Підвищення продуктивності вібраційної обробки шляхом вибору розташування джерела коливань відносно U-подібного контейнера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний вищий навчальний заклад

«Донецький національний технічний університет»

УДК 621.9.048

Підвищення продуктивності вібраційної обробки

шляхом вибору розташування джерела коливань

відносно U-подібного контейнера

Спеціальність 05.03.01 - процеси механічної обробки,

верстати та інструменти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Ніколаєнко Анна Павлівна

Донецьк - 2010



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі «Металорізальні верстати та інструменти» Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ.

Науковий курівник: кандидат технічних наук, доцент Лубенська Людмила Михайлівна, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ, доцент кафедри «Технологія машинобудування»

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Федорович Володимир Олексійович Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, професор кафедри «Інтегровані технології машинобудування» ім. М.Ф. Семко

кандидат технічних наук, доцент Тарасюк Анатолій Петрович, Українська інженерно-педагогічна академія Міністерства освіти і науки України, м. Харків, перший проректор з навчальної роботи, завідувач кафедри «Металорізальне обладнання та транспортні системи»

Захист відбудеться «8»квітня 2010 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.04 у Донецькому національному технічному університеті за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема, 58, навчальний корпус 6, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донецького національного технічного університету за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Артема, 58, II навчальний корпус.

Автореферат розісланий «5» березня 2010 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради Д 11.052.04 Т.Г. Івченко



АНОТАЦІЯ

Ніколаєнко Анна Павлівна. «Підвищення продуктивності вібраційної обробки шляхом вибору розташування джерела коливань відносно U-подібного контейнера». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2010.

Дисертацію присвячено рішенню актуальної задачі - підвищенню продуктивності вібраційної обробки з метою забезпечення експлуатаційних властивостей виробів. Обмеженність використання методу для отримання технологічного результату зв'язано з недостатньою продуктивністю вібраційної обробки. Для підвищення продуктивності обробки в роботі сформульовані і вирішені такі задачі: проведено аналіз конструкцій вібраційних верстатів, що застосовуються на обробно-зачисних й зміцнювальних операціях; створено математичну модель, яка дозволяє враховувати конструктивні особливості вібраційного верстата з U-подібною формою контейнера; отримано залежність визначення корисної потужності, циркуляційної швидкості руху робочого середовища та визначено умови для забезпечення стабільності цього руху в залежності від розташування джерела коливань - віброзбуджувача відносно контейнера U-подібної форми вібраційного верстата; проведена експериментальна перевірка отриманих теоретичних рішень шляхом порівняння продуктивності ВіО на вібраційних верстатах з різним конструктивним компонуванням.

Ключові слова: вібраційна обробка, продуктивність, конструктивні характеристики, віброзбуджувач, циркуляційний рух, корисна потужність, експлуатаційні властивості, шорсткість поверхні.



Аннотация

Николаенко Анна Павловна. «Повышение производительности вибрационной обработки путем выбора расположения источника колебаний относительно U-образного контейнера». - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», Донецк, 2010.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи - производительности процесса вибрационной обработки, осуществляемого на вибрационных станках с U-образной формой контейнера с целью повышения эксплуатационных свойств изделий. Ограниченность применения данного метода для достижения технологических результатов связано с недостаточной производительностью вибрационной обработки. Решение данной проблемы достигается путем нахождения рациональной компоновки основных узлов вибрационного станка, а именно выбора места расположения источника колебаний - вибровозбудителя относительно контейнера, стенки которого являются источниками передачи силового импульса в зону обработки. вібраційний верстат контейнер швидкість

В диссертации проведен анализ технологических возможностей вибрационной обработки как метода обеспечения требуемых эксплуатационных свойств изделий и конструкций вибрационных станков, используемых на отделочно-зачистных и упрочняющих операциях.

Исследована взаимосвязь между конструктивными особенностями вибрационного станка и силовым импульсом, передаваемым в зону обработки, а следовательно технологическим результатом вибрационной обработки, съемом металла или глубиной упрочнения в зависимости от поставленных целей. Определены условия возникновения стабильного циркуляционного движения, повышения циркуляционной скорости и полезной мощности, затрачиваемой на обработку деталей.

Установлено, что предложенные решения по нахождению рациональной компоновки основных узлов вибрационного станка, а именно расположения источника колебаний - вибровозбудителя относительно контейнера U-образной формы способствуют повышению производительности процесса вибрационной обработки деталей на отделочно-зачистных и упрочняющих операциях.

