WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Быков Александр Сергеевич

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ И

ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВОЛОЧИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»

(Металлургическое машиностроение) Технические наук

и

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Магнитогорск 2008 2

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» на кафедре «Механического оборудования металлургических заводов»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Анцупов Виктор Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Чукин Михаил Витальевич кандидат технических наук Пудов Евгений Андреевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»

Защита состоится «25» декабря 2008 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.111.03 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу:

455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.

Носова

Автореферат разослан «24» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Жиркин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

*

Актуальность работы. Одной из важнейших проблем волочильного производства является вопрос повышения надежности и долговечности технологического инструмента, так как его работоспособностью определяется ряд технико-экономических показателей работы волочильных станов.

Поскольку основным видом отказов волок являются деградационные (износовые) отказы актуальной народно-хозяйственной задачей является повышение износостойкости его рабочей поверхности и улучшение условий фрикционного взаимодействия с проволокой в очаге деформации.





Научно-техническая проблема заключается в следующем. Во-первых, в настоящее время момент отказа волочильного инструмента по износу оценивается ориентировочно, на основе опыта работы в условиях конкретного волочильного стана. Критерий отказа волок по искажению диаметра рабочего канала при изнашивании четко не определен, так как известные методы расчета их износа находятся в стадии разработки.

Во-вторых, так как процесс изнашивания волок зависит от множества случайных факторов, их наработка и ресурс являются непрерывными случайными величинами с соответствующим распределением. Для оценки показателей надежности при построении вероятностной модели формирования отказов волочильного инструмента в ее основу должны быть положены закономерности, адекватно описывающие физическую природу процесса изнашивания с учетом их стохастического характера.

В-третьих, для увеличения долговечности и снижения норм расхода инструмента возникает необходимость в разработке новых решений по увеличению износостойкости рабочего канала волок, которые позволили бы увеличить как наработку, так и технический ресурс работы без увеличения вероятности их отказа.

В связи с вышеизложенным считаем, что решение в данной работе указанных научно-технических задач для повышения безотказности и долговечности волочильного инструмента является актуальным для метизного производства.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка физико-вероятностной модели процесса формирования износовых отказов волочильного инструмента на основе развития энергетического метода оценки износостойкости материалов и прогнозирования текущего износа волок, а также разработки технических решений по увеличению показателей фрикционной надежности технологического инструмента.

Для реализации указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Создана физико-вероятностная модель процесса параметрической надежности волочильного инструмента, включающая модель процесса изнашивания и процесса возникновения износовых отказов волочильного инструмента.

Работа выполнялась при поддержке грантов правительства Челябинской области за 2005 и 2006 г.г.

2. Разработана математическая модель изнашивания волочильного инструмента с использованием показателя износостойкости (критической энергоемкости) материалов волок.

3. Поставлена и решена задача оценки вероятности безотказной работы волочильного инструмента по нарушению точности размера выходного сечения в результате изнашивания рабочего канала.

4. Проведены теоретические исследования влияния основных параметров процесса волочения и свойств твердых сплавов на износостойкость материала и показатели надежности волочильного инструмента.

5. Исследованы и предложены к промышленному внедрению решения по повышению безотказности и долговечности волочильного инструмента на основе совершенствования традиционной технологии его изготовления.





Научная новизна.

1. Создана физико-вероятностная модель параметрической надежности волочильного инструмента на основе математического описания процесса его изнашивания в очаге деформации.

2. Разработана математическая модель процесса изнашивания волочильного инструмента и методика прогнозирования величины текущего износа волок в функции технологических параметров и энергоемкости материала.

3. Предложена теоретическая зависимость для оценки новой характеристики рабочей поверхности инструмента – критической энергоемкости (износостойкости) материала в функции его механических характеристик.

4. Создана вероятностная модель оценки основных показателей надежности волочильного инструмента: вероятности его безотказной работы для назначенного ресурса; гамма-процентного ресурса для заданного уровня доверительной вероятности (класса надежности).

Практическая ценность.

1. Разработан пакет программ для оценки износостойкости, вероятности безотказной работы и гамма-процентного ресурса волочильного инструмента, изготовленного по различным промышленным технологиям.

2. Представлены результаты сравнительного анализа износостойкости твердых сплавов и основных показателей надежности волочильного инструмента, изготовленного с применением различных технологических операций: прессования с использованием высоких гидростатических давлений и виброакустической обработки.

3. Разработаны рекомендации к промышленному внедрению операции вибро-акустической обработки на участке изготовления твердосплавных волок инструментального производства ОАО «ММК-МЕТИЗ» с ожидаемым экономическим эффектом более 7 млн. руб. в год.

