05.02.08 "Технологія машинобудування"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/20278
Переглянути
18 результатів
Результати пошуку
Документ Основи забезпечення якості та зниження трудомісткості механічної обробки складнопрофільної формуючої оснастки для харчової промисловості(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Полянський, Володимир ІвановичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування (13 – механічна інженерія). Національний технічний університет ''Харківський політехнічний інститут''. – Харків, 2021. Дисертацію присвячено вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми теоретичного визначення й обґрунтування умов суттєвого підвищення якості, точності, продуктивності й зниження трудомісткості механічної обробки шляхом зниження її теплової й силової напруженостей та на цій основі розроблення ефективних технологічних процесів обробки складнопрофільної формуючої оснастки для харчової промисловості із застосуванням сучасних високообертових металорізальних верстатів із ЧПУ типу "обробний центр" та прогресивних різальних лезових твердосплавних і керамічних інструментів зі зносостійкими покриттями. Науковою новизною отриманих результатів є те, що вперше розроблено теоретичні підходи до визначення технологічних можливостей підвищення якості та зниження трудомісткості механічної обробки за рахунок зниження її теплової й силової напруженостей. Розроблено спрощені математичні моделі визначення температури різання при шліфуванні та лезовій обробці, які засновані на урахуванні балансу тепла, що виникає в зоні різання та надходить в поверхневий шар оброблюваної деталі, стружки, що утворюється, та охолоджувальну рідину. Вперше проведено узагальнення теоретичних рішень щодо визначення параметрів теплового процесу при механічній обробці із урахуванням досягнення кінцевого значення глибини проникнення тепла в поверхневий шар оброблюваної деталі. Встановлено основний напрямок зниження температури різання і підвищення якості та продуктивності обробки, який полягає в зниженні максимальної температури різання до рівня та нижче температури плавлення оброблюваного матеріалу. Це дозволяє досягти значного підвищення продуктивності обробки фактично без підвищення температури різання. Вперше запропоновано новий універсальний технологічний параметр механічної обробки – максимальну температуру різання, при досягненні якої все тепло, що виділяється при різанні, надходить в стружку, і яка визначається відношенням енергоємності обробки до добутку питомої теплоємності і щільності оброблюваного матеріалу. Це дозволяє порівнювати максимальну температуру різання із температурою плавлення оброблюваного матеріалу та в разі перевищення застосовувати технологічні прийоми її зниження для різних технологій механічної обробки. Встановлено, що зниження енергоємності обробки (умовного напруження різання) є основною умовою зниження максимальної температура різання та, відповідно, температури різання. Показано, що відмінність розрахункових і експериментальних значень температури різання при шліфуванні не перевищує 12%, що вказує на достовірність розробленої математичні моделі визначення температури різання. Розрахунками встановлено, що в реальних умовах шліфування відношення заданої і максимальної температур шліфування може змінюватися лише в межах 0 ... 0,4 в зв'язку із перевищенням максимальною температурою різання температури плавлення оброблюваного матеріалу внаслідок значного збільшення умовного напруження різання. При точінні це відношення може змінюватися в значно більших межах 0 ... 1. Тому максимальна температура різання при точінні буде менше, ніж при шліфуванні і може приймати значення, які менші температури плавлення оброблюваного матеріалу. Це розширює технологічні можливості точіння порівняно із шліфуванням. Вперше встановлено, що найбільш значного зниження температури різання при шліфуванні можна досягти при переривчастому шліфуванні в умовах рівності довжин робочого виступу і вирізу переривчастого круга та збільшення кількості робочих виступів круга. У цьому випадку температура різання може бути знижена більш ніж в 2 рази щодо температури різання при шліфуванні суцільним кругом. Однак максимальна температура різання при цьому приймає значення, які значно вищі температури плавлення оброблюваного матеріалу. Це обмежує технологічні можливості переривчастого шліфування порівняно із лезовою обробкою. Вперше розширено технологічні можливості математичної моделі визначення температури різання при лезовій обробці, яка заснована на урахуванні кількості виникаючих в зоні різання зсувних елементарних об'ємів оброблюваного матеріалу. Встановлено, що з їх збільшенням температура різання може збільшитися до 10 разів. Це можливо при шліфуванні в умовах безперервного контакту зв'язки шліфувального круга із оброблюваним матеріалом. При лезовій обробці кількість виникаючих в зоні різання зсувних елементарних об'ємів оброблюваного матеріалу незначна, що дозволяє знизити температуру різання та підвищити якість і продуктивність обробки. Встановлено, що розроблені в роботі математичні моделі визначення температури різання при механічній обробці позитивно відрізняються від відомих моделей, оскільки аналітично пов'язують всі основні параметри теплового процесу при різанні: температуру різання, максимальну температуру різання, глибину проникнення тепла в поверхневий шар оброблюваної деталі, градієнт температури, розподіл тепла, що надходить в оброблювану деталь, стружку і технологічне середовище. В результаті з'являється