Диссертация (Технологическое обеспечение качества прецизионных поверхностей деталей типа «тел вращения» из титановых сплавов)

Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования«Санкт–Петербургский горный университет»На правах рукописиКошелева Елена ВикторовнаТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРЕЦИЗИОННЫХПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ТИПА«ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ» ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВСпециальность 05.02.08 – Технология машиностроенияДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,профессор В.В.

МаксаровСанкт-Петербург – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯКАЧЕСТВА И ТОЧНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ................................................................................. 141.1 Классификация титановых сплавов и основные особенности механическойобработки ................................................................................................................... 141.2 Показатели качества механической обработки деталей типа «тел вращения»из титановых сплавов................................................................................................

191.3 Анализ различных методов повышения качества обработки деталей типа«тел вращения» из титановых сплавов ................................................................... 271.4 Обзор литературных источников, нормативно-технической документации,постановка цели и задач исследования ................................................................... 39ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И ТОЧНОСТИПРЕЦИЗИОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ»НА ОСНОВЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИЛОКАЛЬНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ .............................

432.1 Обзор существующих методов пластического деформированияповерхностного слоя обрабатываемой заготовки .................................................. 442.2 Сущность метода предварительной подготовки поверхности локальнымпластическим деформированием ............................................................................. 462.3 Определение параметров предварительного локального пластическогодеформирования поверхностного слоя детали ......................................................

492.4 Устройство для создания локального пластического деформирования наповерхностном слое детали ...................................................................................... 542.5 Выводы по второй главе ..................................................................................... 64ГЛАВА 3 ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ3ДЕТАЛИ ТИПА «ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ» С УЧЕТОМ ЛОКАЛЬНОГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ .......................................................... 653.1 Построение математической модели эквивалентной технологическойсистемы механической обработки ........................................................................... 673.2 Составление уравнений динамики эквивалентной технологической системымеханической обработки деталей типа «тел вращения» с учетом процессастружкообразования..................................................................................................

803.3 Описание в эквивалентной математической модели технологическойсистемы механической обработки структурных изменений в поверхностномслое детали типа «тел вращения» под воздействием локального пластическогодеформирования ........................................................................................................ 903.4 Моделирование динамических характеристик технологической системы ишероховатости поверхности при механической обработке деталей типа «телвращения» с локальным пластическим деформированием ................................ 1003.5 Вывод по третьей главе ....................................................................................

110ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯСОЗДАННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ В СТРУКТУРЕ ПОСРЕДСТВОМПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕОБЕСПЕЧЕНИЕ В ПРОЦЕССЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИШЕРОХОВАТОСТИ И ТОЧНОСТИ ФОРМЫ ДЕТАЛИ «ОПОРА» ................. 1124.1 Исследования влияния параметров создаваемой локально измененнойструктуры в поверхностном слое обрабатываемой детали на процессдинамической устойчивости механической обработки ...................................... 1124.2 Исследования влияния предварительного локального пластическогодеформирования на стойкость лезвийного инструмента ....................................

1184.3 Исследования параметров шероховатости прецизионной поверхностидетали «опора» при применении предварительного локального пластическоговоздействия на поверхностный слой заготовки ................................................... 12144.4 Исследования влияния предварительного локального пластическогодеформирования на геометрические параметры точности формы детали«опора» .....................................................................................................................

1284.5 Влияние предварительного локального пластического деформирования напроцесс стружкообразования при формировании прецизионной поверхностидетали «опора» из титанового сплава ................................................................... 1314.6 Рекомендации для выбора оптимальных параметров механическойобработки детали «опора» с предварительным локальным пластическимдеформированием для обеспечения требуемых параметров точности формы ишероховатости прецизионной поверхности .........................................................

1344.7 Результаты и выводы по четвертой главе ....................................................... 136ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 138СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................... 140ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические характеристики приборов ............................... 151ПРИЛОЖЕНИЕ Б Технические характеристики станкаEMCO MAXXTURN 25 .............................................................................................

157ПРИЛОЖЕНИЕ В Способ механической обработки заготовки из титановогосплава (Патент) ........................................................................................................ 160ПРИЛОЖЕНИЕ Г Устройство для создания предварительного локальногопластического деформирования (Патент) ............................................................ 162ПРИЛОЖЕНИЕ Д Акт о внедрении результатов работы в учебный процесс . 164ПРИЛОЖЕНИЕ Е Акты о внедрении результатов работы в производство .....

165ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Типовой технологический процесс изготовления детали«опора» ..................................................................................................................... 167ПРИЛОЖЕНИЕ З Усовершенствованный технологический процессизготовления детали «опора»................................................................................. 1715ВВЕДЕНИЕАктуальность темы диссертацииСовременное машиностроение – отрасль промышленности, характернойособенностью которой является огромное разнообразие машин и механизмов,различныхпоконструкции,температурнымусловиямработы,видамэксплуатационных нагрузок, рабочим средам и т.

д. Такие требования приводятк широкому применению новых материалов с особыми физико-механическимисвойствами, сочетающих в себе свойства разных металлов, и представляютсобой важную техническую проблему. Одним из таких материалов являютсятитан и сплавы на его основе. Высокая коррозионная стойкость, коррозионномеханическая прочность, удельная прочность, малая пластичность и ряд другихфизико-механических характеристик позволяют рассматривать титановыесплавы как труднообрабатываемые материалы, приближающие их по свойствамк высокопрочным материалам.Титановыесплавынашлиширокоеприменениевморскомприборостроении, например в создании гидроакустических комплексов (ГАК)для исследования глубоководных месторождений. Изготовление данныхкомплексов требует высочайших знаний и огромного опыта в технологическойподготовке производства. Находящийся в подводном положении ГАК –практически единственный источник получения информации об окружающейсреде.Основныезадачи,решаемыегидроакустическим комплексом–обнаружение реперных точек, определение их координат, автоматическоеисследование толщи дна ультразвуковыми волнами, классификация слоев дна врежиме гидролокации сигналами в широком диапазоне частот, обеспечениеобзора ближней обстановки и безопасности плавания, освещение ледовойобстановки при исследовании подо льдом, решение навигационных задач –измерение скорости хода, глубины места и т.д.

Помимо указанных задач,комплекс должен обладать мощной системой автоматизированного контроля,системой наблюдения за собственной шумностью, должен непрерывно6производитьсложнейшиегидрологическиерасчетыдляобеспеченияфункционирования всех систем и для предсказания обстановки в районедействий, а также обладать минимальным весом и стойкостью к работе вагрессивных средах.В ходе экспериментальных исследование было установлено, что титан ититановыесплавыпоказалиотличныехарактеристикистойкостикгидростатическому давлению при глубоководном погружении, работе вагрессивной среде и передаче уровня сигнала с необходимой частойпроходимости через поверхность стяжки и корпуса без искажения призначительно малом весе конструкции прибора, отличающимся в 2,2…2,7 разаот изделия, изготавливаемого из других металлов.Как известно, к технологическому процессу изготовления деталей изтитаносодержащихсплавовпредъявляютсявысокиетребованиясограничением использования металлорежущего оборудования.