Реализация работы. Результаты работы рекомендованы к использованию в инструментальном производстве ОАО «ММК-МЕТИЗ» при оснащении участка изготовления волочильного инструмента современным оборудованием, выборе поставщиков волок-заготовок и создании эффективных технологических решений по повышению износостойкости волок.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на студенческой конференции МГТУ им. Г.И. Носова «Студенческая молодежь – науке будущего» (Магнитогорск, 2005 г.); 63-ей, 64-ой, 65-ой и 66-ой научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ МГТУ им. Г.И. Носова за 2006-2008 г.г.; научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ММК-МЕТИЗ» (Магнитогорск, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в научных технических изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 124-х наименований, приложений на листах, содержит 139 страницы машинописного текста, 23 рисунка, 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена техническая и научная проблема оценки и повышения уровня надежности и долговечности волочильного инструмента. Обоснована ее актуальность. Сформулирована цель работы и раскрыт методологический подход ее достижения в виде последовательности этапов, отражающих основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дана оценка качества выпускаемого серийного волочильного инструмента, характеристика нормативной технологической документации, а также критический анализ известных теоретических подходов и математических моделей оценки его износостойкости и основных показателей надежности волок.

Согласно ГОСТ 15467 «Управление качеством продукции», ISO 1684, codes A, B, C, D (WDINR 10-30) выходными параметрами, определяющими качество волочильного инструмента являются геометрические и микрогеометрические характеристики, физико-механические свойства, параметры структуры поверхностного слоя и др., значения которых должны соответствовать международным стандартам. Уровень этих величин формируется в технологическом процессе изготовления волочильного инструмента, а их изменение (ухудшение) при эксплуатации (волочении) в, установленных нормативной документацией пределах, определяет длительность его непрерывной работы, т.е. его наработку и технический ресурс.

Анализ фактических значения десяти основных характеристик волочильного инструмента, изготовленного по типовой технологии, показывает, что уровень значений, по крайней мере, семи показателей значительно ниже уровня показателей качества зарубежных аналогов. Таким образом, существующая схема технологического процесса производства серийного волочильного инструмента для получения конкурентоспособной продукции требует значительного улучшения и совершенствования.

Для построения физико-вероятностной модели процесса возникновения износовых отказов волок в первой главе дан анализ известных теоретических методов оценки износостойкости волочильного и другого технологического инструмента ОМД, а также моделей процессов изнашивания элементов различных трибосопряжений и материалов. Результат поиска показал, что в теории и практике волочильного производства отсутствуют теоретически обоснованные показатели для оценки износостойкости материалов технологического инструмента и его износа, а для её определения используются экспериментальные весовые и геометрические характеристики.

Проведенный анализ позволил сформулировать задачи исследований, представленные в общей характеристике работы.

Во второй главе разработана физико-вероятностная модель параметрической надежности волочильного инструмента при его изнашивании в очаге деформации.

Предлагаемый подход к оценке фрикционной надежности волочильного инструмента базируется на предположении о том, что текущий износ r (z, t ) в точках поверхности трения волоки с координатой z определяется отношением энергии, аккумулированной за время t элементарным объемом поверхностного слоя (доли критической плотности энергии локального разрушения материала поверхностного слоя (его износостойкости Иp ( z ) = И ( z ) ):

где N тр (z ) – удельная мощность сил трения в очаге деформации;

- коэффициент аккумулирования энергии материалом поверхностного слоя с заданной микрогеометрией;

И (z ) – мнимая плотность энергии по Г Фляйшеру (см. пояснения к ф.

t – время волочения.

Рассматривается осесиметриченая задача (рис.1) с предположением о равенстве радиального износа по угловой координате. Представим входящие в уравнения (1) составляющие.

Величина удельной мощности сил трения в точках поверхности волоки с координатой z (см. рис. 1 б) определяется произведением модуля вектора контактного касательного напряжения ( z ) = z на модуль вектора скорости скольжения V ( z ) = Vz металла в этих точках.

Коэффициент трения в условии (3) определяется по методике ХайкинаЛеванова где НВ z = 2,61 sz - твердость обрабатываемого материала по Бринеллю;

f z* - параметр, определяемый условиями трения Для определения нормального номинального давления p z в рассматриваемых точках с координатой z в условии (3) используем Рис. 1. Схема к оценке износа (а) и мощности сил трения (б) в очаге деформации приближенное условие пластичности Треска – Сен-Венана и логарифмический закон упрочнения в очаге деформации где sz - текущий предел текучести в сечении z ;

so - предел текучести перед переходом;

m - cредневзвешенный модуль упрочнения;

µ z = F0 / Fz - коэффициент вытяжки в сечении z, здесь F0, Fz - площади поперечного сечения проволоки на входе в очаг деформации и в z -том сечении соответственно.

