Прогнозирование релаксационной стойкости тарельчатых пружин методом акустической эмиссии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат технических наук Ремшев, Евгений Юрьевич

• Ремшев, Евгений Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ремшев, Евгений Юрьевич

Определения, обозна чения и сокращения.

Введение.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Назначение и особенности конструкции тарельчатых пружин.

1.2. Анализ технологических процессов изготовления тарельчатых пружин.

1.2.1. Особенности технологических процессов изготовления тар ель ча тых пружин из рессорно-пружинныхсталей.

1.2.2. Особенности технологических процессов изготовления тар ель ча тых пружин из титанового сплава ВТ

1.3. Показатели качества тарельчатых пружин.

1.4. Анализ методов контроля качества упругих элементов.

1.5. Анализ неразрушающих методов контроля качества изделий.

1.6. Анализ исследований качества тарельчатых пружин и машиностроительных изделий с использованием метода акустичесЗкой эмиссии.•.

1.6.1.Анализ исследований качества тарельчатых пружин.

1.6.2.анализ исследований качества машиностроительных изделий с использованием метода акустической эмиссии.

2. УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАЛИЧИЯ И РАЗВИТИЯ ДЕФЕКТОВ, РЕЛАКСАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ И МИКРОСТРУКТУРЫ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН

2.1. Методика экспериментального исследования.

2.2.Результаты экспериментального исследования.

2.2.1. Кратковременное обжатие тарельчатых пружин с регистрацией сигналов акустической эмиссии.

2.2.2. Регистрация сигналов акустической эмиссии при нагружении и выдержки тарельчатых пружин в течение 72 часов.

2.2. З.Результа ты оценки релаксационной стойкости тар ель ча тых пружин .81 2.2.4.Результаты исследования микроструктуры образцов тарельчатых пружин.

3. ПОСТРОЕНИЕ мл ТЕМА ТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕЛАКСАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН.

4. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНОЙ РАБОТЫ В РЕАЛЬНОМ СЕКТОРЕ ЭКОНОМИКИ.

4.1. Методика оценки качества и релаксационной стойкости тарельчатых пружин на основе анализа (регистрации) сигналов акустической эмиссии.

4.2. Последовательность применения методики оценки качества и прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин методом акустической эмиссии.

4.3. Внедрение результатов научно-исследовательской работы.

Список использованных исто чников.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование релаксационной стойкости тарельчатых пружин методом акустической эмиссии»

В машиностроении широко используются упругие элементы, работающие при статической, динамической и циклической нагрузке изготовленные с использованием процессов обработки металлов давлением. Процессы обработки давлением применяются либо на этапе заготовительного производства: прокатка, ковка, либо на этапе окончательного изготовления методами холодной и горячей штамповки[1-8]. Большую группу упругих элементов составляют пружины различной конструкции (рис. 1,2), которые применяют в качестве амортизаторов, буферных устройств, аккумуляторов энергии, элементов конструкций, обеспечивающих растяжение или сжатие других деталей [9-18] и т. д. в) а- пружины в штампе, б -упругая муфта, в- пакеты ТП Рисунок 1 -Пружины в изделиях

Наиболее широкое распространение в механизмах находят пружины растяжения, сжатия, и кручения с различным профилем сечения проволоки

Рис.2). Применяются также фасонные (Рис.2 г), многожильные (Рис.2 д) и составные пружины (Рис.2 г). Рессоры обладают кроме амортизирующих свойств высокой способностью гасить колебания за счёт трения между пластинами. а - винтовая растяжения, б- винтовая сжатия, в - винтовая кручения, г- фасонная, д -многожильная, е - составная, ж - тарельчатая, з- кольцевая, и - спиральная, к- стержневая, л- листовые рессоры Рисунок 2 - Конструкции пружин

К пружинам предъявляется требование по обеспечению заданных эксплуатационных свойств в установленных пределах в течение определенного времени. Основными эксплуатационными свойствами пружин являются прочность[21-32], релаксационная стойкость и высокие упругие характеристики. Пружины должны воспринимать значительные силовые статические, циклические и динамические нагрузки без изменения упругих свойств и без пластической деформации. Не допускается наличия дефектов в материале пружин, так как это может привести к их разрушению в процессе эксплуатации. В связи с высокими требованиями по долговечности, стабильности свойств и размеров, сохранению динамических характеристик и релаксационной стойкости в настоящее время особое внимание уделяют развитию и совершенствованию методик контроля пружин. Одним из основных показателей надежности и долговечности пружин является релаксационная стойкость[21-29].

