автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Виброударное упрочнение крупногабаритных деталей в близкорезонансном режиме

На правах рукописи

МЕРЧАЛОВ Александр Сергеевич

ВИБРОУДАРНОЕ УПРОЧНЕНИЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ В БЛИЗКОРЕЗОНАНСНОМ РЕЖИМЕ

Специальность: 05.02.07 — Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 и АПР 23Н

Воронеж — 2014

005546885

005546885

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Научный руководитель Копылов Юрий Романович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», профессор кафедры «Технология машиностроения» Официальные оппоненты: Шевцов Сергей Николаевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», профессор кафедры «Технология машиностроения»;

Гордиенко Екатерина Петровна,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», доцент кафедры «Вычислительная техника»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО "Юго-Западный государ-

ственный университет", г. Курск

Защита диссертации состоится 21 мая 2014 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.037.04 ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет" по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан 0 2 .(34. 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета / Кириллов О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При виброударном упрочнении крупногабаритных деталей используются зарезонансные режимы работы виброупрочняющих станков с жестким креплением в контейнере, с вращением или с переустановкой. Виброударное упрочнение позволяет для деталей, например из стали ЗОХГСНА, обеспечить формирование сжимающих остаточных напряжений 320-560 МПа, наклеп 12-15 %, снижение исходной шероховатости в два - три раза. В результате виброударное упрочнение повышает усталостную прочность до 12-15 % и усталостную долговечность - до 20-30 %.

В зарезонансном режиме при жестком креплении детали в контейнере на 100 кг массы детали приходится около 1000 кг и более массы подвижной системы контейнера. Поэтому необходимы большие мощности вибратора. Например, на ВУД-2500 для получения амплитуды колебаний 0,5 см установлен электродвигатель 75 кВт. Зарезонансные режимы затрудняют управление режимами обработки, в этой связи возникают значительные погрешности упрочнения. Обработка с вращением детали в контейнере связана с конструктивной сложностью и низким ресурсом оснастки.

Известны многочисленные примеры полезного применения резонанса, в том числе в механических системах (вибрационные конвейеры, грохоты и др.). Повышение производительности и снижение энергетических затрат вибрационных машин основано на применении резонанса, в котором упругие и инерционные силы взаимно уравновешиваются, а энергия вибратора расходуется на преодоление диссипативных сил. Резонансные режимы обладают меньшими затратами мощности, позволяют управлять режимами в процессе обработки, но обладают низкой динамической устойчивостью в связи с высокой чувствительностью к изменению технологической нагрузки и параметров системы, оказывают большое вибрационное воздействие на основание.

В настоящей диссертации для устранения этих недостатков предлагается подвижную систему детали с установленным на ней вибратором упруго крепить к контейнеру с близко резонансной настройкой, а контейнер крепить к основанию с заре-зонансной настройкой. В этом случае подвижная система дета-

ли за счет вибратора совершает близко резонансные колебания с амплитудой ускорения 8-10 g, а подвижная система контейнера, установленная на основание на амортизаторах малой жесткости, совершает зарезонансные колебания с ускорением 4-5 g за счет силового воздействия упругих элементов подвижной системы детали. Динамическая устойчивость резонансного режима решается конструктивно за счет буферных пневмоупру-гих элементов с нелинейной характеристикой жесткости.

Актуальность диссертации обусловлена тем, что применение резонанса повышает эффективность вибрационных технологий, в том числе виброударного упрочнения, но связано с обеспечением устойчивости при воздействии дестабилизирующих факторов и со снижением значительных вибрационных воздействий на основание, которые не решены в настоящее время.

Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г.г. (мероприятие 1.2.1 «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Ракетостроение») и научным направлением ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в соответствии с планом ГБ НИР № 2010.15 «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».

Научная проблема состоит в обосновании эффективного применения резонансных режимов при виброударном упрочнении за счет упругого крепления упрочняемой детали в контейнере и применения буферных пневмоупругих элементов с нелинейной жесткостью, обеспечивающих устойчивость процесса, снижение вибрационного воздействия и потребляемой мощности.

Цель диссертационной работы состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении работоспособности новой технологической схемы виброударного упрочнения с упругим креплением детали в близко резонансном режиме, которая обеспечивает устойчивость процесса при изменении массы инструментальной среды и стабильность формирования шероховатости, остаточных напряжений и наклепа, снижение вибрационного воздействия на основание и потребляемой мощности.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследований.

1. Разработать математические модели и теоретически исследовать динамику перемещений детали и контейнера, периодических соударений частиц инструментальной среды с различными участками упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме.

2. Разработать математические модели и теоретически исследовать формирование шероховатости, остаточных напряжений и наклепа на различных участках упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме.

3. Экспериментально исследовать характеристики буферных упругих элементов; массовые, диссипативные и ампли-тудо-фазо-частотные характеристики технологической системы с упругим креплением детали.

4. Исследовать устойчивость, вибрационное воздействие на основание и потребляемую мощность при упругом креплении детали.

5. Разработать методику расчета режимов виброударного упрочнения и параметров вибростанка резонансного типа с упругим креплением детали. Доработать компоновку виброустановки ВУД-2500.

Методы исследования. Теоретическое исследование динамических параметров, формирования шероховатости, остаточных напряжений и наклепа на различных участках детали выполнялось посредством компьютерного моделирования; экспериментальные исследования формирования этих параметров, а также динамической устойчивости, воздействия на основание и потребляемой мощности при переменной массе подвижной системы в близко резонансном режиме осуществлялись на созданной установке ВУРТ-ЗМ.

На защиту выносятся.