можливість із єдиних теоретичних позицій в узагальненому вигляді кількісно оцінити та порівняти температуру різання при шліфуванні й лезовій обробці. Вперше теоретично та експериментально обґрунтовано технологічні можливості суттєвого зниження максимальної температури різання та підвищення техніко-економічних показників механічної обробки на фінішних операціях шляхом переходу від шліфування до сучасних технологій високошвидкісного різання (точіння, розточування і фрезерування на сучасних високообертових металорізальних верстатах із ЧПУ типу ''обробний центр'' різальними твердосплавними і керамічними інструментами зі зносостійкими покриттями). Одержала подальший розвиток і поліпшення математична модель визначення параметрів силової напруженості при лезовій обробці (енергоємності та сили різання) із урахуванням уточнених значень умовного кута зсуву оброблюваного матеріалу. Показано, що у формуванні умовного кута зсуву оброблюваного матеріалу переважає радіальна складова сили різання, яка і призводить до його значного зменшення (в 1,5 разів) порівняно із розрахунковими значеннями, отриманими на основі відомих залежностей. Це дозволило обґрунтувати умови зниження енергоємності обробки і сили різання. Одержала подальший розвиток і поліпшення математична модель визначення пружних переміщень, що виникають в технологічній системі, та встановлено, що вони залежать, в першу чергу, від методу механічної обробки та його енергоємності. Тому основним шляхом підвищення точності та продуктивності обробки є застосування на фінішних операціях сучасних технологій високошвидкісної лезової обробки замість традиційних технологій шліфування та лезової обробки. На основі узагальнення аналітичного опису пружного переміщення при шліфуванні та лезовій обробці із урахуванням енергоємності проведено порівняння величин пружного переміщення для різних технологій механічної обробки, що дозволило вибрати найбільш ефективні варіанти високоточної та високопродуктивної фінішної обробки. Так, теоретично й експериментально обґрунтовано ефективність застосування технології високошвидкісного розточування отворів замість традиційної технології координатного внутрішнього шліфування із метою підвищення точності та продуктивності обробки. Це пов’язано, головним чином, із можливістю зменшення енергоємності обробки при високошвидкісному розточуванні отворів. В цьому випадку максимальна температура різання менше температури плавлення оброблюваного матеріалу. Тому з'являється можливість підвищення продуктивності обробки фактично без збільшення температури різання, оскільки вона незначно відрізняється від максимальної температури різання. При шліфуванні цього домогтися неможливо, оскільки максимальна температура різання завжди більше температури плавлення оброблюваного матеріалу. На цій основі створено методологію розроблення та впровадження у виробництво ефективних технологічних процесів лезової обробки із застосуванням сучасних високообертових металорізальних верстатів із ЧПУ типу ''обробний центр'' та різальних лезових твердосплавних і керамічних інструментів зі зносостійкими покриттями закордонного виробництва. Показано, що вони дозволяють до 10 разів і більше знизити енергоємність і підвищити продуктивність обробки при забезпеченні високих показників якості та точності оброблюваних поверхонь порівняно із шліфуванням. Це дозволило до 10 разів знизити трудомісткість обробки і до 200 разів розширити номенклатуру виробництва складнопрофільної формуючої оснастки для харчової промисловості в умовах дрібносерійного і штучного виробництва із забезпеченням її високої якості та конкурентоспроможності. Розроблено методики розрахунку раціональних структур і параметрів технологічних процесів механічної обробки складнопрофільної формуючої оснастки, що дозволило визначити раціональні режими різання та характеристики різальних інструментів, які забезпечують значне підвищення продуктивності обробки для заданих значень температури та сили різання. Розроблені технологічні процеси механічної обробки складнопрофільної формуючої оснастки для харчової промисловості впроваджено в основне виробництво ТОВ ''Імперія металів'' із економічним ефектом 3,86 млн гривен, що дозволило забезпечити виготовлення високоякісної складнопрофільної формуючої оснастки для підприємств харчової промисловості Міністерства аграрної політики та продовольства України.Документ Підвищення ефективності виготовлення деталей пружних муфт(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Думанчук, Михайло ЮрійовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування (13 – механічна інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі захисту поверхонь деталей пружних муфт (ПМ) від фретингового зношування з метою підвищення довговічності виробу в цілому. У вступі обґрунтовано актуальність теми роботи. Визначено мету і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення якості поверхневих шарів деталей пружної муфти і їх елементів, шляхом спрямованого вибору найбільш перспективних технологічних методів їх формування з урахуванням існуючих аналогів, досвіду промисловості й рекомендацій у вітчизняній і закордонній літературі. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: - розробити систему спрямованого вибору технології, що забезпечує необхідні параметри якості поверхневих шарів деталей ПМ; - провести аналіз існуючих вітчизняних і закордонних методів захисту деталей машин від зношування і на його підставі удосконалити методи підвищення якості поверхонь сполучення "півмуфта-вал", гнучких елементів і кріпильних деталей від фретинг-корозії (Ф-К); - провести аналіз напружено-деформованого стану гнучких елементів пружної муфти, з метою отримання їх геометричних та деформаційних параметрів осередку деформації; - розробити процедуру вибору раціональної технології забезпечення необхідних експлуатаційних властивостей робочих поверхонь деталей ПМ, що дозволяє створити мінімізований за критерієм собівартості з урахуванням екологічної безпечності технологічний процес нанесення функціональних покриттів. - провести розрахунки економічної ефективності розробленої технології підвищення довговічності ПМ і впровадити її у виробництво. Об'єкт дослідження – технологічні процеси формування захисних покрить поверхневих шарів стальних деталей машин від Ф-К. Предмет дослідження – закономірності утворення захисних покрить поверхневих шарів стальних деталей ПМ, які утворюють конструктивно різні трибоспряження, від Ф-К. У першому розділі виконаний аналіз проблем підвищення зносостійкості деталей ПМ. Наведено загальні відомості про пружні муфти, розглянуті їхні конструктивні особливості, галузі застосування, матеріали і види руйнувань. Розглянуто технологічні методи підвищення зносостійкості робочих поверхонь деталей ПМ. У другому розділі були розроблені система й критерії спрямованого вибору технології забезпечення необхідної якості поверхонь деталей ПМ шляхом аналізу і синтезу існуючих аналогів, досвіду промисловості та рекомендацій у вітчизняній і зарубіжній літературі. Показано, що термін експлуатації ПМ лімітується довговічністю пакета ГЕ, яка в свою чергу визначається фретингостійкістю (Ф-С) окремих пластин. Встановлено три стадії руйнування ГЕ. Створено математичну модель їх фретингового зносу. В третьому розділі виконано аналіз напружено-деформованого стану ГЕ пружної муфти. Проведено оцінку сили тиску між пластинами і відносні зміщення контактуючих точок при передачі муфтою навантаження, які є однією з причин Ф-К. Проведений аналіз напружено-деформованого стану пакету гнучких елементів дозволив визначити основні чинники, що впливають на контактний тиск між пластинами, величини енергетичних втрат на тертя та деформацію пакета. Встановлено, що основними чинниками, що зумовлюють знос пластин внаслідок тертя, є згинаючі сили, викликані неточністю з'єднуваних муфтою валів і поздовжньо-поперечним згином від колової сили. На підставі проведених досліджень сформульовані рекомендації щодо підвищення фретингостійкості ГЕ. У четвертому розділі приведені результати дослідження параметрів якості деталей ПМ. Досліджено вплив амплітуди й частоти деформації ГЕ, на Ф-К. Для підвищення стійкості ГЕ від Ф-К запропоновано новий спосіб. Його особливістю є те, що перед складанням на поверхні сполучених пластин наносять МММ, який складається з парафіну, порошків міді та дисульфіду молібдену. Встановлено, що найбільш раціональним процентним вмістом металоплакуючих присадок, є 5-25 вагових відсотків. З метою реалізації способу захисту пресового з'єднання від Ф-К, на контактуючі поверхні деталей сполучення "півмуфта-вал" запропоновано поетапне нанесення комбінованого електроіскрового покриття. Проведено дослідження впливу епіламування на фретингостійкість кріпильних деталей ПМ. У п'ятому розділі наведено дані про промислове впровадження результатів дослідження. Визначено вплив способів підвищення якості поверхонь деталей на механічні властивості їх матеріалів. Виконано розрахунки критеріїв рівняння зношування ГЕ пружної муфти при Ф-К. Отримані результати дозволяють прогнозувати їх довговічність в умовах промислової експлуатації. Запропонована процедура вибору раціональної технології забезпечення необхідних експлуатаційних властивостей робочих поверхонь деталей ПМ, що дозволяє створити мінімізований за критерієм собівартості технологічний процес нанесення функціональних покриттів. Розроблені технологічні методи підвищення якості поверхневих шарів деталей трибоспряжень ПМ позитивно відрізняються екологічною безпекою, низькою собівартістю, енергозбереженням, що лягли в основу створення нової технології. Наукова новизна одержаних результатів: 1. Вперше розроблена система цілеспрямованого вибору технології виготовлення ПМ роторних машин, що дозволяє формувати контактуючі поверхні деталей трибоспряжень: "вал-півмуфта", гнучких елементів і кріпильних деталей із заданими експлуатаційними властивостями. 2. Вперше запропонована фізично обґрунтована математична модель (рівняння зношування) процесу зношування ГЕ пружної муфти при Ф-К, що дозволяє по роботі тертя визначати зношування, виражене зміною шорсткості поверхні. 3. Одержала подальший розвиток методика визначення констант рівняння зношування при Ф-К поверхонь тертя ГЕ, які можуть служити критеріями для вибору раціональних технологій підвищення якості їх поверхневих шарів. 4. Вперше на підставі проведених досліджень напружено-деформованого стану гнучких елементів муфти типу МСК, вирішено задачу про їх поздовжньо-поперечний згин, а також дана порівняльна оцінка їх прогинів від поздовжньо-поперечного згину і сили, зумовленої неспіввісністю з'єднаних валів. Практичне значення отриманих результатів полягає у розробці технологій підвищення якості поверхневих шарів деталей пружних муфт і їх елементів, яка практично реалізована в виробництво з річним економічним ефектом 477 тис. грн.