Релаксационная стойкость - это неизменность нагрузки сжатия пружин в установленных пределах в течение заданного времени. Существующая методика оценки релаксационной стойкости тарельчатых пружин, заключается в построении релаксационной кривой по результатам измерений силы сжатия при предварительной деформации пружины (для тарельчатой пружины предварительная деформация составляет 20 % от максимальной), до и после циклических нагрузок. Количество циклов в интервале требуемых нагрузок назначается в соответствии с технической документацией на изделие или ГОСТ 3057. По результатам испытаний и изменению силы сжатия части пружин делается вывод о релаксационных свойствах всей партии. Недостатки существующей методики:

- оценка релаксационной стойкости выборочной партии пружин;

- испытанные изделия нельзя эксплуатировать в дальнейшем;

- значительная трудоемкость и энергозатраты.

При производстве пружин в настоящее время практически не применяют неразрушающие методы оценки важных показателей их надежности и долговечности, неизменности основных характеристик, а также релаксационной стойкости на длительный период эксплуатации до 25 - 30 лет. Поэтому целью работы является создание научно обоснованной методики контроля качества и прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин с использованием метода акустической эмиссии.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Ремшев, Евгений Юрьевич

5. Результаты работы применяются в учебном процессе БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова при обучение по направлению «Машиностроение».

Обобщение и оценка результатов исследований

1.Проведен анализ применения метода акустической эмиссии для выявления наружных и внутренних дефектов в металлических деталях и прогнозирования релаксационных свойств упругих элементов механизмов при статическом, динамическом и циклическом нагружении в процессе длительного срока эксплуатации. Обоснована актуальность применения метода акустической эмиссии для оценки качества и прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин.

2. Проведено экспериментальное исследование и установлены закономерности изменения уровня сигналов акустической эмиссии в зависимости от наличия и развития дефектов, релаксационной стойкости и микроструктуры тарельчатых пружин из пружинной стали и титанового сплава на этапе их изготовления и предэксплуатационных испытаний, установлены критерии оценки микроструктуры титанового сплава ВТ23 на основе уровня сигналов акустической эмиссии.

3. Проведен активный эксперимент и построены двухфакторные математические модели прогнозирования для количественной оценки релаксационной стойкости тарельчатых пружин(из стали 60С2А и титанового сплава ВТ23) в зависимости от уровня сигналов акустической эмиссии в процессе длительного статического и циклического нагружения.

4.Разработаны рекомендаций по практическому использованию результатов исследования и построена научно обоснованная методика прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин из сталей и титановых сплавов на базе установленных закономерностей изменения.

5.Разработанная методика прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин внедрена в технологический процесс изготовления в виде отдельного контрольного блока предъэксплуатационной подготовки изделия на предприятии ОАО «НПП Пружинный центр».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ремшев, Евгений Юрьевич, 2013 год

1. А.В.Лясников, Н.П.Агеев, Д.П.Кузнецов и др.. Сопротивление материалов пластическому деформированию в приложениях к процессам обработки металлов давлением. Санкт-Петербург: Внешторгиздат-Петерург, 1995.-527с.

2. Е.И.Семенов и др.. Ковка и штамповка.- М.: Машиностроение, 1985-1987.-567с.

3. А.Н. Брюханов Ковка и объемная штамповка.- М.:Машгиз.,1960.-375с.

4. Б.П.Рудаков Ковка и штамповка на специализированном оборудовании.-Л.: Машиностроение, 1982.-96 с.

5. Н.П.Агеев, Г.А.Данилин, В.П.Огородников Технология производства патронов стрелкового оружия. Ч. 1 .Технологические основы проектирования патронов. Санкт-Петербург: БГТУ,2005.-352 с.

6. Н.П.Агеев, Г.А.Данилин, В.П.Огородников Вытяжка в штампах полых тонкостенных деталей машино- и приборостроения. Ч.2.Механические основы процесса вытяжки. Тверь: ГЕРС,1998.-336с.

7. Н.П.Агеев, Г.А.Данилин, В.П.Огородников Вытяжка в штампах полых тонкостенных деталей машино- и приборостроения. 4.1 .Проектирование технологических процессов. Тверь: ГЕРС,1998.-336с.

8. А.В.Титов Перспективы совершенствования технологий холодноштамповочного производства./ЛТрогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением: сб.тезисов международ, науч.-техн. конф.- Санкт-Петербург: БГТУ ,2005.-270с.