Осевую компоненту тензора напряжений в сечении с координатой z в условии (6) определяем по известной зависимости Г.Э. Аркулиса:

где b = (1 + f / tg ) / 1 f tg и a = b 1 - промежуточные коэффициенты;

0 = k 0 s 0 - напряжение противонатяжения, (рис.1), k 0 – коэффициент противонатяжения.

Модуль вектора скорости перемещения металла на контактной поверхности в точках сечения z в условии (2) где Vzz = V1 - осевая составляющая скорости перемещения металла на контактной поверхности в сечении z ;

V1 - скорость волочения;

µ = 0, µ z = 0 - коэффициент (единичной) вытяжки в проходе и в z-том сечеF1 Fz нии соответственно;

F1 - площадь поперечного сечения проволоки после перехода;

Vrz = Vzz tg - радиальная составляющая скорости перемещения металла на контактной поверхности в сечении z.

Совокупность уравнений (1) – (9) определяет методику оценки удельной мощности сил трения при волочении.

Удельную энергоемкость материала поверхностного слоя волоки Ир ( z ) = Иpz в точках с координатами z и коэффициент аккумулирования энергии в условии (1) оценим, используя зависимость Г. Фляйшера для мнимой плотности энергии в виде отношения номинального касательного напряжения к линейной интенсивности изнашивания И z = z / I hz с учетом выражения Иz = f z pcz nкрz, выведенного в диссертации на основе энергетического подхода к усталостной теории изнашивания. Приравнивая, получим И z = z / I hz = 2 ( + 1) pcz nкрz. Учитывая, что Ирz = Иz (см. формулу (1)) и принимая = (2 ( + 1)) 1, получим выражение для критической плотности энергии локального усталостного разрушения материала:

Используя выражения для контурного давления рсz и критического числа циклов nкрz, представленные в исследованиях В.М. Хохлова:

где B, 0.2, - предел прочности и условный предел текучести материала поверхностного слоя волоки, показатель Анализ приведенного выражения для оценки энергоемкости И рz поверхностного слоя волочильного инструмента, показывает, что ее величина зависит только от номинального контактного давления р z и в области многоцикловой усталости ( 0 p z 0.2 ) изменяется от И p min = 0.210 а ( / 0.2 +1) р z = 0.2 ), до (если р z = 0,36788 0.2 ) Последнее выражение определяет единственно возможное максимальное значение энергоемкости как предельную величину энергии до разрушения элементарного объема поверхностного слоя для волоки из данного материала. Очевидно, что величина И р max зависит только от свойств материала волоки и может являться его новой механической характеристикой, количественно (в Дж/мм3) оценивающей способность материала сопротивляться усталостному изнашиванию в любых условиях фрикционного взаимодействия.

Значения физико-механических характеристик в уравнениях (10) – (14) следует определять в функции температуры в очаге деформации.

Совокупность уравнений (1)-(14) представляет собой модель процесса изнашивания поверхности волочильного инструмента.

Условием нарушения работоспособности волок и возникновения их параметрического отказа по точности профиля проволоки, является превышение текущим значением выходного параметра (t ) = 2 r ( z = l, t ) -диаметральным износом волоки, допустимого значения [], т.е. нарушение неравенства:

Стохастический процесс изнашивания, который моделируется системой уравнений (1) – (14) где в качестве исходных данных выступает комплекс случайных параметров (совокупность геометрических, кинематических, энергосиловых, фрикционных и физико-механических характеристик), предполагает случайный характер величины (t ). Это предопределяет необходимость оценки вероятности выполнения условия (15) – оценки вероятности безотказной работы Р ((t )) = Р (t ).

Вероятность безотказной работы определим, принимая нормальный закон распределения исходных параметров, как вероятность выполнения условия (15):

Учитывая, что волочильный инструмент относят к первому классу надежности, как элемент технологического оборудования с периодической работой и плановыми остановками на восстановление, допустимое значение вероятности безотказной работы [ P(t = T )] = = 0,9. В этом случае условием работоспособности волочильного инструмента становится неравенство Период работы, найденный из условия (17), является гамма-процентным (90%-ным) ресурсом между отказами T = T90.

При определении вероятности безотказной работы P(t ) = P( (t )) по выражению (16) среднее значение (t ) и дисперсия 2 ( (t )) будут определяться параметрами распределений исходных данных ( z,V1, Е, µ, d 0, d1 и др.) как случайных величин, которые могут быть получены измерениями или по данным нормативных документов с использованием «правила трех сигма».

