Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании




Скачать 13,25 Kb.
НазваниеРешетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании
Дата03.02.2016
Размер13,25 Kb.
ТипИсследование


Решетников Алексей Алексеевич


ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОВОГО ФАКТОРА НА ФОРМИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ШЛИФОВАНИИ


Направление 150900 - Технология машиностроения


Автореферат

магистерской диссертации на соискание академической

степени магистра техники и технологии


Самара 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Самарском Государственном Техническом университете на кафедре «ИССА».


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Трусов Владимир Николаевич


Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Носов Николай Васильевич


Официальный рецензент: кандидат технически наук, доцент

Дедов Николай Иванович


Защита состоится 2 июля 2010 г. в 900 часов на заседании ГАК в ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443010 Самара, ул. Молодогвардейская, 133.


С диссертацией можно ознакомиться на сайте кафедры «ИССА» ГОУВПО «Самарский государственный технический университет».


Секретарь ГАК ___________________ Карлова М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. В машиностроении процессы обработки металлов, в частности шлифовальная обработка подшипниковых колец, характеризуются большим числом технологических факторов, влияющих в различной степени на точность обработки и формирование остаточных напряжений растяжения и сжатия.

Процесс шлифования характеризуется относительно большими радиальными усилиями. Поэтому воздействие силового поля на частицы материала поверхностного слоя изделия благоприятно с точки зрения формирования остаточных напряжений сжатия. Этому же способствует геометрия абразивных зерен, имеющих, как правило, отрицательный передний угол. Однако, одновременно с возникновением благоприятного напряженного состояния от силового поля в процессе шлифования развиваются термопластические деформации, которые сопровождаются возникновением растягивающих остаточных напряжений. Таким образом, в зоне шлифования всегда имеют место два конкурирующих процесса, оказывающих на процесс формирования остаточных напряжений противоположное влияние. В зависимости от того, какой из указанных процессов преобладает, результирующие остаточные деформации, а, следовательно, и напряжения могут быть обоих знаков. При применяемых на практике режимах шлифования температура на отдельных абразивных зернах повышается на столько, что термопластическая деформация оказываются больше деформации от сил резания. Поэтому в верхних слоях, как правило, формируются растягивающие остаточные напряжения.

Цель работы.

Целью работы является исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании стали ШХ15 HRC 62…65.


Решаемые задачи

  1. Смоделировать процесс шлифования абразивным кругом.

  2. Исследовать влияние температурного фактора на формирование тангенциальных остаточных напряжений.

  3. Исследовать влияние глубины шлифования на формирование остаточных напряжений

  4. Сравнить результаты теоретических расчётов с экспериментальными данными.

Методы исследования

Для решения поставленных в работе задач использовались: методы компьютерного исследования конечно-элементных моделей контактного взаимодействия в среде ANSYS с учетом технологии обработки.

Теоретические исследования подтверждены экспериментами в лабораторных и производственных условиях. Сравнение максимальных остаточных напряжений полученных опытным путём со значениями полученными в результате моделирования процесса шлифования в программном комплексе ANSYS.

Научная новизна

  1. В разработке физической модели процесса шлифования на основе применения программного пакета ANSYS 10.0.

  2. В исследовании процесса формирования остаточных напряжений растяжения и сжатия в результате воздействия теплового фактора при шлифовании стали ШХ15.



СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении Обоснована актуальность темы диссертации, показаны её научная ценность, сформулированы задачи, которые выносятся на защиту.


В первой главе рассмотрен вопрос формирования остаточных напряжений, влияние остаточных напряжений на прочность при статическом, динамическом и циклических нагружениях, влияние остаточных макронапряжений на износостойкость, сопротивление коррозии и точность деталей в условиях эксплуатации.

Появление остаточных напряжении связано с условиями изготовления деталей, поэтому технологические процессы изготовления деталей должны проектироваться так чтобы возникающие в поверхностных слоях остаточные напряжения гарантировали надежность работы деталей в заданных условиях эксплуатации.

