Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки (1095101)
Текст из файла
На правах рукописиХарченко Владислав ВикторовичПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВАПОВЕРХНОСТНОГО СЛ ОЯ ИЗДЕЛИЙИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВАМЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИСпециальность 05.02.07«Технология и оборудование механической ифизико-технической обработки»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква - 2012Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего профессионального образования «Московский государственныйиндустриальный университет»Научный руководитель:заслуженный деятель науки РФ,доктор технических наук, профессорТаратынов Олег ВасильевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, доцентГоворов Игорь ВитальевичООО «ЧТПЗ-Инжиниринг»,директор департаментакандидат технических наук, доцентПанин Павел ВасильевичФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ,старший научный сотрудникВедущая организация:ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»Защита состоится «14» февраля 2013 года в 14:15 на заседании диссертационногосовета Д 212.129.01 в Московском государственном индустриальном университете поадресу: 115280, Россия, Москва, ул.
Автозаводская, д. 16, ауд. 1804.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственногоиндустриального университета.Автореферат разослан «24» декабря 2012 годаУчёный секретарь диссертационного советаИванов Юрий СергеевичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыПовышение качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей машинявляется актуальной проблемой технологии машиностроения, решение которой требуетопережающего подхода в условиях быстрого технического развития и рыночной экономики,породившей острую конкуренцию среди производителей.В процессе эксплуатации поверхность изделий, в том числе в летательных аппаратах,подвергается интенсивному износу и именно с неё в большинстве случаев начинается потеряслужебного назначения по одному из эксплуатационных свойств - усталостная трещина,абразивный износ, коррозия и др.При решении указанной проблемы в промышленности на завершающей стадиитехпроцессаизготовлениядеталейприменяютразличныефинишныеметодытехнологического обеспечения качества поверхностного слоя – абразивную отделку,термическую закалку, нанесение покрытий, поверхностное легирование и пластическоедеформирование.
Для достижения максимального эффекта используют комбинированныеметоды обработки.Преимуществотехнологииповерхностно-пластическогодеформирования(ППД)заключается в том, что благодаря пластическому течению металла деформированныевыступы заполняют впадины профиля, увеличивая опорную длину и несущую способностьповерхности. Радиус закругления вершин неровностей по сравнению с другими методамиобработки имеет максимальное значение, что существенно сокращает период приработки иизнос сопрягаемых поверхностей.
Макроотклонения не исправляются ввиду упругогоконтакта инструмента и заготовки, а объём детали не изменяется. В результате деформациипроисходитформированиеупрочнённогослоясравномернымградиентомспадамикротвёрдости, остаточных сжимающих напряжений и глубины наклёпа.Изучению технологии ППД в отечественной науке в период 60-80-х годов ХХ векабыло посвящено большое количество работ. Значительных успехов в данной областидостигли В.М. Браславский, И.В.
Кудрявцев, А.И. Марков, И.И. Муханов, Л.Г. Одинцов,Д.Д. Папшев, В.В. Петросов, О.А. Розенберг, В.М. Смелянский, А.Г. Суслов, В.М. Торбило,Л.А. Хворостухин, Ю.В. Холопов, П.А. Чепа, Ю.Г. Шнейдер и др.Ультразвуковая обработка (УЗО) представляет собой прогрессивную технологиюфинишной отделочно-упрочняющей обработки металлов давлением, позволяя заменитьклассические статические методы ППД по схемам качения и скольжения – накатывание ивыглаживание. Отличительной особенностью УЗО является малая температура нагрева,3низкое статическое усилие и высокая скорость деформирования, благодаря чему даннаятехнология позволяет обрабатывать как детали, обладающие невысокой конструктивнойжёсткостью, так и поверхности, подвергнутые закалке и отпуску.
В результате воздействияультразвуковых колебаний значительно снижается сопротивление металла пластическойдеформации.В последние годы появилось большое количество работ, посвящённых изучениютехнологии УЗО, которые были направлены на совершенствование процесса обработки сцелью технологического обеспечения качества поверхности и эксплуатационных свойствдеталей машин. Среди них работы Ю.М. Боровина, Ким Чанг Сика, Н.П. Коломееца,Ю.В. Никитина, З.В. Степчевой и ряда других авторов.