9. И.Ф.Прохоренко Унифицированные пружины сжатия- М. Металлургия, 1985 .-695с.

10. Ю.М.В.Ботанов, Н.В.Петров Пружины.- М.: Машиностроение, 1968.-215 с.

11. П.В.И.Анурьев Справочник конструктора-машиностроителя.

12. М. ¡Машиностроение, 1978.-559с.

13. И.Ф.Прохоренко,Н.М.Панченко,Е.К.Решетнеков Унифицированные пружины растяжения и пружины других типов.-М.:Металлургия,1985.-695с.

14. ГОСТ 3057-90. Пружины тарельчатые. Общие технические условия

15. ГОСТ 18793-80 Пружины сжатия

16. ГОСТ 18751-80 Пружины кручения к упорам

17. ГОСТ 18794-80 Пружины растяжения

18. ГОСТ 18753- 80 Пружины пластинчатые для упора со скосом

19. ГОСТ Р 50753-95 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из специальных сталей и сплавов

20. ГОСТ 13765-86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения

21. В.Ф. Бобров Основы теории резания металлов. М. :Машиностроение, 1975 .-344с.

22. Л.И.Седов Механика сплошной среды-М.:Наука,1976,- 584с.

23. Е.А.Чудаков и др.. Машиностроение. Энциклопедический справочник-М.-.ГНТИ Машиностроительной литературы, 1947-712с.

24. М.А.Колтунов Ползучесть и релаксация-М.:Высшая школа, 1976-531с.

25. В.П.Белогур, А.Н.Трещевский, С.Ю.Конев Перспективные титановые сплавы для пружин запорной арматуры химической и нефтеперерабатывающей промышленности/Современные пружинные материалы конференция ЦКБА 2004

26. В.П.Белогур, А.Н.Трещевский, С.Ю.Конев Опыт применения титановых пружин при повышенных температурах// «Бизнес-Гид» №1. 2007.

27. Н.Ю. Землянушнова Расчет винтовых цилиндрических пружин сжатия при контактном заневоливании. Ставрополь: АГРУС,2008.-136 с.

28. Ю.М.Тебенко Проблемы производства высокоскоростных пружин и пути их решения. Ставрополь: ООО «Мир данных»,2007.-152 с.

29. Г.С.Ионычев, Д.А.Прокошкин, А.Г.Рахштадт, Л.В.Каткова Релаксациянапряжений в пружинных сплавах при циклическом нагружении118

30. В.В.Забильский, М.М, Исмагилов, О.И. Шаврин, Ю.Т. Яковлев Упругое последействие и долговечность заневоленных пружин

31. А.Н.Митинский Сопротивление материалов- Л.:ГСИ Судостроительной промышленности, 1959.-294с.

32. Г.С.Шпиро Сопротивление материалов- М.:Высшая школа,1959.-741с.

33. Ю.А.Амензаде Теория упругости- М.:Высшая школа, 1976.-271с.

34. В.А.Гармата, А.Н. Петрунько, Н.В. Галицкий, Ю.Г. Олесов, Р.А.Сандлер Титан. М.¡Металлургия, 1983.-559с.

35. В. К. Афонин Металлы и сплавы: справочник- СПб.: Профессионал ; СПб. : Мир и семья, 2003. 1066 с.

36. С. А. Машеков, Б. А. Мигачев Экспертная квалиметрия дисков из титановых сплавов/АСузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением/2002 4 с.

37. Е. А. Афанасьев, Р. И. Бурикова, Ю. Ф. Климов Критерий работоспособности деталей из высокопрочных титановых сплавов, работающих в условиях сложного напряжённого состояния//Вопросы оборонной техники №3/2003.-3 с.

38. Металлография титана, под ред. С. Г. Глазунова и Б. А. Колачева, М., 1980-548 с.

39. В.В.Клюев, Ф.Р.Соснин, А.В.Ковалев и др.. Неразрушающий контроль и диагностика. М.: Машиностроение,2003.-656с.

40. Н.П. Алешин Методы акустического контроля металлов-М.: Машиностроение, 1989.-456 с.

41. Н.П.Алешин, В.Г.Щербинский Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий.- М.: Высшая школа, 1991.-271с.

42. Б.А.Агранат и др.. Ультразвуковая технология М.: Металлургия, 1974.-504с.

43. М.Я.Балазовский Ультразвуковая дефектоскопия М.:МАШГИЗ,1959.-149с.