Совокупность уравнений (1)-(17) для оценки показателей надежности волочильного инструмента представляет собой физико-вероятностную модель процесса возникновения постепенных отказов волочильного инструмента при его изнашивании в очаге деформации.

В третьей главе представлены результаты теоретических исследований износостойкости материалов и показателей надежности волочильного инструмента. На рис. 2 показаны диапазоны возможных значений критической энергоемкости И рz и определяющих ее параметров рсz и nкр в области многоцикловой усталости для применяемых твердых сплавов с различными значениями предела прочности при одинаковом отношении в / 0.2 = 1,34. Приведенные результаты позволяют выделить некоторые, интересные в научном плане, моменты:

зависимость И рz ( р z ) в области 0.2 р z 0 имеет экстремальный характер. Максимальное сопротивление усталостному разрушению элементарный объем материала поверхностного слоя оказывает только в том случае, когда номинальное контактное давление составляет р z = 0,36788 0.2 рис.

2, в. Для материалов, с приведенными на рис. 2 значениями прочностных и пластических характеристик (в сторону их возрастания) предельная критическая энергоемкость соответственно составляет: И p max 1 = 2,215 10 8 Дж / мм 3 ;

И p max 2 = 2,73 10 8 Дж / мм 3 ; И p max 3 = 2,988 10 8 Дж / мм 3, рис. 2, в. Это объясняется тем, что при указанном значении номинального давления р z, контурное давление рсz в деформируемом объеме поверхностного слоя равно минимально возможному в области многоцикловой усталости значению рс min = 0,6922 0.2 – пределу фрикционной выносливости 1ф. Критическое число циклов до разрушения элементарного объема в этом случае максимально и равно базовому значению для данного материала. Здесь Контурное давление pсz, МПа Критическое число циклов до ло- кального Рис. 2. Изменение показателя усталостной износостойкости в области многоцикловой усталости для различных материалов однозначно оценивает максимально возможную для данного материала величину критической энергии усталостного разрушения элементарного объема материала поверхностного слоя, удаляемого с поверхности трения при ее изнашивании во фрикционном контакте. Она возрастает с увеличением предела прочности и текучести при сохранении их отношения постоянным, а также с ростом самого отношения. На рис. 2, в видно, что с ростом (в 1,23раз и в 1,35раз) значений в и 0.2, в той же пропорции возрастает значение И p max.

На рис. 3 представлено распределение по длине очага деформации показателя Ирz во всех переходах одного из промышленных маршрутов волочения: «3,1-2,78-2,5-2,25-2,04-1,85-1,68-1,52-1,38-1,27-1,15-1,08-1,05-1мм». Производится заготовка из d 0 = 1,52 мм, массой m = 8 т из стали 70 на диаметр d1 = 1,38 мм.

Удельная энергоемкость сплава ВК6, Ирz, Дж/мм Рис. 3. Распределение значений критической энергоемкости сплава ВК6 в условиях нагружения 1-13-го переходов значений износостойкости составляет (среднее Иpz = 2,104 108 Дж / мм3, стандарт И = 0,021 108 Дж / мм3, коэффициент вариации VИ = 0,009 ) для всего диапазона изменения нормальных контактных напряжений р z = (450 886,7) МПа.

Очевидно, что при таком, достаточно низком уровне коэффициента вариации, показатель износостойкости И рz = 2,131 108 Дж / мм3 с доверительной вероятностью не менее Р( Иp ) = 0,99 инвариантен к изменению условий нагружения при волочении и может быть использован в качестве постоянной механической характеристики материала волочильного инструмента с заданными прочностными и пластическими свойствами, определяющей его сопротивление усталостному изнашиванию.

Следует отметить, что для режимов обжатий исследуемого маршрута волочения почти во всех переходах максимальное значение И pz = И p max находится в пределах очага деформации (примерно на середине длины) и только в 13-ом переходе рассматриваемого примера Иpz достигает своего предельного в точках выходного сечения ( z = l ). Очевидно, что долгозначения Ир вечность волочильного инструмента определяется сопротивлением усталостному изнашиванию элементарных объемов поверхностного слоя, расположенных в сечении выхода из очага деформации. Следовательно можно сделать вывод о том, что режимы обжатий должны быть спроектированы таким образом, чтобы значение номинального давления p z = 0,36788 0,2 соответствовало точкам выходного сечения волоки в любом переходе. В таких условиях можно обеспечить максимально возможный ресурс волочильного инструмента из данного материала на всех переходах и более высокую производительность стана при обеспечении требуемой точности проволоки.