Однако одним из недостатковуказанныхработявляетсяотсутствиевниманиявопросамповышениякачестваповерхностного слоя изделий из титановых сплавов, нашедших широкое применение вавиационной и космической отраслях промышленности. В частности, в Российскойсамолётостроительной корпорации «МиГ» существуют проблемы улучшения коррозионнойстойкости и износостойкости поверхности ряда деталей, а также снижения их массы.Разработка технологии с использованием современных материалов, которая позволяетулучшитьтопографиюповерхности,управлятьеёмикротвёрдостью,остаточныминапряжениями и глубиной наклёпа для обеспечения требуемых эксплуатационных свойствизделий, является актуальной задачей.Актуальность настоящей работы подтверждается также тем, что научные исследованияпо данной тематике проводились в рамках Аналитической ведомственной целевойпрограммы «Развитие научного потенциала высшей школы» Министерства образования инауки Российской Федерации (темы РНП 6322 и 2.1.2/11022).
Данному научномунаправлениюиколлективукафедры«Технологияиметаллорежущиесистемыавтомобилестроения» Московского государственного индустриального университета в2008 году указом Президента был присвоен статус ведущей научной школы России.Цель работыЦельюнастоящейдиссертационнойповерхностного слоя рабочего«Российскаяработыявляетсяповышениештока 5.12.5301.1006.98, изготавливаемогосамолётостроительнаякорпорация«МиГ»,методомкачествав ОАОультразвуковогоповерхностно-пластического деформирования для обеспечения требуемой коррозионнойстойкости и износостойкости.4Задачи исследованияДля достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:1) Усовершенствоватьматематическуюмодельконтактноговзаимодействияинструмента с обрабатываемой поверхностью и получить аналитические уравнения длярасчёта силовых и кинематических параметров технологического процесса УЗО;2) Провести экспериментальные исследования влияния различных технологическихрежимов обработки на состояние поверхностного слоя деталей из титанового сплава ипроанализировать взаимную совместимость получаемых геометрических и физикомеханических характеристик поверхности после УЗО;3) Получить систему регрессионных уравнений, устанавливающих связь междупараметрами обработки и геометрическими характеристиками поверхности, которыепозволяют технологически управлять качеством выпускаемых изделий;4) Разработать практические рекомендации по оптимизации технологии УЗО и еёвнедрению в опытный технологический процесс производства штока 5.12.5301.1006.98 вОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».Объект исследованияОбъектом проведения исследований является качество поверхностного слоя штокалетательного аппарата 5.12.5301.1006.98, работающего в условиях трения с возможнымпопаданием на поверхность абразивных частиц при перепаде температур от -50°С до +50°С,который изготавливается в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».Предмет исследованияПредметом исследований является теоретическое и экспериментальное изучениетехнологии ультразвуковой обработки изделий из титанового сплава ВТ6, закономерностейизменения геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоядеталей, а также анализ их взаимной совместимости при различных технологическихрежимах УЗО.Методы исследованияПри постановке модельного эксперимента использовалась заготовка из титановогодеформируемого сплава марки ВТ6, полученная путём отливки и подвергнутая горячейобработке давлением с последующим отжигом в верхнем температурном интервале(+)-области.5Предварительная чистовая лезвийная обработка перед операцией УЗО производиласьна вертикально-фрезерном трёхкоординатном станке AGIE Mikron VCE-600 (Швейцария)твёрдосплавным инструментом Sandvik(Швеция), а формирование заготовокдлямикрошлифов осуществлялось на электроэрозионном вырезном станке AGIE Classic V2(Швейцария).Ультразвуковая обработка проводилась с помощью генератора ИЛ10 - 0.63 (Россия),соединённогоспреобразователя,колебательнойсистемой,волновода-концентраторасостоящейиизакустическоймагнитострикционногоголовкисвпаяннымтвёрдосплавным индентором.Обработка результатов эксперимента осуществлялась в лабораториях Московскогогосударственного индустриального университета (ФГБОУ ВПО «МГИУ»), Московскогоавиационно-технологическогоинститута(ФГБОУВПО«МАТИ-РГТУим.