- Закономерности соударений частиц инструментальной среды с различными участками упруго закреплённой крупногабаритной детали в контейнере и со станком в близко резонансных режимах.

- Закономерности формирования шероховатости, остаточных напряжений и наклепа при виброударном упрочнении на различных участках упруго закреплённой крупногабаритной детали в близко резонансных режимах.

- Результаты экспериментальных исследований зависимости массовых, упругих, диссипативных, амплитудо-фазо-частотных характеристик технологической системы, динамической устойчивости технологического процесса, вибрационного воздействия на основание, потребляемой мощности при упругом креплении детали в близко резонансных режимах.

- Методика расчета режимов виброударного упрочнения и параметров вибростанка резонансного типа с упругим креплением детали.

Научная новизна выполненных в диссертационной работе исследований состоит в следующем.

1. Выявлены новые закономерности периодических перемещений и соударений частиц инструментальной среды с различными участками упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме: частицы пограничного слоя вибрирующей инструментальной среды перемещаются относительно детали большую часть периода синфазно (попутно), в результате скорости их соударений малы, интенсивность упрочнения снижается.

2. Теоретически установлено, что при креплении на детали экрана частицы пограничного слоя инструментальной среды перемещаются относительно детали в противофазе, в результате скорости соударений повышаются, интенсивность снижения шероховатости растет на 15-17 %, интенсивность формирования остаточных напряжений растет на 7-10 %, - наклепа на 8-12 %; относительная погрешность их формирования снижается на 20-30 %.

3. Экспериментально доказана возможность безаппаратурного обеспечения устойчивости амплитуды колебаний упрочняемой детали в пределах 20-35% при отстройке собственной частоты колебаний ее в дорезонансной области на величину со/со0 =0,9-0,85, при изменении массы инструментальной

. "5П0/ „

среды до I] фу", за счет упругого крепления детали и нелинейной буферной жесткости пневмоупругих элементов.

4. Экспериментально установлено, что при упругом креплении детали с близко резонансной настройкой <о/со0 =0,9-0,85 и зарезонансной настройкой контейнера вибрационное воздействие на основание снижается пропорционально соотношению их масс до допустимых санитарных

норм, а потребляемая мощность вибратора на единицу амплитуды колебаний снижается на 50-70 % и более по отношению к зарезонансному режиму.

Достоверность результатов. Достоверность исследований, научных выводов и рекомендаций, полученных в работе, обеспечивается корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений теоретических исследований, применением апробированных методов математики и механики; экспериментальными исследованиями процесса виброударной обработки для различных режимов оборудования; подтверждением теоретических результатов экспериментальными исследованиями.

Практическая значимость работы. Разработаны новая технологическая схема виброударного упрочнения с упругим креплением детали в близко резонансном режиме и компоновка виброупрочняющего станка, позволяющая снизить на 50-70 % энергетические затраты, повысить при этом в 2-3 раза ресурс работы вибростанков, повысить качество обработки.

Практическая реализация работы. Результаты исследований диссертации, технологические рекомендации используются на «ВМЗ» - филиале ФГУП «ГКНПЦ им. М. В. Хруни-чева», ОАО «НИИАСПК» и в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: X Международной научно-технической конференции «Управляемые вибрационные технологии и машины (ВИБРА-ЦИЯ-2012)» (Курск, 2012); Международной научно-технической конференции «Новые достижения, практическая реализация и перспективы развития методов обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД)», (Ростов, 2012); XIII Всероссийской научно-технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии» (Воронеж, 2009-2013); Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», (Липецк 2012).

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично автором выполнено следующее: в [2] сделано описание спроектированной виброустановки ВУРТ-ЗМ; в [5] выполнено численное моделированние; [6] разработана компоновка виброустановки ВУРТ-ЗМ; [7, 8] - выполнены экспериментальные исследования; [9] - исследованы амплитудо-фазо-частотные характеристики; [10] - модернизация виброустановки зарезо-нансного типа ВУД-2500; [12] - исследовано формирование технологических параметров; [13] - выполнено компьютерное моделирование динамики процессов виброударного упрочнения.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения, изложенных на 138 страницах; включает 124 рисунков, 19 таблиц, список литературы 112 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, определены основные направления, цель и задачи исследований.

В первой главе проанализированы исследования и практический опыт виброударного упрочнения крупногабаритных деталей. Проведен анализ зарубежных и отечественных технологий упрочнения крупногабаритных деталей, который показал, что проблема применения резонансных режимов при виброударном упрочнении не достаточно исследована. Обоснована актуальность темы. Поставлены цели и задачи исследований.

Во второй главе сформированы основные принципы и методы применения резонанса при виброударном упрочнении. Разработана и изготовлена динамически уравновешенная виброустановка резонансного типа (рис. 1), в которой подвижная система детали 3 упруго закрепляется в контейнере 2 за счет резинокордных пневмоэле-ментов 5 типа И-15. Контейнер установлен на основании на мягких амортизаторах 7. Пневмоупругие элементы оснащены клапанами 17 для подачи сжатого воздуха. На подвижной системе детали установлен дебалансный мотор-вибратор 4 ЭВ-320-4. Для измерения колебаний использовался прибор ВИ-6-5М12 с датчиками виброускорения 14, установленными на подвижных элементах детали, контейнера и основания, которые подключаются к персональному компьютеру 13.