Проведены исследования влияния вибрационной обработки на качество поверхностного слоя, определен микрорельеф поверхности и произведена оценка эксплуатационных свойств изделий.

Технологический процесс вибрационной обработки и разработанное оборудование внедрены на ГГП «Укргеофизика» та ГП «Луганский патрон».

Ключевые слова: вибрационная обработка, конструктивные характеристики, вибровозбудитель, циркуляционное движение, полезная мощность, эксплуатационные свойства, шероховатость поверхности.



ABSTRACT

Nikolaenko Anna Pavlivna. "The Increase of Vibrating Processing Productivity by Means of Oscillations Sours Location Relatively a U - Shaped Container". - The manuscript.

The dissertation for the degree of Cand.Tech.Sci., speciality 05.03.01 - Machining processes, Machines and Tools. The State Higher Educational Institution "Donetsk national technical university", Donetsk, 2010.

The dissertation describes the solution of an actual problem - the increase of vibrating processing productivity by means of vibrating machines with U-shaped containers to improve the operational properties of products. Insufficient productivity of vibrating processing limits the application of the given method to achieve the expected technological result. The solution can be found through effective vibrating source location relatively a container the inner side of which send the power impulse into the processing zone.

This dissertation provides technological options of vibrating processing as the method improving the product operational properties as well as vibrating machine design. The machines are effectively used in finishing, smoothing and strengthening operations.

There has been investigated the interconnection between the design features of the vibrating machine and the power impuls sent in the processing zone, technological result of the said processing, metal removal and the depth of strengthening. We have specified the conditions of the stable circular movement origin, speed rise and useful capacity applied for processing operation.

It has been proved that the proposed solutions about the location of the oscillation source contribute the increase of vibrating processing of parts in different finishing, smoothing and strengthening operations.

We have presented the research about the vibrating processing influence upon the quality of the upper layer, determined the surface microrelief and estimated the product operating properties.

The technological vibrating processing method and the developed machines has been applied in SGP “Ukrgeophisica” and SP “Lugansk Patron”.

Keywords: vibrating processing, productivity, constructive characteristics, vibration source, circular movement, useful capacity, operational properties, surface roughness.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вібраційна обробка (ВіО) отримала за останній час в різних сферах народного господарства достатньо широке застосування. Мала енергоємність процесу, відносно низька вартість технологічного обладнання та простота його обслуговування дозволяють ефективно застосовувати ВіО не тільки на великих підприємствах, але й в умовах дрібних та середніх виробництв.

Незважаючи на позитивний практичний досвід застосування вібраційної обробки в машинобудуванні, цей метод зіткається з рядом проблем, що стосуються розробки його теоретичних основ: недосконалим залишається обладнання та інструмент; в начальній стадії знаходяться роботи з управління процесом ВіО; недостатньо вивчено механізм формування поверхневого шару при ВіО. Ці проблеми стримують подальший розвиток та вдосконалення досить ефективного за своїми технологічними можливостями процесу вібраційної обробки, обмежують його більш широке впровадження у промисловість. Ефективність обробки забезпечується правильним вибором обладнання, схем, режимів обробки, типів робочих середовищ. Маса завантаження в контейнері верстата поглинає не всю енергію, що передається вібраційним верстатом, а лише її частину, друга частина непродуктивно розсіюється. Тому вибір конструктивної схеми верстата, від якої залежить перерозподіл цих енергій, є відповідальним етапом як при його проектування, так і при управлінні процесом обробки.

У зв'язку із вищенаведеним, робота в якій вирішуються питання підвищення продуктивності процесу, що виконується на вібраційному обладнанні, шляхом підвищення його корисних енерговитрат завдяки перерозподілу загальних затрат енергії верстата, є актуальною.

З огляду на актуальність даних проблем, а також для пошуку шляхів щодо їхнього вирішення обрана ця тема: «Підвищення продуктивності вібраційної обробки шляхом вибору розташування джерела коливань відносно U-подібного контейнера».

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі «Металорізальні верстати та інструменти» Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля згідно з держбюджетною темою "Теоретичні дослідження процесів плазменої, віброабразивної та гідроабразивної обробки, комп'ютерного синтезу оптимальних технологічних середовищ" (2004 - 2006), ДР № 0104U000100. У даній роботі здобувач брав участь, як виконавець. Замовник - Міністерство освіти та науки України.