К.Э. Циолковского») и Московского института стали и сплавов (ФГАОУ ВПО «НИТУМИСиС»)наследующемоборудовании:цифровойпрофилометрHommelTesterT8000-RC120-400 (Германия), универсальный цифровой твердомер Affri 251 VRSD (Италия),цифровой микротвердомер Affri DM8 (Италия), автоматический многофункциональныйрентгеновский дифрактометр общего назначения ДРОН-7 (Россия), металлографическийинвертированный оптический микроскоп Carl Zeiss Axio Observer.A1m (Германия),просвечивающий электронный микроскоп JEOL JEM-2100 (Япония).Достоверность результатовРезультаты работы получены с использованием современного математическогоаппарата, вычислительных средств, достижений в области трибологии, материаловедения итехнологиимашиностроения,атакжеавтоматизированногоаналитическогоиметрологического оборудования, что подтверждает их объективность и достоверность.Научная новизна и положения, выносимые на защиту1) Аналитические уравнения для расчёта давления в зоне контакта инструмента изаготовки, стойкости индентора, энергии деформирования шероховатости, степениперекрытия отпечатков от действия индентора и высоты выступов профиля обработаннойповерхности с учётом степени перекрытия отпечатков, устанавливающие связь указанныхвеличин с технологическими параметрами режима УЗО.2) Система регрессионных уравнений для технологического управления качествомповерхностного слоя обрабатываемых изделий из титанового сплава ВТ6, устанавливающаясвязь режимов обработки с параметрами шероховатости профиля после УЗО.63) Исследование взаимной совместимости геометрических (высотные и шаговыепараметрышероховатости)ифизико-механических(микротвёрдость,остаточныемакронапряжения, глубина наклёпа, плотность дислокаций) характеристик поверхностногослоя деталей после УЗО.Практическая ценность1) Разработантехнологическийпроцессфинишнойультразвуковойобработкиповерхности штока 5.12.5301.1006.98 из титанового сплава ВТ6, изготавливаемого в ОАО«Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».2) Разработан алгоритм оптимизации указанного технологического процесса сиспользованием полученных аналитических и регрессионных уравнений и выявленныхэмпирических закономерностей.Реализация результатов работыРезультаты диссертационной работы внедрены в опытный технологический процесспроизводства рабочего штока летательного аппарата 5.12.5301.1006.98 в ОАО «Российскаясамолётостроительная корпорация «МиГ».Апробация работыРезультатыработыдоложеныиобсужденынатрёхнаучно-практическихконференциях:- университетскаянаучно-практическаяконференциястудентов,аспирантовимолодых учёных «Молодая наука АФ – 2011» (Москва, МГИУ, 12-28 апреля 2011 г.);- II Международная научно-практическая конференция «Итоги и перспективыинтегрированной системы образования в высшей школе России: образование - наука инновационнаядеятельность»всекции«Современныепроблемыпроизводства:прогрессивные технологии и материалы» (Москва, 26-28 октября 2011 г.);- 14-я Международная научно-практическая конференция «Технологии упрочнения,нанесения покрытий и ремонта: теория и практика» в секции «Технологии упрочнения ивосстановления физико-механических свойств поверхности» (Санкт-Петербург, 17-20 апреля2012 г.).7ПубликацииРезультаты научных исследований опубликованы в 10 печатных работах, включая2 статьи в сборниках международных научно-практических конференций и 4 статьи врецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.Структура и объём работыНастоящаяработасостоитизвведения,четырёхглав,заключения,спискаиспользованной литературы (150 наименований), приложений и содержит 250 страницмашинописного текста, в том числе 61 рисунок и 40 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, определенынаправления исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность,приведены данные об апробации работы и публикациях, указаны сведения о структуре иобъёме диссертации.В первой главе рассмотрен механизм формирования упрочнённого поверхностногослоя при ППД, проведён сравнительный анализ различных методов отделочно-упрочняющейобработки (накатывания, алмазного выглаживания, дорнования, вибронакатывания ивибровыглаживания, чеканки, дробеструйной обработки) и их влияния на геометрические ифизико-механические характеристики упрочнённого слоя, содержится литературный обзорна существующие работы по выбранной тематике.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