Регулирование жесткости GyH собственной частоты ю0 подвижной системы детали осуществляется ступенчато поджатием пнев-моупругих элементов и плавно давлением воздуха. Применяются четы-

ре уровня поджатая: первый - высота верхнего упругого элемента Ьв = 95 мм, нижнего Ин = 85 мм; второй -Ьв = 78 мм и Ьн = 67 мм; третий -Ьв = 83 мм и Ьн= 78 мм; четвертый -Ьв= 65 мм и Ьн= 60 мм. На каждом уровне давление менялось от 0,05 до 0,4 МПа.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки (ВУРТ-ЗМ): 1 -основание; 2 - контейнер с инструментальной средой; 3 - приспособление для крепления детали; 4 - вибратор; 5 - пневмоупругие элементы; 6 - устройство поджатая; 7 - амортизаторы; 8 - компрессор; 9 - ресивер; 10 - регулятор давления; 11 - трубопровод; 12 -виброизмерительный прибор ВИ-6-5М12; 13 - персональный компьютер; 14- датчики виброускорения; 15,16-манометр; 17-клапан; 18 - измеритель мощности К50

Масса подвижной системы детали с вибратором 1112=15,25 кг; масса подвижной системы контейнера ГП} =24,3 кг. Номинальная масса инструментальной среды т0 =30кг, которая при исследовании стабильности увеличивается на 10, уменьшается на 5 кг. Масса основания 74 кг.

В третьей главе разработана физическая, динамическая и математическая модель технологической системы с упругим креплением детали в контейнере. Обоснованы допущения, сформированы начальные условия, разработан интерфейс моделирования. Теоретически исследованы траектории циркуляционных и виброударных перемещений, продолжительность, угол, фаза и скорости виброударных перемещений частиц инструментальной среды для пяти режи-

мов работы оборудования с жестким и упругим креплением детали. Исследованы энергетические параметры периодических соударений пограничного слоя инструментальной среды с различными участками жестко и упруго закрепленной детали с экранами (рис. 2).

Рис. 2. Схема закрепления детали в контейнере при моделировании: а) - жесткое крепление детали в контейнере, режим №1; б) -упругое крепление детали в контейнере с поджатием упругих элементов, режимы № 2ф, №4; в) - упругое крепление детали в контейнере с закрепленными к детали экранами, режимы №3, № 3.1ср

Фазовая картина взаимодействия вибрирующих частиц инструмента друг с другом, с поверхностями детали и контейнера следующая. При жестком креплении детали в контейнере они перемещаются совместно. При упругом креплении детали в контейнере перемещения контейнера отстают от перемещений детали на фазовый

угол е = 160-180°. Законы движения детали и контейнера для режима с жестким креплением одинаковы, для режимов № 2ф и № Зф при моделировании учитывается фазовый угол отставания перемещений контейнера относительно детали.

В результате при упругом креплении детали происходит движение детали и инструментальной среды близкое к синхронному в одном направлении. Поэтому возникают малая скорость соударения и низкие технологические параметры. Для устранения этого недостатка на расстоянии 10-15 диаметров шариков устанавливаются прерывистые экраны, закрепленные на подвижной системе детали, в результате фазовый угол движения частиц в пограничном слое относительно детали становится встречным е = 160-И 80°, скорости соударения возрастают и технологические параметры повышаются.

При компьютерном моделировании исследовали семь режимов, параметры которых представлены в таблице (частота колебаний

со = 157с"1, собственная частота со0 =147,58-175,7 с"1, амплитуды колебаний детали Ад и контейнера Ак указаны в сантиметрах.

Параметры исследованных режимов

№ Характеристика режима Ад Ак

1 С жестким креплением детали фк = 0° 0,5 0,5

2 С упругим креплением детали фк = 97° 0,5 0,3

2ф С упругим креплением детали фк = 180° 0,5 0,5

3 С упругим креплением и экраном фк = 97° 0,5 0,5

3.1 С упругим креплением, прерывистым экраном фк = 97° 0,6 0,3

3.1ф С упругим креплением, экраном фк = 180° 0,6 0,3

4 С упругим креплением детали (эксперимент) 0,5 0,3

Диаметр детали 80 мм, дайна 100 мм. Масса подвижной системы детали т(= 15,25 кг. Габаритные размеры контейнера: высота 240 мм; ширина 263 мм. Для повышения эффективности процесса виброударного упрочнения к упруго закрепленной к контейнеру детали устанавливаются экраны (рис. 2, в).

Наибольшую скорость колебаний У=100 см/с имеют режимы № 3 и № 3.1 ф при упругом креплении в контейнере детали с экраном. Наименьшими скоростями обладает режим № 2ф с фазовым

углом колебаний контейнера фк =180'(рис. 2, а). Большая часть сплайнов детали имеет фазовый угол соударений с частицами среды

ет = 170° -190°, оптимальный для получения максимальной энергии соударений. Средние скорости соударений детали с частицами Ут = 50-68 см/с. Наибольшую скорость Ут = 88 см/с имеет режим № 3 (рис. 3, а), онлайновые скорости Ут= 35-125 см/с.

Наибольшие средние значения энергии соударений возникают при режиме № 2ф: Эт =7500 Дж. Режимы № 1, № 2, № 3 и №3ф (таблица) характеризуются одинаковыми значениями Эт= 3100-3600 Дж. Режим № 4 - заниженным средним значением Эт = 2600 Дж (рис. 3,6).