Мета та завдання досліджень. Мета дослідження - підвищення продуктивності вібраційної обробки на обробно-зачисних та зміцнювальних операціях завдяки вибору раціонального розташування джерела коливань відносно контейнера U-подібної форми вібраційного верстата.

Об'єкт дослідження. Процес вібраційної обробки деталей на обробно-зачисних й зміцнювальних операціях в U-подібних контейнерах вібраційних верстатів з різним конструктивним компонуванням .

Предмет дослідження. Закономірності руху елементів завантаження як основних факторів, що впливають на продуктивність процесу вібраційної обробки, в залежності від місця розташування джерела коливань - віброзбуджувача відносно контейнера U-подібної форми.

Методи дослідження. Методологічна основа роботи - системний підхід та аналіз об'єкта досліджень, теоретичні методи, які базуються на фундаментальних положеннях теорії віброабразивної обробки, теорії вібраційного транспортування, механіки суцільних і сипучих середовищ, математичне моделювання. Експериментальні дослідження виконувались з використанням сучасних вимірювальних приладів та системи комп'ютерної математики MAPLE.

Вірогідність теоретичних досліджень підтверджена всебічним статистичним аналізом, відтвореністю теоретичних результатів у межах 95%-их довірчивих інтервалів.

Для досягнення мети, що сформулювана вище, необхідно вирішити такі завдання:

- створити математичну модель, що описує рух завантаження з урахуванням розташування джерела коливань відносно U-подібного контейнера;

- на підставі теоретичних досліджень роботи вібраційного обладнання, що застосовується на обробно-зачисних та зміцнюючих операціях, з метою забезпечення потрібних експлуатаційних властивостей виробів запропонувати нову конструкцію верстата, що забезпечує підвищення продуктивності обробки при виконанні потрібних показників якості поверхні виробів;

- експериментально перевірити результати, що отримані теоретично, шляхом порівняння продуктивності ВіО на вібраційних верстатах з різним конструктивним компонуванням;

- дослідити показники якості поверхні виробів, що пройшли операції вібраційної обробки;

- розробити рекомендації щодо практичного застосування отриманих результатів, конструкцій та режимів вібраційної обробки, впровадити результати досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше запропоновано математичну модель руху маси завантаження в U-подібному контейнері вібраційного верстата, що вперше дозволила враховувати вплив неоднорідності поля траєкторій коливань стінок контейнера на продуктивність процесу.

2. Вперше отримана залежність визначення циркуляційної швидкості руху робочого середовища й визначені умови для забезпечення стабільності цього руху, з урахуванням взаємного розташування основних вузлів вібраційного верстата - віброзбуджувача й контейнера.

3. Запропоновано залежність, що дозволяє визначати потужність, яка витрачається на обробку виробу, залежно від режимів роботи й конструктивного компонування вузлів вібраційного верстата.

4. Теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджено можливість підвищення експлуатаційних властивостей виробів у результаті вібраційної обробки на обробно-зачисних й зміцнювальних операціях на верстатах з U-подібною формою контейнера без жорсткого кінематичного зв'язку між елементами технологічної системи, з підвищенням продуктивності процесу завдяки зміні розташування віброзбуджувача відносно контейнера.

Практичне значення одержаних результатів:

- розроблена нова конструкція вібраційного верстата, що забезпечує підвищення продуктивності процесу обробки виробів на обробно-зачисних та зміцнюючих операціях (Позитивне рішення на видачу патенту України);

- розроблені програми для ПЕОМ, що дозволяють досліджувати траєкторію руху завантаження в процесі віброабразивної обробки на стадії проектування обладнання;

- запропоновані технологічні рекомендації з виконання вібраційної обробки на запропонованому верстаті зі зміненням положення віброзбуджувача відносно контейнера;

- результати дослідження впроваджені на підприємствах ДГП «Укргеофізика» та ДП «Луганський патрон» та використані у навчальному процесі СНУ ім. В. Даля для спеціальностей «Обробка матеріалів за спецтехнологіями».

Особистий внесок здобувача.