С использованием полученных результатов проведены теоретические исследования показателей надежности волочильного инструмента, изготовленного по различным технологиям и применяемых в разных маршрутах волочения.

В частности, на рис. 4, а показаны графики распределения плотности вероятности f ( (t )) выходного параметра (t ) и вероятности безотказной работы P ((t )) = P(t ) для начального t = 0 и конечного t = t k моментов времени волок восьмого перехода выбранного выше маршрута волочения. Условия волочения характеризуются следующими параметрами распределения, соответствующими данному переходу: давлением в точках выходного сечения очага деp = 30МПа, V ск = 4,38 м / с, v = 0,1м / с коэффициент противонатяжения K 0 = 0. Номинальный выходной диаметр волоки d1 = 1,38 мм, точность обработки = ±0,01мм.

Среднее квадратическое отклонение выходного параметра (0) в начальный момент времени определено по правилу «трех сигма» исходя из заданной точности изготовления волок : среднее значение параметра (0) = 0,0 мм, ( (0)) = 0,0033 мм. Назначенный ресурс отработанной волоки составил tk = 19,4 ч, рис. 4, б.

Рис. 4. Изменение показателей надежности серийного волочильного инструмента; а - вероятности безотказной работы; б – ресурса Для назначенного ресурса по модели (1)-(17) рассчитаны значения (t k ) = 0,02 мм и ( (t k )) = 0,011мм. На рис. 4, б для исследуемых волок показано аппроксимированное прямой линией изменение области работоспособности, в которую с вероятностью 90% попадают расчетные значения выходного параметра (t ). В этом случае верхней доверительной границей является 90 (t ) = (t ) + 1,87 ((t )), запас надежности для любого момента времени К н (t ) = [ ] / 90 (t ), а из условия 90 (t ) = [ ] определяется 90%-ный ресурс T = T90.

В нашем случае в начальный момент времени 90%-ный коэффициент запаса надежности волок К н (0) = 11,3 за время работы t = t k = 19,4ч уменьшился до К н (t k ) = 1,73, т.е. на момент замены волока сохраняла работоспособное состояние, а возможный период её работы – T90 = 36,47 ч, рис. 4.б. Таким образом, для назначенного ресурса t = t k = 19,4ч волоки восьмого перехода, сохраняя запас К н (0) = 1,73, имеют остаточный ресурс tост 17,1ч.

Анализ результатов обширных теоретических исследований износостойкости материалов волочильного инструмента и показателей их надежности показывает, что с целью достижения максимальной износостойкости и долговечности волочильного инструмента необходимо не только использовать материалы с повышенными прочностными и пластическими свойствами, но и так проектировать режимы обжатий, чтобы в каждом (по переходам) очаге деформации уровень номинальных контактных давлений р z =l соответствовал точкам выходного сечения z = l, обеспечивая их максимальную долговечность.

В четвертой главе для повышения основных показателей надежности серийного волочильного инструмента проведен сравнительный анализ вероятности безотказной работы и 90%-го ресурса для трех возможных промышленных вариантов технологии его изготовления с добавлением операций прессования при высоких гидростатических давлениях (ВГД) или вибро-акустической обработки (ВАО). Результаты сравнительного анализа износостойкости для выбранного маршрута волочения этих волок представлены в таблице.

Износостойкость волок с применением различных Диаметры проОтносит.

пере- хода Достоверность теоретических разработок оценивалась сравнением расчетных и экспериментальных значений И рz. Ошибка по среднему значению составляет (1,75-9,4) %, по средне-квадратическому отклонению (36,8-46)%, что говорит об адекватности математической модели.

Более технически и экономически целесообразной оказывается операция вибро-акустической обработки. На рис. 5 показана схема установки для реализации операции ВАО, разработанная ООО НПО «Мартенсит».

Рис. 5 Схема установки для вибро-акустической обработки Установка для вибро-акустической обработки волочильного инструмента состоит из резонансной камеры 1 с вибрирующим клином 2, ресивера 3 со щелевым соплом 4, расположенным напротив клина для создания звуковой волны в камере. Клин изготовлен с возможностью перемещения вдоль оси сопла для регулирования частоты акустических колебаний. Манометр фиксирует величину давления воздуха в ресивере. Конструкция установки позволяет перемещать ресивер относительно резонансной камеры с обрабатываемыми заготовками 7 и тем самым регулировать ширину щелевого сопла в пределах 0,4-1,3 мм. Установка подключается к стационарной системе обеспечения сжатым воздухом, либо к компрессору необходимой мощности.