№1 М Щ №3 Ш.1? Ш У"38®

SíCpam «Макс «Мин "tó&H** »»

а) б)

Рис. 3. Изменение средней энергии соударений (Дж) (а), сплайнового распределения энергии соударений в режиме № 3 (б)

В четвертой главе разработана физическая и математическая модель, приведены закономерности изменения средних и сплайно-вых значений формирования параметров шероховатости, остаточных напряжений первого рода и наклепа при жестком и упругом креплении детали к контейнеру без применения экранов и с их применением. При упругом креплении детали высота микронеровностей для j-го участка детали с учетом отстройки от резонанса характеризуется уравнением:

d о) |Эд -ь Эй

Rzj = RzHCX -1-^-xRz(Nt),mkm, (1)

j исх зи ю у 0jn НМдЕ)ч

* 2 * т тч (Ач cocos£T )

Эл =тп (А„ (ücose„ ) , Э1( =—1 ■■■ , ! --—, (2,3)

д> V д) V 'j <E>(T)-(1-R)

ЭК| =m*i(AKicocos6Ki)2, (4)

Rz

где RzHCX - исходная высота микронеровностей детали; кзи -коэффициент зернистости абразивных гранул или других частиц (для Rz

стальных шариков кзи =1); тч- масса частицы; Ад ; AK¡ Ач - амплитуда колебаний j-ro участка детали, 1-го участка контейнера, i-й частицы; ©Од'^Ок —частота колебаний детали и контейнера; ед, еК[, еч - фазовый угол соударений j-ro участка детали, 1-го

сплайна детали, контейнера с i-й частицей; Ф(Т)- функция подвижности вибрирующих частиц; R - коэффициент восстановления скорости соударений.

В уравнениях (1-4) средние значения амплитуд колебаний детали, контейнера и частиц определяются с учетом упругого крепления детали и отстройки собственных частот колебаний детали содд и контейнера шок от частоты со вынужденных колебаний:

I

Сл(1-

!тд®0д "ткю0к)

ТЩ*-

тД®Ол)/(Ск-ткыок)2

А„

Ад[(тдшод)/(Ск -тк®ок)]>

,(5)

(6)

Ач = Рмод(Ак> Ад, АЭКр), (7)

где тв,гв,ю — масса, эксцентриситет и частота вибратора; Од,Ок- жесткость упругих элементов подвижных систем детали и

контейнера; приведенная масса детали и контейнера; \|/д-

коэффипиент рассеяния подвижной системы детали; Ьмод - функция моделирования амплитуды частиц.

Средние значения распределения среднеарифметической высоты профиля микронеровностей для всех режимов примерно одинаковые и находятся в диапазоне 9-11 мкм (рис. 4, а). Максимальное значение погрешности значений распределения среднеарифметической высоты профиля микронеровностей показал режим № 2 - до 15 %. Относительные погрешности Кг остальных режимов 4—7 %.

42. МКМ

Х«1 Х«2 .\»2<р №3 №3.1 №3.]1р Ш 8Срзня «Макс «Мин

а)

Рис. 4. Изменение среднего (а) и сплайнового (б) распределения среднеарифметической высоты Кг (мкм) профиля микронеровностей (режим № 3.1, начало отсчета 9,6 мкм)

Сжимающие остаточные напряжения первого рода для .)'-го участка при упругом креплении детали с учетом отстройки от резонанса:

1

= к,

<Опп Г„ХТ„ ч -| °д (3 _З-Г3"^

со т> гд+г,

ч] °8°о(^т),МПа.> (8)

где ка-коэффициент упрочнения материала детали; гд, гч- радиусы контактирующих поверхностей детали и частицы (см); v, Е- коэффициент Пуассона, модуль упругости; ct0(Nx)- функция повышения остаточных напряжений при совмещенном отпечатке.

Наибольшее среднее значение сжимающих остаточных напряжений возникает в режиме № 2 - до 970 МПа. Для режимов № 1, № 2ф, № 3.1ф и № 4 различаются не значительно - от 610 до 650 МПа; режим № 3.1ф показал наименьшие значение 580 мкм (рис. 5, а). Сплайновое распределение сжимающих остаточных напряжений первого рода имеет более неравномерную закономерность: относительная погрешность достигает 40-56 % (рис. 5, б, начало отсчета 310 МПа).

o.a. мкм 1200

1000

800

600

400

200

о

й

Ш »3.1 КзЗЛч ^Срзнач «Мак «Мин

а)

Рис. 5. Изменение средних (а) и сплайновых (б) сжимающих остаточных напряжений первого рода ст_0 (МПа) в поверхности детали (режим №3.1, начало отсчета на эпюре 310 МПа )

Наибольшая степень наклепа возникает в режимах № 3 и № 3.1: до 8,5%. Относительные погрешности степени наклепа АН11 для режимов № 1, № 2, № 2ф, № 3.1, № 3.1ф и № 4 изменяются в узком диапазоне: от 7,5 до 8,3%.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований массовых, упругих, диссипативных, амплитудо-фазо-частотных характеристик, динамической стабильности, вибрационного воздействия на основание, потребляемой мощности. Представлены методики проектирования технологии и расчета виброустановки резонансного типа, модернизации виброустановки ВУД-2500.

При увеличении давления воздуха в пневмоупругих элементах, при постоянном их поджатии жесткость их повышается, амплитуды колебаний подвижных систем детали и контейнера изменяются по экстремальной зависимости (рис. 6). В дорезонансной исходной отстройке она уменьшается, в зарезонансной исходной отстройке -

повышается. При увеличении фиксированного поджатия пневмоуп-ругих элементов жесткость повышается в связи с увеличением площади опорной поверхности, в результате изменение амплитуды от поджатия аналогично зависимости ее от давления. Амплитуда основания при увеличении давления изменяется в меньшей мере.

— —Л детали (сосредой) —О—А *»нтейнера (сосредой)

—**-А дегапг(безсреды) --»--л шгаейвера (без среда)

Рис. 6. График зависимости амплитуды колебаний подвижных систем детали и контейнера от давления воздуха в пневмоупругих элементах при постоянном их поджатии (верхнего Ьв=95 мм, нижнего Ьн =85 мм)

Динамическая устойчивость процесса виброударного упрочнения характеризуется изменением амплитуды колебаний подвижной системы детали при увеличении или уменьшении массы инструментальной среды при фиксированной исходной отстройке от резонанса.

