WWW.DISS.SELUK.RU

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

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«ВИБРОСТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ И ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ 1 Донбасская государственная машиностроительная академия А. И. ДРЫГА Академик Нью-Йоркской Академии Наук ...»

-- [ Страница 1 ] --

А. И. ДРЫГА

ВИБРОСТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ

ОБРАБОТКА СВАРНЫХ И ЛИТЫХ

ДЕТАЛЕЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

1

Донбасская государственная машиностроительная академия

А. И. ДРЫГА

Академик Нью-Йоркской Академии Наук

ВИБРОСТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ ОБРАБОТКА

СВАРНЫХ И ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ

В МАШИНОСТРОЕНИИ

ТЕОРИЯ,

ИССЛЕДОВАНИЯ,

ТЕХНОЛОГИЯ

Краматорск 2004 УДК 620.178.5 ББК 34.47 Д 76 Рецензенты:

А.Н.Михайлов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Донецкого национального технического университета.

П.С.Берник, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой АКМ Винницкого государственного аграрного университета, лауреат государственной премии Украины.

Л.Л.Роганов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой МТО Донбасской государственной машиностроительной академии Дрыга А.И.

Д 76 Вибростабилизирующая обработка сварных и литых деталей в машиностроении. Теория, исследования, технология.– Краматорск: ДГМА, 2004. - 157с.

ISBN 966-7851-46-X Изложены вопросы теории и технологии процесса вибростабилизирующей обработки, результаты экспериментальных исследований.

Представлены основные технические характеристики и возможности виброкомплексов. Рассмотрены методы контроля остаточных напряжений, контроля и управления процессом вибростабилизирующей обработки, внедрения виброкомплексов в производстве.

Монография предназначена для научных и инженерно-технических работников машиностроительной отрасли, студентов и аспирантов машиностроительных специальностей вузов.

УДК 620.178. ББК 34. © А.И. Дрыга, ISBN 966-7851-46-Х © ДГМА,

СОДЕРЖАНИЕ

К 75 летию Дрыги А.И

Введение

Глава Технологические остаточные напряжения и стабилизация геометрических размеров деталей машин 1.1. Возникновение остаточных напряжений в процессе изготовления сварных и литых деталей машин. Виды технологических остаточных напряжений

1.1.1. Напряжения после нагрева и охлаждения

1.1.2. Напряжения после сварки

1.1.3. Напряжения после остывания отливок

1.1.4. Напряжения после пластической деформации

1.1.5. Напряжения после механической обработки

1.1.6. Напряжения после закалки

1.2. Использование виброобработки для снятия остаточных напряжений и стабилизации геометрических размеров деталей 1.2.1. Вибростабилизирующая обработка

1.2.2. Обоснование механизма процесса вибростабилизации металлов..... Глава Современные методы контроля процесса вибростабилизирующей обработки деталей и аппаратура для измерений остаточных напряжений 2.1. Экспериментальные исследования возможностей контроля процесса вибростабилизирующей обработки сварных деталей по эффекту снижения потребляемого тока вибровозбудителем

2.2. Контроль виброобработки по стабилизации магнитного сопротивления материала детали

2.3. Осуществление контроля процесса виброобработки деталей по отклонению параметров подшипниковой ЭДС

2.4. Измерение внутренних остаточных напряжений в крупных сварных деталях энергооборудования рентгеновским дифрактометром «Streinflex» ...... 2.5. Измерение остаточных напряжений в металле детали после пластической деформации автоматическим рентгеновским дифрактометром «Streinflex»

2.6. Портативный рентгеновский дифрактометр «ПРИОН-90.3» для определения остаточных напряжений после механической и вибростабилизирующей обработки в крупногабаритных деталях

Глава Оборудование для вибростабилизирующей обработки корпусных деталей и конструкций 3.1. Виброкомплексы серии ВК-79

3.2. Виброкомплекс ВК-86.НЗЛ

3.3. Виброкомплекс ВК-86.КЗ

3.4. Виброкомплексы ВК-89 ЛЭС, ВК-90

3.5.Системы управления электромеханическими виброкомплексами........ Глава Вибростабилизирующая обработка, исследование напряжений и деформаций в крупных деталях энергетического оборудования 4.1. Крупногабаритный сварной корпус статора гидрогенератора ГЭС..... 4.2. Крупногабаритные корпусные детали электрических машин и гидрогенераторов 4.2.1. Общая часть

4.2.2.Станина мощной машины постоянного тока

4.2.3.Остов корпуса статора

4.2.4. Звездочка магнитной системы мощного двигателя постоянного тока

4.3. Сварной корпус концевой части турбогенератора

4.4. Корпусные детали газотурбинных установок

Глава Вибростабилизирующая обработка и исследование литых корпусных деталей тяжелых токарных станков 5.1. Корпусные детали станков

5.2. Экспериментальные исследования физических процессов, вызванных воздействием вибровозбудителя на чугунные корпусные детали при вибростабилизирующей обработке

Глава Вибростабилизирующая обработка деталей горношахтного и сельскохозяйственного оборудования в серийном производстве 6.1. Сварные баки передвижных насосных станций и литые корпуса косозубых пневмомоторов





6.2. Сварные балки ведущих мостов зерноуборочных комбайнов.............. Глава Специфические виды вибростабилизирующей обработки деталей 7.1. Обработка корпуса статора крупной электрической машины путем одновременного воздействия двумя вибраторами на разных частотах.............. 7.2. Гибкий автоматизированный участок для механической и вибростабилизирующей обработки корпусных деталей паровых, газовых, гидравлических турбин

7.3. Применение вибростабилизирующей обработки при изготовлении чугунных тюбингов метрополитена

Глава Исследование влияния вибростабилизирующей обработки на снижение остаточных напряжений 8.1. Исследование процесса снижения остаточных напряжений в ответственных деталях подшипниковых узлов крупных электрических машин при воздействии вибростабилизирующей обработки поэтапно после операций сварки, механообработки и сборки

8.2. Снижение остаточных напряжений в осесимметричных подшипниковых щитах крупного энергетического оборудования путем поэтапной вибростабилизирующей обработки

8.3. Исследование изменений технологических остаточных напряжений в заготовке кованного вала ротора после вибростабилизирующей обработки.. 8.4. Снижение остаточных напряжений в сварных соединениях из алюминиевого сплава

Глава Экспериментальные исследования влияния вибростабилизирующей обработки на структурные изменения в металле деталей 9.1. Кристаллическое строение и свойства металлов

9.2. Исследование структурных изменений в закаленной стали после вибрационной обработки

9.3. Исследование влияния воздействия вибрационной обработки на структурные изменения в металле и стабилизацию размерных параметров закаленных зубьев высоконапряженных зубчатых колес

9.4. Исследование влияния восстановительной вибрационной и вибротермической обработки на изменение структуры металла в трубах паропроводов

Глава Технико-экономическая эффективность применения вибростабилизирующей обработки деталей в машиностроении 10.1. Эффективность применения технологии поэтапной вибростабилизирующей обработки при изготовлении крупных сварных деталей и конструкций

10.2. Сравнительный расчет экономии электроэнергии и снижения прямых производственных затрат при замене термической обработки деталей виброобработкой

Литература

27 февраля 2003 года исполнилось 75 лет известному в мире ученому и изобретателю в области вибрационной техники и технологии, академику НьюЙоркской Академии Наук Дрыге Александру Иосифовичу.

А.И. Дрыга, участник войны. С 1941г. работал на строительстве оборонительных сооружений под Сталинградом, а в 1942г. был ранен. В дальнейшем участвовал в восстановлении разрушенных войной зданий и сооружений.

В 1944г. поступил, а в 1949г. окончил Новочеркасский Политехнический институт. Затем работал инженером на строительстве специальных шахт на Урале. С 1950 по 1955гг. ведущий инженер Управления капитального строительства Ново-Краматорского машиностроительного завода. Курировал строительством блока цехов заготовительного и металлургического производства.

После избрания по конкурсу работал с 1955 по 1960 гг. ассистентом, затем старшим преподавателем кафедры сопротивления материалов Краматорского индустриального института. Организовал и оснастил лабораторию сопротивления материалов современным лабораторным оборудованием. С 1960 по 1968 гг. работал старшим научным сотрудником и заведующим лабораторией НИИПТМАШа.

Организовал исследовательскую лабораторию при НКМЗ. В лаборатории выполнен большой обьем НИР и ОКР, связанных с разработкой, изготовлением и исследованием железобетонных станин тяжелых станков, рабочих клетей и рам рольгангов прокатных станов, подмоторных плит и др. деталей.

Результаты выполненных работ по железобетонным деталям машин опубликованы в научно-технических журналах и сборниках, изданных в Киеве, Москве, Краматорске, Донецке, Нью-Йорке, Берлине, Ганновере.

Издательствами «Машиностроение», «Донбасс» изданы в 1966-1967 гг.

книги «Железобетонные детали машин» (211 с.), «Детали машин из железобетона» (48 с.), «Железобетон в машиностроении» (78 с.).

В 1967г. избран доцентом кафедры сопротивления материалов Краматорского индустриального института, а с 1970 по 1972 г. работал и.о. заведующего этой кафедры.

С 1989г. старший научный сотрудник, научный руководитель работ НИС Донбасской государственной машиностроительной академии.

Квалификацию повышал в Московском авиационном технологическом институте им. К.Э. Циолковского (дважды), Киевском и Московском инженерно-строительных институтах (трижды).

Вся последующая работа связана с вибротехникой и вибротехнологиями в машиностроении.

В качестве руководителя подпрограммы по разработке виброкомплексов участвовал в выполнении заданий общесоюзной научно-технической программы 0.72.01 «Создать и освоить ресурсосберегающие технологии производства сварных конструкций, … обеспечивающие повышение качества, надежности и долговечности машин, механизмов и сооружений, утвержденной постановлением ГКНТ СССР и АН СССР от 10.10.85 №573.137.

Разработаны, испытаны опытно-промышленные образцы виброкомплексов ВК-79, ВК-86, ВК-87, ВК-89, ВК-90 и внедрены на многих предприятиях СНГ, в их числе: «Электросила», «Невский завод», «Ленинградский металлический завод», «Кировский завод», «Новгородский машзавод», Новосибирский «Тяжгидропресс», «Красный гидропресс» и др.

Виброкомплексы экспонировались многократно на ВДНХ СССР (Москва), ВДНХ Украины (Киев), Международных ярмарках в Загребе (ФНРЮ), Бухаресте (Румыния). Отмечены наградами: дипломами, бронзовыми и серебряными медалями.

На предприятиях энергетического машиностроения:»Электросила», «Невский завод», «Кировский завод», «Ленинградский металлический завод»

(г. Санкт-Петербург) и др., внедрена вибростабилизирующая обработка и исследована большая серия деталей: турбо, газо и гидрогенераторов, паровых, газовых и гидравлических турбин, компрессоров, крупных электрических машин.

На предприятиях станкостроения, угольного и сельскохозяйственного машиностроения: «Тяжгидропресс» (г. Новосибирск), «Красный гидропресс», «Комбайновый завод» (г. Таганрог), «Краматорский завод тяжелого станкостроения», «Новгородский машзавод» и др., внедрена вибростабилизирующая обработка и исследована серия деталей тяжелых станков и прессов, горношахтного оборудования, зерноуборочных комбайнов.

Выполнены научные исследования и разработка технологических процессов восстановительной вибрационной и вибротермической обработки металла в трубах паропроводов и в деталях крупного энергетического оборудования.

