Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин на основе оценки его характеристик с применением теории фракталов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Генералова, Александра Александровна

• Генералова, Александра Александровна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Генералова, Александра Александровна

Перечень условных обозначений.

Введение.

Глава 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Роль качества поверхности деталей в машиностроении.

1.2 Влияние способов и режимов обработки на качество поверхности деталей машиностроения.

1.3 Анализ информативности существующих параметров шероховатости поверхностей деталей с сюрьективным профилем.

1.4 Практика применения теории фракталов в машиностроении.

Выводы по главе.

Глава 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА ФРАКТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ.

2.1 Методологии описания поверхностей деталей машиностроения.

2.2 Анализ способов определения фрактальной размерности структур.

2.3 Монофрактальный анализ.

2.4 Мультифрактальный анализ кривых.

2.5 Комплексная методика количественной оценки структуры на основе теории фракталов.

Выводы по главе.

Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СТАНДАРТНЫМИ И ФРАКТАЛЬНЫМИ ОЦЕНОЧНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ.

3.1 Исследование напряженно-деформированного состояния шероховатости поверхности детали методом конечных элементов.

3.2 Моделирование шероховатости поверхности детали при использовании метода конечных элементов.

3.3 Применение оценочных параметров теории фракталов при обработке профилограмм, полученных различными технологическими методами.

Выводы по главе.

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ.

4.1 Выбор объекта и характеристики исследований.

4.2 Определение характеристик процесса хромирования поршневых колец.

4.3 Предварительный контроль качества покрытия.

4.4 Стендовые испытания дизель - генератора 1ПДГ4Д.

4.5 Проведение полного факторного эксперимента.

4.6 Методика назначения параметров режима обработки деталей машин с заданными свойствами поверхностей.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин на основе оценки его характеристик с применением теории фракталов»

Важнейшим фактором, определяющим качество деталей и соединений, является состояние поверхностей, которое формируется в процессе изготовления. Установление взаимосвязи качества поверхности с технологическими параметрами и условиями обработки возможно только на основе адекватной параметрической оценки состояния поверхности после обработки.

Обработка поверхностей современными технологическими методами (концентрированными потоками энергии, электрофизическая, электрохимическая, нанесением покрытий и др.) часто формирует шероховатость, имеющую сложную геометрическую форму (грибообразные, гребешковые и чешуйчатые структуры). Применение стандартных методов и параметров для оценки свойств подобных поверхностей малоэффективно. В то же время имеются исследования, направленные на применение теории фракталов при описании свойств поверхностей. Такой подход дает возможность оценки свойств шероховатой поверхности независимо от формы ее элементов и плотности их распределения, что позволяет повысить информативность и адекватность оценки и назначить эффективные режимы обработки. Однако исследований, выполненных в указанном направлении, недостаточно - не разработаны методические основы данного подхода.

Таким образом, тема диссертационной работы, направленная на технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин на основе оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов, является актуальной.

Цель работы - технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин при обработке методами, позволяющими формировать шероховатость сложной геометрии, на основе адекватной оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов.

Объект исследования - взаимосвязи между режимами обработки и качеством поверхностного слоя деталей машин.

Предмет исследования - адекватная оценка и обеспечение качества поверхности при обработке технологическими методами, обеспечивающими формирование сложного профиля шероховатости, на основе теории фракталов.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений технологии машиностроения, теории фракталов, математического анализа, моделирования методом конечных элементов (МКЭ). Экспериментальные исследования проводились с применением теории планирования эксперимента и аттестованных средств измерения: профилометра Сейтроник ПШ8-4 С.С., толщиномера Константа К5, микроскопа МИМ-7. Обработка экспериментальных данных выполнялась методами математической статистики с использованием вычислительной техники и программного обеспечения (ПО) Advanced Grapher 2.11, а также специально разработанного ПО.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются результатами теоретических и экспериментальных исследований, их сходимостью, а также результатами моделирования методом конечных элементов и реализации методики в производственных условиях.

На защиту выносятся:

1 Методика технологического обеспечения качества поверхности при обработке методами, обеспечивающими формирование шероховатости со сложной геометрией, на основе оценки свойств поверхности с применением фрактальных параметров.

2 Методика определения фрактальных параметров шероховатости поверхности.

3 Комплекс фрактальных параметров, позволяющий адекватно оценивать характеристики шероховатости поверхности и назначать эффективные режимы обработки.

4 Соотношения между стандартными и фрактальными параметрами шероховатости, позволяющие проводить их сравнительную оценку.

5 Зависимости, устанавливающие взаимосвязь режимов обработки поршневых колец с показателями качества поверхностей и рекомендации по их технологическому обеспечению.

Научная новизна:

1 Разработана методика технологического обеспечения качества поверхности для методов обработки, обеспечивающих формирование шероховатости сложной геометрической формы, на основе оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов, и показана ее эффективность.

2 Установлен комплекс фрактальных параметров, адекватно оценивающий качество поверхности, имеющей шероховатость сложной формы, с учетом которого можно определять эффективные технологические режимы обработки и обеспечивать заданные свойства поверхности, и разработана методика его определения.

3 Получены соотношения между стандартными и фрактальными параметрами шероховатости, позволяющие проводить сравнительную оценку их эффективности.

4 Получены эмпирические зависимости (на примере обработки поршневых колец), устанавливающие взаимосвязь технологических режимов обработки с показателями качества поверхности (фрактальными параметрами шероховатости, пористостью, твердостью, толщиной покрытия).

Практическая ценность:

1 Разработанная методика технологического обеспечения качества поверхностного слоя на основе применения фрактальных параметров для оценки свойств обрабатываемой поверхности позволяет назначать эффективные режимы обработки и обеспечивать заданные свойства поверхности с минимальной себестоимостью.

2 Полученные зависимости, устанавливающие взаимосвязь режимов обработки поршневых колец с фрактальными параметрами и другими показателями качества поверхности, позволяют обеспечивать заданные эксплуатационные свойства поверхности колец.

3 Разработаны методика и программное обеспечение для определения фрактальных параметров.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использовались при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные основы наноструктурирования для обеспечения качества поверхностного слоя ответственных деталей машиностроения». Результаты исследований приняты к внедрению в ОАО «Пензадизельмаш».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах: «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2006); «Технологический, технический и информационный сервис как базовые факторы модернизации производства» (г. Кострома, 2006), «Надежность и качество» (г. Пенза, 2007,2008,2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 статей (9 статей без соавторов), из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 146 наименований и приложений. Работа изложена на 113 страницах основного текста, включает 65 рисунков и 21 таблицу.