При отстройке со/сод =0,9 с увеличением массы инструментальной среды амплитуда колебаний подвижной системы детали убывает из-за уменьшения ее собственной частоты (рис. 6).

Экспериментально установлено, что при давлении в пневмоупругих элементах Р=0,25 МЛа с увеличением массы от 30 до 40 кг амплитуда колебаний детали уменьшается с 4,2 до 3,4 мм, амплитуда контейнера уменьшается с 3,5 до 3,0 мм. При уменьшении массы с 30 до 26 кг амплитуда детали возрастает с 4,2 до 4,7 мм; амплитуда контейнера снижается с 3,5 до 3,1 мм (рис. 7). При отстройке в доре-зонансной области ео/со0 =0,9, при упругом креплении детали за счет применения пневмоупругих элементов с буферной нелинейной жесткостью обеспечивается следующая стабильность. При плавном увеличении массы инструментальной среды на 33 % амплитуда подвижной системы детали уменьшается на 23 %, а амплитуда контейнера - на 13 %. При плавном уменьшении массы инструментальной среды на 15 %, амплитуда подвижной системы детали возрастает на 12 %, амплитуда контейнера уменьшается на 13 %.

Рис. 9. Общий вид модернизированной виброустановки резонансного типа ВУД-2500-Р с упругим креплением детали: 1 - упрочняемая деталь; 2 - дебалансный вал; 3 - пневмоупругие элементы подвижной системы детали; 4 - пневмоупругие элементы контейнера; 5 - контейнер; 6 - основание; 7 - гибкая муфта; 8 - двигатель; 9 - откидной механизм подвижной системы детали; 10 - выгрузной люк

1,5 Г"" ..................... Ш \ <5 У г.- £ у

1

25 26 2? 23 » 30 31 32 33 Я 35 К 37 X № 40 1] ».кг

1» 1« 15' 152 Н7 ИЗ 139 Пй Оц.с' ЛИ

-О-Дели. -О-Каятейнср —До -<>-П«С4К

Рис. 7. Зависимость амплитуды коле- Рис. 8. Изменение шеро-баний подвижных систем детали и ховатости К а (мкм) об-

контейнера от изменения массы инст- разцов-свидетелей до и

рументальной среды (тигх =30кг) П0<Гле виброударной об-

исх работки

Экспериментальные исследования формирования параметра шероховатости Яа показали, что у образцов в левой и правой части макета детали К а снизилась в 1,5-1,8 раза (рис. 8). В верхней части макета детали Яа снизилась на минимальную величину 1,3 раза из-за малой толщины слоя среды. В нижней и правой нижней части макета Яа снизилась на максимальную величину в 2,1-2,5 раза в связи повышенной плотностью частиц инструментальной среды.

Общий вид модернизированной виброустановки виброустановки резонансного типа ВУЛ-2500-Р представлен на гшс. 9.

А, мм 5

-1,5

4 3,5 3 2,5

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследование разработанных математических моделей периодических перемещений контейнера и упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме, соударений с ней частиц инструментальной среды позволили теоретически обосновать и экспериментально подтвердить эффективность виброударного упрочнения в новой технологической системе, которая обеспечивает требуемые показатели качества поверхностного слоя, удовлетворительную стабильность процесса, допустимое вибрационное воздействие на основание и снижение потребляемой мощности привода.

2. Решение математических моделей формирования шероховатости, остаточных напряжений и наклепа в поверхностном слое упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме показало, что за счет установки экрана на подвижной системе детали, энергия периодических соударений частиц инструментальной среды с деталью увеличивается на 30-40%, технологические показатели качества поверхностного слоя повышаются на 12-15%.

3. Экспериментальные исследования подтвердили, что при исходной до резонансной отстройке на 10-15%, при уменьшении массы инструментальной среды до 15-20 %, за счет нелинейных упругих элементов обеспечивается требуемая стабильность показателей качества поверхностного слоя, а при увеличении массы среды на указанную величину происходит срыв режима в неустойчивую область и недопустимые погрешности обработки.

4. Экспериментальные исследования показали, что при до резонансной отстройке подвижной системы детали на 10-15 % и далеко за резонансной отстройке подвижной системы контейнера на 200-300 % и более, вибрационное воздействие на основание не превышает 5-7 % от амплитуды колебаний детали и соответствует допустимым санитарным нормам.

5. Указанные в п. 4 настройки обеспечивают снижение на 50-70 % удельной мощности привода вибратора на единицу амплитуды колебаний подвижной системы детали по отношению к жесткому креплению детали и упрочнению в за резонансном режиме.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мерчалов, А. С. Эффективность виброударного упрочнения с упругим креплением крупногабаритных деталей авиационного производства в близко резонансных режимах [Текст] / А. С. Мерчалов // Упрочняющие технологии и покрытия. - М.: Машиностроение. - 2013. - № 12(108).-С. 9-14.

2. Копылов, Ю. Р. Динамические свойства виброупрочняющей установки резонансного типа при упругом креплении детали в контейнере [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. С. Мерчалов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - Орел: ФГБОУ ВПО «Госуниверсигет - УНПК». - 2013. - № 4 (300). - С. 79-84.

3. Мерчалов, А. С. Экспериментальное исследование формирования шероховатости поверхностного слоя детали при виброударном упрочнении с упругим креплением детали в контейнере [Текст] / А. С. Мерчалов // Фундаментальные исследования. М. - 2013. - № 10-6. - С. 1215-1218.