Проведены научные исследования, разработана новая технология поэтапного воздействия вибростабилизирующей обработки после операций сварки, ковки, черновой и чистовой механообработки, сборки. Постепенное снижение уровня остаточных напряжений в деталях в процессе их изготовления позволяет обеспечить стабильность их размеров, высокое качество изготавливаемой продукции при самых низких энергетических и материальных затратах.

Уникальные исследования проведены на натурных деталях крупного энергетического оборудования с замером напряжений, непосредственно в деталях, портативным рентгеновским дифрактометром с компьютерной обработкой результатов измерений.

А.И. Дрыга докладчик (участник) 28 Международных научнотехнических конференций: «Вибрации в технике и технологиях», «Современные проблемы машиностроения и технический прогресс», «Прогрессивные технологии машиностроения и современность», «Машиностроение и техносфера XXI века», «Усовершенствование процессов и оборудования металлов давлением в машиностроении и металлургии» и др. в Москве, Санкт-Петербурге, Донецке, Севастополе, Виннице, Евпатории, Краматорске.

За высокий научный уровень научных разработок, уникальность проведенных экспериментов, информативность материалов, изложенных в деталях в докладах на конференциях, награжден дипломами.

В результате активной созидательной работы А.И. Дрыга имеет более научных публикаций, в том числе 3 монографии. Изобретения в области вибротехники защищены 28 авторскими свидетельствами СССР и 14 патентами на изобретения ведущих промышленно-развитых стран мира: США, ФРГ, Великобритании, Франции, Японии, а также Китая и Индии.

В Великобритании, США, ФРГ опубликованы 16 научных статей.

В 1997 году А.И.Дрыга избран действительным членом Нью-Йоркской Академии наук /New York Academy of Sciences/.

Вклад его в развитие науки и техники отмечен международным сообществом. Международный Совет по научным исследованиям Американского Биографического института отметил достижения и вклад в мировую науку академика А.И. Дрыги и включил его биографию в биографические энциклопедии:

«Кто есть кто в мире» /«Who’s Who the world » 18th Edition, 2001, New Providense, USA/,” Кто есть кто в науке и технике» /«Who’s Who in Science and Engineering» 6th Edition, 2002, New Providense, USA/.

Международный биографический центр в Кембридже (Англия) отметил его заслуги и достижения в области естественных наук включением его биографии в книгу «2000 выдающихся ученых 21 столетия», 1-е издание /2000 Qutstanding Scientists of the 21st Century, 1st Edition, 2001, Cambridge, England/.

Ректорат Донбасской государственной машиностроительной академии искренне поздравляет Дрыгу Александра Иосифовича со славным юбилеем, желает доброго здоровья и творческого долголетия.

Ректор Донбасской государственной машиностроительной академии

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности общественного производства, его интенсификация и улучшение качества выпускаемой продукции – основные задачи, стоящие перед машиностроением. Успешное решение этих задач в основном зависит от разработки и внедрения новых прогрессивных технологий на основе новых методов и новейшего современного технологического оборудования, обеспечивающих многократное повышение производительности труда, снижение трудоемкости и энергоемкости производства при одновременном повышении качества и высокой надежности изготавливаемых машиностроительных изделий. Точность машин и станков в значительной мере зависит от точности геометрической формы и размеров корпусных, базовых и других деталей.

В течение времени из-за перераспределения и релаксации внутренних остаточных напряжений, вызванных технологическими процессами при изготовлении (литья, сварки, механической обработки и др.), теряется стабильность геометрических размеров деталей. В процессе релаксации напряжений упругие деформации переходят в пластические, вследствие чего величины остаточных напряжений снижаются. Неравномерность протекания в металле этого процесса нарушает равновесное состояние, вызывая упругую деформацию детали с изменением ее геометрической формы. Повышение стабильности геометрических размеров достигается преимущественно за счет снижения внутренних остаточных напряжений и микропластических деформаций в материале детали.

Для обеспечения размерной стабильности деталей в машиностроении чаще всего используются традиционные технологические процессы – низкотемпературный отжиг и естественное старение, крайне недостаточно внедряется вибрационная обработка деталей. В последние годы в связи с разработкой и внедрением нового современного виброоборудования (виброкомплексы и др.), позволяющего выполнять вибростабилизирующую обработку деталей, выявилась высокая эффективность этого метода обработки деталей и конструкций.

Вибростабилизирующая обработка во многих случаях может заменить дорогостоящую термическую обработку, требующую сложного оборудования, больших энергетических затрат, вызывающую загрязнение окружающей среды.

Важность и актуальность решения проблемы стабильности геометрических размеров изделий на основе новейших достижений научно-технического прогресса несомненна.

Тесное сотрудничество Донбасской государственной машиностроительной академии с рядом крупнейших машиностроительных предприятий СНГ позволило в короткий срок осуществить разработку, изготовление и внедрение виброкомплексов и технологии вибростабилизирующей обработки в производство.

Внедрение прогрессивной вибростабилизирующей обработки обеспечило по сравнению с термическим методом снижение расхода электроэнергии (газа) более чем в 500 раз, сокращение технологического цикла производства в 50- раз, повысило в несколько раз производительность труда, снизило трудоемкость изготовления и транспортные расходы в несколько раз, улучшило условия труда и исключило загрязнение окружающей среды.

Вопросы вибростабилизирующей обработки деталей и конструкций, несмотря на актуальность, весьма слабо освещены в литературе, содержащей весьма скудные, противоречивые и частично устаревшие представления о возможностях и достигаемых результатах.

В предлагаемой монографии на основе выполненных конструкторских экспериментальных, исследовательских работ, опыта изготовления, эксплуатации, внедрения в производство нового высокоэффективного виброоборудования – виброкомплексов – рассмотрен широкий круг вопросов теории и технологии процесса вибростабилизирующей обработки, изложены основные технические характеристики и возможности виброкомплексов. Также рассмотрены методы контроля и управления процессом вибростабилизирующей обработки, контроля остаточных напряжений и деформаций, вопросы техникоэкономической эффективности внедрения виброкомплексов в производство и ведения процесса вибростабилизирующей обработки в машиностроении.

Широкомасштабное внедрение в производство виброкомплексов и прогрессивной технологии вибростабилизирующей обработки позволит расширить возможности предприятий в реализации неотложных задач повышения качества изготавливаемых машин и станков, снижения трудоемкости изготовления деталей, повышения общей культуры и организации машиностроительного производства.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И

СТАБИЛИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

1.1. Возникновение остаточных напряжений в процессе изготовления сварных и литых деталей машин. Виды технологических остаточных напряжений Металлическая деталь характеризуется напряженным состоянием, обусловленным неоднородностью пластических, линейных или объемных деформаций.

Возникновение и перераспределение остаточных напряжений всегда связано с деформацией детали или конструкции.

Возникающая деформация может быть временной или необратимой, вызываемой соответственно временными или внутренними напряжениями.

Внутренние напряжения делятся на напряжения I рода (уравновешивающиеся в пределах областей, размеры которых одного порядка с размерами тела, вызываемые неоднородностью силового, температурного или материального поля внутри тела); напряжения II рода или кристаллитные (уравновешивающиеся в объемах одного порядка с размерами зерен) и напряжения III рода (уравновешивающиеся в объемах одного порядка с элементарной кристаллической ячейкой).

При изготовлении металлических деталей под влиянием различных технологических операций, вызывающих изменения в металле, возникают внутренние напряжения. В некоторых случаях внутренние напряжения создаются преднамеренно для улучшения качественных характеристик изделия (поверхностный наклеп, закалка, химико-термическая обработка), а при литье, штамповке, сварке, механической обработке возникающие внутренние напряжения, наоборот, снижают стабильность изделия, вследствие чего снижается качество продукции.

Возникновение остаточных напряжений связано с различными процессами, происходящими в металле. В течение одной технологической операции могут действовать один или несколько факторов различной природы [6].

1.1.1. Напряжения после нагрева и охлаждения Температурные остаточные напряжения появляются в случае неравномерного распределения температуры по сечению детали. Величина и характер температурных напряжений зависят от скорости нагрева и охлаждения, от размеров и формы детали, от коэффициентов теплопроводности и теплопередачи.

Большое значение имеет скорость охлаждения и температура, с которой начинается охлаждение.

С повышением температуры, от которой производилось охлаждение, максимальные напряжения увеличиваются. Особенно резкое увеличение напряжений происходит при t 0 500 0 C.

Наибольшие напряжения получаются при максимальной скорости охлаждения в воде (осевые напряжения до 600 МПа), а при охлаждении на воздухе напряжения не превышают 60 МПа.

Остаточные напряжения образуются в случае неравномерного нагрева по сечению детали. При быстром охлаждении детали наружные ее слои, охлаждающиеся быстрее, будут растянуты. Сердцевина под действием более холодных слоев будет сжата. Если в этот момент возникающие напряжения окажутся выше предела пропорциональности при данной температуре, то произойдет пластическая деформация. Возможен случай, когда температурные напряжения в наружных слоях превысят предел прочности металла и образуется трещина («горячая трещина»).

При дальнейшем охлаждении детали интенсивность охлаждения наружных слоев уменьшается и разность температур между поверхностью и сердцевиной также уменьшается. В этот момент поверхность уже имеет температуру, практически равную температуре окружающей среды, и дальнейшая температурная деформация наружных слоев прекращается. Сердцевина, имеющая более высокую температуру, будет продолжать интенсивно охлаждаться, изменяя объем. Если наружные слои были пластически деформированы в первый период, то в некоторый момент второго периода, когда температура сердцевины еще достаточно высокая, наступает равновесие между наружными слоями и сердцевиной и напряжения в детали будут равны нулю. При дальнейшем охлаждении наружные слои будут деформироваться мало, а сердцевина будет стремиться существенно сокращаться. Поэтому сердцевина будет сжимать наружные слои, которые, в свою очередь, будут растягивать сердцевину. В момент окончания процесса охлаждения величина напряжений может превысить предел упругости и произойдет повторная пластическая деформация, но уже обратного знака [14].

1.1.2. Напряжения после сварки Сварные конструкции состоят из большого числа элементов и сварных швов, внутренние напряжения которых взаимодействуют и могут распределяться различным образом. Последовательность приварки и жесткость элементов существенно влияют на остаточные напряжения.

Характерными особенностями сварки являются ее локальный характер, высокие скорости нагрева до температур, превышающих температуры плавления металла (3000°С при газовой и 4000°С при электродуговой сварке), что вызывает температурные напряжения, неоднородные структурные преобразования в шве и зонах термического влияния, изменение растворимости газов, окружающих сварной шов.

Объем зоны распределения остаточных напряжений зависит от мощности и продолжительности нагрева, а также от структурных превращений, происходящих в зоне, непосредственно примыкающей к сварному шву (20 – 25 мм при электродуговой и 80 мм при газовой сварке).

Вследствие структурных превращений изменяется удельный объем, так как при нагреве переход перлита и феррита в аустенит сопровождается уменьшением удельного объема, а при охлаждении превращение аустенита в мартенсит сопровождается значительным увеличением удельного объема. Кроме того, вследствие неравномерного охлаждения деталей структурные превращения во всем объеме происходят не одновременно и по мере охлаждения всего сечения распределение структурных напряжений изменяется. В низкоуглеродистых сталях распад аустенита происходит при остывании происходит при температуре 600°С и мало влияет на остаточные напряжения, а в легированных сталях при остывании распад аустенита при более низких температурах, когда металл находится в упругом состоянии и вызывает структурные остаточные напряжения, т.е. величина остаточных напряжений, вызванных фазовыми превращениями, зависит от химического состава стали [17, 18].

