Дубовик Віктор Олександрович. Підвищення працездатності та довговічності корпусних деталей з алюмінієвих сплавів шляхом управління внутрішніми напруженнями

Короткий опис

Дубовик Віктор Олександрович. Підвищення працездатності та довговічності корпусних деталей з алюмінієвих сплавів шляхом управління внутрішніми напруженнями: дис... канд. техн. наук: 05.02.02 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін- т". - К., 2005.

Дубовик В.О. Підвищення працездатності та довговічності корпусних деталей з алюмінієвих сплавів шляхом управління внутрішніми напруженнями. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02. Машинознавство”. Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут”, Київ, 2005.
Дисертаційна робота присвячена питанню підвищення працездатності та довговічності корпусних деталей з алюмінієвих сплавів шляхом управління внутрішніми напруженнями на прикладі корпусу шестеренного гідронасоса.
Результатом теоретичних досліджень є створення математичної моделі процесу управління внутрішніми напруженнями в корпусі шестеренного насосу. При моделюванні процесу зміцнення використано метод кінцевих елементів. В процесі теоретичних досліджень була запропонована модель геометричної форми корпусу. Параметрами отриманої математичної моделі є температура нагрівання, охолодження корпусу та кількість циклів і степінь відносної деформації в циклах. При описі напружено-деформованого стану корпусу використано модель Боднера-Партома. Граничні і початкові умови включають гіпотезу однорідності і ізотропності матеріалу.
Експериментальні дослідження включали в себе перевірку гіпотези напруженого стану корпусу, а саме можливість створення стискаючих залишкових напружень на внутрішній поверхні корпусу. В результаті проведення експериментальних досліджень було виявлено подрібнення мікроструктури матеріалу корпусу. Запропонований спосіб дає змогу у 1,21,4 рази підвищити твердість, у 1,21,5 рази підвищити зносостійкість та границі міцності і текучості матеріалу корпусу у 1,251,5 рази в порівнянні з відповідними показниками заводської технології.
Крім того, виявлено зменшення у 1,51,7 рази величини деформацій корпусу із сформованим полем напружень, в умовах експлуатації, у порівнянні з відповідними показниками серійного насосу. Гама процентний ресурс (g=90%) шестеренного насосу з корпусом у якому виконано формування внутрішніх напружень на 17% перевищив ресурс серійного.

Аналіз науково-технічної літератури та виробничого досвіду показав, що існуючий рівень працездатності корпусу лімітує ресурс всього насоса і це пов’язано з його недостатньою жорсткістю і міцністю. Підвищити жорсткість і міцність корпусу можна шляхом формування в ньому внутрішніх залишкових напружень. Відомі методи підвищення жорсткості і міцності не враховують можливості управління внутрішніми напруженнями, а це є резервом для підвищення довговічності.
На основі результатів аналітичних і експериментальних досліджень встановлено взаємозв’язок між параметрами управляючого впливу та напружено-деформованим станом корпусів з алюмінієвих сплавів. Це дозволило запропонувати математичну модель процесу управління внутрішніми напруженнями в корпусних деталях, що дало змогу розрахувати методом кінцевих елементів поле залишкових напружень та деформацій і виконати кероване формування внутрішніх напружень в корпусі з метою підвищення його жорсткості та працездатності.
Отримані, методом математичного планування експерименту раціональні режими процесу управління внутрішніми напруженням становлять: відносна деформація корпусу 5 %; кількість циклів - 5; температура нагрівання - 500оС, а охолодження - 320оС.
Виявлено рентгенографічним аналізом стискуючий характер залишкових напружень на поверхні корпусу. Сформовані залишкові напруження знижують деформації корпусу в 1,51,7 рази в порівнянні з існуючим аналогами. Отримані експериментальні результати дослідження напружено-деформованого стану корпусу узгоджуються з теоретичним обґрунтуваннями, що вказує на високу адекватність отриманої математичної моделі управління внутрішніми напруженнями. Це дозволяє з достатньою для практики точністю оцінити режими управління внутрішніми напруженнями в корпусних деталях з алюмінієвих сплавів та сформулювати практичні рекомендації щодо їх застосування.
Показано, що кероване формування внутрішніх напружень в корпусі дозволяє забезпечити більш дрібнозернисту структуру матеріалу, підвищити механічні характеристики: границі міцності і текучості матеріалу корпусу у 1,251,5 рази, твердість у 1,21,4 рази та підвищити зносостійкість у 1,21,5 рази у порівнянні з відповідними показниками заводської технології.
Проведені стендові та експлуатаційні випробування шестеренних насосів показали техніко-економічну ефективність запропонованого способу управління внутрішніми напруженнями. Формування внутрішніх напружень в корпусі дозволяє підвищити довговічність шестеренного насосу на 16...18%. Очікуваний економічний ефект від впровадження становить 17,01 грн. в розрахунку на один насос.