Особисто автором:

- поставлена й теоретично вирішена задача оцінки впливу конструктивного компонування вузлів вібраційного верстата на продуктивність вібраційної обробки;

- адоптовані методики експериментальних досліджень, для вирішених задач;

- проведені дослідження та обробка результатів експериментів з виконанням аналізу на відповідність отриманим теоретичним результатам;

- сформульовані висновки за розділами дисертаційної роботи та загальні висновки за всією роботою.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на 12-й Міжнародній науково-технічній конференції «Фізичні й комп'ютерні технології» (Харків: ХНПК «ФЭД», 2006 р.); VII і VIII міжнародних науково-технічних конференціях «Вібрації в техніці й технологіях» (м. Львів, 11-13 жовтня 2006 р.; м. Дніпропетровськ, 1-5 жовтня 2007 р.); VII щорічній міжнародній Промисловій конференції (смт. Славське, Карпати, 2007р.); науковій конференції професорсько-викладацького складу й наукових співробітників Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля «Наука» (м. Луганськ, 2007, 2008 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації відбито в 1 монографії, 15 наукових публікаціях, 13 з яких надруковано у виданнях, що входять до переліку ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, шести розділів, загальних висновків та рекомендацій, списку використаної літератури і чотирьох додатків. Повний обсяг роботи становить 243 сторінки машинописного тексту, з них 180 сторінок основного тексту, 14 сторінок списку використаних літературних джерел, 51 повна сторінка з рисунками й таблицями (30 сторінок з рисунками, 21 сторінка з таблицями), 49 сторінок додатків.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі - «Аналіз сучасних способів підвищення продуктивності вібраційної обробки» на підставі аналізу робіт А.П. Бабичева, М.Ю. Шаїнського, Ю.Р. Копилова, П.С. Берника та ін. встановлено, що підвищити продуктивність обробки можливо шляхом вдосконалення конструкції верстата, підбором робочих середовищ для конкретних виробів, а також вибором оптимальних режимів обробки. Разом з тим відсутні дані щодо впливу на продуктивність обробки положення джерела коливань відносно контейнера. У зв'язку з цим поставлені вищенаведені мета та завдання досліджень.

У другому розділі - «Методологія досліджень. Обладнання, оброблювані матеріали, робоче середовище, методики експериментальних досліджень» викладені основні методичні аспекти роботи, а також зображена структурно-логична схема досліджень (рис. 1). При проведенні експериментальних досліджень використовувалися ВіО-верстати НДЛ ОВА СНУ ім. В. Даля з різним конструктивним компонуванням, а саме УВІ-25, ЛМСІ-100 і СНУ-100; аналітичні ваги ВЛА-200М, профілометр моделі 170622, мікроскопи МІМ-8М, МІМ-7, машини тертя СМЦ-2 і МІ-1М, заміри мікротвердості проводилися за допомогою приладів ПМТ-3 і ПМТ-5.

В якості досліджуваних зразків використані зразки із пруткового й листового прокату зі сталей 3, 20, 40Х, 45, У8, Р9, 25 ХГС.

В якості робочого середовища (РС) використовувалися бій кулешліфувальних кругів АН-2 (грануляція 15...25 мм, зернистість 5...8, зв'язка ВТ...ЧТ, ТУ 036-159-80); сталеві загартовані кульки Ш 3-5 мм зі сталі ШХ15.

При дослідженнях мікротвердості поверхневого шару відбувалося порівняння мікроструктури зразків, виготовлених з листового прокату з наступним розрізанням на пластини з розмірами 10Ч30Ч50 мм із матеріалів: сталь 3, сталь 20 і сталь 45, після традиційного шліфування, після вібраційного шліфування й полірування на верстаті ВМІ-1003. Здійснювалось вимірювання мікротвердості зразків за допомогою приладу ПМТ-3 на косому й прямому зрізах.

Оцінка впливу вібраційної обробки на зносостійкість виробів проводилась на машині тертя в парі "колодка - диск", зношування вимірювалося шляхом зважування зразків; при терті об твердосплавний ролик зношування вимірювалося по глибині канавки, яка залишалась твердосплавним роликом на поверхні зразка.

При дослідженнях впливу вібраційної обробки на шорсткість виробів застосовувався профілометр із інформаційно-обчислювальним комплексом.

