1
ТОШКЕНТ ТЎҚИМАЧИЛИК ВА ЕНГИЛ САНОАТ ИНСТИТУТИ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
16.07.2013.Т.06.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
________________________________________________________________
ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ ОЛИЙ ВА ЎРТА МАХСУС
ТАЪЛИМ ВАЗИРЛИГИ
ТОШКЕНТ ТЎҚИМАЧИЛИК ВА ЕНГИЛ САНОАТ ИНСТИТУТИ
ШИН ИЛЛАРИОН ГЕОРГИЕВИЧ
ПАХТАНИ
ДАСТЛАБКИ
ИШЛАШ
МАШИНАЛАРИ
ДЕТАЛЛАРИНИНГ
СИФАТИНИ
ТАЪМИНЛАШ
ВА
ЧИДАМЛИЛИГИНИ
БАШОРАТ
ҚИЛИШНИНГ
ТЕХНОЛОГИК
МЕТОДЛАРИ
05.02.03 - Технологик машиналар. Роботлар, мехатроника ва
робототехник тизимлар
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2014
2
УДК: 621.9.015
Докторлик диссертацияси автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата докторской диссертации
Сontents of the abstract of doctor's dissertation
Шин Илларион Георгиевич
Пахтани дастлабки ишлаш машиналари деталларининг
сифатини таъминлаш ва чидамлилигини башорат қилишнинг
технологик методлари....................................................................
3
Шин Илларион Георгиевич
Технологические
методы
обеспечения
качества
и
прогнозирования долговечности деталей машин
первичной
обработки хлопка............................................................................
30
Shin Illarion
Technological methods of maintenance a quality and forecasting a
durability of details in machines of primary cotton-ginning ...........
59
Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works....................................................................
85
3
ТОШКЕНТ ТЎҚИМАЧИЛИК ВА ЕНГИЛ САНОАТ ИНСТИТУТИ
ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ
16.07.2013.Т.06.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
________________________________________________________________
ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ ОЛИЙ ВА ЎРТА МАХСУС
ТАЪЛИМ ВАЗИРЛИГИ
ТОШКЕНТ ТЎҚИМАЧИЛИК ВА ЕНГИЛ САНОАТ ИНСТИТУТИ
ШИН ИЛЛАРИОН ГЕОРГИЕВИЧ
ПАХТАНИ
ДАСТЛАБКИ
ИШЛАШ
МАШИНАЛАРИ
ДЕТАЛЛАРИНИНГ
СИФАТИНИ
ТАЪМИНЛАШ
ВА
ЧИДАМЛИЛИГИНИ
БАШОРАТ
ҚИЛИШНИНГ
ТЕХНОЛОГИК
МЕТОДЛАРИ
05.02.03 - Технологик машиналар. Роботлар, мехатроника ва
робототехник тизимлар
(техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2014
4
Докторлик диссертацияси мавзуси Ўзбекистон Республикаси Вазирлар
Махкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида
30.09.2014/В2014.5.T320
рақам
билан рўйхатга олинган.
Докторлик диссертацияси Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат институтида
бажарилган.
Докторлик диссертациясининг тўла матни Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат
институти ҳузуридаги Фан доктори илмий даражасини берувчи 16.07.2013.Т.06.01 рақамли
илмий кенгаш веб-саҳифасида www.titli.uz манзилига жойлаштирилган.
Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз) веб-саҳифада
манзилига
ва
“ZiyoNet”
Ахборот-таълим
порталида
www.ziyonet.uz
манзилига
жойлаштирилган.
Илмий
маслаҳатчи:
Джураев Анвар Джураевич,
техника фанлари доктори, профессор
Расмий
оппонентлар:
Махкамов Руфат Гулямович,
академик, техника фанлари доктори, профессор
Ахмедходжаев Хамид Турсунович,
техника фанлари доктори, профессор
Етакчи
ташкилот:
Рахмонов Хайридин Кодирович,
техника фанлари доктори
Фарғона политехника институти
Диссертация ҳимояси Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат институти ҳузуридаги
16.07.2013.Т.06.01 рақамли илмий кенгашнинг «25» декабр 2014 й. соат 14
00
даги мажлисида бўлиб
ўтади. (Манзил: 100100, Тошкент ш., Шоҳжаҳон –5, тел. (+99871)- 253-06-06, 253-08-08, факс: 253-36-
17; e-mail:titlp_info@edu.uz).