Такая дополнительная операция обработки твердосплавных волок позволяет получить равномерную, мелкозернистую структуру твердого сплава по всему объему без наличия внутренних дефектов, существенно повысить основные показатели надежности инструмента за счет улучшения прочностных и пластических характеристик материала. Рассчитанное для этого волочильного инструмента по условию (14) среднее значение износостойкости материала нового инструмента для различных условий волочения составляет коэффициент вариации VИ = 0,013 ), что в среднем в 1,65 раз превышает износостойкость стандартных волок.

Используя предложенную в данной работе методику, проанализировано изменение вероятности безотказной работы и ресурса волочильного инструмента с материалом повышенной износостойкости, обусловленной виброакустической обработкой. Ниже приведены результаты такого анализа для восьмого перехода выбранного маршрута волочения. Графическая интерпретация анализа подобна приведенной на рис. 4.

Повышение износостойкости рабочей поверхности новых волок (см. таблицу) позволяет значительно улучшить и показатели надежности нового волочильного инструмента. В частности, при сохранении параметров волочения и прочих равных условиях эксплуатации, для назначенного ресурса tк =19,4 часа (рис. 4), коэффициент запаса надежности с 90%-ным уровнем вероятности на момент окончания работы составит К н (t к ) = 4,87 против К н (t к ) = 1,73 для серийного волочильного инструмента, т.е. превысит запас надежности стандартной волоки в 2,82 раза. 90%-ый ресурс составит T90 = 101,4 ч. против T90 = 36,47 ч. для серийных волок, т.е. в увеличит его в 2,78 раз. Таким образом, остаточный ресурс нового инструмента составит tост = 82 ч., превышая остаточный ресурс серийного волочильного инструмента в 4,8 раз. Эти данные доказывают существенное повышение надежности инструмента, изготовленного с применением операции вибро-акустической обработки.

Опытно промышленная проверка партии нового инструмента в условиях стале-канатного цеха показала, что его экспериментальная стойкость превышает стойкость стандартного в 2,5-3 раза (акт промышленных испытаний ОАО «ММК-МЕТИЗ» № 3.6/3 от "5" мая 2008 г.). По предварительным расчетам внедрение операции вибро-акустической обработки в технологический процесс изготовления твердосплавного волочильного инструмента позволит ОАО «ММК-МЕТИЗ» экономить более 7 млн. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные итоги проведенного диссертационного исследования, определяющие научную новизну и практическую значимость работы заключаются в следующем.

1. Разработана физико-вероятностная модель процесса формирования износовых отказов (закона надежности) волочильного инструмента, которая включает:

- разработку математической модели процесса изнашивания волочильного инструмента в контакте с обрабатываемой заготовкой с использованием коэффициента аккумулирования энергии материалом поверхностного слоя волоки и показателя износостойкости материала;

- вывод аналитической зависимости для расчета показателя износостойкости материала волок на основе энергетического подхода к усталостной теории изнашивания;

- методику определения вероятности безотказной работы волочильного инструмента по выходу диаметра производимой проволоки за допустимое значение в результате его искажения от износа.

2. Проведены исследования износостойкости волочильного инструмента из различных материалов, которые позволили установить, что:

- износостойкость материала поверхностного слоя в условиях усталостного изнашивания следует оценивать величиной критической плотности удельной энергии (критической энергоемкости) И р, которая зависит от его физико-механических характеристик и контактных давлений. Графически эта зависимость представляет кривую фрикционной усталости материала поверхностного слоя;

- теоретический диапазон значений И p серийного волочильного инструмента в функции физико-механических характеристик твердого сплава и технологических параметров одного из промышленных маршрутов изготовления проволоки удовлетворительно совпадает с диапазоном значений, определенным по экспериментальным замерам износа волок. Ошибка по среднему значению не превышает (1,75-9,4)%, по среднему квадратическому отклонению – (36,8-46)%, что говорит об адекватности теоретической модели;

- для однозначной количественной характеристики усталостной износостойкости материала в качестве единого, не зависящего от условий работы инструмента, показателя следует использовать предельное для данного материала значение И p max критической энергоемкости;

3. На основе теоретических исследований установлено, что изменение механических характеристик волочильного инструмента при использовании ВАО для одного из промышленных маршрутов волочения позволяет повысить износостойкость волочильного инструмента в 1,35-1,5 раз, по сравнению с её значением для серийных волок и в той же степени уменьшить скорость изнашивания рабочей поверхности.

Увеличение износостойкости рабочей поверхности нового инструмента позволяет значительно повысить уровень его показателей надежности. Для рассмотренных условий эксплуатации с 90%-ным уровнем доверительной вероятности запас надежности технологического инструмента возрастает в 2,78раз. При этом теоретический 90% ресурс волок увеличивается в 2,5-3,4 раз.