У третьому розділі - «Теоретичне дослідження впливу розташування джерела коливань відносно контейнера на параметри процесу вібраційної обробки» обґрунтовано вибір математичної моделі процесу вібраційної зміцнювальної обробки та запропонована математична модель руху контейнера вібраційного верстата де C_x,С_y - коефіцієнт пружності підвісків;

L_x,L_y - відстані по осях X,Y від центра мас до точок закріплення лівого і правого підвіска;

С_r - коефіцієнт пружності робочого середовища;

В_r - коефіцієнт демпфування робочого середовища;

L_kx,L_ky - відстані по осях X,Y від центра мас до точки придання збурюючої сили;

М - маса контейнера і приєднаної частини завантаження;

m_r - маса завантаження (згідно зі схемою розташована в центрі контейнера і така, що переміщається під впливом шару, дотичного з його стінками);

m_d - незбалансована маса дебалансних вантажів;

J - момент інерції системи (сукупний контейнера і дебаланса) щодо центра мас;

r - ексцентриситет маси дебаланса щодо його осі обертання;

- кутова швидкість обертання дебалансного вала віброзбуджувача;

- кут повороту контейнера щодо центра мас системи проти годинникової стрілки.

В основу цієї моделі покладена методика розрахунку руху систем з відцентровим віброзбуджувачем.

Виходячи з того, що у безпосередній контакт із поверхнею стінок контейнера входить не вся маса завантаження, а лише її частина 20...40%, у центрі контейнера розміщена точка, у якій зосереджено 50...80% маси завантаження залежно від об'єму контейнера й частоти коливань, пов'язана зі стінками контейнера елементами пружності й демпфірування. Оскільки проекції сил пружності й дисипації на координатні осі не залежать від нахилу контейнера й однакові у всіх напрямках, даний елемент поміщений усередину концентричних кілець, між якими відсутня сила тертя.

Для вирішення таких задач використовували рівняння Лагранжа другого роду.

(1)

де q - узагальнена координата (); T - кінетична енергія системи; U - потенційна енергія системи; F_q - зовнішня узагальнена сила, для розглянутої моделі визначається як:

(2)

де Q_q - сила, що збурює; D - дисипативна функція Релея, що виражає потужність дисипативних сил поверхневого тертя:

, (3)



де - стовпець узагальнених відносних швидкостей поверхонь тертя;

B - не негативна матриця коефіцієнтів грузлого тертя, а інтегрування відбувається по всіх поверхнях тертя F.

Для цієї розрахункової схеми й відповідних узагальнених координат D запишеться як:

. (4)

А кінетична енергія системи може бути виражена як:

. (5)

Потенційна енергія виражається як сума енергій деформації пружних елементів системи по відповідних узагальнених координатах і енергії, що пов'язана із пружними властивостями робочого середовища:

(6)

Прикладена сила Q_q для відповідних узагальнених координат визначається як:

; ; (7)

Підставивши D, Т, U у рівняння (1) і розписавши для відповідних узагальнених координат, отримаємо систему з п'яти звичайних лінійних диференційних рівнянь:



(8)

Розв'язання цієї системи рівнянь дозволяє досягти таких цілей:

– дослідити залежності траєкторій руху стінок контейнера вібраційного верстата від розташування віброзбуджувача щодо контейнера, з наступною можливістю застосування даних результатів для оцінки циркуляційного руху;

– дослідити залежності інтенсивності процесу вібраційної обробки від розташування віброзбуджувача щодо контейнера.

Для наступного використання отриманих рівнянь необхідно визначити параметри елементів пружності та жорсткості, а також оцінити приєднану масу робочого середовища.

При цьому для даної моделі залежність визначення пружності можна записати в такий спосіб:

(9)

де - маса рухливої системи осцилятора;

T - період коливань осцилятора;

С₀ - постійна жорсткість пружного елемента осцилятора.

Нижче наведені дані, що використовувались при апробуванні математичної моделі для лабораторної установки з об'ємом контейнера 100 л:

М_k = 100 кг; m_d = 4 кг; M_s = 100 кг; J = 7 кгм²; кутова швидкість =314,15 рад/с; r = 0,04 м; L_X= 0,195 м; L_Y= 0,125 м; C_X = 0,10810⁶ Н/м; C_Y =0,15610⁶ Н/м.

Траєкторії руху точки контейнера були отримані в такий спосіб:

де x_p, y_p - координати розташування точки контейнера в момент часу t; x₀, y₀ - координати точки відносно центра мас; x(t), y(t), (t) - функції, отримані розв'язанням системи диференційних рівнянь.