Статьи и материалы конференций

4. Мерчалов, А. С. Виброударное упрочнение с близкорезонанс-ным режимом работы оборудования [Текст] / А. С. Мерчалов // Авиакосмические технологии (АКТ-2009) : труды X Всерос. науч.-техн. конф. и школы молодых учёных, аспирантов и студентов. - Воронеж : ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009,- С. 101-105.

5. Копылов, Ю. Р. Математическое моделирование близко резонансных режимов виброударного упрочнения крупногабаритных деталей [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. С. Мерчалов // труды XI Всерос. науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов (АКТ-2010). Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. - С. 83- 87.

6. Копылов, Ю. Р. О возможности использования близко резонансных режимов при виброударном упрочнении крупногабаритных деталей [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. С. Мерчалов // Управляемые вибрационные машины и технологии : труды IX Междунар. науч.-техн. конф. - Курск : Курск, гос. техн. ун-т, 2010. - С. 202-207.

7. Копылов, Ю. Р. Экспериментальные исследования близко резонансных режимов работы виброупрочняющего станка [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. С. Мерчалов // Авиакосмические технологии (АКТ-2011) : труды XII Всерос. науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. - Воронеж : ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011. - С. 46 - 51.

8. Мерчалов, А. С. Исследование близкорезонансных режимов работы виброударной установки ВУРТ-ЗМ [Текст] / А. С. Мерчалов, -А. А. Кожевников // Авиакосмические технологии (АКТ-2012) : труды XIII Всерос. науч.-техн. конф. и школы молодых учёных, аспирантов и студентов. -Воронеж : ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. - С. 29-30.

9. Копылов, Ю. Р. Исследование амплитудо-фазо-частотных характеристик резонансного вибростанка [Текст] /Ю. Р. Копылов, А. С. Мерчалов, А. А. Кожевников // Управляемые вибрационные технологии и машины (ВИБРАЦИЯ-2012) : материалы X Междунар. науч.—техн. конф. — Курск : Юго-Западный государственный университет, 2012. -С. 279-284.

10. Копылов, Ю. Р. Виброударное упрочнение длинномерных деталей [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. С. Мерчалов, А. А. Кожевников // Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии : материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Липецк : ЛГТУ, 2012. - С. 195-199.

11. Мерчалов, А. С. Исследование динамических свойств виброу-прочняющей установки резонансного типа [Текст] / А. С. Мерчалов У/ Инновационные технологии и технические средства для АПК : материалы науч. конф. - Воронеж: ФГБОУ ВПО «ВГАУ им. императора Петра I», 2013.-С. 56-60.

12. Мерчалов, А. С. Формирование поверхностного слоя при виброударном упрочнении крупногабаритных деталей в близко резонансном режиме [Текст] / А. С. Мерчалов, Ю. Р. Копылов // Наукоемкие комбинированные и виброволновые технологии обработки материалов : материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Ростов на/Д: Изд. Центр ДГТУ, 2013. - С. 218-225.

13. Копылов, Ю. Р. Динамика близко резонансных режимов виброударного упрочнения крупногабаритных деталей [Текст] / Ю. Р. Копылов, А. С. Мерчалов II Авиакосмические технологии (АКТ-2013) : труды XIV Всерос. науч.-техн. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. — Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. - С. 96-102.

Подписано в печать 07.03.14 Формат 60 х 84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ № 22

ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет" 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14

и

На правах рукописи

04201459406

Мерчалов Александр Сергеевич

ВИБРОУДАРНОЕ УПРОЧНЕНИЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ В БЛИЗКОРЕЗОНАНСНОМ РЕЖИМЕ

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

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор ВГТУ Копылов Юрий Романович

Воронеж-2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................4

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИКИ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................10

1.1 Методы и области применения упрочняющих технологий............10

1.2. Технологические возможности виброударного упрочнения.......14

1.3. Динамические схемы, режимы работы и

конструкции виброупрочняющих станков..........................................15

1.4. Анализ зарубежных технологий и оборудования для упрочнения крупногабаритных деталей.............................................................................24

1.5. Постановка цели и задач исследований..........................................27

2. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗОНАНСА В ПРОЦЕССАХ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.....29

2.1. Особенности применения близко резонансных режимов

при виброударном упрочнении..........................................................................29

2.2. Методика теоретических исследований...........................................32

2.3. Методика экспериментальных исследований.................................33

2.4. Экспериментальное оборудование, приспособления, инструментальные среды...................................................................................35

2.5. Аппаратурное обеспечение исследований.......................................38

3. ТЕОРЕТИЧЕКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ В БЛИЗКО РЕЗОНАНСНЫХ РЕЖИМАХ......................................................................................41

3.1. Разработка физической, динамической и математической модели технологической системы с упругим креплением детали..............41

3.2. Скорость виброударных перемещений частиц инструментальной среды....................................................................................50

3.3. Скорость циркуляционных перемещений и траектория движения частиц инструментальной среды....................................................56

3.4. Продолжительность, угол, фаза и скорость периодических соударений поверхности детали с частицами инструментальной среды......62

3.5. Энергетические параметры периодических соударений

детали с вибрирующей инструментальной средой..........................................70

Выводы по 3-й главе.............................................................75

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ УПРУГОМ КРЕПЛЕНИИ ДЕТАЛИ В КОНТЕЙНЕРЕ.........................77

4.1. Физическая модель и параметры моделирования формирования поверхностного слоя при упругом креплении детали.............................77

4.2. Определение съема металла с поверхностного слоя......................80

4.3. Формирование микронеровностей поверхностного слоя...............84

4.4. Формирование сжимающих остаточных напряжений

в поверхностном слое детали.............................................................................88