Докторлик диссертацияси билан Тошкент тўқимачилик ва енгил саноат институтининг
Ахборот-ресурс марказида танишиш мумкин ( 03 рақам билан рўйхатга олинган). Манзил: 100100,
Тошкент ш., Шоҳжаҳон –5, тел. (+99871)- 253-06-06, 253-08-08.
Диссертация автореферати 2014 йил «22 » ноябрда тарқатилди.
(2014 йил 22 ноябрдаги № 03 рақамли реестр баѐнномаси).
К. Жуманиязов,
фан доктори илмий даражасини берувчи
илмий кенгаш раиси, т.ф.д., профессор
А.З.Маматов,
фан доктори илмий даражасини берувчи
илмий кенгаш илмий котиби, т.ф.д., профессор
А.Ж.Джураев,
фан доктори илмий даражасини берувчи илмий кенгаш
ҳузуридаги илмий семинар раиси, т.ф.д., профессор
5
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АННОТАЦИЯСИ
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурияти.
Замонавий
машинасозликнинг ривожланиши, айниқса қишлоқ хўжалиги техника ва
технологиясининг янги авлодини яратиш билан боғлиқдир. Ўзбекистон
Республикаси Президенти Ислом Каримов таъкидлаб ўтганларига асосан,
ишлаб чиқариш соҳалари ичида энг муҳим йўналишлар қаторига қишлоқ
хўжалик машинасозлиги киради ва у республикада пахта комплекси машина ва
механизмларни ишлаб чиқаришга асослангандир: «... Пахта Ўзбекистон учун
республиканинг мустақиллигини кафолатлайдиган сиѐсий ва иқтисодий куч-
қудрат манбаидир».
1
Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамасининг «2007-2011 йилларда
пахта тозалаш саноати корхоналарини модернизация ва реконструкция қилиш
дастури
тўғрисида» ги 2007 йил 3 апрелдаги 70-сонли қарорига асосан пахта
тозалаш саноатининг ҳозирги бозор иқтисодиѐти шароитидаги асосий вазифаси
рақобатбардош маҳсулотни дунѐ талаблари асосида таъминлашдан иборат.
Ушбу вазифани ҳал қилишда технологик ускуналар – пахтани дастлабки ишлаш
машиналари (пахтани йирик ифлосликлардан тозалагичлар, жинлар, линтерлар,
тола тозалагичлар)нинг ўрни муҳим бўлиб, уларнинг ишлаш қобилияти юқори
даражада бўлиши энг кўп тарқалган ва муҳим деталлар ишчи органлар – аррали
диск ва колосникларнинг чидамлилиги билан аниқланади.
Машиналарнинг эксплуатацион чидамлилигини таъминлаш масаласини
ечиш учун деталлар чидамлилигини оширишнинг технологик усулларини
қўллаш самарали ҳисобланади. Ишлаш жараѐнида деталларнинг юза
қатламлари механик, иссиқлик, кимѐвий ва бошқа интенсив таъсирларда
бўлгани учун уларнинг сиртларини оптимал ҳолатлари (эксплуатация шартлари
асосида) шакллантиради. Шунинг учун деталларнинг ўз вазифасини бажариш
ҳолатини бузилиши кўп ҳолларда сирт қатламидан бошланади, масалан,
чарчашдаги ѐрилишлар, ейилиш, коррозиялар ва бошқалар ҳисобига бўлади.