Документ Підвищення ефективності виготовлення деталей пружних муфт(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Думанчук, Михайло ЮрійовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування (13 – механічна інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі захисту поверхонь деталей пружних муфт (ПМ) від фретингового зношування з метою підвищення довговічності виробу в цілому. На підставі вивчення умов роботи та видів зношування поверхонь деталей ПМ та їх елементів, аналізу існуючих конструкційних і технологічних методів підвищення параметрів їх якості розроблено систему спрямованого вибору поверхневих шарів деталей ПМ з потрібними властивостями. Створено математичну модель їх фретингового зносу. Проведений аналіз напружено-деформованого стану пакету гнучких елементів дозволив визначити основні чинники, що впливають на контактний тиск між пластинами, величини енергетичних втрат на тертя та деформацію пакета. Запропонована процедура вибору раціональної технології забезпечення необхідних експлуатаційних властивостей робочих поверхонь деталей ПМ, що дозволяє створити мінімізований за критерієм собівартості технологічний процес нанесення функціональних покриттів. Розроблені технологічні методи підвищення якості поверхневих шарів деталей трибоспряжень ПМ позитивно відрізняються екологічною безпекою, низькою собівартістю, енергозбереженням, що лягли в основу створення нової технології, яка практично реалізована в виробництво з річним економічним ефектом 477 тис. грн.Документ Основи забезпечення якості та зниження трудомісткості механічної обробки складнопрофільної формуючої оснастки для харчової промисловості(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Полянський, Володимир ІвановичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. Національний технічний університет ''Харківський політехнічний інститут''. – Харків, 2021. Дисертацію присвячено вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми теоретичного визначення й обґрунтування умов суттєвого підвищення якості, точності, продуктивності й зниження трудомісткості механічної обробки шляхом зниження її теплової й силової напруженостей та на цій основі розроблення ефективних технологічних процесів обробки складнопрофільної формуючої оснастки для харчової промисловості із застосуванням сучасних високообертових металорізальних верстатів із ЧПУ типу "обробний центр" та прогресивних різальних лезових твердосплавних і керамічних інструментів зі зносостійкими покриттями. Для цього в роботі розроблено спрощені математичні моделі визначення температури різання при шліфуванні та лезовій обробці. Встановлено, що знизити температуру різання та підвищити якість і продуктивність обробки можна шляхом зниження максимальної температури різання до рівня та нижче температури плавлення оброблюваного матеріалу. Показано, що максимальна температура різання – це новий універсальний технологічний параметр механічної обробки, при досягненні якої все тепло, що виділяється при різанні, надходить в стружку, та яка визначається відношенням енергоємності обробки до добутку питомої теплоємності й щільності оброблюваного матеріалу. Встановлено, що максимальна температура різання при точінні менше, ніж при шліфуванні та може приймати значення, які менші температури плавлення оброблюваного матеріалу, що розширює технологічні можливості лезової обробки порівняно із шліфуванням. Розроблено уточнюючі математичні моделі визначення параметрів силової напруженості при лезовій обробці та пружних переміщень, які виникають в технологічній системі, що дозволило обґрунтувати технологічні можливості зниження енергоємності обробки і сили різання та підвищення точності обробки. На цій основі створено методологію розроблення та впровадження ефективних технологій лезової обробки, особливо високошвидкісного різання (точіння, розточування та фрезування). Це дозволило до 10 разів знизити трудомісткість обробки та до 200 разів розширити номенклатуру виготовлення складнопрофільної формуючої оснастки для харчової промисловості в умовах дрібносерійного та штучного виробництва із забезпеченням її високої якості та конкурентоспроможності.Документ Технологічне забезпечення якості виготовлення сложнопрофільних поверхонь турбінних лопаток з титанових сплавів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Іщенко, Григорій ІвановичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі забезпечення якості та зниження трудомісткості обробки сложнопрофільних поверхонь турбінних лопаток з титанових сплавів. На основі системного аналізу проблеми забезпечення якості виготовлення деталей з важкооброблюваних матеріалів в турбінобудуванні виконано вдосконалення існуючого базового технологічного процесу обробки лопаток з нержавіючої сталі і формування раціональної структури нового щодо обробки лопаток з титанових сплавів при забезпеченні якості та зниженні трудомісткості обробки. Відмова від фізичної моделі (еталонної деталі-копіра) на копіювально-фрезерних операціях базового техпроцесу з переходом до комп'ютерної моделі і обробці на верстатах з ЧПК нового техпроцесу дозволив істотно скоротити трудомісткість технологічної підготовки виробництва і забезпечити якість обробки. Для забезпечення сталості припуску, шо знімається, сложнопрофільних поверхонь робочої частини і його мінімізації впроваджено сучасні методи і засоби контрольних операцій. Із застосуванням методики багатофакторного планування експериментів проведено дослідження фінішної операції шліфування поверхонь турбінних лопаток з титанових сплавів, що дозволило розробити рекомендації щодо вибору оптимальних режимів різання. У процесі досліджень були надані рекомендації та виконано модернізацію технологічного обладнання. Все це дозволило знизити трудомісткість виготовлення лопатки на 30%, скоротити цикл виробництва комплекту (100 штук) для одного ряду турбіни в два рази.