С.Д. Поверхностное упрочнение деталей машин и инструментов. Куйбышев: КуАИ, 1985. с. 12-19.

78. Новиков М.П. Основы технологии сборки и механизмов. М.: Машиностроение, 1980. 590 с.

79. Патент 51-28778 (Япония). Способ запрессовки осей с помощью ультразвука. Ямамото Хидэхару

80. Папшев Д.Д., Тютиков Г.Ф., Машков А.Н. Зависимость прочности соединений с натягом от методов обработки сопрягаемых деталей. // Вестник машиностроения, 1981. № 10. с. 16-17.

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

82. Патон Б.Е. Самопроизвольная очистка металлов от окисных пленок. ДАН СССР. т. 159., № 1. 72-83 с.

83. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний М.: Наука, 1980.-272 с.

84. Поляков З.И. О силах при ультразвуковом резании. Акустический журнал, 1965. № 2. 23-26 с.

85. Пономарчук В.Г., Яхимович В. А. Сборка ультразвуковыми инструментами. Механизация и автоматизация производства, 1877. № 3. 18-19 с.

86. Рагульскене В.Л., Стрюжас А.П. Исследование вибромеханизма для запрессовки деталей. Вибротехника. Вильнюс, 1985. № 4/44. с. 7-11.

87. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: машиностроение. 1981. 279 с.

88. Розенберг O.A. Механика взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании. Киев: Наукова думка, 1981.288 с.

89. Рубцов, В.Е. Численное исследование температурного режима в пятне контакта при трении со схватыванием Текст. / В.Е. Рубцов // Изв. вуз. Физика. 1999. Т. 42 . № 9. - С. 58-64.

90. Рыжкин, A.A. Синергетика изнашивания инструментальных материалов Текст. / A.A. Рыжкин. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2004. 322 с.

91. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. 175 с.

92. Савицкий С.С. Возможности применений ультразвуковых колебаний при запрессовке деталей. Приборостроение. Минск, 1980. № 3. с. 46-48.

93. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко A.B. Прокатка и волочение с ультразвуком. Минск: Наука и техника, 1970. 288 с.

94. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко A.B. Ультразвук и пластичность. Минск: Наука и техника, 1976. 440 с.

95. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко A.B. Обработка металлов давлением с ультразвуком. Минск: Наука и техника, 1973. 288 с.

96. Сердобинцев Ю.П., Схиртладзе А.Г. Моделирование и исследование сопряжений деталей технологического оборудования // М.: Сатурн-С, 2005. 265 с.

97. Семенов А.П. Схватывание металлов. М.: Машгиз, 1958. 278 с.

98. Силин Л.Л., Баланлин Г.Ф., Коган М.Г. Ультразвуковая сварка. М.: Машгиз, 1962

99. Силин Л.Л., Баланлин Г.Ф., Пути стабилизации режимов УЗС металлов. Сварочное производство, 1971. № 2. с. 1-6.

100. Справочник по прикладной статистике. Пер. с англ. / Под ред. Э. Ллойда, У. Ледермана, С.А. Айвазяна, Ю.Н. Тюрина. М.: Финансы и статистика, 1990. - 526 с.

101. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1978. 208 с.

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

103. Сухарев И.П. Прочность шарнирных узлов машин. М.: Машиностроение, 1977. 168 с.

104. Теумин И.И. Ультразвуковые колебательные системы. М.: Машгиз, 1959, 331с.

105. Терехов С. А. Особенности процесса ультразвуковой вибрационной сборки цилиндрических соединений с натягом // Рукопись деп. ВНИИТЭМП. 1988. № 305.

106. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. / Под ред. Крагельского И.В., Алисина B.B. М.: Машиностроение, 1979. Кн.1. 1978. 400 с.

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

108. Филяев А.Т. Изнашивание сталей в ультразвуковом поле. Минск: Наука и техника. 1978. 288 с.

109. Черняк Б.Я., Френкель Б.Э., Советов А.Н. // Состояние и перспективы развития сварки и склеивания термопластов. Киев.: ИЭС им. Е.О. Патона, 1982. С. 23-28.

110. Холопов Ю.В. Ультразвуковая сварка, М., Л.: Машиностроение, 1972. 152 с.

111. Хмелев В.H. Ультразвуковые многофункциональные и специализированные аппараты для интенсификации технологических процессов в промышленности. Барнаул: АлтГТУ, 2007. - 416 с.

112. Хмелев В.Н. Способ управления работой ультразвукового технологического аппарата для оптимизации ультразвукового воздействия // Известия Тульского государственного университета. Серия «Технологическая системотехника». Тула, 2006. - Вып. 6.- С. 12-18.

113. Ультразвуковая колебательная система . пат. №2141386 РФ/ Хмелев В.Н., Барсуков Р.В. опубл. 20.11.99, Бюл. №20. Зс.

114. Хмелев В.Н. Ультразвуковая размерная обработка материалов. -Барнаул: АлтГТУ, 1999. 123 с.

115. Чичинадзе A.B. Основы трибологии. Учебник для технических вузов. М.: Центр "Наука и техника". 1995. 778 с.

116. Чичинадзе A.B., Браун Э.Д., Буше H.A. Основы трибологии (трение, износ, смазка). М.: Машиностроение, 2001. - 664 с.

117. Штриков Б.Л. Качество поверхностного слоя деталей подшипников при ультразвуковом упрочнении. // Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Использование методов 1111Д в машиностроении». Владимир.: НТО. 1981. с. 51.