4. Для повышения износостойкости и долговечности волочильного инструмента в стандартную технологию изготовления рекомендована и принята к промышленному внедрению высокоэффективная операция виброакустической обработки.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО

В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Анцупов В.П. Трибодиагностика серийного волочильного инструмента и улучшение его качественных показателей [Текст] / В.П. Анцупов, О.В. Семенова, А.С. Быков и др. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. – 2006. С.47-51. (издание, рекомендованное ВАК).

2. Анцупов В.П. Расчет интенсивности изнашивания волочильного инструмента [Текст] / В.П. Анцупов, А.В. Анцупов, А.С. Быков и др. // Трение и смазка в машинах и механизмах. – 2007. – №5. – С. 26-32. (издание, рекомендованное ВАК).

3. Анцупов В.П. Моделирование процесса изнашивания волочильного инструмента [Текст]/ В.П. Анцупов, О.В. Семенова, А.С. Быков и др. // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. Железкова О.С. вып. 6. Магнитогорск: МГТУ, 2004. – С. 95-100.

4. Быков А.С. Разработка технологического инструмента для алмазного электролитического выглаживания волочильного инструмента [Текст]/ А.С. Быков, А.В. Анцупов // Студенческая молодежь – науке будущего: Сб. тез.

докл. Студенческой научной конференции / Под общ. ред. Л.В. Радионовой.

Магнитогорск: МГТУ, 2005. – С. 74.

5. Быков А.С. Разработка технологического инструмента для алмазного электролитического выглаживания рабочего канала волок [Текст]/ А.С. Быков, А.В. Анцупов // Молодежь. Наука. Будущее. Вып. 4: Сб. науч. тр. Студентов / Под ред. Л. В. Радионовой. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.

Носова», 2005. – С. 126-130.

6. Анцупов В.П. Трибодиагностика серийного волочильного инструмента и оценка ресурса его работы [Текст] / В.П. Анцупов, О.В. Семенова, А.С. Быков и др. // Вестник МГТУ им Г.И. Носова. – 2006. - №1. – С. 63-65. (издание, рекомендованное ВАК).

7. Анцупов В.П. Повышение качества волочильного инструмента технологическим обеспечением его выходных параметров [Текст] / В.П. Анцупов, О.В.

Семенова, А.С. Быков и др. // Вестник МГТУ им Г.И. Носова. – 2006. - №1. – С. 65-68. (издание, рекомендованное ВАК).

8. Анцупов В.П. Теоретические исследования влияния параметров процесса волочения на износ технологического инструмента [Текст] / В.П. Анцупов, О.В. Семенова, А.С. Быков и др. // Вестник МГТУ им Г.И. Носова. – 2006. С. 68-70. (издание, рекомендованное ВАК).

9. Анцупов В.П. Трибодиагностика волочильного инструмента и оценка износостойкости его рабочей поверхности [Текст] / В.П. Анцупов, О.В. Семенова, А.С. Быков и др. // Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии: Междунар. сб. науч. тр. Липецк, 2006. – С. 18-21.

10. Анцупов В.П. Оценка интегральной энергетической интенсивности изнашивания серийного волочильного инструмента [Текст] / В.П. Анцупов, А.В.

Анцупов, А.С. Быков и др. // Современные методы конструирования и технологии металлургического машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. / Под ред. Н.Н. Огаркова. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. – С. 45- 11. Быков А.С. Разработка математической модели изнашивания твердосплавного волочильного инструмента [Текст] / А.С. Быков, В.П. Анцупов // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: сборник рефератов научно-исследовательских работ аспирантов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – С. 127-128.

12. Анцупов В.П. Структурно-энергетический подход к оценке фрикционной надежности материалов и деталей машин [Текст] / В.П. Анцупов, А.В. Анцупов, А.С. Быков и др. // Материалы 66 научно-технической конференции:

Сб. докл. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Т. 1. – С 258-262.



 
Похожие работы:

«ШИШМАРЕВ КИРИЛЛ СЕРГЕЕВИЧ ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ШРИФТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В ВЫВОДНЫХ УСТРОЙСТВАХ ПОЛИГРАФИИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2013 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет печати имени Ивана...»

«Смирнов Роман Михайлович Повышение эффективности процесса получения армирующих фиброэлементов методом вибрационного точения Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико- технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2003 Диссертация выполнена в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете Научный руководитель - член-корреспондент АТН РФ, доктор технических...»

«УДК 621.787.4 АНТОНОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ И ФОРМЫ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ПНЕВМОЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по...»