Як видно з отриманих графіків і рівняння (8), при розташуванні віброзбуджувача строго в центрі ваги контейнера траєкторії руху всіх точок будуть прагнути до кіл, що ідентичні. Розташування віброзбуджувача праворуч під днищем контейнера (координати 130; -100) при обертанні вала віброзбуджувача проти годинникової стрілки може створити сприятливі умови для циркуляційного руху робочого середовища.

Це особливо важливо у випадку вібраційної зміцнювальної обробки, де як інструмент використовуються сталеві кулі, у середовищі яких створити циркуляційний рух досить проблематично.

Після розв'язання рівняння (8), виходячи з дисипативної функції Релея (3), можна визначати середню корисну потужність за період в залежності від параметрів вібраційного верстата:

де S - функція, що описує геометричну форму контейнера, за якою відбувається інтегрування, й значення якої підставляються при обчисленні функцій швидкостей переміщення точок контейнера й , які визначаються згідно з (10) як:



де l - довжина кривої, що апроксимує лінію поперечного перерізу контейнера.

Пропонується такий алгоритм чисельного визначення залежності ефективності вібраційної обробки від розташування віброзбуджувача.

З даних, наведених на графіку залежності циркуляційної швидкості від розташування віброзбуджувача, виходить, що варіюючи місцем розташування віброзбуджувача щодо контейнера, можна домогтися збільшення й стабілізації циркуляційної швидкості.

Для визначення ефективності того чи іншого розташування віброзбуджувача потрібно також розглянути циркуляційний рух маси завантаження, що є суттєвим елементом, який сприяє досягненню якісного результату процесу обробки.

Середню циркуляційну швидкість можна визначити в такий спосіб:

де v - середня відстань, що буде пройдена елементом робочого середовища за період.

Мірою, що характеризує стабільність циркуляційного руху, є середньоквадратичне відхилення:



Нижче наведені розрахункові значення циркуляційної швидкості залежно від розташування віброзбуджувача і стабільності циркуляційного руху, що визначається середньоквадратичним відхиленням значення переміщення елемента робочого середовища відносно стінки контейнера.

В четвертому розділі - «Експериментальні дослідження впливу розташування джерела коливань відносно контейнера на продуктивність обробки та циркуляційну швидкість руху робочого середовища» експериментально підтверджені висновки теоретичних досліджень щодо впливу місця розташування віброзбуджувача відносно контейнера на продуктивність процесу вібраційної обробки. Встановлено, що найбільш раціональним для умов дослідження є розташування віброзбуджувача під кутом 45^о до поздовжній осі контейнера.

За допомогою кінозйомки процесу вібраційної обробки встановлено: при віброобробленні з розташуванням джерела коливань під кутом 45 відсутні зони вторинної циркуляції робочого середовища порівняно з розташуванням віброзбуджувача у нижній точці контейнера.

В п'ятому розділі - «Дослідження впливу вібраційного оброблення на якість поверхневого шару зразка» досліджувались: мікротвердість поверхневого шару, зносостійкість зразків, параметри шорсткості поверхні, міцність утримання покриттів, а також маслоємність поверхонь.

Встановлено підвищення зносостійкості поверхневого шару на 15 - 20% після вібраційного шліфування та полірування.

В досліджувальних зразках із сталі У8, сталі 20, сталі 40, підготовлених до вібраційної обробки чорновим та чистовим точінням після вібраційного шліфування та полірування, спостерігалося зменшення висотних параметрів шорсткості на 60 - 70%, відбувалося скруглення радіусів виступів у середньому в 18,3 рази, збільшувалася відносна опорна довжина профілю шорсткості на рівні 10…40% в середньому в 2,6 рази.

Застосування вібраційної обробки збільшує маслоємність поверхні на 54,6% і забезпечує кращу міцність зчеплення покриття, що є одним з основних показників якості покриття.

У шостому розділі - «Впровадження результатів досліджень» наведено опис модернізації вібраційного верстата, який забезпечує регулювання положення віброзбуджувача відносно контейнера, описані етапи технологічного регламенту вібраційної обробки деталей клапана бурового насоса та ковпачка, а також використання результатів досліджень в навчальному процесі.



ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі представлене вирішення важливого науково-практичного завдання підвищення продуктивності вібраційної обробки на основі вибору раціонального положення віброзбуджувача відносно контейнера верстата, що застосовується на оздоблювальних та зміцнюючих операціях з метою забезпечення експлуатаційних властивостей виробів.