Аррали дискларнинг тишларини ишлаш жараѐнида кўп сонли
юкланишларида ўзгарувчан кучланишлар ҳосил бўлади, масалан, аррали
цилиндрни айланиш частотаси n=730 айл/мин бўлганда, 48 соат ичидаѐқ
кучланишларнинг ўзгарувчан цикллари сони 2,1·10
6
дан қўпроқдир. Ушбу
шароитда тишларда ўзгарувчан масса ва зичликка эга бўлган хом ашѐ валиги
таъсирида ѐриқлар, пластик ўзаро силжишлар ва эзилишларга олиб келади,
пахта хом ашѐси таркибидаги қаттиқ қўшилмалар (гранит, карбит, оҳак) эса
тишларни ейилишга сабаб бўлади. Жинлар ва линтерларнинг колосниклари ҳам
юқори ишқаланиш чидамлилигига эга бўлиши керак бўлади.
Техник регламентга асосан пахта хом ашѐси навига қараб ишчи валдаги
аррали дискларни ишлатиш ва тўлиқ алмаштириш вақти жин арралари учун 72
1
И. Каримов. Ўзбекистон иқтисодий ислоҳотларни чуқурлаштириш йўлида. – Тошкент:
Ўзбекистон, 1995, 194 б.
6
– 96 соат, линтер арралари учун 48 соатни ташкил этади. Аррали дискларни
қайта тиклаш янги ўлчамлари кесиш асосида (жин арраларида 2 марта,
линтерда 5 марта) масалан, жинларда 90 дан 130 гача уларнинг
модификациясига асосан олинади. Республикамиздаги 98 та пахта тозалаш
корхоналари учун умумий аррали дискларга бўлган эҳтиѐж биргина пахта
мавсуми учун 1 млн донадан ортиқдир.
Агарда аррали дисклар учун ишлатиладиган қимматбаҳо У8Г углеродли
асбобсозлик пўлат материали Россия Федерациясидан олиб келиниши ҳисобга
олинса, бу мураккаб ҳолат янада чуқурлашади. Ушбу материалнинг импортини
аррали дискларнинг чидамлилигини ошириш ҳисобига камайтириш, шак-
шубҳасиз олинадиган маҳсулот – пахта толасининг таннархини камайтириш
ҳисобига пахтани қайта ишлаш иқтисодий самарадорлигини оширади.
Ҳатто, деталлар чидамлилигини ошириш бўйича янги услубларни ишлаб
чиқишда йиғилган катта тажриба ва изланишлар аррали дисклар ҳамда пахтани
қайта ишлаш машиналарининг муҳим деталлари учун қўллашда етарли бўлмай
қолди. Ушбу ҳолат аниқ шароит учун замонавий мустаҳкамлаш усулларидан
энг оптималини танлашни тақозо этади. Аррали дискларнинг тишларини
ҳозиргача мавжуд бўлган мустаҳкамлаш методлари (электроконтакт усулида
қиздириш ва лазер билан ишлов бериш) уларнинг чидамлилигини оширишнинг
тўлиқ ҳолдаги муаммосини ҳал этмайди. Чунки, юқори даражадаги иссиқлик
таъсирида тишнинг учида ҳажмий чиниқтириш ҳолати бўлади ва иссиқлик
ҳисобига мустаҳкамлаш эффекти ҳосил бўлади. Деталларни ҳажмий
чиниқтиришда (мустаҳкамлаш) уларнинг ички ўрта қисмида қовушқоқлик
сақланмайди ва бу эгилишдаги юкланишлар такрорланувчи-ўзгарувчи
таъсирларда мақбул бўлмайди. Чунки бунда ишлаш қобилияти ва чарчаш
бузилишига қаршилик қобилияти ишлаш шароитида пасаяди.
