LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості інструментів та деталей з клиноподібними робочими елементами застосуванням лазерного зміцнення

структур у напівобмеженому масиві.

Розробити математичну модель лазерного нагрівання клиноподібних елементів.

Моделюванням виконати параметричний аналіз процесу лазерного нагрівання клина, визначити найбільш значимі фактори та раціональні межі їх змінювання.

Розробити умови, які обмежують область оптимальних режимів лазерної обробки, визначити параметри оптимізації.

Теоретично визначити й експериментально перевірити області оптимальних режимів, що відповідають обраним обмежуючим умовам.

Вивчити фізико-механічні властивості зміцнених шарів (залишкові напруги, зносостійкість), провести випробування технології на реальних виробах, розробити відповідні рекомендації.

Об'єкт і предмет дослідження. Об'єктом дослідження є процес лазерного зміцнювання матеріалів. Предметом дослідження є закономірності формування зміцнених шарів у вуглецевих та швидкорізальних сталях при дії лазерного випромінювання в умовах обмеженого тепловідводу.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводилися на основі загальних положень теорії теплопровідності при дії висококонцентрованих джерел енергії з використанням чисельного методу кінцевих різниць, програмного пакету "Матлаб". Експериментальні дослідження проводилися з використанням оригінальних методик дослідження процесів лазерної обробки, методів металографічного та рентгеноструктурного аналізу, методик дослідження напруженого стану та триботехнічних характеристик опромінених матеріалів.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше установлено, що у швидкорізальних сталях за допомогою лазерного нагрівання безперервним випромінюванням можна одержувати оптимальну з точки зору зносостійкості структуру, яка являє собою високодисперсну структуру з мікротвердістю 10,5 - 11 ГПа., що складається з мартенситу, який має підвищений вміст вуглецю та високий рівень тетрагональності, 20-22 % високолегованого залишкового аустеніту, що зазнав фазовий наклеп, 30-32% карбідів типу Fe3W3C, VC і інших..

Комплексним експериментально-теоретичним дослідженням визначено параметри термічних процесів (Тн=1280-1310С, t=0,3-0,35 с, Vo= 6103С/c) та відповідні режими лазерного опромінення, при яких утворюється оптимальна структура.

Досліджено та запропоновано механізм лазерного зміцнення швидкорізальних сталей.

Запропоновано оригінальну методику визначення оптимальних режимів лазерного зміцнення виробів, які мають клиноподібні робочі елементи, розроблено відповідні математичні моделі, алгоритм вирішення задачі і відповідне програмне забезпечення.

За допомогою математичної моделі визначені найбільш вагомі і керуючі параметри процесу лазерного зміцнення клиноподібних елементів, запропоновані умови і параметри оптимізації режимів опромінювання.

Установлено, що в поверхневому шарі гострих крайок інструментів, оброблених при оптимальних умовах опромінення, формуються стискаючі залишкові напруги.

Структура поверхневого шару швидкорізальних сталей, яка отримана при оптимальних умовах опромінення і яка має оптимальний фазовий склад забезпечує підвищення тріботехнічних характеристик (зниження зносу в 2-2,5 рази при одночасному зниженні в 2 рази коефіцієнта тертя в порівнянні зі структурою стандартного загартування.

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в розробці технологічних рекомендацій щодо визначення режимів лазерного зміцнення інструментів та деталей, які мають клиноподібні робочі елементи. Використання розробленої технології лазерного зміцнення інструментів зі швидкорізальних сталей забезпечує, при оптимальних режимах опромінення, підвищення їхньої стійкості в 2 – 4 рази в залежності від конструкції і умов роботи, а для деяких деталей машин, наприклад барабанних ножів для розмелювання сої, і до 10 раз.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто було розроблено алгоритм виконання дослідження, поставлено задачу дослідження структурно-фазових перетворень; розроблено ряд методик, експериментальний лазерний комплекс на базі СО2 лазера, пристрої для вимірювання та контролю параметрів випромінювання; виконано математичне моделювання процесу лазерного нагрівання масивних зразків. За допомогою математичного моделювання проведено параметричний аналіз процесу лазерного нагрівання клиноподібних елементів, визначені основні параметри процесу; запропоновані параметри оптимізації процесу лазерного зміцнення клиноподібних виробів і сама методика оптимізації, розроблена послідовність визначення оптимальних параметрів режиму лазерного зміцнення та практично доведена відповідність теоретичних розрахунків отриманим експериментальним даним. Автором виконано лазерне зміцненні реальних зразків, досліджено їх напружений стан та триботехнічні характеристики поверхневих шарів, зносостійкість реальних інструментів та деталей.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертації доповідались на міжнародній конференції присвяченій 100 річчю проф. Розенберга О.М (ІНМ НАН України, м. Київ, 2001р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Нові процеси та їх моделі в ресурсо- та енергозберігаючих технологіях" (м. Одеса, 2003р.); Науково-технічній конференції студентів і молодих вчених (м.Київ,2002р.). Отримані результати впроваджені при виготовленні інструментального оснащення на ВАТ "ХІММАШ" (м.Коростень), при лазерному зміцненні ножів машин для розмелювання сої, які використовуються у виробничому процесі підприємства по переробці молока та кормодомішок, що підтверджено відповідними документами.

Публікації. Результати дисертаційного дослідження відображено у 7 публікаціях: 4 статті у фахових виданнях, 1 публікація у окремому ювілейному виданні в Трудах Інституту надтвердих матеріалів НАН України, 2 публікації у матеріалах міжнародних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних джерел з 120 найменувань та 3 додатків.

Дисертаційна робота містить 152 сторінки машинописного тексту, 41 рисунок, 10 таблиць.


оСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, визначені завдання досліджень, відмічено наукову новизну та практичну цінність роботи.

Перший розділ містить аналіз сучасного стану питання використання лазерного випромінювання для поверхневого зміцнення різноманітних інструментів та деталей машин. Показано, що розширення застосування технології лазерного зміцнення в промисловості поки ще стримується рядом проблем. Залишається ще високою вартість процесу. Однак цей показник не є принциповим. З появою