4.5. Степень и глубина наклепа поверхностного слоя детали..............91

Выводы по 4-й главе...........................................................95

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ, ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОСНОВАНИЕ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ........................96

5.1. Исследование жесткости и диссипации пневмоупругих элементов, амплитудо-частотных свойств технологической системы.........96

5.2. Вибрационное воздействие на основание............................. 104

5.3. Динамическая стабильность близко резонансных режимов обработки с упругим креплением детали.............................................106

5.4. Потребляемая мощность привода вибратора................................108

5.5. Экспериментальное исследование формирования шероховатости при упругом креплении детали.............................................109

5.6. Расчет режимов виброударного упрочнения и параметров вибростанка резонансного типа с упругим креплением детали...............112

5.7. Компоновка виброустановки резонансного типа

ВУД-2500-Р с упругим креплением детали........................................115

Выводы по 5-й главе.............................................................118

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ...........................................119

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................120

ПРИЛОЖЕНИЕ.......................................................................................133

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. При виброударном упрочнении крупногабаритной детали используются зарезонансные режимы работы виброупроч-няющих станков, с жестким креплением ее в контейнере, с вращением или с переустановкой. Виброударное упрочнение позволяет для деталей, например из стали ЗОХГСНА, обеспечить формирование сжимающих остаточных напряжений 320-560 МПа, - наклеп 12-15 %, - снижение исходной шероховатости в два - три раза. В результате виброударное упрочнение повышает усталостную прочность до 12-15 % и усталостную долговечность - до 20-30 %.

В зарезонансном режиме, при жестком креплением детали в контейнере, на 100 кг массы детали приходится около 1000 кг и более массы подвижной системы контейнера. Поэтому необходимы большие мощности вибратора. Например, на ВУД-2500 для получения амплитуды колебаний 0,5 см, установлен электродвигатель 75 кВт. Зарезонансные режимы затрудняют управление режимами обработки, в этой связи возникают значительные погрешности упрочнения. Обработка с вращением детали в контейнере связана с конструктивной сложностью и низким ресурсом оснастки.

Известны многочисленные примеры полезного применения резонанса, в том числе в механических системах (вибрационные конвейеры, грохоты и др.). Повышение производительности и снижение энергетических затрат вибрационных машин основано на применении резонанса, в котором упругие и инерционные силы взаимно уравновешиваются, а энергия вибратора расходуется на преодоление диссипативных сил. Резонансные режимы обладают меньшими затратами мощности, позволяют управлять режимами в процессе обработки, но обладают низкой динамической устойчивостью в связи с высокой чувствительностью к изменению технологической нагрузки и параметров системы, оказывают большое вибрационное воздействие на основание.

В настоящей диссертации для устранения этих недостатков предлагается подвижную систему детали с установленным на ней вибратором упруго крепить к контейнеру с близко резонансной настройкой, а контейнер крепить

к основанию с зарезонансной настройкой. В этом случае подвижная система детали за счет вибратора совершает близко резонансные колебания с амплитудой ускорения 8-10 а подвижная система контейнера, установленная на основание на амортизаторах малой жесткости, совершает зарезонансные колебания с ускорением 4-5 g, за счет силового воздействия упругих элементов подвижной системы детали. Динамическая устойчивость резонансного режима решается конструктивно за счет буферных пневмоупругих элементов с нелинейной характеристикой жесткости.

Актуальность диссертации обусловлена тем, что применение резонанса повышает эффективность вибрационных технологий, в том числе виброударного упрочнения, но связано с обеспечением устойчивости при воздействии дестабилизирующих факторов и со снижением значительных вибрационных воздействий на основание, которые не решены в настоящее время.

Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 г.г. (мероприятие 1.2.1 «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Ракетостроение») и научным направлением ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в соответствии с планом ГБ НИР № 2010.15 «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».

Научная проблема состоит в обосновании эффективного применения резонансных режимов при виброударном упрочнении за счет упругого крепления упрочняемой детали в контейнере и применения буферных пневмоупругих элементов с нелинейной жесткостью, обеспечивающих устойчивость процесса, снижение вибрационного воздействия и потребляемой мощности.

Цель диссертационной работы состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении работоспособности новой технологической схемы виброударного упрочнения с упругим креплением детали в близко резонансном режиме, которая обеспечивает устойчивость процесса при изменении массы инструментальной среды и стабильность формирова-

ния шероховатости, остаточных напряжений и наклепа, снижение вибрационного воздействия на основание и потребляемой мощности.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследований.

1. Разработать математические модели и теоретически исследовать динамику перемещений детали и контейнера, периодических соударений частиц инструментальной среды с различными участками упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме.

2. Разработать математические модели и теоретически исследовать формирование шероховатости, остаточных напряжений и наклепа на различных участках упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме.

3. Экспериментально исследовать характеристики буферных упругих элементов; массовые, диссипативные и амплитудо-фазо-частотные характеристики технологической системы с упругим креплением детали.

4. Исследовать устойчивость, вибрационное воздействие на основание и потребляемую мощность при упругом креплении детали.

5. Разработать методику расчета режимов виброударного упрочнения и параметров вибростанка резонансного типа с упругим креплением детали. Доработать компоновку виброустановки ВУД-2500.

Методы исследования. Теоретическое исследование динамических параметров, формирования шероховатости, остаточных напряжений и наклепа на различных участках детали выполнялось посредством компьютерного моделирования; экспериментальные исследования формирования этих параметров, а так же - динамической устойчивости, воздействия на основание и потребляемой мощности при переменной массе подвижной системы в близко резонансном режиме осуществлялись на созданной установке ВУРТ-ЗМ.

На защиту выносятся.