1. Вперше розроблена математична модель руху завантаження контейнера вібраційного верстата, що враховує вплив маси завантаження з урахуванням реологічних параметрів коливальної системи, що дозволяє вираховувати траєкторії руху стінок контейнера, а також потужність, що затрачується на обробку виробу в залежності від режимів роботи та конструктивних схем взаємного розташування елементів вібраційного верстата.

2. Запропоновано методику визначення циркуляційної швидкості завантаження в умовах забезпечення її стабільності. Встановлено, що зміна положення віброзбуджувача відносно контейнера під кутом 45° для розглядуваного верстата до осі ординат дозволяє до 20% збільшити потужність, що передається робочому середовищу від стінок контейнера, на 40% збільшити циркуляційну швидкість маси завантаження та її стабільність, ліквідувати зони вторинної циркуляції та забезпечити підвищення продуктивності на 20…30% у порівнянні із часом обробки на вібраційних верстатах з традиційним компонуванням.

3. Згідно з результатами досліджень розроблена нова конструкція верстата СНУ-100, що забезпечує можливість зміни положення віброзбуджувача відносно контейнера.

4. Встановлено, що в процесі вібраційної обробки відбувається зминання вершин шорсткості, що утворена в процесі видалення матеріалу зрізанням та пластичного деформування, зростає відносна опорна довжина профілю на рівні 10…40% в середньому в 2,6 рази, збільшуються радіуси вершин виступів в середньому в 18,3 рази, що веде до збільшення площини контакту спряжених поверхонь та підвищення зносостійкості до 15…20 %.

5. Встановлено, що ВіО збільшує маслоємність поверхні на 54,6% та сприяє покращенню міцності зчеплення покриття з віброобробленою поверхнею.

6. Розроблена конструкція вібраційного верстата та рекомендації щодо режимів ВіО впроваджені на підприємствах ДГП «Укргеофізика» та ДП «Луганський патрон», а також у навчальний процес кафедри «Технологія машинобудування» Східноукраїнського національного університету для спеціальності «Обробка матеріалів за спецтехнологіями».



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗДОБУВАЧЕМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Застосування вібраційної обробки для підвищення якості виробів / [Носко П.Л., Калмиков М.О., Ніколаєнко А.П., Лубенська Л.М]. - Луганськ: Вид-во «Ноулідж», 2009. - 292 с. / Здобувачем представлено результати експериментальних досліджень впливу вібраційної обробки на експлуатаційні властивості деталей, а також досліджено вплив конструктивного компонування вібраційного верстата на продуктивність процесу.

2. К вопросу повышения долговечности ответственных деталей буровых насосов / Л.М. Лубенская, А.П. Николаенко, Н.И. Покинтелица, Честный А.Л. // Прогресивные технологии и системы машиностроения. - 2006. - Вып. 31. - С. 192 - 197. / Здобувачем запропановано використання методу вібраційної обробки з метою підвищення довговічності деталей бурового насосу.

3. Покинтелица Н.И. К вопросу повышения эксплуатационных свойств деталей методом вибрационного упрочнения на ВиО-станках / Н.И. Покинтелица, И.В. Волков, А.П. Николаенко // Вісник Східноукраїнського національного університету імені В. Даля. - 2006. - №6 (100), частина 2. - С. 6 - 12. / Здобувачем сформулювано причини існуючих суперечливих результатів експериментальних досліджень впливу вібраційної обробки на експлуатаційні властивости деталей і задачі, рішення яких необхідні для їх усунення.

4. Лубенская Л.М. Влияние вибрационной обработки на износостойкость изделий / Л.М. Лубенская, А.П. Николаенко, Н.И. Покинтелица // Надежность инструмента и оптимизация технологических систем. - 2006. - № 19. - С. 71 - 76. / Здобувачем представлено результати експериментальних досліджень впливу вибраційної обробки на зносостікість деталей.

5. Технологические возможности вибрационной обработки деталей на станках с U-образной формой контейнера / И.В. Волков, Ю.Ю. Дегтярева, М.А. Калмыков, Николаенко А.П. // Вістник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенко. - 2006. - Випуск 42. - С. 167 - 173. / Здобувачем виконана обробка результатів експериментальних досліджень і оцінені можливості вібраційного методу обробки на операціях зміцнення.

