Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
2 results
Search Results
Item Науково-технологічні основи підвищення якості та експлуатаційних характеристик деталей машин формуванням зміцнених нанокристалічних шарів(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Гурей, Володимир Ігорович; Кузьо, Ігор Володимирович; Національний університет "Львівська політехніка"; Кальченко, Володимир Віталійович; Оргіян, Олександр Андрійович; Роп’як, Любомир ЯрославовичУ дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна проблема в області технології машинобудування – розроблення технологічного забезпечення підвищення експлуатаційних характеристик деталей машин шляхом формування зміцненого поверхневого шару з нанокристалічною структурою на масивних деталях фрикційним обробленням. Вперше запропоновано технологічний метод формування поверхневих шарів з нанокристалічною структурою у якому поєднується їх високошвидкісне нагрівання і охолодження з інтенсивною пластичною деформацією, яка реалізується використанням інструментів з перервними робочими поверхнями. Розроблені математична модель термопружного стану в поверхневих шарах металу під зоною контакту інструмент-деталь; математичні моделі динамічних процесів під часоброблення плоских і циліндричних поверхонь деталей. Досліджено формування структури, фазового і хімічного стану шарів, параметрів якості оброблених поверхонь і поверхневих шарів, їх вплив на експлуатаційні характеристики, а саме, зносотривкість під час тертя з різними видами мащення і контактному втомному навантаженні. Розроблено і впроваджено у виробництво технологічні процеси поверхневого зміцнення робочих поверхонь деталей машин та технологічного спорядження. В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая проблема в области технологии машиностроения - разработка технологического обеспечения повышения эксплуатационных характеристик деталей машин путем формирования упрочненного поверхностного слоя с нанокристаллической структурой на массивных деталях фрикционной обработкой. Впервые предложено технологический метод формирования поверхностных слоев с нанокристаллической структурой в котором сочетается их высокоскоростной нагрев и охлаждения с интенсивной пластической деформацией, которая реализуется использованием инструментов с прерывистыми рабочими поверхностями. Разработанные математическая модель термоупругого состояния в поверхностных слоях металла под зоной контакта инструмент-деталь; математические модели динамических процессов при обработке плоских и цилиндрических поверхностей деталей. Исследовано формирование структуры, фазового и химического состояния слоев, параметров качества обработанных поверхностей и поверхностных слоев, их влияние на эксплуатационные характеристики, а именно, износостойкость при трении с различными видами смазки и контактной усталостной нагрузке. Разработаны и внедрены в производство технологические процессы поверхностного упрочнения рабочих поверхностей деталей машин и технологического оснастки. During friction treatment, due to the high-speed friction of the tool with the part, high temperatures occur in their contact zone, which is higher than the phase transition points. The zone in which thermomechanical processes take place can be divided into three sections: the first is the zone of elevated temperature in front of the thermal energy source; the second – the area of intense thermal energy flow; the third is the zone of intensive cooling, which occurs after the cessation of the thermal energy flow. The mathematical model of the thermoelastic state in the surface layers of metal under the tool-part contact zone, on the basis of the modified theory of thermoelasticity is developed. The main disadvantage of the classical heat resistance theory is the assumption of an infinite rate of heat expansion in the material. To overcome it, Green and Lindsay proposed a modified theory of thermoelasticity (GL-theory), the propagation of thermal conductivity became hyperbolic with the introduction of so-called "relaxation times" parameters. Numerical solutions for different tool groove widths are presented. Also based on the method of determining the temperature by the depth of the sample using the thermocouples, experimental studies of the temperature at three different depths and several passes of the tool with transverse feed were determined. The three-mass model of the surface grinding machine used for flat parts’ frictional treatment is presented, the differential equations of which are written based on Lagrange equations of the second kind. The clamping force of the tool to the part is given as the vertical movement of the spindle head to the part by some value, where the total stiffness corresponds to some value of clamping force, as well as subtraction of movement, which is formed due to grooves on the periphery of the tool. The analysis of numerical solutions shows that the greatest value of the amplitude of the impact occurs when the width of the groove increases and the number of grooves decreases. The frequency response of the machine’ three-mass oscillating system is developed, it is determined that the dangerous number of grooves is 8-10, which can cause resonance. A three-mass model of a lathe is presented, on which instead of the tool-post the special device with an autonomous tool drive for frictional treatment of cylindrical machine parts is installed, the differential equations of which are written based on Lagrange equations of the second kind. The clamping force is given as the movement of the carriage in the horizontal direction to the workpiece by some value, where the total stiffness corresponds to some value of clamping force, as well as subtraction of movement, which is formed due to grooves on the periphery of the tool. The frequency response of the machine’ three-mass oscillating system is developed, it is determined that the dangerous number of grooves is 9-12, which can cause resonance. The change of structure, depth, and also microhardness of surface layers depending on the feed’ type of the technological medium and its structure and type of the tool’ periphery is shown. The redistribution of chemical elements by the depth of the strengthened