44. С.В .Румянцев, А.С.Штань, В.А.Гольцев Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М.:Энергоиздат, 1982.-240 с.

45. ГОСТ 2765 5-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения.

46. МИ 198-79 Акустическая эмиссия. Термины и определения.

47. Н.А.Бунина Исследование пластической деформации металлов методом акустической эмиссии. JI.:, 1990.-156 с.

48. Н.А.Бунина, В.П.Занин Применение акустической эмиссии для неразрушающего контроля при лазерной обработке металлов // Тр. ЛИЭИ им. П.Тольятти. Д., 1985.-121 с.

49. Н.А.Бунина Устройство для испытания образцов при сложных напряженных состояниях.- Л.ЛНЦНТИ,1989.- 4 с.

50. Н.А.Бунина, П.Г.Семененко Критерии технологичности детали при закатке торообразным пуансоном //Сб. материалов семинара. Л.:,1997. -78 с.

51. В.И.Артюхов, К.Б.Вакар, В.И.Макаров Акустическая эмиссия и ее применение в ядерной энергетике. М.:,1980.- 98 с.

52. А.с. 1206685 СССР, МКИ G 01 N 29/04. Устройство для контроля изделий в процессе их изготовления методом акустической эмиссии.

53. H.L.Dunegan, D.O.Harris, C.A.Tatro Fracture Analysis by Use of Acoustic Emission/Engineering Fracture Mechanics. 1968-V. 1 .№ 1 .P. 105-122.

54. С.П.Быков, В.И.Иванов Акустическая эмиссия при росте трещин в вязкоупругом материале//Заводская лаборатория/ 2008.

55. Y.Nakamura, C.H.Veach, D.O.Melouly Amplitude Distrilution of Acoustic Emission Signais. Acoustic Emission.ASTM STP 505.1972.P164-186.

56. A.A.Pollock Quantitative Evaluation of Acoustic Emission from Plastic Zone Crouth.Teshnical Report DE 76-8.Dunegan/Endeveo.l976.

57. Н.С.Кузнецов Теория и практика неразрушающего контроля изделий с помощью акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1998.-96с.

58. М.М.Ляховицкий, М.А.Покрасин, В.В.Рощупкин, Н.А.Соболь, А.И.Чернов Исследование акустической эмиссии в армко-железе и конструкционной стали в процессе рекристаллизации и фазовых переходов//Теплофизика высоких температур/ 2006-5с.

59. С.В.Соколов, А.В.Гольцев Нерезрушающий контроль трибосопряжений в условиях помех с применением линейной фильтрации сигнала акустической эмиссии //Вестник машиностроения/ 2008-4с.

60. А.Н.Серьёзнов, Л.Н.Степанова, Е.Н.Куликов Использование тензометрии и метода акустической эмиссии в ресурсных испытаниях вертолёта МИ-8 //Полёт/ 2008-4с.

61. М.М.Ляховицкий, А.М.Покрасин, Н.А.Семашко, Н.А.Минина, А.И.Чернов Исследование кинетики структурных превращений ифазового перехода в никеле акустическими методами //Теплофизика высоких температур/2008-6с.

62. К.Е.Нагинаев, В.Н .Савельев Акустико-эмиссионный контроль образцов из низколегированной стали при статистическом нагружении //Машиностроение/ 2007-4с.

63. Д.Л.Мерсон, А.М.Полянский, В.А.Полянский, Е.В.Черняева Связь механических характеристик стали 35Г2 с содержанием водорода и параметрами акустической эмиссии //Заводская лаборатория/ 2008-4с.

64. В.В.Поляков, А.В.Егоров, А.А.Лепендин Моделирование акустической эмиссии при разрушении пористых металлических материалов //Заводская лаборатория/ 2004-Зс.

65. Акустическая эмиссия при зарождении и росте трещины /www.sds.ru ЗАО «Специальные диагностические системы» основано в 1992 году при содействии Института металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова РАН

66. РД 03-300-99 Требования к преобразователям акустической эмиссии, применяемым для контроля опасных производственных объектов

67. В.А.Петров, В.А.Пикулин, А.О.Розанов, В.Н.Савельев, С.А.Станчиц Способ Определения Энергии Сигнала акустической эмиссии в твердом теле/ Патент Российской Федерации 1992 г.

68. ПБ 03-593-03 Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов (взамен РД 03-131-97)

69. РД 03-299-99 Требования к акустико-эмиссионной аппаратуре, используемой для контроля опасных производственных объектов

70. Гогоци Г.А., Неговский А.Н. Эффективность метода акустической эмиссии для оценки прочностных свойств керамики огнеупоров в зависимости от особенностей их деформирования// Огнеупоры. 1983. - 6. - С.13-18.