«Кузнецов Андрей Григорьевич ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОЦЕНКИ КООРДИНАТ МАЛОГАБАРИТНОГО БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (Авиационная и ракетно-космическая техника), Специальность 05.07.09 Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 г. Работа выполнена...»

«КРУСАНОВ Виктор Сергеевич РОБОТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОСЫПЕЙ И ПРОЛИВОВ Специальность 05.02.05 – роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2005 Работа выполнена в ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Научный руководитель : -доктор технических наук, старший научный сотрудник Маленков Михаил Иванович...»

«Домнин Пётр Валерьевич Разработка процесса формообразования фасонных винтовых поверхностей инструментов на основе применения стандартных концевых и торцевых фрез Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2012 Работа выполнена на кафедре Инструментальная техника и технология формообразования Федерального государственного бюджетного...»

«Летучев Сергей Федорович РАЗРАБОТКА ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ МЕНЕДЖМЕНТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОЦЕССНОГО ИНЖИНИРИНГА Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук МОСКВА 2012 2 Диссертационная работа выполнена на кафедре Технологические основы радиоэлектроники Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики....»

«МАННАПОВ Альберт Раисович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА ГТД МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Уфа-2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Уфимский государственный...»

«Крылов Константин Станиславович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ НАГРУЖЕНИЯ ПРИВОДОВ ТОРФЯНЫХ ФРЕЗЕРУЮЩИХ АГРЕГАТОВ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Специальность 05.05.06 Горные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тверь 2010 3 Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете Научный руководитель доктор технических наук, доцент Фомин Константин Владимирович Официальные оппоненты : доктор технических наук...»

«БАЧУРИН Александр Борисович ГИДРОАВТОМАТИКА РЕГУЛИРУЕМОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ (РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ) Специальность: 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук УФА 2014 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет на кафедре прикладной гидромеханики Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Целищев Владимир Александрович...»

«АБДУЛИН Арсен Яшарович МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ СКОРОСТНЫХ СУДОВ Специальность: 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2014 Работа выполнена на кафедре Прикладная гидромеханика Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический...»

«Рожков Николай Николаевич КВАЛИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И МОДЕЛИ КОМПЛЕКСНОГО ОЦЕНИВАНИЯ КАЧЕСТВА УСЛУГ В СОЦИАЛЬНОЙ СФЕРЕ Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна....»

«ДЯТЧЕНКО СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОЕКТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИБРАЦИИ НА СУДАХ ПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА Специальности: 05.08.03 – Проектирование и конструкция судов 05.08.01 – Теория корабля и строительная механика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Калининград Диссертационная работа выполнена на кафедре...»

«Алонсо Владислав Фиделевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРЕДНЕЙ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ С АБС 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград - 2008 Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ревин Александр Александрович. Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор...»

«КОЛОДЯЖНЫЙ Дмитрий Юрьевич УСТОЙЧИВОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ПРЕРЫВИСТОЙ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ ЗАГОТОВОК ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Специальность 05.02.08 – технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 2 Работа выполнена в Федеральном бюджетном государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический университет....»

«Булатицкий Дмитрий Иванович УПРАВЛЕНИЕ ЗНАНИЯМИ В СИСТЕМЕ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИИ Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Брянск 2010 2 Работа выполнена на кафедре Управление качеством, стандартизация и метрология и кафедре и программное обеспечение Информатика ГОУ ВПО Брянский государственный технический университет доктор технических наук, профессор...»

«ОБЪЯВЛЕНИЕ О ЗАЩИТЕ КАНДИДАТСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ Ф.И.О Сенкевич Кирилл Сергеевич Название диссертации Разработка технологии получения динамических имплантатов из сплавов на основе титана и никелида титана способом диффузионной сварки 05.02.01 Материаловедение (машиностроение) Специальность Отрасль наук и Технические науки Шифр совета Д 212.110.04 Тел. ученого секретаря 417-8878 E-mail mitom@implants.ru Предполагаемая дата защиты 29 декабря 2009г. в 14.30 диссертации Место защиты диссертации...»

«ГЛУХОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ СНИЖЕНИЕ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ 2Ч 10,5/12,0 ПРИ РАБОТЕ НА МЕТАНОЛЕ С ДВОЙНОЙ СИСТЕМОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2009 2 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель : доктор технических наук профессор Лиханов Виталий Анатольевич Официальные оппоненты...»

«Сахаров Александр Владимирович УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОСНОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«САМОЙЛОВА Елена Викторовна ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ТЯГОВЫХ РЕДУКТОРОВ ТЕПЛОВОЗОВ Специальность 05.02.18 – Теория механизмов и машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2010 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петербургский государственный университет путей сообщения на кафедре Теория механизмов и робототехнические системы....»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.