1.1.3. Напряжения после остывания отливок На величину и характер распределения остаточных напряжений в литье влияют неравномерное охлаждение отливок, сопротивление формы усадке металла и разница в коэффициентах температурного расширения разных частей отливки. Равномерность охлаждения в форме зависит от конфигурации детали и состава металла. Основное значение имеет не абсолютная величина температур в различных точках, а характер их изменения по сечению.

Кроме того, при литье деталей сложной формы на образование временных напряжений влияет сопротивление деформации литейной формы и стержней, находящихся во внутренних полостях, так как разные участки отливок имеют разные пластические свойства и возникают силы сопротивления стержней усадке металла, создающие неравномерное напряженное состояние.

Самым ответственным моментом в литейном производстве является охлаждение отливок в форме, так как в случае неравномерного распределения температуры по сечению отливок возникают остаточные напряжения [5]. Напряжения в основном зависят от скорости охлаждения и температуры, с которой начинается охлаждение - резкое увеличение напряжений наблюдается при t 500 °С. Увеличение скорости охлаждения способствует увеличению внутренних напряжений. Так, например, при максимальной скорости охлаждения в воде возникают напряжения, в 10 раз большие напряжений при охлаждении на воздухе. Неправильный выбор режима охлаждения может вызывать коробление детали, появление «горячих» или «холодных» трещин. Охлаждение при температурах ниже 400°С придает металлу высокие пластичность и прочность.

Особо большое влияние на образование остаточных напряжений скорость охлаждения оказывает при переходе металла из пластического в упругое состояние (для чугуна температурный диапазон 400-700°С), а при температурах ниже и выше этого интервала она мало сказывается. На практике охлаждение металла происходит медленно и напряжения, вызванные структурной неоднородностью, мало влияют на общий уровень напряжений и обычно снимаются за счет релаксации.

Литье является одной из самых распространенных и известных технологических операций изготовления корпусных чугунных деталей, от стабильности формы которых, обусловливаемой перераспределением остаточных напряжений, возникающих после остывания отливок, в основном зависит точность изготавливаемых механизмов [10, 16].

1.1.4. Напряжения после пластической деформации Остаточные напряжения возникают в результате неоднородной пластической деформации в различных технологических процессах (ковка, штамповка, прокатка). Пластическое формоизменение может производиться при нормальной и высокой температуре.

Величина остаточных напряжений, возникающих в результате обработки давлением при низкой температуре, зависит от степени обжатия и глубины деформации [6].

Растрескивание прокатанного металла как с поверхности, так и в сердцевине происходит тогда, когда остаточные напряжения после прокатки с большими степенями обжатия превышают предел прочности материала.

Одной из главных причин появления остаточных напряжений при горячей обработке давлением является неравномерное охлаждение детали в процессе обработки. Кроме того, обрабатываемая деталь испытывает значительные силовые воздействия.

Распространенным способом преднамеренного создания благоприятного распределения остаточных напряжений является поверхностный наклеп.

При наклепе неравномерная по сечению пластическая деформация является причиной возникновения остаточных напряжений. Поверхностные пластически деформированные слои стремятся сохранить остаточное увеличение размеров, но этому препятствуют недеформированные внутренние слои. При этом наружные слои сжимаются, а внутренние слои растягиваются. Так как наружный сжатый слой обычно имеет малую толщину, напряжения сжатия в нем значительно превышают растягивающие напряжения во внутренних слоях.

Характер распределения остаточных напряжений по сечению различных поверхностно наклепанных деталей одинаков. В поверхностных слоях деталей цилиндрической формы возникают сжимающие осевые и окружные остаточные напряжения и обычно незначительные по величине радиальные растягивающие напряжения. Радиальные напряжения обычно в 4-10 раз меньше, чем осевые остаточные напряжения.

Характерными для эпюр остаточных напряжений после поверхностного наклепа являются высокие градиенты напряжений, что позволяет получать остаточные напряжения, в ряде случаев значительно превышающие предел текучести, определенный для данного материала при одноосном растяжении. Максимальные сжимающие напряжения при поверхностном наклепе колеблются в пределах от 500 до 1000 МПа в зависимости от материала и режима наклепа.

1.1.5. Напряжения после механической обработки Механическая обработка (точение, фрезерование, шлифование и т.д.), как правило, вызывает появление в тонком (десятые доли миллиметра) поверхностном слое значительных остаточных напряжений.

Источником появления остаточных напряжений при механической обработке является одновременное действие следующих факторов:

а) Неравномерная пластическая деформация поверхностного слоя. В зоне перед инструментом материал сжимается передней поверхностью инструмента, а в другой зоне при трении задней поверхности инструмента об обработанную поверхностный слой растягивается. Границей раздела этих зон является режущая кромка инструмента.

б) Локализованный нагрев тонких поверхностных слоев вследствие работы деформации и трения приводит к большим температурным напряжениям, превосходящим предел текучести материала. После остывания детали в поверхностном ее слое появляются значительные растягивающие остаточные напряжения.

в) Вторичные фазовые превращения в поверхностных слоях приводят к образованию вторичных структур с разными удельными объемами.

Влияние указанных факторов, действующих в противоположных направлениях, приводит к тому, что остаточные напряжения при механической обработке существенно зависят от технологических режимов (геометрия и состояние режущего инструмента, охлаждающая среда, вид и режим обработки).

Кроме того, остаточные напряжения в этом случае зависят от материала изделия.

Величина остаточных напряжений при механической обработке резанием металлов средней прочности достигает 1000-1300 МПа при глубине распространения 50-200 мкм.

При шлифовании решающее влияние на образование остаточных напряжений оказывает тепловой фактор.

Величина и знак остаточных напряжений при шлифовании зависят от скорости вращения круга и детали, скорости продольной подачи, глубины шлифования, а также материала детали, материала и зернистости круга и охлаждающей жидкости.

Величина остаточных напряжений после шлифования достигает 400-1000 МПа и глубина их распространения 20-50 мкм.

1.1.6. Напряжения после закалки Образование остаточных напряжений после закалки обусловлено главным образом скоростью охлаждения. На образование остаточных напряжений влияет химический состав металла, условия закалки, начальная температура и скорость охлаждения, а также исходное состояние поверхностного слоя.

Существенное влияние на характер и величину суммарных напряжений оказывает время перемены знака тепловых напряжений по отношению ко времени появления структурных превращений. Если структурные превращения появились до перемены знака тепловых напряжений, то суммарные напряжения уменьшаются. Если структурные превращения произошли после перемены знака тепловых напряжений, то суммарные напряжения увеличиваются.

При поверхностной закалке характер эпюры остаточных напряжений зависит от режима нагрева, глубины закаленного слоя, условий охлаждения, химического состава и исходной структуры обрабатываемой стали [15].

Варьируя частоту тока и тепловой режим нагрева, можно получить разную глубину закаленного слоя и различный характер распределения остаточных напряжений по глубине изделия.

С увеличением количества углерода сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое уменьшаются из-за преобладающего действия структурного фактора. Возле поверхности в закаленном слое остаточные напряжения (осевые и тангенциальные) – сжимающие. Вблизи границы слоя напряжения резко уменьшаются и переходят в растягивающие, максимум которых располагается на некотором расстоянии от границы закаленного участка.

Основной причиной возникновения растягивающих остаточных напряжений вблизи твердого слоя являются объемные пластические деформации в процессе нагрева и охлаждения.

1.2 Использование виброобработки для снятия остаточных напряжений и стабилизации геометрических размеров деталей 1.2.1. Вибростабилизирующая обработка При вибростабилизирующей обработке подводимая механическая энергия способствует стабилизации геометрической формы изделия, так как ускоряет перемещение примесных атомов, образование атмосфер Коттрелла и блокирование дислокаций.

При циклическом нагружении напряжения, возникающие в изделии, суммируются с остаточными и, превысив предел упругости, вызывают пластическую деформацию, вследствие чего уменьшаются исходные остаточные напряжения. Практически полностью остаточные напряжения снимаются при остаточной деформации 0,5-1%.

Циклическое нагружение влияет на значения остаточных напряжений в случае, когда суммарные напряжения превышают предел упругости. Однако следует учесть, что предел упругости при циклических нагрузках на 20 % ниже, чем при статических. Изменение остаточных напряжений при циклическом нагружении является следствием релаксационного процесса, а в некоторых случаях – упругого последствия.

Напряжения релаксируются в результате суммирования остаточных и циклических переменных напряжений. В момент совпадения по знаку вибрационных и остаточных напряжений происходит кратковременная перегрузка сварных соединений, вызывая в них пластические деформации – прежде всего, в участках концентрации напряжений. Необходимым условием является достижение предела текучести.

При вибрационной обработке за короткие промежутки времени создается множество циклов нагружения на заданных и контролируемых мощностях и частотах, что обеспечивает завершение стабилизации в течение непродолжительного времени.

Вибростабилизация является высокопроизводительным методом снижения остаточных напряжений, который пригоден для литых, кованых, сварных и горячекатаных черных и цветных металлов. При этом параметры прочности, твердости и долговечности не снижаются. Кроме того, он применим к конструкциям любых габаритных размеров и массы, а оборудование, необходимое для его осуществления, является простым и малогабаритным. Это позволяет использовать его в непрерывном технологическом процессе и в промежуточных – между отдельными операциями механической обработки.

Вибростабилизирующая обработка особенно эффективна, когда термические и другие способы снятия напряжений неприемлемы, например при наличии приваренных направляющих, закаленных индукционным способом после сварки, а так же в конструкциях, сваренных из разных металлов.

1.2.2. Обоснование механизма процесса вибростабилизации металлов Металлам свойственно преобразование механической энергии (энергии колебаний) в тепловую даже при вибрационных нагрузках, значение которых ниже макроскопического предела текучести. Это объясняется тем, что истинный предел текучести во многих частях изделия ниже теоретического, причем при более высоких упругих напряжениях наступают уже микропластические деформации. В конечном итоге они также являются причиной снижения предела текучести при растяжении с длительной нагрузкой.

В области дислокаций атомы находятся в неустойчивом равновесии, поэтому для их смещения достаточно такого касательного напряжения, которое значительно ниже напряжения, необходимого для смещения дислокации поперек решетки до следующего торможения решетки или до границы зерна. Перемещение дислокаций представляет собой изменение взаимного расположения атомов. Сами атомы перемещаются при этом на доли межплоскостного расстояния решетки. Решетка не подвергается дополнительной упругой деформации, и, следовательно, происходит незначительное накопление энергии. Движущиеся вместе с дислокациями поля внутренних напряжений приобретают наибольшую стабильность на границе решетки и уравновешиваются между собой.

Механизм вибростабилизации в локальных зонах объясняется следующим образом [1]. Остаточные напряжения образуются в кристаллических телах как результат пластической деформации кристаллов. Для стабилизации напряженного состояния детали сообщается некоторый энергетический импульс, например энергия колебаний при вибростабилизации. Возникающие при этом дополнительные напряжения суммируются с начальными остаточными, в результате чего в поликристаллическом материале происходят сдвиги кристаллической решетки, которые сопровождаются перераспределением напряжений, а молекулы приходят в равновесное положение. Напряжения в пределах зерен и по их границам уменьшаются.