Деталларнинг юза қатламларини пластик деформациялаш (ЮҚПД),
жумладан, золдир билан уриб ишлаш прогрессив ва самаралироқ мустаҳкамлаш
услуби ҳисобланади. Золдир билан уриб мустаҳкамлаш технологик
имкониятлари, биринчи навбатда, ўткир қиррали кичик бикрликдаги ингичка
деталларни мустаҳкамлашга мос келади. Ушбу конструктив белгиларга аррали
дискларнинг тишлари тўлиқ мос келади, бу ўз навбатида пахтани қайта ишлаш
машиналари ишлаш қобилиятини ошириш мақсадида янги илмий-техник
ечимни олиш учун асос бўлиб хизмат қилади. Ушбу ечим деталларнинг сирт
қатламларини механик ишлов бериб мустаҳкамлаш, чидамлилигини башорат
қилиш имконияти, назарий ва амалий томондан технологияларни таъминлаш
бўйича янги илмий ѐндашувларни ишлаб чиқишни талаб қилади.
Тадқиқотнинг Ўзбекистон Республикаси фан ва технологиялар
тараққиѐтининг устувор йўналишларига мослиги.
Диссертация иши
Ўзбекистон Республикаси фан ва технологияларни ривожлантиришнинг муҳим
йўналишига мос равишда ва инновацион тадқиқотларнинг Давлат илмий-
техник дастури: ИД-5 “Қишлоқ хўжалиги, биотехнология, экология ва атроф
муҳитни ҳимоялаш” асосида бажарилган.
7
Диссертация мавзуси бўйича халқаро илмий тадқиқотлар шарҳи.
Дунѐ машинасозлигининг замонавий ишлаб чиқариш амалиѐтида, айниқса,
ишлаб чиқариш ривожланган етакчи давлатларда (АҚШ, Франция, Япония,
Германия, Англия, Россия Федерацияси, Венгрия ва бошқалар) машиналарнинг
муҳим деталларини тайѐрлашда турли ишлов бериш услубларини қўллаш
бўйича ижобий тажрибалар олинган.
Машина деталлари ва механизмларининг ейилишга чидамлилигини,
контакт мустаҳкамлиги, бикрлиги, чарчаш мустаҳкамлиги ва бошқа ишлаш
қобилиятини белгиловчи омилларни, сифат кўрсаткичларини таъминлайдиган
механик ишлов беришдаги режимларни ва параметрларни оптималлаштириш
масаласи бўйича етарлича тажриба тўпланган бўлиб, улар қуйидаги чет эллик
олим ва мутахассисларнинг ишларида ўз аксини топган: Э. Томсен, Ч. Янг,
Ш. Кобаяши, Е.М. Трент, Х. Опитц, И.Дж. Армарего, Р.Х. Браун ва бошқалар.
Деформациянинг микроскопик кўриниши орқали пластик деформацияни
дислокацион моделига асосланган комплекс физик-механик ва геометрик
параметрлари билан характерланадиган юза сирти ҳолатининг шаклланиши
бўйича фундаментал изланишлар қуйидаги чет эллик кўзга кўринган
олимларнинг илмий ишларида амалга оширилган: Ж. Фридель (Франция),
У. Лю ва М. Бэреш (АҚШ), Дж. Мартин ва Р. Доэрти (Англия), Г. Польцер ва
В. Эвелинг (Германия), Л. Катор ва П. Нюлис (Венгрия), Т. Екобори (Япония).
Ушбу олимларнинг тадқиқотларида пластик деформацияланишнинг
дислокацион модели ѐрдамида деформация қонуниятлари температура-кучлар
майдони таъсирида микроскопик даражада аниқланган.
Машина деталлари юза сиртининг деформацияси асосидаги динамик
назарий-тажрибавий методларни ривожланиши ва қўлланишида чет эллик
олимларнинг улкан хиссалари бор, жумладан, И. Андерсон, Д. Мартин,
О. Хоргер, Ван Хауз, И. Олмен, Р. Мэтсон, В. Коулмен, Г. Фукс ишлари киради.
