Введение к работе
Актуальность. В современном машиностроении одной из важнейших задач является повышение долговечности изделий, их эффективности и конкурентоспособности на мировом рынке.
Для решения этих задач широко используют упрочнение поверхностным пластическим деформированием (ППД). ППД позволяет полнее реализовать потенциальные свойства конструкционных материалов в реальных деталях, особенно в деталях сложной формы (с концентраторами напряжений). Для улучшения качества выпускаемых деталей разрабатываются и внедряются новые методы обработки. Центробежная обработка (ЦО) является одним из упрочняющих динамических методов обработки поверхностным пластическим деформированием. Этот метод применяют для повышения усталостной прочности деталей машин, работающих в тяжелых условиях эксплуатации.
К основным преимуществам ЦО, по сравнению с другими динамическими методами, относятся: высокая интенсивность обработки; простое по конструкции оборудование; возможность обработки длинномерных маложестких изделий сложной формы; большая энергия воздействия на поверхность детали.
Типичным примером ЦО длинномерных маложестких деталей является центробежная обработка труб лонжеронов вертолетов. При всех достоинствах этого способа с точки зрения обеспечения качества изделия, он имеет серьезный недостаток -высокую акустическую активность при крайне неблагоприятном спектре шума, в котором наиболее интенсивные составляющие расположены в высокочастотной части спектра 1-8 кГц. Отрицательное воздействие шумов повышенного уровня на здоровье человека известно - частичная и полная потеря слуха, значительные функциональные изменения в состоянии организма. Кроме этого повышенный шум является причиной экономических потерь из-за снижения производительности труда, ухудшения качества продукции и увеличения числа несчастных случаев. Повышенный шум по данным австрийского 'ученого Гриффита, влияет на продолжительность жизни человека, сокращает ее на 8-12 лет.
В связи с этим, проблемы снижения виброакустических характеристик оборудования и доведения их в рабочих зонах операторов до нормативных значений являются чрезвычайно
актуальным для машиностроения и имеют большое научно- техническое и социально-экономическое значение.
Решение этих задач позволит не только улучшить условия труда работающих, но и повысить качество функционирования и конкурентоспособности оборудования. Между тем, обращает на себя внимание недостаточность научных материалов по изучению процессов шумообразования при динамических методах ППД и практически полное их отсутствие для ЦО.
Цель работы - обеспечение санитарных норм шума и заданных параметров качества поверхностного слоя при ЦО за счет разработки методики расчета параметров технологического процесса.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:
1. Разработать модели виброакустической динамики системы заготовка - инструмент при ЦО длинномерных маложестких заготовок.
. 2. Теоретически установить закономерности формирования спектров шума и оценить вклад отдельных источников в акустические характеристики в рабочих зонах оборудования ЦО.
Провести экспериментальные исследования виброакку-стических характеристик на участке ЦО труб лонжеронов.
Установить теоретические закономерности формирования микрорельефа обрабатываемой поверхности.
.5. Провести теоретические исследования влияния технологических режимов на глубину и степень упрочнения поверхностного слоя.
б. Разработать методику расчета технологических параметров процесса ЦО, обеспечивающих заданное качество поверхности.
Автор защищает:
Закономерности формирования спектров шумов и вибрации системы заготовка- инструмент, как основного источника виброакустической эмиссии для условий импульсного силового воздействия на длинномерные маложесткие заготовки;
Математические зависимости шумообразования динамической системы заготовка- инструмент, учитывающие механические и конструктивные параметры, параметры силового возмущения (амплитуда импульса, длительность, периодичность и
т.д.), а также акустические характеристики звукозащитной конструкции и производственного помещения;
Результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик на участке центробежной обработки 14-ти метровых труб лонжеронов вертолета;
Методику расчета спектров шума при ЦО и математическое обеспечение проектирования систем шумозащиты с требуемой акустической эффективностью, а также инженерные решения по обеспечению санитарных норм шума в рабочей зоне операторов, на примере участка центробежно-ротационного наклепа трубы лонжерона;
Модель процесса формирования профиля шероховатости поверхности при обработке ЦО;
Результаты исследования основных закономерностей формирования физико-механических свойств поверхностного слоя обрабатываемых деталей;
Методику расчета и выбора технологических параметров ЦО;
Научная новизна. Теоретически описаны закономерности формирования спектров шума при импульсном силовом воздействии на длинномерные маложеакие заготовки, учитывающие взаимосвязь между излучаемой звуковой мощностью - основной акустической характеристикой иаочника, параметрами силового воздействия звукозащитного ограждения и производственного помещения.
Получены математические зависимости для определения уровней шума в рабочей зоне оборудования для реализации подобных процессов, учитывающих геометрические и механические параметры деталей и упрочняющего инструмента, параметры силового возбуждения, звукопоглощающие характеристики средств шумозащиты, а также геометрические и звукопоглощающие характеристики соразмерного производственного помещения.
Разработан подход обеспечения санитарных норм шума для подобных динамических систем на этапе проектирования технологического процесса путем теоретической оценки вариантов систем шумозащиты.
Предложена и экспериментально обоснована модель формирования профиля шероховатости обрабатываемой поверхно-
сти, учитывающая конструктивно-технологические параметры обработки и свойства материала детали. Раскрыты основные закономерности формирования физико-механических свойств поверхностного слоя при ЦО.
Практическая ценность работы. Созданы методика и математическое обеспечение инженерного расчета спектров шума при импульсном воздействии на длинномерные маложесткие детали. Разработана система автоматизированного расчёта, и проектирования средств шумозащиты с требуемой акустической эффективностью. ., ...
' Предложены способы снижения шума подобного оборудования за счет звукоизолирующего ограждения, обеспечивающего удобство в эксплуатации оборудования и выполнение санитарных норм шума на рабочих местах.
Разработана методика рационального подбора звукопоглощающих облицовок элементов конструкции производственного помещения и звукоизолирующих свойств ограждения.
Сформулированы технологические закономерности прогнозирования и обеспечения параметров качества поверхностного слоя. Разработана методика расчета и выбора конструктивно-технологических параметров ЦО.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии в современном машиностроении», Пенза (2007), «Перспектива -2007»,Нальчик, «Эффективные и технологические процессы в металлургии, машиностроении и станкоинструментальной промышленности «Метмаш-2007»», «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» «Метмаш-2008»», г. Ростов на Дону, V Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве», Камышин (2008), ежегодных научно-технических конференциях ППС, сотрудников и студентов ДГТУ (2006- 2008).
Публикации. По результатам исследований опубликовано десять печатных работ, из них 2 в журналах по Перечню ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка исполь-