6. Дегтярьова Ю.Ю. До питання одночасної обробки деталей на ВіО-верстатах / Ю.Ю. Дегтярьова, А.П. Ніколаєнко, Н.М. Філімоненко // Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобуюуванні. - Вип. 40 - С. 88 - 94. / Здобувачем надано результати експериментальних досліджень одночасної обробки деталей, які мають однакові фізико-механічні властивості, але відрізняються за розмірами і масами.

7. Волков И.В. Влияние физико-механических характеристик материала на его износостойкость / И.В. Волков, Ю.Ю. Дегтярева, А.П. Николаенко // Вестник двигателестроения. - 2006. - № 4. - С. 126 - 130. / Здобувачем виконано експериментальні дослідження з визначення зносостійкості деталей з різними фізико-механічними властивостями.

8. Методи підвищення експлуатаційних властивостей виробів / Ю.Ю. Дегтярьова, М.О. Калмиков, Л.М. Лубенська, А.П. Ніколаєнко // Машинознавство. - 2007. - Вип. №4 - С.33 - 43. / Здобувачем проведено аналіз впливу на якість виробів різних методів обробки та запропановано застосування вібраційного методу обробки після низки технологічних операцій.

9. Николаенко А.П. Влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные свойства изделий / А.П. Николаенко, Н.И. Покинтелица, А.С. Нихлопочин // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні. - 2008. - С. 115 - 120. / Здобувачем представлено результати експериментальних досліджень впливу вібраційної обробки на шорсткість поверхні деталей.

10. Николаенко А.П. Обоснование выбора математической модели процесса вибрационной упрочняющей обработки / А.П. Николаенко, М.А. Калмыков // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2008. - № 5/4(35) / Здобувачем проведено аналіз математичних моделей процесу вібраційної обробки та запропановано математичну модель руху контейнеру вібраційного верстата.

11. Николаенко А.П. Исследование зависимости интенсивности вибрационной обработки от расположения вибровозбудителя / А.П. Николаенко, М.А. Калмыков // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2009. - № 2/5(38). - С. 54 - 57. / Здобувачем запропановано розрахунок параметрів процесу вібраційної обробки в залежності від конструктивних параметрів вібраційного обладнання.

12. Николаенко А.П. Расчет основніх парметров процесса вибрационной упрочняющей обработки / А.П. Николаенко, М.А. Калмыков // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2009. - №6/7(36). - С.13 - 18. / Здобувачем проведено розрахунки циркуляційного руху середовища в залежності від конструктивних параметрів вібраційного обладнання.

13. Кузнецов И.В. Интенсификация процесса виброупрочнения с помощью устройства дополнительного силового воздействия / И.В. Кузнецов, А.П. Николаенко, Е.В. Нечай // Новітні технології в машинобудуванні:металообробка, інструмент, реновації. - Маріуполь: ПДТУ - 2008. - с.148 - 157. / Здобувачем запропановано метод інтенсифікації процессу вібраційної обробки за допомогою засобу додаткового силового впливу.

14. Николаенко А.П. Влияние вибрационной обработки на микротвердость поверхностного слоя / А.П. Николаенко, Ю.Ю. Дегтярева // Вибрации в технике и технологиях. - 2009. - №1(53). - С. 40 - 42. / Здобувачем проведено аналіз результатів експериментальних досліджень впливу вібраційної обробки на мікротведість поверхневого шару деталей.

15. Волков И.В. Вибрационная обработка и ее возможности / И.В. Волков, А.П. Николаенко // Физические и компьютерные технологии: 12-я междунар. науч.-техн. конф., 7-8 июня 2006 г.: тезисы докл. - Х.,2006. - с. 266 - 268. / Здобувачем виявлено, що метод вібраційної обробки стійко сприяє поліпшенню експлуатаційних властивостей, підвищенню мікротвердості, зменшенню величини зносу.

16. Лубенская Л.М. Анализ обработки сложных поверхностей на финишных операциях / Л.М. Лубенская, Д.В. Молчанов, А.П. Николаенко // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях: междунар. промышленная конф., 12-16 фев. 2007 г.: тезисы докл. - п. Славское, Карпаты, 2007. - С.128 - 130. / Здобувачем виконано аналіз методів обробки складних поверхонь деталей на фінішних операціях.

Размещено на Allbest.ru