Остаточные макронапряжения в детали могут возникнуть как при ее изготовлении (первичные), так и в процессе эксплуатации (вторичные макронапряжения). В зависимости от условий эксплуатации деталей (величины нагрузки, температуры нагрева и среды) первичные остаточные макронапряжения релаксируются и перераспределяются. Термодинамическая неустойчивость макронапряжений затрудняет установление зависимостей эксплуатационных свойств от величины, знака и характера распределения макронапряжений в детали.

Изучение и анализ имеющихся теоретических и экспериментальных работ показывают, что влияние остаточных напряжений на характеристики прочности металлов и их сплавов при статическом, динамическом и циклическом нагружениях в зависимости от напряженного состояния и условий работы детали может быть существенным и несущественным. Изучая влияние остаточных напряжений на характеристики прочности металлов при том или ином виде нагружения, необходимо различать влияние остаточных напряжений на сопротивление упругой и пластической деформациям и влияние остаточных напряжений на сопротивление разрушению.


Во второй главе Представлены механические и химические свойства стали ШХ15, сущность процесса шлифования, смоделирована геометрическая модель процесса резания, произведено исследование напряженно-деформированного состояния зоны резания при помощи программы ANSYS, проведен анализ результатов решения.

На рисунке 1 представлена схема процесса внутреннего шлифования.



Рис. 1. Cхема процесса внутреннего шлифования.


На рисунке 2 представлена модель процесса шлифования.



Рис. 2. Модель процесса шлифования.


Для каждого из экспериментов расчет будет выполняться в 2 этапа.

На первом этапе будет подаваться нагрузка, производиться расчет. Затем задача переводится из тепловой в структурную. Поле температур, полученное на первом этапе, прикладывается к модели на 2 этапе. Производится расчет, затем нагрузка снимается, расчет повторяется.

Для глубины резания t=0.02 результаты решения для показали, что максимальные эквивалентные напряжения σmax=301.983 МПа.

На втором шаге решения нагрузка удаляется, чтобы просмотреть остаточные напряжения. Максимальные остаточные напряжения составляют σmax_ост =213.42 МПа (рис.3).



Рис. 2. Напряжения в модели.



Рис. 3. Эпюра остаточных напряжений.


Для глубины резания t=0.05 результаты решения для показали, что максимальные эквивалентные напряжения σmax=312.016 МПа.

На втором шаге решения нагрузка удаляется, чтобы просмотреть остаточные напряжения. Максимальные остаточные напряжения составляют σmax_ост =225.32 МПа (рис.5).



Рис. 4. Напряжения в модели.



Рис. 5. Эпюра остаточных напряжений.


Для глубины резания t=0.1 результаты решения для показали, что максимальные эквивалентные напряжения σmax=318.433МПа.

На втором шаге решения нагрузка удаляется, чтобы просмотреть остаточные напряжения. Максимальные остаточные напряжения составляют σmax_ост =237.68 МПа (рис.7).



Рис. 6. Напряжения в модели.



Рис. 7. Эпюра остаточных напряжений.

Для глубины резания t=0.2 результаты решения для показали, что максимальные эквивалентные напряжения σmax=322,207МПа.

На втором шаге решения нагрузка удаляется, чтобы просмотреть остаточные напряжения. Максимальные остаточные напряжения составляют σmax_ост =240,7 МПа (рис.9).




Рис. 8. Напряжения в модели.




Рис. 9. Эпюра остаточных напряжений.


Далее проведён анализ результатов решения задачи по определению суммарных остаточных напряжений.

Построим график максимальных значений суммарных остаточных напряжений к поперечной подаче (рис.10).



Рис.10. График максимальных значений суммарных остаточных напряжений в зависимости от поперечной подачи.


В четвертой главе представлены экспериментальные исследования остаточных напряжений, методика проведения эксперимента, порядок проведения эксперимента и обработки данных.

В работе приведены исследования Носова Н.В. остаточных напряжений при обработке внутренней поверхности колец стали ШХ15 НRС 62...65. Образ­цы шлифовались абразивным кругом 24А 40Н СМ2 6 К5 . Обработка производилась с режимами: Vк=28 м/с, V1=40м/мин, глубина резания варьировалась: t=0,2; 0,1; 0,05 ; 0.02 мм, охлаждение - эмульсия № 5. Остаточные напряжения на образцах измерялись но методике, в основу которой положен метод Н.Н. Давиденкова.