Документ Технологічне забезпечення якості виготовлення сложнопрофільних поверхонь турбінних лопаток з титанових сплавів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Іщенко, Григорій ІвановичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі забезпечення якості та зниження трудомісткості обробки сложнопрофільних поверхонь турбінних лопаток з титанових сплавів. На основі системного аналізу проблеми забезпечення якості виготовлення деталей з важкооброблюваних матеріалів в турбінобудуванні виконано вдосконалення існуючого базового технологічного процесу обробки лопаток з нержавіючої сталі і формування раціональної структури нового щодо обробки лопаток з титанових сплавів при забезпеченні якості та зниженні трудомісткості обробки. Відмова від фізичної моделі (еталонної деталі-копіра) на копіювально-фрезерних операціях базового техпроцесу з переходом до комп'ютерної моделі і обробці на верстатах з ЧПК нового техпроцесу дозволив істотно скоротити трудомісткість технологічної підготовки виробництва і забезпечити якість обробки. Для забезпечення сталості припуску, шо знімається, сложнопрофільних поверхонь робочої частини і його мінімізації впроваджено сучасні методи і засоби контрольних операцій. Із застосуванням методики багатофакторного планування експериментів проведено дослідження фінішної операції шліфування поверхонь турбінних лопаток з титанових сплавів, що дозволило розробити рекомендації щодо вибору оптимальних режимів різання. У процесі досліджень були надані рекомендації та виконано модернізацію технологічного обладнання. Все це дозволило знизити трудомісткість виготовлення лопатки на 30%, скоротити цикл виробництва комплекту (100 штук) для одного ряду турбіни в два рази.Документ Технологічне забезпечення експлуатаційних властивостей деталей машин із застосуванням комбінованих методів локального зміцнення поверхонь(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Ідан, Алаа Фаділ ІданДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування (13 – механічна інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі поверхневого локального зміцнення деталей для значного підвищення довговічності виробів в цілому. Метою дисертаційної роботи є дослідження і створення технологічного забезпечення експлуатаційних властивостей деталей машин із застосуванням комбінованих методів локального зміцнення. Як об'єкт дослідження було обрано технологічні процеси формування локальних зміцнених поверхневих шарів деталей машин з вуглецевих і легованих сталей. Предметом цього дослідження стали закономірності утворення зміцнених шарів, технології ефективної комбінованої лазерної та хіміко-термічної обробки. Для комплексного вирішення завдань у межах цієї роботи було використано системний підхід та раціональне поєднання теоретичних і експериментальних досліджень, узагальнення та аналізу відомих наукових результатів. Експериментальні дослідження реалізовані з використанням установки YAG-Лазер "DY044" виробництва фірми "ROFІN-SІNAR". Лазерне зміцнення проводилося на установці "Латус-31". Мікротвердість зразків визначали на приладі ПМТ-3. Адекватність розроблених моделей оцінювали зі застосуванням теорії похибок. Наукова новизна основних результатів дисертаційної роботи полягає в такому, що вперше отримані закономірності впливу швидкості переміщення лазерного променя на глибину зміцненого шару залежно від марки сталі при обробці тільки лазером і комбінованою технологією зміцнення; розроблено метод інтенсифікації процесу азотування, який відрізняється від існуючих попереднім лазерною обробкою поверхні; розроблено метод інтенсифікації процесу борування, який відрізняється від існуючих попереднім лазерною обробкою поверхні; розроблено математичні моделі та номограми впливу швидкості пересування лазерного променя і тривалості азотування на товщину зміцненого шару та поверхневу твердість. Практичне значення роботи полягає у вирішенні важливої наукової і технічної задачі у розробці технологій комбінованого зміцнення поверхневих шарів сталевих деталей, які полягають в попередній лазерній обробки і наступної хіміко-термічної обробки. У першому розділі проведено аналіз літературних джерел, що стосуються досліджуваної в дисертаційній роботі проблеми локального зміцнення поверхневих шарів сталі із застосуванням лазерної обробки. Проаналізовані лазерні обробки металів, комбіновані технології обробки деталей. Виконано аналіз відомих способів підвищення експлуатаційних властивостей машинобудівних деталей. Встановлено, що відомі комбіновані технології лазерної обробки і хіміко-термічної обробки мають ряд невирішених питань. Зокрема, вони не забезпечують достатню товщину зміцненого шару, є складними у використанні, трудомісткими, енергозатратними, тривалими процесами. Тому перспективним напрямком збільшення терміну служби деталей машин є створення інноваційної технології комбінованого зміцнення поверхневого шару сталі завдяки прискоренню процесу азотування і борування. У другому розділі виконано формування раціональної структури і властивостей сталі шляхом лазерного гартування. У третьому розділі розроблена комбінована технологія зміцнення поверхневого шару сталі. Досліджено вплив попередньої лазерної обробки та кінцевого азотування на товщину зміцненого шару і мікротвердість поверхневих шарів зразків сталі 38Х2МЮА. У четвертому розділі розроблені способи підвищення експлуатаційних властивостей машинобудівних деталей. На основі комплексу проведених теоретичних та експериментальних досліджень, сформульованих принципів, закономірностей і положень отримані наступні результати: 1. Інтенсифіковано процес азотування за рахунок попередньої лазерної обробки поверхні сталевих виробів і застосування дисперсного азотовмісного середовища для хіміко-термічної обробки, який підвищує поверхневу твердість після азотування до 1,15 раз і сприяє значному збільшенню зміцненого шару, а саме до 0,49 мм (сталь 40), до 055 мм (сталь 40Х) і до 0,65 мм (сталь 38Х2МЮА). 2. Отримані математичні моделі, що описують залежності товщини зміцненого шару та поверхневої твердості від зміни значень швидкості пересування лазерного променя і тривалості азотування сталі після комбінованої обробки дозволяють побудувати номограми для вибору раціональних режимів зміцнювальної обробки. 3. Інтенсифіковано процес борування за рахунок попередньої лазерної обробки поверхні сталевих виробів і застосування дрібнодисперсного боровмісного порошку в якості насичувального середовища для хіміко-термічної обробки, що сприяє збільшенню зміцненого шару в 2,7–5,5 разів залежно від зміни швидкості переміщення лазерного променя. 4. Використання розроблених комбінованих технологій поверхневого зміцнення сталевих виробів має такі переваги: спрощена технологія отримання твердого зміцненого шару на сталях за рахунок інтенсифікації процесів хіміко-термічної обробки; забезпечені високі експлуатаційні властивості зміцнених шарів сталевих виробів; застосування технології борувания сталевих виробів дозволяє поєднувати хіміко-термічну обробку (борування) з операцією термообробки (гартування), що підвищить термін служби деталей обладнання, експлуатаційних властивостей дифузійних шарів інструментів, штампового і пресового устаткування. 5. За технологічною ознакою розроблено дві комбіновані технології локального поверхневого зміцнення сталевих виробів. 6. Визначено можливість використання розроблених технологій локального поверхневого зміцнення для широкої номенклатури виробів зі сталей. 7. Розроблений ефективний технологічний процес комбінованого зміцнення поверхневого шару сталевих виробів був впроваджений для підвищення поверхневої твердості зубців зубчастого колеса зі сталі 40 на ТОВ "НВЦ ЄТМ" (м. Харків ). Його впровадження дозволило підвищити зносостійкість зубців у 1,5 рази та експлуатаційну стійкість виробу в цілому до 2,5 разів. 8. Розроблений ефективний технологічний процес комбінованого зміцнення поверхневого шару сталевих виробів був впроваджений для підвищення поверхневої твердості зубців вал-шестерень, зубчастих коліс, шестерень, зірочок та втулок зі сталей 40, 40Х та 38Х2МЮА на ПАТ "Харківський машинобудівний завод "Світло шахтаря". Виробничими випробуваннями встановлено, що розроблений процес комбінованого зміцнення дозволив підвищити поверхневу твердість зубців у 1,5-2,5 рази, зносостійкість у 1,5-2 рази, експлуатаційну стійкість у 3-7 разів у порівнянні з поверхневими зміцнюючими обробками, які використовуються у виробництві. 9. Розроблені технологічні процеси комбінованого зміцнення поверхневого шару сталевих деталей були впроваджені для поверхневого зміцнення зубців вал-шестерні зі сталі 40Х та зубців втулки зі сталі 40Х на АТ "Харківський тракторний завод". Виробничими випробуваннями встановлено, що стійкість вал-шестерні та втулки зі сталі 40Х після комбінованого зміцнення поверхневого шару підвищується від 2 до 3,6 разів у порівнянні зі стійкістю вал-шестерні та втулки зміцненою лише лазерною обробкою. 10. Розробки, виконані в дисертації, впроваджені в навчальний процес для студентів механіко-технологічного факультету НТУ "ХПІ" спеціальностей 131 "Прикладна механіка" спеціалізації 131-09 "Обладнання та технології ливарного виробництва" та 151 "Автоматизація та комп'ютерно інтегровані технології" спеціалізації 151-07 "Комп'ютеризовані системи управління технологічними процесами".Документ Технологічне забезпечення експлуатаційних властивостей деталей машин із застосуванням комбінованих методів локального зміцнення поверхонь(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Ідан, Алаа Фаділ ІданДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування (13 – механічна інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі поверхневого локального зміцнення деталей для значного підвищення довговічності виробів в цілому. Наукова новизна основних результатів дисертаційної роботи полягає в такому, що вперше: отримано закономірності впливу швидкості переміщення лазерного променю на глибину зміцненого шару залежно від марки сталі при обробці тільки лазером і комбінованою технологією зміцнення; розроблено метод інтенсифікації процесу азотування, який відрізняється від існуючих попередньою лазерною обробкою поверхні; розроблено метод інтенсифікації процесу борування, який відрізняється від існуючих попередньою лазерною обробкою поверхні; розроблено математичні моделі та номограми впливу швидкості пересування лазерного променю і тривалості азотування на товщину зміцненого шару та поверхневу твердість. Практичне значення роботи полягає у вирішенні важливої наукової і технічної задачі у розробці технологій комбінованого зміцнення поверхневих шарів сталевих деталей, які полягають в попередній лазерній обробці і наступної хіміко-термічної обробки.Документ Технологічні особливості забезпечення якості та продуктивності обробки складнопрофільних і тонкостінних деталей полімерно-абразивними інструментами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Степанов, Дмитро МиколайовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 − технологія машинобудування – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", МОН України, Харків, 2019. Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної проблеми технологічного забезпечення підвищення якості оброблюваних поверхонь складнопрофільних і тонкостінних деталей, що привалюють в авіадвигунобудівній, медичній, приладобудівній та інших галузях, а також підвищення продуктивності фінішного етапу технологічного процесу їх виготовлення за допомогою щіткових полімерно-абразивних інструментів. У дисертаційній роботі вперше експериментально підтверджено математичні моделі температурного і силового впливу на оброблювану поверхню, запропоновано комбінувати полімерно-абразивні щітки (ПАЩ) різних видів, як послідовно, так і одночасно для досягнення необхідної якості і високої продуктивності. Запропоновано метод визначення температури розм'якшення і плавлення волокон для регламентації температурного обмеження роботи з щітковими інструментами, що дозволяє зберігати їх працездатний стан. Обґрунтовано умови силової взаємодії при обробці полімерно-абразивними щітками. На основі системного аналізу і узагальнення досвіду фінішного етапу виготовлення і ремонту тонкостінних і складнопрофільних деталей сформульовано та обґрунтовано теоретичні і практичні принципи методу механічної обробки із застосуванням інструменту обертальної дії на основі полімерно-абразивних волокон, що забезпечує високу якість і продуктивність. На підставі комплексного дослідження характеристик поверхневого шару і впливу на них технологічних чинників у взаємозв'язку з певною послідовністю застосування ПАЩ з різними характеристиками, були встановлені закономірності зміни параметрів якості і раціональні режими різання для обробки ПАЩ різних матеріалів. Розроблено технологічні рекомендації щодо використання ПАЩ для різних матеріалів – сталей, алюмінію і сплавів на його основі, жароміцних нікелевих і титанових сплавів; тонкостінних і складнопрофільних деталей з вищеназваних матеріалів; ремонтного виробництва – зняття нагару, термопокриття, видалення задирок із складнопрофільних поверхонь і крайок, а також зняття окисних плівок, травленого шару і покриттів тонкостінних деталей складних просторових форм. У першому розділі проведено аналіз відомих на даний момент методів і інструментів фінішної обробки для тонкостінних і складнопрофільних деталей. Встановлено, що гідною альтернативою є застосування щіткових інструментів обертальної дії на основі полімерно-абразивних волокон. За результатами аналізу наукової літератури, присвяченої дослідженню впливу різних чинників на ефективність, продуктивність, працездатність ПАЩ, на якість оброблених за їх допомогою поверхонь деталей, встановлено, що через те, що ПАЩ відносно нещодавно з'явились на ринку інструментів, інформація щодо них загальна, іноді суперечлива, деякі теоретичні викладення не отримали необхідного експериментального підтвердження, детальних рекомендацій застосування ПАЩ для обробки тонкостінних деталей або певних важкооброблюваних матеріалів немає, як і досліджень властивостей поверхневого шару деталей після обробки ПАЩ. У зв'язку з недостатністю технічної і технологічної інформації є необхідним проведення подальшого вивчення ПАЩ з точки зору обробки тонкостінних виробів складного профілю, виконаних у тому числі з важкооброблюваних матеріалів, для чого були сформульовані основні завдання дослідження і була розроблена структурно-логічна схема дисертаційної роботи. У другому розділі описано основні методичні прийоми вивчення параметрів якості поверхні і властивостей поверхневого шару після фінішно-оздоблювальної обробки ПАЩ. Приведено ескізи зразків для випробувань, а також основні умови проведення експериментів, устаткування, оброблювані матеріали і різноманітні ПАЩ, використовувані в роботі. Описано спосіб відновлення різальних властивостей ПАЩ. Проведено порівняння взаємодії абразивних зерен, закріплених жорстко і пружно, а також картину обробленої поверхні на поперечній подачі. Проаналізовані відмінності отриманих зон постконтактних поверхонь на зразках. Розроблено методику взаємодії "ПАЩ-зразок" в динамічному модулі ANSYS LS-DYNA, що дозволило провести аналіз впливу параметрів ПАЩ і режимів обробки на напружено-деформований стан системи "інструмент-зразок" за допомогою нелінійного аналізу пакету ANSYS (модуль LS-DYNA). У третьому розділі проведено дослідження впливу режимів і умов обробки, а також параметрів ПАЩ на одержувану шорсткість поверхні; визначено раціональні режими обробки і параметри ПАЩ (виліт L і діаметр dв волокон, зернистість F і матеріал абразиву ПАЩ; подача S, натяг i, швидкість V і кількість подвійних ходів N, ЗОТС) відповідно до поставленої мети фінішної обробки для зразків з різних матеріалів, а також для комбінованої обробки ПАЩ. Встановлено наявність зміцнювального ефекту, зокрема, наведення сприятливих властивостей поверхневого шару на глибині до 20...50 мкм при обробці дисковими ПАЩ на раціональних режимах: ступінь поверхневого наклепу досягала 12...15%, стискаючі залишкові напруження -175...-40 МПа. Проведено статистичну обробку отриманих даних, яка підтвердила раніше передбачувану відмінність впливу ПАЩ з різним вилітом волокон – коротким (L=8 мм) і довгим (L=32 мм). Визначено режими, варіюючи якими можна значно впливати на параметри якості поверхневого шару – за значимістю: натяг i, швидкість V, подача S. Проведено оцінку ступеня шаржування поверхні неметалічними включеннями після обробки ПАЩ, яка показала, що невисокого силового і теплового впливу ПА волокон недостатньо для глибокого вдавлення абразивних частинок в поверхню, тому шаржування практично не відбувається. Також встановлено раціональні режими (V=15...18 м/с, Sпр=1 м/хв, i=1,5...2 мм, N=3...7 подв.