Изменение свойств металла в локальных объемах обусловливает процессы упрочнения, протекающие при пластической деформации металлов и деформационном старении, характерном для железоуглеродистых сплавов. Известно, что упругие деформации существенно ускоряют процесс деформационного старения. Таким образом, при пластическом деформировании происходят генерация дислокаций, повышение их плотности, сопровождающееся блокированием свободных дислокаций атомами углерода и азота. Одновременно уменьшаются напряжения в локальных зонах, и тем заметнее, чем выше степень пластической деформации. Однако ввиду локальности протекания процесса в зонах концентрации напряжений общий уровень напряжений первого рода изменяется незначительно и напряжения могут быть стабилизированы при достаточно высоком их конечном уровне. Важно, чтобы в металле концентрация напряжений не превышала его релаксационной стойкости.

Вибрационная обработка одновременно действует на напряжения первого, второго и третьего рода. Изменение напряжений второго и третьего рода в уравновешенных объемах при отсутствии напряжений первого рода не влияет на форму детали. Упругими колебаниями, распространенными в металле, воздействовать на локальные зоны можно, но изолировать изменение напряжений в этих зонах от напряжений первого рода нельзя.

Эффективность вибрационной обработки определяется степенью пластической деформации металла, которая зависит от прикладываемой нагрузки при вибрации, определяемой значением и местом приложения вынуждающей силы, создаваемой вибровозбудителем, а также геометрической формой детали.

Понижение остаточных напряжений в процессе вибрационной стабилизирующей обработки достигается за счет сочетания вибрационных и остаточных напряжений, при определенных значениях которых материал становится пластичным (рис. 1.1).

Если в теле, имеющем определенные остаточные напряжения, создать циклически изменяемые напряжения, то процесс изменения напряжений для точки А может быть представлен в следующем виде. Исходное состояние характеризуется напряжением A и деформацией єС. Переменная нагрузка осуществляется в пределах В С.

Первому циклу нагружения соответствует участок графика АСDBD/. При этом следует обратить внимание на параллельность линий CD и упругости после снятия нагрузки на всем протяжении нагружения и на небольшой спад к концу СD – эффект Баушингера.

Последующие нагружения приводят материал к образованию стабильной петли гистерезиса C1 EB E C1. Таким образом, если учесть, что в исходном состоянии остаточные напряжения соответствуют напряжениям E, а снижение остаточных напряжений равно разности A E, то конечный результат вибрации является функцией переменных напряжений и характеристик упругопластических свойств материала при циклических нагружениях.

Рис. 1.1. Диаграмма є в процессе виброобработки Необходимым условием для остаточных деформаций является достижение предела текучести при вибрации в сочетании остаточных напряжений с напряжениями, вызванными приложением переменных нагрузок.

Предел текучести при циклическом нагружении для некоторых материалов может быть снижен в два раза по сравнению с пределом текучести при статическом нагружении, в связи с чем при сравнительно небольших значениях пульсирующих напряжений наблюдается сокращение остаточных напряжений.

От правильности выбора значения напряжений и числа циклов нагружения зависят качество виброобработки и долговечность изделия. Кроме того, природа релаксации остаточных напряжений при виброобработке является циклической и поэтому физическую природу рассматриваемого явления предлагается проанализировать на графике в координатах «циклическая нагрузка – число циклов» или на диаграмме усталости (рис. 1.2.) [2]. При виброобработке на стадии циклической микротекучести (до линии 2) обычные механические свойства (предел текучести, микротвердость и др.) не изменяются и к ее окончанию; при циклическом напряжении, равном пределу усталости, все сечение материала претерпевает небольшую деформацию. Экспериментально установлено, что при длительности виброобработки не более 104 циклов фиксируется относительная деформация порядка 10-6 – 10-4.

В поверхностном слое и на границах зерен образуется повышенная плотность дислокаций с последующим лавинообразным процессом протекания микропластической деформации сначала в отдельных зернах (с наибольшими градиентами напряжений), а затем по всему сечению нагружаемого металла.

Начало интенсивного микропластического течения устанавливается по изменению характеристики внутреннего трения и обозначено на рис. 1.2 линией 1; области макротекучести и микротекучести разграничены линией 2; линии 3, 4 и отражают соответственно стадии циклического упрочнения, образования субмикроскопических трещин и усталостного разрушения.

Начало стадии циклической макротекучести связано с макроскопическим разупрочнением, т.е. с резким увеличением интенсивности «раскрытия» петли гистерезиса, хотя уже в процессе макроскопического разупрочнения некоторые объемы упрочняются. Эти процессы, происходящие на данной стадии под влиянием циклического деформирования, вызваны прохождением деформации Чернова – Людерса, что свидетельствует о неравномерном развитии пластической деформации и, следовательно, о неравномерном распределении дефектов кристаллической решетки. Полосы Чернова – Людерса могут служить средством анализа поля напряжений при пластической деформации.

В малоуглеродистой стали стадия циклического течения связана с протеканием по всему объему материала макроскопической пластической деформации, характеризуемой резким увеличением плотности дислокаций по границам зерен в перлите и вокруг включений, протеканием поперечного скольжения и началом формирования ячеистой дислокационной структуры. Кроме того, изменяются некоторые физико-механические свойства: повышается микротвердость, снижается предел пропорциональности, происходит изменение характеристик внутреннего трения, магнитных свойств и др. Следует отметить, что в зависимости от структурного состояния материала, вида нагружения, температуры процесса и силы деформирования в условиях циклического нагружения с началом микроскопической пластической деформации могут наблюдаться различные изменения физико-механических свойств.

Рис. 1.2. Схема обобщенной диаграммы усталости (а) и кинетика уменьшения остаточных напряжений (б):

1 – начало микроскопического течения; 2 – макроскопическое течение; – линия окончания микроскопического течения; 4 – линия начала образования субмикроскопических трещин; 5 – кривая усталостного разрушения; k - критическое напряжение усталости; ц.т - циклический предел текучести; W предел усталости; - циклический предел упругости Выявленные выше особенности поведения материала на различных стадиях (микро- и макротекучести) циклического деформирования позволяют более точно определить область протекания процесса уменьшения остаточных напряжений, соответствующую стадии циклической микротекучести. Процесс уменьшения остаточных напряжений в поле суммарных остаточных и вибрационных напряжений начинается с линии 1 (начала микроскопического течения) и заканчивается линией 2 (началом макроскопического течения). Суммарные значения остаточных и вибрационных напряжений 0 + B должны быть меньше критического напряжения усталости k, при котором на полированной поверхности образца с первого цикла нагружения появляются следы макроскопической деформации и возникают полосы Чернова – Людерса.

Наличие построенных для определенного материала линий 1, 2 и 3 на диаграмме усталости позволяет обоснованно выбирать режимы виброобработки.

Рассмотрим протекание процесса вибрационного уменьшения остаточных напряжений (см. рис. 1.2) при суммарном значении остаточных напряжений, меньшем статического предела микротекучести.

Как правило, виброобработку проводят при приложении вибрационных напряжений B const. На обобщенной диаграмме усталости (рис. 1.2, а) откладываем суммарное значение остаточных и вибрационных напряжений 0 + B. До начала микроскопического течения (линия 1) уменьшения остаточных напряжений почти не происходит. Через NB циклов, число которых зависит от суммарного значения остаточных и вибрационных напряжений, начинается пластическая деформация, вследствие чего остаточные напряжения уменьшаются, что соответствует точкам 4 8 (см. рис. 1.2). При достижении линии начала макроскопического течения (точка 9 ) виброобработку необходимо прекратить. Точка 9 соответствует N B циклам. Время виброобработки определяется делением числа циклов N B на частоту f вибрационного воздействия ( t обр = N B / f ).

Определив по оси ординат значение 0 + B, соответствующее точке (например, B + C T ), найдем значения k, до которого удается снизить виброобработкой остаточные напряжения.

Таким образом, благодаря неравномерному распределению остаточных напряжений в сварных конструкциях степень уменьшения остаточных напряжений в различных точках изделия будет различной ввиду непостоянства суммарного значения остаточных и вибрационных напряжений 0 + B.

Возможен случай, когда в процессе виброобработки для уменьшения остаточных напряжений увеличивают B, чтобы сумма остаточных и вибрационных напряжений оставалась постоянной: 0 + B = const, вследствие чего скорость уменьшения остаточных напряжений поддерживается также постоянной (точки 3 6 ) и достигается наиболее полное снижение остаточных напряжений. По-видимому, уровень остаточных напряжений после виброобработки будет соответствовать примерно 20 % от первоначальных 0. Это обусловливается установлением равновесия двух процессов: аннигиляции дислокаций и увеличения их плотности путем генерирования и последующего торможения дислокаций. В рассмотренном случае время виброобработки определяется числом циклов N B, которое значительно меньше времени виброобработки в предыдущем случае, определяемого числом циклов N B. Очевидно, что при правильном выборе вибрационного воздействия в процессе виброобработки можно достичь более равномерного снижения напряжения, повысить качество и эффективность процесса. В то же время повышаются требования ко времени окончания процесса.

Таким образом, для каждого материала можно выбрать приемлемые режимы вибростабилизации. Очевидно, что не все материалы одинаково могут быть подвержены вибрационной обработке с целью уменьшения остаточных напряжений.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА

ВИБРОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ И

АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

2.1. Экспериментальные исследования возможностей контроля процесса вибростабилизирующей обработки сварных деталей по эффекту снижения потребляемого тока вибровозбудителем Высокая эффективность экологически чистого процесса вибростабилизирующей обработки (ВСО) подтверждена мировой практикой, о чем свидетельствует ряд опубликованных работ. Успешное внедрение ВСО в машиностроении неразрывно связано с созданием нового высокоэффективного оборудования и разработкой новых способов контроля эффективности процесса [42-48].

На Краматорском заводе тяжелого станкостроения были проведены эксперименты по контролю процесса ВСО сварной детали колесо токарного станка КЖ 9907 (рис. 2.1) по эффекту снижения потребляемого тока вибровозбудителем.

Рис. 2.1. ВСО сварной детали в цехе с помощью виброкомплекса ВК- Обрабатываемая сварная деталь массой 1450 кг была установлена на трех резиновых виброизолирующих опорах. К обрабатываемой детали был прикреплен с помощью двух винтовых струбцин вибровозбудитель. На расстоянии около 1 м от него был установлен пьезоэлектрический преобразователь – вибродатчик Д-13. Схема установки для ВСО представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема установки для ВСО детали:

1 – пульт управления; 2 – вибродатчик; 3 – обрабатываемая деталь; 5 – вибровозбудитель; 4, 6, 7 – виброизолирующие опоры По приборам пульта управления были сняты резонансные характеристики обрабатываемой детали. Затем проведена ВСО детали, а результаты ее представлены в таблице 2.1.

Результаты ВСО сварной каретки станка КЖ При ВСО в диапазоне резонансных частот 85(84,58), 83(83,3), 82(81,67) Гц зафиксировано уменьшение потребляемого тока вибровозбудителем на 0,7 А (6,3 %) к концу обработки (см. табл. 2.1).

Во время проведения экспериментов отчетливо наблюдалась картина падения потребляемого вибровозбудителем тока. Это свидетельствует о том, что при ВСО происходит релаксация внутренних напряжений. Характерно, что релаксация напряжений различна на разных резонансных частотах.

Для контроля процесса ВСО по эффекту снижения потребляемого тока вибровозбудителем сварная деталь повторно подвергалась ВСО на второй (31.03), третий (1.04) и седьмой день (6.04).

Результаты приведены в таблице 2.2. Падения потребляемого вибровозбудителем тока при повторных ВСО не было отмечено. Это свидетельствует об эффективности данного метода контроля процесса ВСО.

Результаты повторной ВСО каретки станка КЖ- Дата контроля процесса ВСО сварных деталей по эффекту снижения потребляемого тока вибровозбудителем неограниченны.

