Введение к работе
^
Актуальность. Оборудование вибрационной отделочно-упрочняющей обработки (ВиОУО) получило широкое распространение практически во всех отраслях машиностроения. Наиболее интенсивно вибрационное упрочнение применяется на предприятиях авиационной промышленности, в частности для упрочнения лонжеронов вертолетов. Эти изделия относятся к наиболее ответственным деталям вертолетов, поэтому к качеству их изготовления предъявляются чрезвычайно высокие требования. Упрочнение внутренних и наружных поверхностей лонжеронов в настоящее время производится на высокоамплитудных вибрационных станках. Однокомпонентная или двухкомпонентная вибрация возбуждает движение рабочей среды, которая воздействуя на поверхность детали и элементы ограждающих поверхностей контейнеров, в которых располагаются упрочняемые заготовки и рабочая среда, посредством ударов частиц, производит эффект упрочнения. Результаты исследований, проведенных в последние годы, указывают на широкие технологические возможности ВиОУО, характеризующиеся высокими технико-экономическими показателями при выполнении большой группы отде-лочно-упрочняющих операций. Однако конкретные условия их применения, раскрытие физической сущности протекания процесса в каждом конкретном случае, большое количество факторов, оказывающих непосредственное влияние на производительность и качество обработки, требуют проведения дополнительных исследований, в особенности для однокоординатных стендов, на которых и производится виброударное упрочнение лонжеронов.
Для обеспечения требуемого качества упрочняемой поверхности несущей системе вибростендов сообщаются высокие частоты и амплитуды вибраций, что неизбежно сопровождается интенсивной виброакустической активностью оборудования, уровни шума и вибраций которого существенно превышают санитарные нормы. Учет требований безопасности в передовых технологиях выполняется наряду с требованиями по качеству. Для рассматриваемого процесса условия безопасности при эксплуатации оборудования нарушаются только по виброакустическим показателям.
Таким образом, решение задачи разработки рациональных режимов процесса виброударного упрочнения труб лонжеронов и обеспечения предельно-допустимых виброакустических характеристик является актуальной.
Целью настоящей работы является разработка методики расчета технологических параметров виброударного упрочнения труб лонжеро-
fOC »АЦММАИі БЯ&ВИОТЕКА I
S?TfS\
"' . ні чи» т
нов с учетом обеспечения нормативных величин виброакустических характеристик.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи.
-
Провести теоретические и экспериментальные исследования формирования качества поверхностного слоя лонжеронов (степень и глубина наклепа, остаточные напряжения и др.) и шероховатости обработанных поверхностей.
-
Разработать методику расчета основных технологических параметров процесса виброударного упрочнения труб лонжеронов.
-
Разработать модели виброакустической динамики подобного типа оборудования и получить зависимости для оценки спектров шума в производственном помещении.
-
Провести экспериментальные исследования виброакустических характеристик при виброударном упрочнении труб лонжеронов.
-
Разработать методику виброакустического расчета оборудования и на ее основе на этапе проектирования выбрать рациональные способы шумо- и виброзащиты операторов, обеспечивающих выполнение санитарных норм.
-
Методику расчета и выбора технологических параметров вибрационной отделочно-упрочняющей обработки на однокоординатном станке.
-
Модель процесса формирования шероховатости поверхности трубы лонжерона и закономерности формирования физико-механических свойств поверхностного слоя.
-
Методику оптимизации динамической системы стенда для виброударного упрочнения.
^Закономерности формирования виброакустических характеристик подобного оборудования.
5. Модели шумообразования, учитывающие компоновку стенда и воздействие рабочей среды, а также инженерные методы расчета спектров шума в рабочей зоне.
', 6. Инженерные решения по обеспечению предельно-допустимых значений вибрации и шума.
Научная новизна работы заключается в том, что:
1. Предложена и экспериментально подтверждена модель формирования шероховатости поверхности трубы лонжерона, учитывающая конструктивно-технологические параметры процесса обработки и свойства материала детали.
2 Раскрыты основные закономерности формирования физико-механических свойств поверхностного слоя при виброупрочняющей обработке на однокоординатном станке.
-
Разработаны модели виброакустической динамики процесса виброударного упрочнения лонжеронов, на основе которых теоретически прогнозируются закономерности формирования спектров вибрации и шума.
-
Получены математические зависимости уровней вибрации и шума, учитывающие компоновку оборудования, параметры технологического процесса упрочнения, включая воздействие рабочей среды.
5.Теоретически обоснована возможность создания оборудования для виброударного упрочнения с учетом критериев требуемого качества обработки, а также экологичносги и безопасности.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Сформулированы технологические закономерности прогнозирования и обеспечения параметров качества поверхностного слоя.
-
Разработана методика расчета и выбора технологических параметров обработки.
-
Для конструкторско-технологических служб разработан аппарат, позволяющий при проектировании подобных процессов и оборудования для их реализации расчетным путем определить превышение виброакустических характеристик над предельно-допустимыми значениями и выбрать инженерные решения по обеспечению нормативных значений.
-
Предложен комплекс мероприятий по снижению вибрации и шума на участке виброударного упрочнения лонжеронов, внедрение которых обеспечило выполнение нормативных величин.
Реализация в промышленности. Обоснованы и переданы на согласование разработчику рациональные режимы обработки лонжеронов, позволившие на 20% сократить время обработки при обеспечении требуемых параметров качества. На ОАО «Роствертол» внедрены мероприятия по снижению шума и вибрации стенда для виброударного упрочнения труб лонжеронов. Достижение нормативных значений обеспечено за счет монтажа звукоизолирующей конструкции и оптимизации динамических и кинематических параметров стенда. Ожидаемый экономический эффект составляет 69 тыс. рублей (в ценах 2004 г).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научных конференциях: «Математические методы в технике и технологиях» (Казань, 2005 г), «Современные проблемы машиноведения и высоких технологий» к 75-летию ДГТУ (Ростов н/Д, 6-7 октября 2005 г) и научно-технической конференции «Про-
грессивные технологические процессы в металлургии и машиностроении» (Ростов н/Д, 7-9 сентября 2005 г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 121 наименования, имеет 48 рисунков, 7 таблиц и изложена на 120 страницу машинописного текста. В приложения вынесены алгоритмы расчета шума вибростенда, расчеты звукоизолирующей конструкции и сведения о внедрении.