118. Штриков Б.Л. Особенности ультразвуковой сборки соединений. // Машиностроитель, 1992. № 12. с. 13.

119. Штриков Б.Л., Нерубай М.С., Калашников В.В., Вологин М.Ф. Применение ультразвука и взрыва при обработке металлов (монография). М.: Машиностроение, 2002. 264с.

120. Штриков Б.Л., Родимов Г.А. Исследование интенсивности изнашивания и приработки контактных поверхностей при сборке сналожением ультразвуковых колебаний. // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2002. № 9, с. 2-4.

121. Штриков Б.Л., Родимов Г.А., Тепляков А.Ю., Хан Ф.Р. Повышение эффективности сборки прессовых соединений путем применения ультразвука. // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2002. № 8, с. 2-6.

122. Штриков Б.Л., Родимов Г.А., Батищева О.М. Особенности сборки подшипниковых узлов. // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2003. № 1, с. 3-6.

123. Штриков Б.Л., Тепляков А.Ю., Малкина И.В. Моделирование контактных давлений в резьбовых соединениях при обычной и ультразвуковой сборке // Сборка в машиностроении, приборостроении. №10(75). 2006. С. 54-56.

124. Шуваев В.Г. Формирование прессовых соединений гарантированного качества при ультразвуковой сборке // Сборка в машиностроении, приборостроении. №10 (51). 2004. С. 28 31.

125. Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Информационно-технологическое обеспечение эксплуатационных свойств прессовых соединений при ультразвуковой сборке // Сборка в машиностроении, приборостроении. №11 (52). 2004. С. 32-36.

126. Штриков Б.Л., Батищева О.М., Родимов Г.А. Ультразвуковая сборка подшипниковых узлов // Сборка в машиностроении, приборостроении. №1 (31). 2003. С. 3 6.

127. Штриков Б.Л. Особенности ультразвуковой сборки // Сборка в машиностроении, приборостроении. №1 (19). 2002. С. 14-17.

128. Штриков Б.Л., Шуваев В.Г. Контроль динамических показателей качества прессовых соединений при сборке с наложением ультразвуковых колебаний // Сборка в машиностроении, приборостроении. №4 (22). 2002. С. 32 34.

129. Шуваев В.Г. Диагностика прессовых соединений при ультразвуковой сборке // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2007, № 1.-С. 3-6

130. Шуваев В.Г., Папшев В.А., Батищева О.М. Модификация статистических характеристик микрогеометрии поверхностей деталей при ультразвуковой сборке Надежность и качество 2010: Труды Междунар. симп - Пенза, 2010. - С. 121-124

131. Якушев А.И., Бемукова Е.Ф., Курносов М.Е. Усилие сдвига деталей, соединяемых с натягом. Изв. вузов: Машиностроение. 1976. № I.e. 187-189.

132. Astaishev V.K., Babitsky V.I. Ultrasonic cutting as a nonlinear (vibro-impact) process // Ultrasonics. 1998. №6. P. 89-96.

133. Astashev V.K., Babitsky V.I. Ultrasonic Processes and Machines. / Dynamics, Control and Applications. Springer. 2007. 330 p.

134. Joseph Fauty and Jay Yoder, "Room Temperature Ultrasonic Wirebonding with Large Diameter Copper Wire" // International Microelectronics and Packaging Society. 22 (1999): 221-232.

135. Langenecker, Bertwin. Effects of Ultrasound on Deformation Characteristics of Metals. IEEE Trans CHMT 13 (1990): 176-181/

136. M. Baboi, D. Grewell, Evaluation of Amplitude Stepping in Ultrasonic Welding, Welding Journal, 89, 8,161-165s, August 2010 .

137. D. Grewell, A. Benatar, Semi-Empirical Coupled Heat Flow, Squeeze Flow and Intermolecular Diffusion Model Part 1: Determination of Model Parameters, Polymer Engineering and Science, 48(5) 860-867, May 2008.

138. David Grewell. Simultaneous Amplitude and Force Profiling During Ultrasonic Welding of Thermoplastic Workpieces. US Patent 5,855,706.

139. Jeffrey Frantz, David Grewell. Method for Processing Workpieces by Ultrasonic Energy. US Patent 5,846,377.

140. Jeffrey Frantz, David Grewell. Method and Apparatus for Processing Workpieces by Ultrasonic Energy. US Patent 5,658,408.

141. EP0879136. BECKER. ULTRASCHALLSCHWEISSEN EINER DROSSELKLAPPE AN EINER DROSSELWELLE. 13.12.2001

142. EP059537. Gabler J., Warzenhai H., Eberbach J. VERFAHREN ZUR QUALITÄTSÜBERWACHUNG BEIM ULTRASCHALLSCHWEISSEN. 05.09.2007

143. EP1468811B1. Monsheimer S. Verfahren zum Ultraschallschweissen von Kunststoffkomponenten. 26.07.2006

144. Mortimer B., Bruyn T. High power resonant tracking amplifier using admittance locking. Ultrasonics, 2001. 39: 257-261.

145. J. Devine. Ultrasonic plastics welding basics. Welding Journal. Vol. 80, no. 1, 2001, p 29-33.

146. Baboi M., Grewell D. Evaluation of amplitude profiling in ultrasonic welding. Welding Journal, 2010, 89 (8): 161-165