х.) і параметри ПАЩ (L=30 мм і більше, dв=1 мм) для якісного видалення задирок і заокруглення гострих крайок складних геометричних форм ПА щітками. У четвертому розділі розроблено пристрій і методику визначення критичних температур розм'якшення і плавлення полімерно-абразивних волокон, що безпосередньо впливають на їх працездатний стан. Пристрій простої конструкції дозволяє перевіряти термостійкість дроту, волокон, проводів з різних матеріалів. Температура розм'якшення досліджених ПА волокон різних фірм-виробників, при якій знижуються експлуатаційні властивості волокон, склала 55...120 °С. Запропоновано методику і розроблено пристрій, що дозволяє вимірювати температуру в зоні контакту щітки і зразка при обробці ПАЩ. Для матеріалів, що мають різні теплофізичні властивості (сталі, алюмінієві, титанові і нікелеві сплави), визначено обмеження щодо режимів обробки і параметрів ПАЩ. Підтверджено невисокий рівень теплового впливу на зразок (менше 80 °С) при застосуванні раціональних режимів і умов обробки. Для одиничного волокна було визначено радіальну силу першого удару при вході в контакт зі зразком за допомогою аналітичного розрахунку, комп'ютерного моделювання та експериментальних досліджень. Вона склала 0,65...1,3 Н, що при зосередженій локальній ударній дії є достатнім для отримання зміцнювального ефекту. Для вивчення силового впливу ПАЩ розроблено оригінальний динамометр, який можна використовувати для вимірювання постійних сил, що діють на зразок, але особливу цінність він має при вимірюванні змінних зусиль, особливо, які змінюються в короткі проміжки часу. Встановлено, що при обробленні на досліджених діапазонах режимів дискові ПАЩ не мають значного силового впливу на оброблювану поверхню (не більш 100 Н), тому такий вид фінішної обробки можна рекомендувати для тонкостінних деталей. У п'ятому розділі розроблено оригінальні спеціальні і універсальні пристосування для закріплення деталей ГТД специфічної форми і обробки їх ПА щітками. Розроблені технологічні рекомендації щодо застосування ПАЩ для фінішної обробки тонкостінних складнопрофільних деталей з різних, у тому числі і важкооброблюваних, матеріалів можна без доопрацювання включати в технологічні процеси виготовлення і ремонтного відновлення: дисків ГТД, лопаток ГТД, зубчастих коліс, "зірочок", корпусів, радіаторів тощо з метою підвищення ефективності фінішної обробки вищеописаних і подібних до них деталей. Застосування ПАЩ для досліджених складнопрофільних і тонкостінних деталей скорочує час фінішної обробки в 2…10 разів, собівартість операцій в 2…4 рази. Також більшість операцій були механізовані, що дало можливість повністю відмовитися від ручної праці або значно скоротити її частку від загальної тривалості фінішного етапу виготовлення або ремонту деталей.Документ Технологічні особливості забезпечення якості та продуктивності обробки складнопрофільних і тонкостінних деталей полімерно-абразивними інструментами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Степанов, Дмитро МиколайовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 − технологія машинобудування – Національний технічний университет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Диссертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної проблеми технологічного забезпечення підвищення якості оброблюваних поверхонь складнопрофільних і тонкостінних деталей, що привалюють в авіадвигунобудівній, медичній, приладобудівній та інших галузяха, а також підвищення продуктивності фінішного етапу технологічного процесу їх виготовлення за допомогою щіткових полімерно-абразивних інструментів. У дисертаційній роботі вперше експериментально підтверджено математичні моделі температурного і силового впливу на оброблювану поверхню, запропоновано комбінувати полімерно-абразивні щітки (ПАЩ) різних видів, як послідовно, так і одночасно для досягнення необхідної якості і високої продуктивності. Запропоновано метод визначення температури розм'якшення і плавлення волокон для регламентації температурного обмеження роботи з щітковими інструментами, що дозволяє зберігати їх працездатний стан. Обґрунтовано умови силової взаємодії при обробці полімерно-абразивними щітками. На основі системного аналізу і узагальнення досвіду фінішного етапу виготовлення і ремонту тонкостінних і складнопрофільних деталей сформульовано та обґрунтовано теоретичні і практичні принципи методу механічної обробки із застосуванням інструменту обертальної дії на основі полімерно-абразивних волокон, що забезпечує високу якість і продуктивність. На підставі комплексного дослідження характеристик поверхневого шару і впливу на них технологічних чинників у взаємозв'язку з певною послідовністю застосування ПАЩ з різними характеристиками, були встановлені закономірності зміни параметрів якості і раціональні режими різання для обробки ПАЩ різних матеріалів. Розроблено технологічні рекомендації щодо використання ПАЩ для різних матеріалів – сталей, алюмінію і сплавів на його основі, жароміцних нікелевих і титанових сплавів; тонкостінних і складнопрофільних деталей з вищеназваних матеріалів; ремонтного виробництва – зняття нагару, термопокриття, видалення задирок із складнопрофільних поверхонь і крайок, а також зняття окисних плівок, травленого шару і покриттів тонкостінних деталей складних просторових форм.