layer are shown. The phase composition of the surface layers after strengthening and alloying, as well as residual stresses in the strengthened surface layers, are presented. After using various tools, the parts’ surfaces were scanned and then the 3D view of the scanned surfaces, the topography, profiles of waviness and roughness in the longitudinal and transverse directions, peaks count distribution, volumes of the holes or the peaks, textures directions, averaged power spectrum density, textures isotropy, Abbott-Firestone curves, Sk parameters, etc. are investigated. The studies of the friction pairs’ wear resistance according to the "ring-ring" and "ring-insert" schemes of wearing without lubrication, with maximum lubrication, as well as in an oil-abrasive medium were showed. Wear resistance studies were performed for pairs of steel – cast iron, cast iron – cast iron, steel – steel. Experimental studies of the contact strength of the strengthened layers after friction treatment were performed by using the special equipment where a test-sample is mounted, which is run-in by three spring-loaded rollers. The friction treatment technology and microalloying have been tested and new improved results of increased wear resistance of friction pairs after this friction treatment have been obtained.Item Технологічне забезпечення точності та якості поверхневих шарів деталей машин високошвидкісним фрикційним зміцненням(Національний університет "Львівська політехніка", 2015) Дмитерко, Петро РомановичДисертація присвячена питанням забезпечення точності та якості поверхневих шарів деталей фрикційним зміцненням, для покращення їх експлуатаційних властивостей. Вперше встановлені закономірності впливу режимів обробки та форми робочої поверхні інструменту на формування якісного нанокристалічного зміцненого шару. Розроблено математичну і імітаційну модель високо-швидкісного прецесійного руху осі шпинделя під час фрикційного зміцнення. Також розроблено математичну і імітаційну динамічну модель процесу фрикційного зміцнення інструментом з переривчастою робочою частиною, яка дозволяє визначити вплив режимів обробки на параметри процесу зміцнення. Експериментально встановлено залежності впливу режимів обробки інструментом з переривчастою робочою поверхнею на формування зміцненого шару, його товщину та твердість, параметри шорсткості та точності, на зносостійкість деталей при їх експлуатації. Розроблено і прийнято до впровадження у виробництво технологічні процеси високошвидкісного фрикційного зміцнення деталей машин. Dissertation is devoted to the questions of the accuracy and quality of the surface layers of parts by friction hardening. The regularities of influence modes of hardening and forms of working tool to surface to form nanocrystalline quality hardened layer were established for the first time. The mathematical and simulation models of the high-speed precession motion of the axis of the spindle with the frictional hardening were developed. For determination of the modes of the process with the frictional hardening using tool with discontinuous working part mathematical and simulation model were developed. The influence of the processes modes with the frictional hardening using tool with discontinuous working part on forming of the hardening layer, thickness, hardness, roughness, accuracy, wear resistance of parts ware experimentally probed. The technological processes of the superficial frictional hardening of machine parts were developed and implemented. В диссертационной работе рассмотрены вопросы обеспечения точности и качества поверхностных слоев деталей фрикционном упрочнением. Исследованы условия формирования нанокристаллических упрочненных поверхностных слоев и их влияние на работоспособность и долговечность деталей машин. Исследование нанокристаллических материалов показали, что многие их свойства, а именно: большие предел прочности и текучести, сопротивление износу и усталостному разрушению и др., существенно отличаются от свойств соответствующих крупнокристаллических материалов, что обусловлено их специфической микроструктурой. Разработана имитационная модель исследования гироскопического явления прецессионного движения шпинделя при фрикционном упрочнении плоских поверхностей деталей машин инструментом с прерывистой рабочей частью. Установлено влияние гироскопических явлений на качество поверхности плоских деталей. Разработана математическая и имитационная модели динамических процессов при прерывистом фрикционном упрочнение и определено напряженное состояние в зоне контакта инструментдеталь и исследовано динамическую деформацию системы при фрикционном упрочнении плоских поверхностей деталей машин инструментом с прерывистой формой рабочей части. Экспериментально было установлено зависимость толщины упрочненно-го слоя и его микротвердости от режимов обработки и геометрии инструмента. Так, при максимальных режимах обработки было получено нанокристаллический слой наибольшей толщины как стали, так чугуна. Установлено, что при увеличении поперечной подачи осадка металла уменьшается, а вертикальной подачи и скорости вращения инструмента увеличивается. Экспериментально исследовано, что при использовании инструмента с непрерывной рабочей поверхностью и с увеличением поперечной подачи и скорости вращения инструмента при фрикционном упрочнении шероховатость поверхности уменьшается. Исследования показали, что фрикционное упрочнение существенно повышает износостойкость пары чугун-чугун СЧ20 при трении скольжением без смазки и с граничной смазкой. Так, при трении пары серый чугун серый чугун повышение сопротивления износу пластин после фрикционного упрочнение составляет 2,6-2,8 раз, а неподвижных пластин, которые работали с ними в паре – 1,8-1,9 раз по сравнению с неупрочненной парой. При трении с граничной смазкой пары чугун-чугун СЧ20 после фрикционного упрочнения инструмен-том с прерывистой рабочей поверхностью износ колец уменьшился почти в 8 раз, а вкладышей – в 6,5 раза по сравнению с неупрочненной парой трения. Разработано и принято к внедрению на производстве технологические процессы фрикционной обработки технологической оснастки и рекомендации по использованию фрикционной обработки для упрочнения плоских деталей машин.