2.2. Контроль виброобработки по стабилизации магнитного сопротивления материала детали Одной из наиболее актуальных задач в машиностроении является широкое внедрение новых энерго- и ресурсосберегающих технологий в производство. Однако переход на новые прогрессивные технологические процессы в значительной мере сдерживается из-за отсутствия простых и надежных методов контроля.

В машиностроении применяется метод контроля вибростабилизирующей обработки деталей по снижению остаточных напряжений, основанный на многократном вибровозбуждении детали. Резонансные максимумы при этом изменяют свое положение. Виброобработка заканчивается, когда положение резонансных максимумов на шкале частот стабилизируется и при дальнейшем возбуждении их смещение отсутствует. Однако данный метод не позволяет установить частоту, соответствующую максимуму резонанса, что приводит к увеличению времени на определение смещения частот и снижению производительности.

Метод контроля виброобработки кострукции, приведенный в работе, позволяет измерять действительную часть амплитудно-фазово-частотной характеристики детали, а снятие и стабилизацию остаточных напряжений фиксируют по прекращению смещения точек перехода измеренной кривой через нуль. Однако применение и этого метода в условиях цеха очень сложно и ненадежно, отнимает много времени, связано с регистрацией резонансных кривых.

В ДГМА (г. Краматорск) разработаны новый метод и устройство для контроля процесса виброобработки литых и сварных деталей по снижению остаточных напряжений, основанный на физическом принципе стабилизации магнитного сопротивления материала детали [29].

На рис. 2.3 приведена принципиальная схема устройства. На обрабатываемой детали установлены вибровозбудитель 1 и датчик 2 контроля, питаемый от сети переменного тока. Выход от датчика поступает на выпрямительный мост 3, а затем на усилитель 4. Одновременно к усилителю подключены эталонные сопротивления 5, 7 и выпрямительный мост 6. Концы эталонных сопротивлений подключены параллельно выпрямительным мостам 3 и 6 и объединены вместе. На выходе усилителя установлен измерительный прибор 8. Последовательно с датчиками 2 контроля и эталонным датчиком 9 включены регуляторы (реостаты) 10 и 11. В начале обработки детали при помощи регулятора добиваются согласования характеристик относительного магнитного сопротивления детали (датчик 2) и эталонного датчика 9. Для обеспечения плавности регулирования предусмотрен регулятор 11. Нулевое показание прибора 8 указывает на согласованность датчиков контроля и эталонного.

При виброобработке детали магнитные характеристики изменяются. В частности, Ф=F/Rm, где Ф - магнитный поток, проходящий через датчик; F=I магнитодвижущая сила (здесь I – ток; - число витков датчика); Rm - магнитное сопротивление цепи, по которой проходит магнитный поток.

Рис. 2.3. Принципиальная схема устройства для контроля виброобработки деталей По закону равновесия ЭДС с изменением Rm изменяется и ток, а магнитный поток Ф остается постоянным. По изменению тока можно судить об изменении сопротивления магнитной цепи, т. е. об изменениях, связанных с виброобработкой.

Магнитное сопротивление цепи Rm пропорционально изменению тока I, а сопротивление магнитной цепи и ток намагничивания между собой пропорциональны. Для того, чтобы эта пропорциональность не нарушалась, система датчиков должна быть насыщенной, а магнитопровод датчиков выполняется шихтованным. Изменение сопротивления магнитной цепи обнаруживают по прибору 8. Таким образом, контролируя по мере уменьшения сопротивления магнитной цепи разность между токами датчиков 2 и 9, которая будет возрастать, при достижении наибольшей и стабильной величины этой разности обработку заканчивают.

Окончание виброобработки соответствует наименьшей величине относительного магнитного сопротивления обрабатываемой ферромагнитной детали.

Датчики 2 и 9 выполнены одинаково и состоят из магнитопровода, на котором закреплена катушка. Магнитопровод датчика 2 замкнут через обрабатываемую деталь, а магнитопровод датчика 9 – через эталон, выполненный из материала обрабатываемых деталей.

Рис. 2.4 поясняет взаимодействие частей устройства в виде структурной схемы. Вибровозбудитель 1, производящий обработку детали, имеет датчик контроля, который передает результаты измерения на выпрямительный мост 3.

В свою очередь, эталонный датчик 6 передает сигнал на выпрямительный мост 5. Затем выпрямленные сигналы обоих датчиков сравниваются и подаются на усилитель 4, с которого сигнал поступает на измерительный прибор 7. Параллельно измерительному прибору может быть подсоединен и регистратор для автоматической фиксации хода процесса виброобработки детали.

Рис. 2.4. Структурная схема устройства для контроля виброобработки деталей При виброобработке серии идентичных деталей производительность процесса можно повысить выполнением операций в следующем порядке. Вначале определить относительное магнитное сопротивление детали по прибору, затем настроить эталон на эту величину. В результате уравновешивания двух величин измерительный прибор оказывается в нулевом положении. Далее начинается виброобработка, сопротивление магнитной цепи детали изменяется, равновесие в электрической цепи между мостами 3 и 5 (см. рис. 2.3) нарушается и фиксируется прибором 7, включенным через усилитель 4, который делает показания прибора более ощутимыми. Если изменения показаний прибора прекратятся, то виброобработка закончится, начнется обработка следующей идентичной детали. При этом предлагается датчики не согласовывать, а показание прибора (рассогласованность) принять за нулевой отсчет.

Регулирование и настройка необходимы только для детали, отличающейся от предыдущей.

Контроль виброобработки по стабилизации магнитного сопротивления материала детали позволяет более точно определять момент окончания виброобработки; повышать производительность установки в результате исключения времени непроизводительной работы; наблюдать за ходом виброобработки;

значительно экономить электроэнергию и трудоемкость при своевременном прекращении процесса виброобработки.

Следует отметить, что схема проста и надежна. Возможна полная автоматизация процесса виброобработки.

2.3. Осуществление контроля процесса виброобработки деталей по отклонению параметров подшипниковой ЭДС Виброобработка сварных и литых деталей является современным эффективным наукоемким технологическим процессом, позволяющим обеспечивать выпуск новых видов конкурентоспособной продукции с высокими интегральными показателями по качеству, энергозатратам и надежности.

Преимущество виброобработки заключается в использовании режимов вибрации на резонансных частотах с высокими амплитудами динамических напряжений при минимальной мощности вибраторов.

Для промышленной эксплуатации в последние годы создано экономичное оборудование – автоматизированные виброкомплексы, оснащенные дебалансными вибраторами с широким диапазоном регулирования скорости.

Высоких энергетических показателей при проведении технологических операций обработки и ощутимого результата энергосбережения удается дополнительно достигнуть при точном определении момента окончания виброобработки.

В результате анализа известных решений и проведения научноисследовательских работ выявлено, что высокая точность установления момента окончания виброобработки обеспечивается при использовании явления подшипниковой электродвижущей силы (ЭДС).

На рис. 2.5 показана функциональная схема виброкомплекса с устройством обеспечения контроля процесса виброобработки по отклонению параметров подшипниковой ЭДС [55, 56, 91, 92, 121].

Устройство содержит вибратор 1 механических колебаний, двигатель 2, регулируемый подшипником 3, изолированным от корпуса двигателя, электрические выводы которого а (корпус двигателя), б (обойма подшипника) через усилитель 4 подключены к измерительному прибору 5 и регистратору 6. Устройство содержит также преобразователь 7, блок 8 автоматической стабилизации скорости и датчик 9 ЭДС.

Устройство работает следующим образом.

Вибратор 1 закрепляют на обрабатываемой детали 10. Изменением скорости вращения двигателя при помощи преобразователя 7 блока 8 добиваются механического резонанса, т.е. осуществляют настройку на один из резонансных максимумов детали, а прибором 5 и регистратором 6 измеряют и регистрируют величину подшипниковой ЭДС, являющуюся максимальной в случае настройки вибратора на резонансный максимум путем изменения скорости вращения двигателя. Известно, что реакция Рис. 2.5. Функциональная схема виброкомплекса детали на виброусиление выражается в виброперемещении Х, величина которого максимальна в случае резонанса, т.е. когда частота возбуждающей силы равна частоте К колебаний детали на одном из резонансных максимумов. Следовательно, корпус вибратора совершает колебания гармонического характера (при резонансе потери энергии вибрации близки к нулю) с максимальной амплитудой, сдвиг фаз равен 900. Сила реакции детали N на изолированный подшипник также сдвинута на 900 относительно возбуждающей силы, величина которой зависит от рассеяния энергии вибрируемой детали (так как N=Cx+Bx, где С – жесткость; В – демпфирование). Естественно, что при резонансе величина подшипниковой ЭДС, в свою очередь зависящая от силы реакции детали N и сдвига фаз, максимальна. По мере стабилизации внутренних напряжений детали за счет поглощения энергии вибрации резонансный максимум смещается и частота колебаний детали Ki, характеризующая этот I-тый максимум, будет иная (а именно Ki K, так как происходит поглощение энергии вибрации деталью). Частота же возбуждающей силы остается неизменной, т.к. система стабилизации скорости вращения двигателя обеспечивает поддержание скорости при изменении нагрузки и других факторов на заданном уровне практически с нулевой статической ошибкой (системы с двухкратным интегрированием ошибки регулирования). При незначительном отличии и Ki происходит отклонение от резонанса и величина силы реакции детали N значительно уменьшается. Сдвиг фаз между Q и N будет иным и для случая Ki сдвиг фаз 9001800. Величина подшипниковой ЭДС уменьшается. В частном случае при значительном отклонении и Ki характер колебаний при виброобработке имеет вид биений и =1800, величина подшипниковой ЭДС имеет значение, близкое к нулю, так как через определенное время колебания детали с частотой Ki прекращаются. Разница показаний прибора между двумя сеансами обработки характеризует поглощение энергии вибрации деталью. Этот процесс возбуждения повторяется многократно и прекращается, если эта разница показаний не изменяется, возможные резонансные максимумы заняли свои действительные положения, т.е. стабилизировались.

В процессе виброобработки деталь подвергают механическому возбуждению, т.е. регулируют угловую скорость вибратора до тех пор, пока частота возбуждающей силы – виброусилия станет равна частоте свободных колебаний детали К (на одном из резонансных максимумов детали). При резонансе сдвиг фаз между вибрационным усилием Q и перемещением X будет равен 900, а характер изменения Q и X будет гармоническим. Вибрационное перемещение приводит к возникновению силы, действующей на корпус вибратора (реакция детали) и, следовательно, на подшипник, в результате чего возникает подшипниковая ЭДС, величина которой фиксируется индикаторным прибором и самописцем. Рассеяние энергии в вибрируемой детали приводит к тому, что частота резонансного максимума детали смещается (теперь Кi) и характер силы, действующей на корпус вибратора, становится отличным от гармонического, т.к. деталь и вибратор совершают колебания, имеющие вид биений. Величина подшипниковой ЭДС уменьшается, т.к. сдвиг фаз между Q и X согласно теории 1 (К уменьшается при виброобработке =const, что обесколебаний при печивается системой стабилизации угловой скорости двигателя)равен 1800 и свободные колебания с частотой К затухают. Величину ЭДС фиксируют индикаторным и регистрирующим прибором. Процесс виброобработки считается законченным, если показания приборов остаются неизменными, т.е. поглощения энергии обрабатываемой деталью не происходит и положение резонансных максимумов стабилизируется (дальнейшее возбуждение не приводит к смещению резонансных максимумов). Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения преобразователя 7 (см. рис. 2.5) блоком 8 автоматической стабилизации скорости, предназначенным для точного поддержания скорости вращения двигателя с помощью отрицательной обратной связи по ЭДС (датчик 9 ЭДС), а значит для точной настройки резонанса и стабилизации резонансного режима при вибровозбуждении детали.