Рис. 11. Распределение остаточных напряжений по глубине при внутреннем шлифовании заготовок из стали ШХ15 .


Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы: остаточных напряжений при шлифовании кругами из 24А показали, что с увеличением глубины резания t, величина остаточных напряжений, возникающих вследствие теплового фактора при шлифовании, уменьшается.

Построим на одном графике максимальные значения остаточных напряжений полученные с помощью программного комплекса ANSYS и опытным путём при внутреннем шлифовании заготовок из стали ШХ15 НRС 62...65 кругами из 24А 40H СМ2 6 К5



Рис.12. Графики зависимости остаточных напряжений от поперечной подачи.


Общие выводы по работе

  1. Разработана компьютерная модель процесса теплообразования и формирования остаточных напряжений при шлифовании.

  2. На основе предложенной модели определены остаточные напряжения, возникшие в обрабатываемом материале под действием теплового фактора.

  3. Сравнение остаточных напряжений, полученных опытным путём со значениями, полученными в результате моделирования процесса шлифования в программном комплексе ANSYS показало, что разработанная модель образования тангенциальных остаточных напряжений имеет высокую степень достоверности. .

  4. Сравнение остаточных напряжений, полученных в программном комплексе ANSYS, для различных значений глубины шлифования t, показало, что с уменьшением глубины шлифования с 0,2 мм до 0,02 мм наблюдается уменьшение температуры в зоне контакта круга с деталью с 701 С° до 465 С°, и уменьшение величины остаточных растягивающих тангенциальных напряжений на 10%.Согласно результатам исследования, изменение знака остаточных напряжений (растягивающие остаточные напряжения переходят в напряжения сжатия) происходит на глубине примерно в 15 микрон и не зависит от глубины резания



Похожие:

Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconКонцентрация напряжений и деформаций
Причины и характерные особенности явления концентрации напряжений. Коэффициент концентрации напряжений. Метод Нейбера для приближенного...
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconОценка полей остаточных сварочных напряжений кольцевых стыков трубопроводов
Известно, что остаточные сварочные напряжения (осн) увеличивают накопленную в конструкции потенциальную энергию, что усиливает негативные...
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании icon2 спб Университет, географический ф-т
Особое внимание уделено проблеме влияния лесных пожаров на формирование круговорота углерода, а также роли пожаров как фактора динамики...
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconИсследование формирования остаточного напряжения при шлифовании направление 150900 Технология машиностроения
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Самарском Государственном Техническом...
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconВопросы для подготовки к тестированию при поступлении в магистратуру Направление «Гидрометеорология»
Метод теплового баланса в гидрологии. Универсальное урав­нение теплового баланса
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconЭффективность применения процедуры восполнения напряжений при решении краевых задач нелинейной теории упругости методом конечных элементов
Ппроксимации поля перемещений, но к значительно худшей аппроксимации поля напряжений. В настоящее время существуют различные методы...
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании icon1. Вихров Алексей Алексеевич
Кандидат наук: (год защиты: 1974, тема диссертации: «Военно-уголовное право сша, его реакционная сущность»)
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconСудебный дискурс: функции, структура, нарративность
Бурыкин Алексей Алексеевич, доктор филологических наук Институт лингвистических исследований Российской академии наук
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconИсследование динамических процессов в длинных линиях является сложной и актуальной задачей для современной электротехники. Результаты ее решения необходимы не только для расчета токов и напряжений,
Используя метод аппроксимации в конечных разностях первого порядка была получена аппроксимация, при которой обеспечивается минимизация...
Решетников Алексей Алексеевич исследование влияния теплового фактора на формирование остаточных напряжений при шлифовании iconИсследование тепловых режимов работы силового модуля импульсного стабилизатора напряжения
Введение. При эксплуатации преобразователя собственных нужд дизель-электропоезда “дэл 02” возникла проблема тяжелого теплового режима...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница