авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Разработка научных основ повышения работоспособности рабочих органов и инструментов машин и оборудования лесного комплекса

-- [ Страница 3 ] --

Установлено, что влияние магнитного поля выражено в изменении суммарного ориентационного эффекта Э от факторов W и В в функции времени dt (рисунок 3). Под частным ориентационным эффектом понималась степень влияния каждого из указанных факторов на способность тела изменять ориентацию, при которой обеспечивается соответствие положения заданного кристаллографического направления регламентированному положению, определенному магнитным полем (вторая точка бифуркации).

Степень взаимовлияния факторов В и W учитывается коэффициентом BI = В/W. Уравнения для частных и суммарного эффектов в функции времени представлены ниже, где t, t1, t2, tk – временные реперы, причем tk – время, характерное нагреву до температуры Кюри (Тk), Тпл – температура плавления, Т0 – температура, соответствующая моменту приложения теплового импульса (начальная), Тпл` - температура, обусловленная выделением скрытой теплоты кристаллизации.

На основании результатов моделирования процессов охлаждения из расплава, а также при импульсном температурном воздействии установлено, что предпосылки для управляемого кристаллографического упорядочения могут быть обеспечены при значениях коэффициента BI в пределах 500 – 50000.

Возрастающим значениям соотношения факторов В и W соответствует пологий характер температурной кривой, что подразумевает возрастание влияния фактора Эв. Приоритет влияния эффектов определяется временем оценки: при t < t0 преобладает фактор Эw,, при t > t0 – прогнозируется преобладание фактора Эв (t0 — корень уравнения Э(t) = 0), причем эффект Эw(t) существует в любой момент времени до завершения кристаллизации t2, а эффект Эв(t), только при t > tk. При соотношении В/W = 1 влияние В на ориентационный эффект не прослеживается.

Допуская постоянство интенсивности теплоотвода во всех сериях моделирования установлено, что с повышением значения соотношения В/W критическое значение времени, с превышением которого начинается устойчивое доминирование влияния фактора В, уменьшается и при В/W = 50000, становится близкой значению tk (рисунок 4).

При этом отмечено возрастание влияния фактора B (что соответствует твердорастворному состоянию сплава), слабо меняющееся затем с последующим ростом BI.

Полученные результаты позволили при различных значениях параметров Тпл, Тk, t1, t2 кристаллизации уточнять величины напряженности магнитного поля, обеспечивающего формирование заданных состояний в инструментальных материалах в период кристаллизации.

В целях прогнозирования различных условий формирования анизотропных эффектов на основе полученных результатов использовалась концепция нейросетевого моделирования. Для исследований была выбрана архитектура многослойной сети прямого распространения. В качестве входов X в модели принимались: марка упрочняемого материала; кристаллографическое направление; плотность энергии термического воздействия; напряженность магнитного поля; способ упрочнения поверхности; состояние индуцирования (по константам); глубина упрочнения. В качестве выходных факторов Y рассматривались: микротвердость упрочненной поверхности; эквивалентные остаточные напряжения; параметры шероховатости обработанной поверхности (Ra, Rmax, Sm, ).

Результаты испытаний на разработанной нейронной модели показывают устойчивую коррелированную связь между расчетными и экспериментальными данными (отклонение значений, спрогнозированных обученной нейронной сетью, от результатов экспериментальных исследований не превышало 10 %).

Обоснованная ранее возможность формировать в рабочих зонах объектов исследования благоприятное сочетание параметров состояния поверхности предопределило необходимость оценки его влияния на их стойкость и работоспособность. В этих целях выполнялись исследования закономерностей разрушения (изнашивания) конструкционных и инструментальных материалов, параметры состояния которых задавались в анизотропной форме.

В четвертом разделе приведены результаты теоретических исследований закономерностей разрушения материалов рабочих органов и инструментов деревообрабатывающего и лесозаготовительного оборудования, основанные на управлении их напряженно-деформационным состоянием (НДС). При этом принималось во внимание исключительная роль НДС в формировании критических уровней напряжений, соответствующих началу процессам разрушения поверхностей при фрикционном взаимодействии.

 Температурная зависимость-5

Рисунок 3 - Температурная зависимость Э при охлаждении расплава от времени t охлаждения при BI 5000

Рисунок 4 - Зависимости суммарного ориентационного эффекта Э от времени перекристаллизации t при BI 700 (а), 900 (б), 1200 (в) соответственно

Модель нагружаемого (деформируемого) объекта - полупространства представляется слоем с регламентированной кристаллографической упорядоченностью, подслоем с трансверсально–изотропными (ортотропными) характеристиками и изотропной подложкой (материалом основы). Для каждого слоя контактное сближение моделировалось внедрением жесткой шероховатой полусферы в однородное полупространство, характеризующегося анизотропией общего вида с осью упругой симметрии, в плоскости действия нормальной нагрузки.

При известных упругих константах для монокристаллов с различными типами решеток задавались приращения вертикальных перемещений пуансона до значения критического сближения и определялась величина октаэдрического касательного напряжения по глубине внедрения, сравниваемого с величиной предела текучести на сдвиг в устанавливаемых кристаллографических направлениях.

Для анизотропного слоя принималась гипотеза континуума при концепции эффективной гомогенности, дающей основание полагать одинаковыми однородные свойства среды во всех рассматриваемых точках, т.е. фазовый контраст структуры анизотропного слоя усреднялся и ассоциировался с масштабом длины осреднения, вследствие чего становилось возможным предсказывать эффективные свойства идеализированной гомогенной среды через свойства отдельных фаз.

Для идеального жесткопластического материала условие пластичности имеет вид: F(ij) Aijpqpjpq (i, j, p, q = 1, 2, 3), где Aijpq - тензор пластической анизотропии, симметричный как по паре индексов (ij), (pq), так и по индексу внутри пары (i,j), (p,q).

Принимая функцию F(ij) равную пластическому потенциалу, получим закон течения для анизотропного материала: dij= dAijpq pq, где d - положительный множитель пропорциональности.

Для учета упрочнения процесс деформирования разбивался на этапы, соответствующие приращениям эквивалентной деформации i = i+1 - i. Для выбранной точки деформируемого материала и приращения эквивалентной деформации i эквивалентное напряжение считалось постоянным, равным текущему пределу текучести, но отличным от предела текучести на предыдущем и последующем этапах деформирования. В этом случае на каждом этапе деформирования материал считался идеально жестко-пластическим, а для всех этапов – упрочняющимся. В этом случае величина si определяется из соотношения

i = 0, 1, 2, 3…N

При направлениях растягиваемых образцов, совпадающих с направлениями = 0, = 90 и = 45 град., отношение компонентов приращения деформаций по ширине к компоненте приращения деформаций по толщине принимает вид:

Значения A1111, A2222, A1122 и A1212 получаются из зависимости предела текучести от угла наклона (для конкретного кристаллографического формата или же при деформировании по различным кристаллографическим направлениям, когда = 0). Можно показать, что максимум и минимум предела текучести имеют место вдоль осей анизотропии, а также в направлениях таких, что

Таким образом, для материала с регламентированным кристаллографическим упорядочением (соответствующим форматом текстуры) в случае ортотропии знание трех коэффициентов R0, R45, R90 полученных из трех испытаний образцов, вырезанных под углами 0, 45 и 90 град. является необходимым и достаточным условием, определяющим отношения трех параметров A1133 /A1122, A2233 /A1122 A1212 /A1122 к параметру A1122.

При рассмотрении плоской деформации ортотропного слоя условие текучести представляется в виде:

,

где Т – предел текучести при сдвиге по отношению к осям 1 и 2, определяемый формулой 2A1212 = 1/T2.

Полученные результаты расчетов позволили установить допустимый уровень нагрузок (сил резания и трения) на режущую часть инструментов с различным кристаллографическим форматом текстур. Предложенные и обоснованные принципы управления показателями качества поверхностей рабочих органов и инструментов деревообрабатывающей и лесозаготовительной техники представляется целесообразным адаптировать к принятым объектам исследований. В дальнейшем в работе рассматриваются технологические аспекты обеспечения прогнозируемого уровня их работоспособности.

В пятом разделе отражены технологические основы управления физико-химическими и геометрическими характеристиками изделий для обеспечения их работоспособности (стойкости) на основе формирования различных анизотропных состояний.

Установленное положительное влияние на стойкость остаточных напряжений сжатия, снижения уровня трещинообразования, уменьшения степени проникновения поверхностно-активных веществ в поверхностные слои материалов обусловило выбор в качестве упрочняющего фактора воздействие на инструменты направленной технологической деформацией (

рисунок 5 а).

Также предложены схемы управления уровнем напряженного состояния в режущей части инструментов за счет эффектов магнитострикции при индуцировании внешним магнитным полем. При этом вектор магнитострикционных напряжений ориентируется нормально превалирующему направлению распространения трещин на режущих кромках.

Возможность формирования геометрической формы анизотропии обеспечивается путем использования покрытий с переменной отражательной способностью (например Al2O3) при стимуляции пластических деформаций в области упрочнения внешним переменным магнитным полем, обусловливающем эффект электропластичности, а также на основе управления гидродинамическими потоками в расплаве за счет их перевода в стабильно ламинарное состояние.

Управление структурной анизотропией материалов обеспечивается на основе изменения уровня теплового воздействия на обрабатываемую поверхность при поляризации лазерного луча в полосу с переменной интенсивностью излучения и сканирования вдоль этой полосы. Это позволяет получить несколько структурных состояний обрабатываемого материала за один проход лазерного луча, исключив тем самым необходимость проведения отдельных термических операций, и повысить производительность обработки.

Направленное ориентирование кристаллов в управляемом магнитном поле позволяет сформировать по толщине гальванического покрытия зональные ряды, отличающиеся регламентированной упорядоченностью положения

 Схемы формирования в рабочих-11

 Схемы формирования в рабочих-12

Рисунок 5 - Схемы формирования в рабочих органах и инструментах деревообрабатывающего

и лесозаготовительного оборудования различных анизотропных состояний

а – регламентированной механической деформацией; б – направленным индуцированием

(магнитострикцией); в – при высокоэнергетическом воздействии в магнитном поле;

г – при формировании конверсионной структуры покрытий в магнитном поле

кристаллографических направлений (рисунок 5г). При формировании многослойной структуры покрытия подбор материалов осуществляется с позиций последовательно уменьшающегося коэффициента линейного расширения в каждом слое - от подложки к наружным слоям.

Эффект основан на минимизации уровня остаточных напряжений между слоями при плоскопараллельном расположении когерентных кристаллографических плоскостей, в качестве которых выступают плоскости с наимень-

шим энергетическим потенциалом, а также на формировании благоприятного уровня напряженного состояния при учете знака магнитострикции, зависящего от элементного и структурного состояния покрытия.

Реализация и оценка эффективности предложенных технологических приемов обеспечения работоспособности инструментов машин и оборудования лесного комплекса основывалась на разработанных методах экспериментальных исследований.

В шестом разделе представлены методы исследований формируемых свойств рабочих поверхностей изделий и их влияние на стойкость в различных условиях изнашивания. Структура исследований обеспечивала дифференцированную оценку влияния формируемых анизотропных состояний и других характеристик на закономерности и интенсивность изнашивания.

В качестве исследуемых принимались сплавы с повышенным содержанием основных магнитных элементов, используемых в качестве эталонных; а также стали, широко применяющиеся в инструментальной промышленности лесного комплекса: 8Х6НФТ, Р6М5, У10А, ШХ15, Х12М, 9ХФ, 65Г.

Упрочняющая обработка образцов выполнялась на установках лазерного излучения «КВАНТ-12» и «КВАНТ-16», электроискрового легирования «ЭФИ-46» с тороидальными и соленоидальными индукторами постоянного, переменного и импульсного типов (рисунок 6).

Исследование зависимостей намагниченности, индукции, магнитострикционных напряжений от напряженности поля проводилось на установке на базе баллистического гальванометра.

Для исследования свойств изучаемых объектов применялись: масс-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ; метод динамического микроиндентирования и склерометрии. Исследования поверхностной усталостной прочности при моногармоническом характере колебаний выполнялись на вибростенде с использованием измерительно-аналитического комплекса MIC-026.

Разная изнашивающая способность обрабатываемых материалов в экспериментах по исследованию закономерностей изнашивания обеспечивалась применением различных пород древесины, картона гофрированного трехслойного, бумаги для гофрирования, картона плоских слоев. Свойства изнашивающих материалов соответствовали параметрам, регламентированным на производстве. Эксперименты проводились при раздельной оценке интенсивности изнашивания и выкрашивания. Режимы испытаний устанавливались идентичными производственным режимам эксплуатации объектов исследования.

В качестве изнашиваемой среды также использовалась металлическая пудра, кварцевый песок, мел, клей из растворимого силиката натрия, находящиеся в виде суспензии.

Рисунок 6 - Установка для лазерной обработки изделий

в магнитном поле на базе «КВАНТ-16»

Реализация экспериментов проводилась на промышленном и лабораторном оборудовании (рисунок 7).

Рисунок 7 - Лабораторное и промышленное оборудование для исследований изнашивания

а – установка для исследований механического и коррозионно-механического

изнашивания; б – установка образцов на линии по производству гофрокартона

Для проведения натурных и производственных экспериментов использовались промышленно выпускаемые типы инструментов отечественного и зарубежного производства.

Достоверность и адекватность результатов обеспечивалась использованием методов математической статистики и теории вероятностей, а также прогнозированием результатов экспериментов на основе нейросетевых технологий.

В седьмом разделе отражены результаты исследования закономерностей формирования характеристик поверхностных слоев изделий при механической и магнитострикционной формах активации, при комплексном термомагнитном воздействии и электроосаждении покрытий в магнитном поле.

При деформации до 0,25 – 0,3 % образцов сменных режущих инструментов и рабочих органов фрезерного, строгального и окорочного оборудования отмечен рост микротвердости. Увеличение деформации выше указанных значений сопровождается стабилизацией величин микротвердости с тенденцией к снижению.

Характер распределения микротвердости по глубине для исследуемых сталей примерно одинаков. Наибольшие ее величины зафиксированы на некоторой глубине от поверхности (2 - 4 мкм), что связано, главным образом, с дефектностью поверхностного слоя. В среднем прирост микротвердости при деформации образцов составил 15 – 20 %. При этом отмечено, что с увеличением твердости поверхностного слоя глубина распространения пластической деформации, возникающей в процессе трения, оказывается существенно ниже, чем у недеформированных образцов.

Исследование параметров шероховатости поверхности образцов позволило установить уменьшение шаговых и возрастание высотных параметров шероховатости с ростом деформирующей нагрузки в области сжимающих напряжений. При этом рост величин Ra объясняется пластическим деформированием вершин выступов микропрофиля поверхности, что приводит к одновременному уменьшению их радиусов r.

Установлено, что при напряженности внешнего магнитного поля более 40 кА/м в образцах формируется равномерно-распределенное напряженное состояние, существенно не претерпевающее изменения с дальнейшим увеличением напряженности поля (рисунок 8).

 Зависимость величины-18

Рисунок 8 - Зависимость величины магнитострикционных напряжений от напряжённости магнитного поля

Принимая во внимание превалирующее значение фактора температуры на стойкость инструмента в индуцированном состоянии, в работе выполнены исследования температурных зависимостей намагниченности, позволяющие определить допустимые величины температур, при которых сохраняется заданный комплекс свойств инструментальных материалов.

При воздействии на поверхность индуцированных образцов лазерного луча установлено, что минимально допустимой в отношении формирования в области перекристаллизации кристаллографического упорядочения является величина напряженности порядка 250 - 300 кА/м (при плотности мощности энергии луча 1.9 – 2.0 Дж/мм2 – рисунок 9).

Установлено также, что для кристаллографического упорядочения достаточно однократного воздействия лазерного луча. При этом в случае обработки образцов в индуцированном состоянии, в отличие от типовых условий упрочнения, трещинообразования не зафиксировано (рисунок 10).



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.