Контроль процесса виброобработки деталей позволяет получить возможность полной автоматизации процесса виброобработки, повысить точность регистрации момента окончания виброобработки и производительность установки за счет исключения времени непроизводительной работы, получить значительную экономию электроэнергии и снизить трудоемкость операций за счет уменьшения времени виброобработки деталей.

На Краматорском заводе тяжелого станкостроения была произведена виброрезонансная обработка чугунной станины токарного станка 1А660 массой 2440 кг, материал СЧ 21-40. Для сопоставления характеристик и наглядности смещения частот на рис.2.6 показаны резонансные характеристики детали: а до виброобработки (01, 02, 03 – частота виброобработки); б - после виброобработки (01/, 02/, 03/ - частота после цикла виброобработки).

Рис. 2.6. Резонансные характеристики детали Х на рис.2.6 означает перемещение 1, 2, 3 – смещение частот после цикла виброобработки. В процессе виброобработки, на первом этапе, частота резонансного максимума детали уменьшается на 5% (чтобы это установить, необходимо вновь настроить вибратор на резонанс и по изменению скорости вращения двигателя установить величину смещения резонансного максимума), величина подшипниковой ЭДС – с 1,2 В (при резонансе) до 0,2 В. По истечении нескольких этапов виброобработки частота резонансного максимума смещается на 2-3%, а величина подшипниковой ЭДС соответственно уменьшается с 1, до 0,2 В. Когда в процессе виброобработки положение резонансных максимумов стабилизируется, величина подшипниковой ЭДС, измеряемая прибором, остается практически неизменной и равной 1,2 В. Следовательно, после завершения процесса вибростабилизации детали при дальнейшей виброобработке поглощение энергии не происходит, о чем свидетельствует величина подшипниковой ЭДС, измеряемая прибором и регистрируемая самописцем.

В таблице 2.3 приведены полученные при исследовании данные процесса виброобработки для станины тяжелого токарного станка 1А660, № 604, массой 2440 кг.

Данные исследований процесса виброобработки Из таблицы следует, что общее время на виброобработку чугунной станины станка снизилось с 31 до 19,7 мин, что в среднем составляет 36,5%.

2.4. Измерение внутренних остаточных напряжений в крупных сварных деталях энергооборудования портативным рентгеновским дифрактометром «Streinflex»

Высокие требования к качеству и надежности выпускаемого крупного энергетического оборудования послужили причиной ввода вибростабилизирующей обработки в технологию изготовления. ЛПЭО «Электросила»

(г. Санкт-Петербург) оснащено современным отечественным (виброкомплексы ВК-86 ЛЭС, ВК-89 ЛЭС, ВК-90) и зарубежным (VSR 790 A) виброоборудованием и широко применяет виброобработку обширной номенклатуры корпусных деталей крупных электрических машин, турбо- и гидрогенераторов. На рис. 2. показан момент вибростабилизирующей обработки крупной сварной детали генератора, установленной на семи виброизолирующих опорах, с помощью виброкомплекса ВК-89 ЛЭС.

Рис. 2.7. Виброобработка сварной детали генератора Производственный контроль внутренних остаточных напряжений при виброобработке сварных деталей осуществляется с помощью рентгеновского дифрактометра PSF-2M “Streinflex” [65, 119]. Гониометр дифрактометра во время измерения остаточных напряжений в одной из контролируемых точек сварной детали генератора изображен на рис. 2.8.

Портативный дифрактометр “Streinflex” состоит из следующих блоков:

гониометра, контроллера, генератора рентгеновского излучения и теплообменника (рис. 2.9). Встроенный в контроллер микропроцессор управляет гониометром и ведет обработку результатов измерений, так что полученные значения напряжения сразу выводятся на печать. Аппарат снабжен специальной малогабаритной рентгеновской трубкой, что позволяет проводить измерения во многих труднодоступных местах.

Рис. 2.8. Гониометр дифрактометра “Streinflex” в момент измерения остаточных напряжений в одной из контролируемых точек сварной детали генератора В дифрактометре для определения напряжений применили схему, не требующую строгого соблюдения постоянства радиуса гониометра. Метод, основанный на использовании этой схемы, получил название метода параллельных пучков (рис. 2.10).

Рис. 2.9. Портативный рентгеновский дифрактометр “Streinflex” Рис. 2.10. Схема, поясняющая сущность метода параллельных пучков Сущность метода состоит в том, что параллельный (благодаря использованию диафрагмы Соллера S1) пучок рентгеновского излучения, отразившись от исследуемой поверхности образца О, попадает в счетчик С с широкой щелью через диафрагму Соллера S2, ширина щели соответствует ширине счетчика.

Благодаря тому, что щель Соллера имеет в направлении отсчета углов дифракции весьма малую расходимость, в счетчик попадают только лучи, практически параллельные пластинкам диафрагмы. Поэтому изменение на некоторую величину r расстояния FO приведет лишь к параллельному смещению дифрагированного луча О/С/ относительно ОС. Луч О/С/ будет зарегистрирован другой подходящей точкой окна счетчика.

Другим преимуществом такой схемы является возможность измерения напряжений в труднодоступных местах: пазах, узких канавках, глубина которых не превышает 10 мм. Кроме того, в дифрактометре с параллельным пучком нет необходимости выдерживать равенство расстояний от объекта до фокуса трубки и до приемной щели счетчика.

Погрешность ориентации (смещение от центра окружности фокусировки), если она вообще есть, практически не влияет на точность измерения.

Использование метода параллельных пучков значительно повысило производительность и надежность дифрактометра. Им можно эффективно измерять распределение напряжений в зоне, близкой к поверхностному слою, методом послойного электрохимического полирования.

Совместное применение рентгеновского метода измерений остаточных напряжений и метода конечных элементов позволяет вести контроль деталей сложной формы без разрушения. Процессор аппарата “Streinflex” через соответствующий интерфейс может быть соединен с персональным компьютером, позволяющим провести все необходимые расчеты. Используя диафрагму для ограничения зоны облучения, можно измерить локальные значения остаточных напряжений на площади 11 мм.

В процессоре имеются программы для определения максимума дифракционной линии, поправки на поглощение и доверительного интервала (метод средней точки на половине высоты), расчета напряжения.

Перед началом измерений необходимо задать материал, схему измерения (схема фиксированного угла или схема боковых наклонов) и провести набор углов. В контроллер заложены программы расчета остаточных напряжений для следующих материалов: сплавов на основе железа; коррозийно-стойкой стали; алюминия и его сплавов; меди и ее сплавов.

Если остаточные напряжения определяются в каком-либо другом металле, то на печать выдается не значение напряжения с доверительным интервалом, а наклон sin2 диаграммы. Используя упругие постоянные конкретного материала, можно простым умножением получить значение остаточных напряжений.

После того как заданы все условия определения остаточных напряжений, аппарат “Streinflex” выполняет автоматическое сканирование, определяет оптимальные параметры измерения (временной интервал, шаг и угловой диапазон сканирования) и проводит распечатку полученных условий сканирования. Далее автоматически выполняются измерения последовательно при заданных значениях, начиная с =0. Каждый раз после измерения при данном угле результат измерения выводится на печать, распечатываются: угловое положение максимума рентгеновской линии, угловая ширина дифракционного максимума на половине высоты, максимальная интенсивность, интегральная интенсивность линии и интегральная ширина.

По завершении измерений гониометр автоматически устанавливается в исходное положение, осуществляется распечатка наклона sin2 диаграммы, доверительного интервала и значения напряжений.

2.5. Измерение остаточных напряжений в металле детали после пластической деформации автоматическим рентгеновским дифрактометром «Streinflex»

Для повышения качества поковок необходимо постоянное совершенствование технологии изготовления, а это связано с техническими возможностями надежного контроля остаточных напряжений в металле изделий. Применение серийных крупногабаритных рентгеновских установок «Дрон» позволяет контролировать напряжения только на образцах [1]. Очень важно, чтобы контроль осуществлялся в цехе непосредственно на самих изделиях, а не только на образцах.

Производственный контроль уровня остаточных напряжений крайне необходим для упреждения поверхностного трещинообразования в процессе изготовления поковок. Это позволит своевременно внести коррективы в технологию и избежать брака.

Такой контроль лучше всего осуществляется с помощью рентгеновского дифрактометра “Streinflex”. Это один из самых совершенных в мире переносных аппаратов.

Рассмотрим некоторые результаты эксперимента по определению с помощью рентгеновского дифрактометра “Streinflex” остаточных напряжений в металле после пластической деформации [119].

Был изготовлен кольцевой конусный образец из стали 45 (В=750 МПа, Т=360 МПа), на боковой поверхности которого в т. 1, 2, 3 (рис. 2.11) подготовлены площадки в месте замера остаточных напряжений.

Рис. 2.11. Схема точек замера напряжения на верхней поверхности образца Образец 2 поместили между плитами 1, 3 (рис. 2.12) пресса усилием 100 т и подвергли пластической деформации, доведя нагрузку до 30 т.

Произвели замер остаточных напряжений в т. 1, 2, 3 рентгеновским дифрактометром по методике, изложенной выше. Результаты измерений приведены в таблице 2.4.

Рис. 2.12. Схема нагружения образца В результате пластической деформации при свободном деформировании высота образца уменьшилась с 30 до 21 мм, диаметр у основания увеличился с 80 до 86 мм, а диаметр отверстия в верхней части уменьшился с 20 до 12 мм (рис. 2.13).

Остаточные напряжения после пластической деформации металла, МПа Рис. 2.13. Геометрические размеры образца до деформирования (а) и после пластической деформации (б) Для организации контроля остаточных напряжений на натурных деталях непосредственно в цехе необходимо выполнить соответствующие требования.

Подготовленный для измерения напряженный участок детали должен быть чистым, без окалины и посторонних покрытий. Кованая поверхность не должна иметь рисок, забоин и видимых неровностей. Чтобы ограничить участок электрохимического полирования в местах замера напряжений на поверхность наклеивается специальная маска.

Использование рентгеновских дифрактометров “Streinflex” позволит:

1) контролировать уровень остаточных напряжений непосредственно на изделиях в цехе после различных технологических процессов (ковки, прокатки, термической обработки и пр.);

2) улучшить качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции;

3) оперативно решать вопросы совершенствования технологии изготовления продукции;

4) повысить уровень и эффективность научных разработок.

2.6. Портативный рентгеновский дифрактометр «ПРИОН-90.3» для определения остаточных напряжений после механической и вибростабилизирующей обработки в крупногабаритных деталях Неразрушающий рентгеновский метод определения остаточных напряжений может широко использоваться при совершенствовании технологических процессов механической и вибростабилизирующей обработки деталей.

Использование для измерения остаточных напряжений серийных крупногабаритных рентгеновских установок «Дрон» позволяет контролировать напряжения только в малых образцах [11-13]. Измерение остаточных напряжений в цеховых условиях, непосредственно на самих деталях, представляется возможным только с помощью переносных установок.

Для этих целей в ДГМА (г. Краматорск) была разработана и изготовлена портативная рентгеновская установка «ПРИОН-90.3» (рис. 2.14) [85, 122]. Это специально сконструированная камера обратной съемки, при помощи которой можно вести измерение остаточных напряжений непосредственно на крупногабаритных изделиях в цехе.