- Закономерности соударений частиц инструментальной среды с различными участками упруго закреплённой крупногабаритной детали в контейнере и со станком в близко резонансных режимах.

- Закономерности формирования шероховатости, остаточных напряжений и наклепа при виброударном упрочнении на различных участках упруго закреплённой крупногабаритной детали в близко резонансных режимах.

- Результаты экспериментальных исследований зависимости массовых, упругих, диссипативных, амплитудо-фазо-частотных характеристик технологической системы, динамической устойчивости технологического процесса, вибрационного воздействия на основание, потребляемой мощности при упругом креплении детали в близко резонансных режимах.

- Методика расчета режимов виброударного упрочнения и параметров вибростанка резонансного типа с упругим креплением детали.

Научная новизна выполненных в диссертационной работе исследований состоит в следующем.

1. Выявлены новые закономерности периодических перемещений и соударений частиц инструментальной среды с различными участками упруго закрепленной детали в близко резонансном режиме: частицы пограничного слоя вибрирующей инструментальной среды перемещаются относительно детали большую часть периода синфазно (попутно), в результате скорости их соударений малы, интенсивность упрочнения снижается.

2. Теоретически установлено, что при креплении на детали экрана, частицы пограничного слоя инструментальной среды перемещаются относительно детали в противофазе, в результате скорости соударений повышаются, интенсивность снижения шероховатости растет на 15-17%, интенсивность формирования остаточных напряжений растет на 7-10 %, - наклепа на 8-12 %; относительная погрешность их формирования снижается на 20-30 %.

3. Экспериментально доказана возможность без аппаратурного обеспечения устойчивости амплитуды колебаний упрочняемой детали в пределах 20-35% при отстройке собственной частоты колебаний ее в до резонансной области на величину со/со0 ^0,9-0,85, при изменении массы инструментальной среды до за счет упругого крепления детали и нелинейной буферной жесткости пневмоупругих элементов.

4. Экспериментально установлено, что при упругом креплении детали с близко резонансной настройкой co/coq =0,9 - 0,85 и за резонансной настройкой контейнера вибрационное воздействие на основание снижается пропорционально соотношению их масс до допустимых санитарных норм, а потребляемая мощность вибратора на единицу амплитуды колебаний снижается на 50-70 % и более по отношению к зарезонансному режиму.

Достоверность результатов. Достоверность исследований, научных выводов и рекомендаций, полученных в работе, обеспечивается корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений теоретических исследований, применением апробированных методов математики и механики; экспериментальными исследованиями процесса виброударной обработки для различных режимов оборудования; подтверждением теоретических результатов экспериментальными исследованиями.

Практическая значимость работы. Разработаны новая технологическая схема виброударного упрочнения с упругим креплением детали в близко резонансном режиме и компоновка виброупрочняющего станка, позволяющая снизить на 50-70 % энергетические затраты, повысить при этом в 2-3 раза ресурс работы вибростанков, повысить качество обработки.

Практическая реализация работы. Результаты исследований диссертации, технологические рекомендации используются на «ВМЗ» - филиала ФГУП «ГКНПЦ им. М. В. Хруничева» и в учебном процессе ВГТУ.

Апробация работы. Положения работы докладывались на научно-технических семинарах и конференциях: X Международная научно-техническая конференция «ВИБРАЦИЯ-2012», «Управляемые вибрационные технологии и машины» ЮЗГУ, г. Курск, 2012 г.; Международная научно-техническая конференция «Новые достижения, практическая реализация и перспективы развития методов обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД)», ДГТУ, г. Ростов, 2012 г.; XIII Всероссийская научно-техническая конференция и школа молодых ученых, аспирантов и студен-

тов «Авиакосмические технологии» г. Воронеж, 2009-2013 г.; Международная научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», ЛГТУ, г. Липецк 2012 г.

Публикации по работе. Общий объем публикаций по диссертационой работе составляет 5,9 печ. л., из них соискателю принадлежат 2,9 печ. л. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 3 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в автореферате, лично автором выполнено следующее: в [2] сделано описание спроектированной виброустановка ВУРТ-ЗМ; в [5] выполнено численное моделированние; [6] разработана компоновка виброустановки ВУРТ-ЗМ; [7, 8] - выполнены экспериментальные исследования; [9] - исследованы амплитудо-фазо-частотные характеристики; [10] - модернизация виброустановки зарезонансного типа ВУД-2500; [12] — исследовано формирование технологических параметров; [13] - выполнено компьютерное моделирование динамики процессов виброударного упрочнения.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов, изложенных на 138 страницах; включает 124 рисунков, 19 таблиц, список литературы 112 наименований.

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИКИ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

В первой главе приводятся основные области применения виброударной обработки в машиностроении. Представлены технологические возможности процессов виброударного упрочнения деталей с закреплением. Проведен обзор динамических схем и конструкций вибростанков, анализ исследований режимов их работы. Обоснована актуальность темы диссертации. Поставлены цели и задачи исследований.

1.1. Методы и области применения упрочняющих технологий

В машиностроении, в частности в авиастроении, имеется широкая номенклатура крупногабаритных деталей, входящих в силовые узлы самолетов, вертолетов, определяющих ресурс и надежность работы изделий. К таким деталям относятся лонжероны и стрингеры, стыковые пояса и рельсы закрылков крыла, стойки и балки шасси (рис. 1.1). Большая часть таких деталей обладает сложной пространственной формой, трудно доступным расположением обрабатываемых поверхностей; крупными габаритами, малой изгибной жесткостью. В связи с интенсивными знакопеременными силовыми нагрузками, ограничением по массе, малым запасом прочности, к этим деталям предъявляются выс