Вдосконалення процесу і оснащення перервного фрикційного зміцнення плоских поверхонь

Abstract

Дисертація присвячена питанням вдосконалення процесу перервного фрикційного зміцнення плоских поверхонь деталей машин та покращання якості оброблених поверхонь і формування нанокристалічних зміцнених поверхневих шарів. Вперше запропоновано використовувати пристрій зі змінною жорсткістю для закріплення деталей. Розроблено конструкцію інструменту з різною кількістю та шириною поперечних пазів на його робочій частині для забезпечення ударного навантаження зони контакту інструмент-деталь. Розроблено математичні моделі для визначення параметрів термопружності при формуванні нанокристалічного шару. Вперше розроблено математичні моделі динамічних параметрів під час фрикційного зміцнення. Досліджено вплив параметрів зміцнення на формування зміцненого шару, його товщину і твердість, величину залишкових напружень, утворення мікрогеометрії обробленої поверхні. Розроблено і прийнято до впровадження у виробництво технологічні процеси поверхневого зміцнення деталей машин.

В диссертационной работе приведено развитие актуальной научно-технической задачи заключающейся в повышении эксплуатационных свойств деталей машин путем формирования нанокристаллических поверхностных слоев металла и параметров качества упрочненных поверхностей на основании усовершенствования процесса и оснастки прерывистого фрикционного упрочнения деталей машин. Эффективность упрочнения плоских поверхностей деталей повышается путем целенаправленного изменения рабочей поверхности инструмента-диска и использования оснастки с изменяемой жесткостью, а также назначением необходимых режимов обработки. Впервые предложено использовать приспособление со сменной жесткостью для крепления детали. Разработано конструкцию инструмента с разным количеством и шириной поперечных пазов на рабочей части. Разработаны математические модели для определения параметров термоупругости при формировании нанокристаллического поверхностного слоя во время прерывистого фрикционного упрочнения. Показано, что на формирование упрочненного слоя мало влияет количество поперечных пазов на рабочей части инструмента. Ширина паза существенно влияет на температуру нагрева поверхности зоны контакту инструмент-деталь. Впервые разработаны математические модели динамических параметров фрикционного упрочнения плоских поверхностей без и при использовании специального приспособления для изменения жесткости технологической системы. Показано, что при прерывистом упрочнении плоских поверхностей на жестком приспособлении при малом количестве пазов (4-16) и увеличении угловой скорости вращения инструмента динамическая система станка колеблется на частотах близких к резонансным. При использовании приспособления с меньшей жесткостью (60 Н/мкм) резко уменьшаюттся колебательные процессы. Показано, что уменьшение жесткости технологической системы благоприятно влияет на формирование упрочненного слоя и качество обработанной поверхности. При этом увеличивается толщина упрочненного слоя, его микротвердость, величина остаточных напряжений. Представлено экспериментальные исследования параметров качества упрочненных поверхностей. Показано, что нанокристаллический слой наибольшей толщины и твердости, а также с наименьшей волнистостью получается при упрочнении инструментом с поперечными пазами на рабочей части и использованием приспособления с жесткостью 60 Н/мкм. Разработана инженерная методика и написана макропрограмма в среде VBA предназначенная для использования ее в пакете SolidWorks для автоматизированного проектиррования специальной пружины приспособления. Пружины (их количество и геометрические параметры) выбираются в зависимости от требуемой жесткости динамической системы станка. Разработан и принят к внедрению в производство технологический процесс фрикционного упрочнения деталей технологической оснастки.

Dissertation is devoted to improving the process of discontinuous frictional hardening of flat surfaces of machine parts and the quality of machined surfaces and the formation of nanocrystalline hardened surface layers. The work suggests the usage the device with variable stiffness to hold the parts for the first time. The tool with different number and width of transverse slots on its working section to provide impact load of the contact tool-part was design. For determination the thermoelasticity parameters in the formation of nanocrystalline layer mathematical models were developed. The work suggests the usage the mathematical models of dynamic parameters of the frictional hardening the first time. The influence of the hardening parameters for formation the hardened layer, thickness and hardness, value of residual stress, formation microgeometry of machined surface were researched. The technological processes of the superficial hardening of machine parts were developed and implemented.