Рис. 2.14. Портативная рентгеновская установка «ПРИОН-90.3»

При разработке методики измерения напряжений стремились предельно снизить трудоемкость, повысить надежность и эффективность выполняемых измерений.

Рассмотрим сущность метода.

Образец прямоугольной формы (рис. 2.15) находится под воздействием растягивающих усилий, направления которых указаны стрелками. Кристаллографические плоскости, почти параллельные поверхности, под воздействием этих усилий сближаются и несколько меняют свою ориентацию (новое положение плоскостей показано на рисунке пунктиром).

Рис. 2.15. Схема реализации метода измерения напряжений Напряженное состояние на поверхности (1 + 2 ) определяется по закону Гука:

Относительное удлинение = l l для кристаллов с кубической решеткой пропорционально относительному изменению параметра решетки a a.

Значение a a можно определить, продифференцировав уравнение Вульфа-Брегга:

Подставим найденное выражение в уравнение (2.1):

где изменение брегговского угла под воздействием макронапряжений.

Таким образом, для практической реализации метода необходимо направить рентгеновский луч 1 перпендикулярно поверхности образца (см.рис.2.15). Съемку следует произвести дважды: до деформации и после. Необходимо зафиксировать отражения, дающие дифракционные максимумы, найти, а затем по формуле (2.3) определить плосконапряженное состояние поверхности образца (1 + 2 ).

Схема фокусирования должна обеспечивать надежную регистрацию дифракционных максимумов, соответствующих брегговскому углу, близкому 90° [минимальное значение ctg в уравнении (2.3)]. Наиболее благоприятна для достижения поставленной цели обратная съемка. Схема съемки представлена на рис. 2.16.

Рис. 2.16. Схема фокусирования дифракционной линии при съемке Рентгеновский луч от источника 1 падает на кристаллографическую плоскость образца 2 под углом, отражается от этой плоскости под тем же углом и фокусируется на пленке. Угол между осью падающего пучка и поверхностью образца равен 90°. Условие фокусирования: точки 1, 2, 3 должны располагаться на одной окружности.

Из схемы на рис. 2. где l полурасстояние между дифракционными максимумами;

R расстояние от пленки до образца.

Для определения расстояния от фокуса рентгеновской трубки до пленки Р следует воспользоваться соотношением Продифференцируем уравнение (2.4):

Подставим полученное значение в уравнение (2.3):

где (2l ) = 2l i 2l 0 изменение диаметра дифракционного кольца под влиянием макронапряжений;

2l i диаметр дифракционного кольца напряженного участка изделия;

2l 0 диаметр дифракционного кольца ненапряженного эталона.

Описанный принцип фокусирования лег в основу конструкции портативного рентгеновского измерителя остаточных напряжений «ПРИОН-90.3».

Рассмотрим порядок работы измерителя остаточных напряжений «ПРИОН-90.3» (рис. 2.17).

Пучок рентгеновских лучей от анода острофокусной трубки излучателя проходит через коллиматор 7, попадает на поверхность исследуемого объекта 1. Лучи отражаются от кристаллографических плоскостей образца и фокусируются на пленке дисковой многосекторной кассеты 6. Зубчатая рейка с фиксатором позволяет осуществлять перемещение излучателя с трубкой вдоль стойки Во втулке с резьбой 5 происходит перемещение кассеты с пленкой относительно фокусного пятна трубки. Узлы камеры смонтированы на текстолитовой плите 8, в которой имеется окно для прохождения падающих на объект и отраженных от него рентгеновских лучей.

В качестве рентгеновских излучателей для конструкционных сталей необходимо использовать аноды Co, Fe или Cr. Наиболее благоприятен анод из кобальта ( = 81°25/). Наибольшая ошибка в измерении - при использовании анода из железа ( = 72°21/).

Рис. 2.17. Схема конструкции рентгеновского измерителя остаточных напряжений «ПРИОН-90.3»

Эталон ненапряженного материала должен представлять собой тонкую пластину толщиной 2-3 мм, размерами 13050 мм. Его следует изготовить из того же материала, что и исследуемый объект. В нем заведомо должны отсутствовать напряжения.

Поверхностный слой пластины должен быть свободен от наклепа, возникшего при механической обработке. Его необходимо протравить «царской водкой», удалив слой толщиной не менее 0,4 мм.

Существенное влияние на точность анализа и на продолжительность съемки оказывает расстояние R. В нашем случае оно равно 58 мм. Такую длину имеет коллиматор установки, выполняющий также функцию ограничителя расстояния «пленка объект анализа». Уменьшение расстояния приводит к сокращению времени съемки и к увеличению ошибки измерения напряжений.

Оптимальный диапазон изменения R - от 60 до 100 мм. При необходимости повысить точность метода есть смысл увеличить R до 100 мм. Соответственно изменяются геометрические параметры съемки.

Использование на ПО «Красный гидропресс» рентгеновского измерителя напряжений «ПРИОН-90.3» для контроля остаточных напряжений после механической и вибростабилизирующей обработки подтвердило его высокую надежность, эффективность и простоту эксплуатации в цеховых условиях.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВИБРОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ

КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ И КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Виброкомплексы серии ВК- В Донбасской государственной машиностроительной академии (ДГМА) разработано новое высокопроизводительное виброоборудование – виброкомплексы серии ВК-79, предназначенные для вибростабилизирующей обработки сварных и литых деталей в целях снятия или снижения остаточных напряжений, вызванных процессами сварки, литья и механической обработки (строгание, фрезерование, точение, шлифование и т.д.) [32]. Кроме того, виброкомплексы можно использовать в качестве дополнительного оборудования для интенсификации различных технологических процессов и исследовательских работ.

Внедрение новой технологии и виброкомплекса ВК-79 позволяет в раз снизить расход электроэнергии и в 60 раз сократить технологический цикл старения по сравнению с термическим методом в нагревательных электропечах; повысить производительность труда и качество изготовляемых деталей;

снизить себестоимость деталей; в 50 раз уменьшить транспортные расходы.

Применение виброкомплексов позволяет интенсифицировать промышленное производство, повысить его эффективность, отказаться от энергоемких традиционных методов, таких как низкотемпературный отжиг. Виброкомплексы необходимы в гибких автоматизированных производствах (ГАП) при механообработке, например, корпусных деталей, так как их можно установить в общую технологическую линию.

Виброкомплекс (рис. 3.1) состоит из пульта управления 2, силового блока питания 1, виброблока 5, датчика вибрации 3, передвижного контейнера 8, струбцин 4 для крепления виброблока к обрабатываемой детали 7, виброизолирующих опор 6, соединительных кабелей между виброблоком питания и пультом управления.

Пульт управления 2 предназначен для планового регулирования оборотов виброблока, определения резонансных частот и настройки системы на резонанс, контроля процесса виброобработки деталей. Пульт выполнен переносным и имеет разъемы для подключения силового блока питания и датчики вибрации. На панели расположены контрольные приборы, пусковые кнопки и регулировочные ручки.

Силовой блок питания 1 содержит трансформаторы, блок тиристов, пусковой автомат, имеет разъемы для подключения пульта управления, виброблока и питания от сети переменного тока.

Виброблок 5 представляет собой электромеханический вибровозбудитель с электродвигателем постоянного тока мощностью 900 Вт, напряжением 27 В с бесступенчатым плавным регулированием оборотов и позволяет получать регулируемую частоту колебаний до 130 Гц, создает виброусилие до 28 кН. Виброблок предназначен для осуществления вибрационного усилия на обрабатываемую деталь. В сварном корпусе виброблока расположен вал с опорными шариковыми подшипниками, три дисбаланса. С помощью установочных винтов стационарно крепятся на валу два крайних дисбаланса, а средний дисбаланс с помощью винта и цилиндрического камня фиксируется в любом (по углу) положении относительно крайних дисбалансов.

Рис. 3.1. Виброкомплекс ВК-79 «Альфа-1»

При настройке виброблока по стрелке-указателю регулировочного ключа можно судить о положении среднего дисбаланса относительно крайних. Если стрелка-указатель ключа находится на нулевой отметке шкалы, то это означает, что средний дисбаланс повернут относительно крайних на 180°. В этом случае система уравновешена. Если все три дисбаланса направлены в одну сторону, стрелка-указатель будет находиться на отметке «100» шкалы. В этом случае дисбаланс будет наибольшим и виброблок сможет развивать максимальные виброусилия.

Передвижной контейнер 8 предназначен для постоянного хранения оборудования виброкомплекса и перемещения его как в цехе, так и за его пределами. Контейнер служит для оператора одновременно рабочим столом, на котором во время проведения сеанса виброобработки детали располагаются пульт управления, силовой блок питания и другие приборы.

Верхний отсек контейнера предназначен для хранения пульта управления и силового блока питания, нижний – для виброблока, струбцин, виброизолирующих опор и электрокабелей.

Винтовые струбцины (зажимы) служат для крепления виброблока к обрабатываемой детали 7. Используются струбцины С-150 и С-250 с максимальным расстоянием между губками соответственно 150 и 250 мм.

Виброизолирующие опоры 6 предназначены для изоляции системы «виброблок – обрабатываемая деталь» от пола. При этом затрачиваемая энергия полностью расходуется на виброобработку детали. Виброизолирующие опоры состоят из резиновых плит (толщина 50 мм, размеры в плане 100х100, 150х150, 200х200, 250х250 мм), соединенных между собой клеем.

Датчиком вибрации 3 служит пьезоэлектрический преобразователь, виброизмеритель Д-13 (ГОСТ 5.1616-72). Диапазон преобразования частот 0…4000Гц. Датчик вибрации преобразует механические колебания детали в электрический сигнал, фиксируемый индикатором приборной панели пульта управления. Переключение шкал чувствительности проводится посредством тумблера чувствительности датчика.

Функциональная схема электронного пульта управления виброкомплекса ВК-79 (рис. 3.2) с автоматическим и ручным управлением состоит из пяти контуров: скорости двигателя М1; стабилизации напряжения возбуждения двигателя М1; температурной стабилизации подшипников виброблока; слежения за частотой резонанса детали и слежения за мощностью, потребляемой деталью.

Контур скорости двигателя М1 представляет собой регулятор скорости. В качестве регулирующего элемента используется суммирующий усилитель, на вход которого поступают сигнал задания скорости U з.с ; сигнал обратной связи с тахометрического моста, преобразуемый с помощью генератора 10 кГц, и диодного моста и снимаемый с резистора, включенного на выход фазовращателя частотой 1 Гц; сигнал качания скорости. Изменение напряжения на входе усилителя вызывает изменение сопротивления транзистора, который через диодный мост оказывается включенным последовательно в цепь фазовращателя и управляет углом отпирания тиристоров выпрямителя. Схема управления тиристорами выполнена на транзисторах. Формирование управляющих импульсов происходит ограничением на стабилитронах синусоиды, приходящей с фазовращателя, и дифференцированием фронтов на цепи.

Контур стабилизации напряжения возбуждения двигателя М1 предназначен для исключения влияния изменения напряжения питающей сети. В цепи обратной связи по напряжению гальваническая развязка обмотки возбуждения от схемы управления выполнена на оптоэлектронном преобразователе.

В качестве фазосмещающего устройства в схеме управления тиристорами используется одновибратор. Управление фазосмещением осуществляется изменением сопротивления транзистора.

Контур температурной стабилизации подшипников предназначен для стабилизации собственных потерь на валу двигателя виброблока за счет поддержания постоянства состояния смазочного материала. Температура подшипников поддерживается на уровне температуры при 1,1 оптимальной нагрузки двигателя с помощью нагревателей подшипников.