71. Алимова И.А., Люцарева Л.А., Пивник Е.Д., Яковлева H.A. Методы выявления: дефектов керамики на основе полиалюминатов натрия// Стекло и керамика. - 1987. - № 5, - С.22-23.

72. ГОСТ 23667-85 Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Методы измерения основных параметров

73. Р.Г.Говердовская Металлы.Методы механических и технологических испытаний: сборник- М.: Издательство стандартов, 1972-387 с.

74. Л.Т.Тимошук Механические испытания металлов- М.'.Металлургия, 1971223 с.

75. Б.Д.Грозин Износ металлов- Киев:ГИТЛУД 951.-251 с.

76. Г.С.Ионычев, Д.А.Прокошкин, А.Г.Рахштадт, Л.В.Каткова Релаксация напряжений в пружинных сплавах при циклическом нагружении www.spbpz.ru

77. В.В.Эабильский, М.М. Исмагилов, О.И. Шаврин, Ю.Т. Яковлев Упругое последействие и долговечность заневоленных пружин www.spbpz.ru.

78. В.Н. Романенко, А.Г.Орлов, Г.В.Никитина Книга для начинающего исследователя-химика-Л.: Химия, 1987.-279 с.

79. Лясников A.B. Методическое руководство по выполнению лабораторной работы на тему: «Полный факторный эксперимент и метод крутоговосхождения» Л.:ЛМИ,1981.- 13с.123

80. В.В.Налимов Теория эксперимента М.:Наука, 1971 .-207 с.

81. Образцов. И.Ф. и др. Расчеты на прочность. Теоретические и экспериментальные исследования прочности машиностроительных конструкций М.: Машиностроение, 1976.-333с.

82. А.А.Спиридонов Планирование и организация измерительного эксперимента М. Машиностроение

83. Е. Т. Володарский, Б. Н. Малиновский, Ю. М. Туз Планирование и организация измерительного эксперимента- М.:Высшая школа, 1987.-280с.

84. А.Н. Блазнов, Н.М. Киселев, В.Ф. Савин Ресурсосберегающие технологии в испытаниях www.bzs.ru.

85. Ю.П.Пытьев Математические методы интерпретации эксперимента -М. ¡Высшая школа, 1989.-351с.

86. Мышкис А. Д., Элементы теории математических моделей.— 3-е изд., испр. — М.: КомКнига, 2007. — 192 с

87. Блехман И. И., Мышкис А. Д., Пановко Н. Г., Прикладная математика: Предмет, логика, особенности подходов. С примерами из механики: Учебное пособие. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: УРСС, 2006. — 376 с.

88. Введение в математическое моделирование. Учебное пособие. Под ред. П. В. Трусова. — М.: Логос, 2004.

89. Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. — 2-е изд., испр. — М.: Физматлит, 2001.

90. Советов Б. Я., Яковлев С. А., Моделирование систем: Учеб. для вузов — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2001. — 343 с.

91. Цымбал Б. П. Математическое моделирование сложных систем в металлургии. — Кемерово-Москва: "Российские университеты" Кузбассвузиздат АСТШ, 2006.

92. Н.Г. Лебедев Патент РФ №2003133885/28 Способ контроля дефектности изделия

93. Рубан А.Д., Берман A.B., Александров В.Е., Мерзляков В.Г., Шкуратник В.Л., Бурыгин А.Г., Красников Ю.Д., Берман Д.В., Этингоф Е.А., Шахмейстер Ю.Л. Патент РФ № 2001116496/28 Способ прогноза остаточного ресурса металла горношахтного оборудования

94. Гневко А.И., Лазарев Д.В., Казаков H.A., Гразион C.B. Патент РФ № 2001134547/28 Способ проведения акустико-эмиссионного контроля с применением одноканальной аппаратуры

95. Берман A.B., Берман Д.В., Кобулашвили Г.В. Патент РФ № 2000123377/28 Способ прогноза остаточного ресурса механических систем при неразрушающем анализе отклика акустоэмиссионного излучения

96. Кузнецов В.П. Исследование упругих свойств титановых сплавов и разработка технологического процесса изготовления пружин из них Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук- М. МИФИ, 1991.

97. Белов В.М., Лапин В.В., Лапшин Д.А., Глушко А.Н., Руководство пользователя акустико-эмиссионной системы «Локтон-2004»