Ультразвуковые виброударные системы в процессах формирования заданных свойств металлических и композиционных материалов в машиностроении (15.06.2010)

Автор: Ганиев Махмут Масхутович

ГАНИЕВ Махмут Масхутович

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ВИБРОУДАРНЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАННЫХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Казань 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Асташов Владимир Константинович;

доктор технических наук, профессор

Горюнов Лев Васильевич

доктор технических наук, профессор

Киселев Евгений Степанович

Ведущая организация:

Институт Проблем Машиностроения РАН, г. Санкт – Петербург

Защита состоится 24 сентября 2010 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.11 при Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68 (зал заседаний Ученого совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «___» _____ 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Герасимов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В машиностроении одним из эффективных способов повышения эксплуатационных свойств деталей машин является холодное поверхностное пластическое деформирование (ППД). При ППД улучшается микрогеометрия поверхности, повышается поверхностная твердость, в поверхностном слое образуются напряжения сжатия, в результате чего повышаются эксплуатационные свойства деталей: усталостная и контактная прочность, износостойкость, коррозионная прочность и стойкость.

Одним из эффективных и перспективных методов упрочнения посредством ППД является ударная ультразвуковая обработка (УУЗО), осуществляемая жестко закрепленным или полусвободным металлическим инструментом. По сравнению с другими способами ППД УУЗО пластически деформирует поверхностный слой импульсно с большой частотой, скоростью, интенсивностью при незначительном нагреве, обеспечивая многократное увеличение долговечности деталей и конструкций.

Необходимым условием высокоамплитудной устойчивой обработки является настройка ультразвуковой колебательной системы в резонанс. Ударный, т.е. существенно нелинейный характер взаимодействия колебательной системы с металлической заготовкой вызывает проявление ряда нелинейных эффектов, таких как смещение резонансной частоты при изменении нагрузки (силы прижима инструмента, контактной жесткости обрабатываемого материала), двузначность амплитудно-частотной характеристики, наличие неустойчивых диапазонов частот возбуждения и др. Эти явления затрудняют резонансную настройку ультразвуковой системы, приводят к потере устойчивости и срыву колебаний.

В ходе развития ультразвуковой техники получили распространение более сложные колебательные системы, состоящие из двух и более соударяющихся элементов. Применение таких систем позволяет уменьшать потери и концентрировать УЗ энергию в обрабатываемом материале, обеспечить эффективную виброизоляцию станка или ручного инструмента, проводить виброударную обработку в труднодоступных местах и др. В то же время, с введением дополнительных ударных пар увеличивается число степеней свободы, что еще более усложняет поведение колебательной системы. Поэтому динамический анализ составных колебательных систем с двумя степенями свободы, исследование их резонансных свойств с учетом ударного взаимодействия с обрабатываемым изделием является (актуальной) первостепенной задачей.

Высокая концентрация энергии ультразвука в зоне обработки в значительной мере влияет на физико-механические свойства материалов и протекание технологических процессов в ходе обработки материалов как в твердой, так и в жидкой фазе. Деформационное упрочнение металла из-за увеличения степени пластической деформации, интенсификация пропитки композита в результате уменьшения вязкости и улучшения смачиваемости связующего позволяют улучшать структуру и повышать прочностные характеристики готовых изделий наложением ультразвуковых колебаний. Поэтому важными являются вопросы совершенствования ультразвукового ударного инструмента с целью повышения эффективности его работы и достижения лучших эксплутационных показателей изделий машиностроения.

Работы, направленные на решение перечисленных проблем, являются актуальными и представляют научный и практический интерес.

Областями исследований в данной работе являются: нелинейные колебания ультразвукового ударного механизма, математическое моделирование динамики его работы, изыскание путей повышения эффективности работы ультразвукового ударного инструмента.

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору Вагапову И.К. и д.т.н., профессору Каримову А.Х. за научные консультации по работе.

Цель работы. Разработка теоретико-экспериментальных основ работы ультразвуковых виброударных систем для повышения эффективности их применения при формировании эксплуатационных свойств металлических и композиционных материалов изделий машиностроения.

Задачи исследований:

1. Разработать математическую модель работы виброударной ультра-звуковой технологической системы с двумя степенями свободы с одним активным и одним пассивным вибраторами-интрументами, учитывающую нелинейность технологической нагрузки при деформировании металла.

2. Разработать математическую модель динамики работы виброударного ультразвукового инструмента с промежуточным бойком и учетом процесса поверхностного пластического деформирования металла.

3. Разработать комплексные программы расчета математических моделей виброударных ультразвуковых технологических систем.

4. Провести экспериментальные исследования рассматриваемых вибро-ударных ультразвуковых технологических систем с целью проверки и уточнения математических моделей и оптимизации параметров режима их работы.

5. Разработать метод мониторинга работы виброударной ультразвуковой системы с промежуточным бойком с целью управления интенсивностью ультразвукового воздействия на материал.

6. Рассмотреть применения виброударных ультразвуковых технологи-ческих систем для повышения эксплуатационных характеристик изделий машиностроения из металлических и композиционных материалов.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель работы виброударной ультразвуковой технологической системы с двумя степенями свободы с одним активным и одним пассивным вибраторами-интрументами, учитывающая нелинейность технологической нагрузки при деформировании металла.

2. Математическая модель динамики работы виброударного ультразву-кового инструмента с промежуточным бойком и учетом процесса поверхностного пластического деформирования металла.

3. Комплексные программы расчета математических моделей вибро-ударных ультразвуковых технологических систем.


загрузка...