Напряжение на нагреватели поступает с тиристорного выпрямителя, управляющие сигналы которого формируются в схеме управления тиристорами, включающей одновибратор в качестве фазосмещающего устройства.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 
Похожие работы:

«И.Д. ИБАТУЛЛИН КИНЕТИКА УСТАЛОСТНОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ И РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ Самара Самарский государственный технический университет 2008 1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ И.Д. ИБАТУЛЛИН КИНЕТИКА УСТАЛОСТНОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ И РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ Самара Самарский государственный технический университет УДК 539. БКК О т в е т с т в е н н ы й р е...»

«Министерство образования Республики Беларусь УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ Е.И.БИЛЮТЕНКО РОМАНТИЧЕСКАЯ ШЛЯХЕТСКАЯ ГАВЭНДА В ПОЛЬСКОЙ ПРОЗЕ XIX ВЕКА Мо н о г р а ф и я Гродно 2008 УДК 821.162.1(035.3) ББК 83.3 (4Пол) 5 Б61 Рецензенты: кандидат филологических наук, профессор кафедры белорусской теории и истории культуры УО Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка А.В.Рогуля; кандидат филологических наук, доцент,...»

«МИНИСТЕРСТВ ОБРАЗОВАН М ВО НИЯ И НАУКИ У УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬ Й ЬНЫЙ УНИВЕРС СИТЕТ ЯНКОВСКИЙ Н.А., МАКОГОН Ю.В., РЯБЧ Й ЧИН А.М. ИНН НОВАЦИОНННЫЕ И КЛА АССИЧЕСКИ ТЕОРИИ ИЕ И КА АТАСТРОФ И ЭКОНОМИ ИЧЕСКИХ К КРИЗИСОВ Научное и издание Донецк – УДК 515.164.15+517. Янковский Н.А., Макогон Ю.В., Рябчин А.М. Инновационные и классические теории катастроф и экономических кризисов: Монография / под ред. Макогона Ю.В. – Донецк: ДонНУ, 2009. – 331 с. Авторы: Янковский Н.А., (введение, п.1.3, 1.4,...»

«И.М.Айтуганов ЮА.Дьячков E.А.Корчагин Е.Л.Матухин Р.С.Сафин Т.В.Сучкова НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОСВЯЗИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА Монография 2009 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Институт педагогики и психологии профессионального образования Лаборатория специальной и практической подготовки ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ И.М.Айтуганов, Ю.А.Дьячков, Е.А.Корчагин, Е.Л.Матухин, Р.С.Сафин, Т.В.Сучкова НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова В.Н. Бурков, Д.А. Новиков, А.В. Щепкин МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ Под редакцией академика С.Н. Васильева Москва Физматлит 2008 ББК 32.81 Б 91 УДК 519 В.Н. БУРКОВ, Д.А. НОВИКОВ, А.В. ЩЕПКИН Механизмы управления эколого-экономическими системами / Под ред. академика С.Н. Васильева. – М.: Издательство физико-математической литературы, 2008. – 244 с. Монография содержит результаты разработки и...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина Ю.В. Гераськин Русская православная церковь, верующие, власть (конец 30-х — 70-е годы ХХ века) Монография Рязань 2007 ББК 86.372 Г37 Печатается по решению редакционно-издательского совета Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Рязанский государственный университет имени С.А....»

«www.webbl.ru - электронная бесплатная библиотека РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт психологии ПРОБЛЕМА СУБЪЕКТА В ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКЕ Отв. ред.: А.В. Брушлинский М.И. Воловикова В.Н. Дружинин МОСКВА Издательство Академический Проект 2000, ББК 159.9 УДК 88 П78 Проблема субъекта в психологической науке. Отв ред член-корреспондент РАН, профессор А В Бруш-линский, канд психол наук М И Воловикова, профессор В Н Дружинин — М Издательство Академический проект, 2000 - 320 с ISBN 5-8291.0064-9 ISBN...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ ЭКОНОМИКИ, СТАТИСТИКИ И ИНФОРМАТИКИ (МЭСИ) КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ КОЛЛЕКТИВНАЯ МОНОГРАФИЯ ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ Москва, 2012 1 УДК 65.014 ББК 65.290-2 И 665 ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ: коллективная монография / Под редакцией к.э.н. А.А. Корсаковой, д.с.н. Е.С. Яхонтовой. – М.: МЭСИ, 2012. – С. 230. В книге...»

«Плюснин Ю.М. Заусаева Я.Д. Жидкевич Н.Н. Позаненко А.А. ОТХОДНИКИ Москва Новый хронограф 2013 УДК. ББК. П40 Издание осуществлено на пожертвования Фонда поддержки социальных исследований Хамовники (договор пожертвования № 2011-001) Научный редактор С.Г. Кордонский Плюснин Ю.М., Заусаева Я.Д., Жидкевич Н.Н., Позаненко А.А. Отходники [текст]. – М.: Изд-во Новый хронограф, 2013. – ххх с. – 1000 экз. – ISBN 978-5-91522-ххх-х (в пер.). Монография посвящена проблеме современного отходничества –...»

«И. В. Челноков, Б. И. Герасимов, В. В. Быковский РЕГИОНАЛЬНАЯ ЭКОНОМИКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ РАЗВИТИЯ РЕГИОНА • ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ • МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКА И ПРАВО И. В. Челноков, Б. И. Герасимов, В. В. Быковский РЕГИОНАЛЬНАЯ ЭКОНОМИКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ РАЗВИТИЯ РЕГИОНА

«А. А. СЛЕЗИН МОЛОДЕЖЬ И ВЛАСТЬ Из истории молодежного движения в Центральном Черноземье 1921 - 1929 гг. Издательство ТГТУ • • Министерство образования Российской Федерации Тамбовский государственный технический университет А. А. СЛЕЗИН МОЛОДЕЖЬ И ВЛАСТЬ Из истории молодежного движения в Центральном Черноземье 1921 - 1929 гг. Тамбов Издательство ТГТУ • • 2002 ББК Т3(2)714 С-472 Утверждено Ученым советом университета Рецензенты: Доктор исторических наук, профессор В. К. Криворученко; Доктор...»

«С.А. Лаптёнок СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ В ЦЕЛЯХ МИТИГАЦИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ Монография Минск БНТУ 2013 УДК 504.06:51-74 Рекомендовано к изданию Научно-техническим советом БНТУ (протокол № 10 от 23 ноября 2012 г.) Лаптёнок, С.А. Системный анализ геоэкологических данных в целях митигации чрезвычайных ситуаций: монография / С.А. Лаптёнок – Минск: БНТУ, 2013. – 286 с. В монографии изложены результаты использования системного анализа геоэкологических данных как реализации...»

«ИНСТИТУТ РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВА И ПРАВА АКАДЕМИЯ РОССИЙСКОЙ ПРАВОСУДИЯ АКАДЕМИИ НАУК В. В. ЛАПАЕВА Монография Москва 2012 1 УДК 340 ББК 67.0 Л 24 Автор Лапаева В. В., главный научный сотрудник Института государства и права Российской академии наук, д-р юрид. наук Лапаева В. В. Типы правопонимания: правовая теория и практика: МоноЛ 24 графия. — М.: Российская академия правосудия, 2012. ISBN 978-5-93916-330-9 (РАП) ISBN 978-5-83390-088-3 (ИГП РАН) В монографии рассмотрены история формирования и...»

«Н.Ф. ГЛАДЫШЕВ, Т.В. ГЛАДЫШЕВА, С.И. ДВОРЕЦКИЙ, С.Б. ПУТИН, М.А. УЛЬЯНОВА, Ю.А. ФЕРАПОНТОВ РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ПРОДУКТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ: ТЕХНОЛОГИЯ И АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ Монография Москва Издательство Машиностроение-1 2007 УДК 661.183:546.32-39+546.41-36 ББК Л113.2 Р177 Рецензенты: Доктор химических наук, профессор Воронежского государственного университета Г.В. Семенова Доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ, СТАТИСТИКИ И ИНФОРМАТИКИ Сиротин В.П., Архипова М.Ю. ДЕКОМПОЗИЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ В МОДЕЛИРОВАНИИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Москва, 2011 Моск 2 УДК 519.86 ББК 65.050 С-404 Рецензенты Нижегородцев Р.М. Доктор экономических наук, профессор Гамбаров Г.М. Кандидат экономических наук, доцент Сиротин В.П., Архипова М.Ю. Декомпозиция распределений в моделировании социально-экономических процессов. Монография. /...»

«А. Новиков ПОСТИНДУСТРИАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Публицистическая полемическая монография МОСКВА 2008 УДК 7456 ББК 7400 Н 73 Новиков А.М. Н 73 Постиндустриальное образование. – М.: Издательство Эгвес, 2008. – 136 с. ISBN 5-85449-105-2 Человечество резко перешло в совершенно новую эпоху своего существования – постиндустриальную эпоху. Что вызвало и вызывает коренные преобразования в политике, экономике, культуре, в труде, в личной жизни каждого человека. В связи с этим перед системой образования во...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет А.М. РУБАНОВ ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫМ ПОТЕНЦИАЛОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ НА РЫНКЕ УСЛУГ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Рекомендовано Научно-техническим советом ТГТУ в качестве монографии Тамбов Издательство ТГТУ 2008 УДК 378.1 ББК У479.1-823.2 Р82 Р еце нз е нт ы: Доктор педагогических наук, профессор, заведующая кафедрой ТиОКД ТГТУ Н.В. Молоткова...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева ТЕПЛООБМЕНА ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА И.А. ПОПОВ ТЕПЛООБМЕН ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН ТЕПЛООБМЕННЫХ В ПОРИСТЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТАХ ЭЛЕМЕНТАХ И АППАРАТАХ Казань 2007 УДК 536.24 ББК 31.3 П58 Попов И.А. П58 Гидродинамика и теплообмен в пористых теплообменных элементах и аппаратах. Интенсификация теплообмена: монография / под общ. ред. Ю.Ф.Гортышова. – Казань: Центр...»

«В.П.Плосконосова ИЗМЕНЕНИЕ ОБЛИКА ПРАВЯЩЕЙ ЭЛИТЫ И СОЦИАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОМ КОНТИНУУМЕ 3 Министерство образования Российской Федерации Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) В.П.Плосконосова ИЗМЕНЕНИЕ ОБЛИКА ПРАВЯЩЕЙ ЭЛИТЫ И СОЦИАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОМ КОНТИНУУМЕ Монография 4 Омск Издательство СибАДИ ББК 60. П Рецензенты: д-р ист.наук, проф. А.Д.Колесников, канд. филос. наук Е.Ю.Рыбникова Монография одобрена...»

«ШЕКСПИРОВСКИЕ ШТУДИИ XII Вл. А. Луков В. С. Флорова СОНЕТЫ УИЛЬЯМА ШЕКСПИРА: ОТ КОНТЕКСТОВ К ТЕКСТУ (К 400-летию со дня публикации шекспировских Сонетов) МОСКОВСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт фундаментальных и прикладных исследований Центр теории и истории культуры МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК (IAS) Отделение гуманитарных наук Русской секции ШЕКСПИРОВСКИЕ ШТУДИИ XII Вл. А. Луков В. С. Флорова СОНЕТЫ УИЛЬЯМА ШЕКСПИРА: ОТ КОНТЕКСТОВ К ТЕКСТУ (К 400-летию со дня публикации шекспировских...»






 
© 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.