Кўп сонли чет эл олимларининг деталларнинг юза сиртлари сифатини
белгиловчи параметрларини шакллантириш масаласи бўйича илмий ишлари
мавжуд. Деталларга якунловчи ишлов беришда уларнинг эксплуатацион
кўрсаткичларига
таъсирини
белгилаш
машиналар
ишчи
органлари
чидамлилигини ошириш ҳисобига юқори технологик ва эксплуатацион
чидамлилигини таъминлайди, бу эса замонавий ѐндашув ва услубларни
белгилаш бўйича фан ва технологиянинг ривожини кўрсатиб беради.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
Машина деталларининг юза
сиртлари сифатини ошириш билан боғлиқ равишда ўрганиш масалалари
замонавий машинасозлик технологиясида долзарб ва муҳим масалалардан бири
ҳисобланади.
М.М. Саверин, А.А. Маталин, Б.А. Кравченко, Д.Д. Папшев раҳбар-
лигидаги илмий мактаблар золдир билан юза сиртини деформациялаб
мустаҳкамлаш, деформацияланиш ҳолатининг шаклланиши бўйича илмий
асосларини яратишган. Уларни машинасозликнинг турли соҳаларида
8
(авиасозлик, нефт ва кимѐ соҳаси, қишлоқ хўжалиги ва бошқ.) қўллаш бўйича
амалий тавсиялар ишлаб чиқилган.
Пахта етиштирувчи ва унга мос пахта саноати мавжуд регионларда
пахтани самарали қайта ишлашни янги илмий-техник таклифлар асосида
амалга ошириш мумкин, жумладан, технологик машиналар ишчи органлари
деталларининг чидамлилиги ва сифатини оширадиган мустаҳкамлаш
технологиялари улар қаторига киради.
Пахтани дастлабки ишлаш машиналарининг (тозалагичлар, жинлар,
линтерлар, тола тозалагичлар) катта сериядаги муҳим деталларини
мустаҳкамлаш технологияси бўйича илмий изланишлар Р.Г. Махкамов,
Э.М. Абдул-Раззаков, М.Г. Хамов, А.П. Рогов, А.М. Ахмедов ишларида
келтирилган бўлиб, улар етарли даражада эмас. Ушбу ишларда пахтани
дастлабки ишлаш машиналарининг аррали дискларини ва аррачали
сегментлари тишларининг механик хусусиятларини ошириш бўйича
мосламалар кўрилган бўлиб, натижалар электр контакт усулида қиздириш,
лазер ѐрдамида, газ алангасида чиниқтириш, яъни термомустаҳкамлаш билан
амалга оширилган. Бунда тиш учи бутун ҳажми бўйича чиниқтирилганда
конструктив материал қовушқоқлигини йўқолиши ҳисобига эгилишига
қаршилиги ортади.
Бу эса тишни дарз кетиб синишига сабаб бўлади.
Шундай қилиб, ҳозирги вақтда янги технологик ечимлар асосидаги илмий
изланишлар олиб бориш кераклиги ўз-ўзидан пайдо бўлади. Ушбу изланишлар
деталларнинг юза сиртларининг юқори сифатини таъминлашга имкон беради,
хусусан индентор ва ишлов берилаѐтган материални ўзаро куч асосидаги
таъсирининг юза ҳолати шаклланишининг негизи ҳисобланади.
Машина деталларининг қолдиқ кучланиш ҳолати бўйича чидамлилиги ва
чарчаш мустаҳкамлилигини башорат қилиш услублари етарли даражада ишлаб
чиқилган. Ушбу масала ечими машина деталларининг ишлов берилган юзалари
сифатини ишлов бериш шартлари ва режим параметрлари орқали актив
созлашга имкон беради. Бу эса машина деталларини тайѐрлашда технологик
жараѐнларни лойиҳалаш босқичида чидамлиликни баҳолашни башорат қилиш
асосини яратиш имконини беради.
Диссертация тадқиқотининг илмий-тадқиқот ишлари режалари
билан боғлиқлиги
қуйидаги ИТИлари ва лойиҳаларда ўз аксини топган:
Давлат илмий-техник лойиҳаси ИОТ-2013-5-28 “Пахтани дастлабки
ишлаш машиналари масъул қисмлари сирт қатламлари квалиметриясини
динамик мустаҳкамлаш усули билан ишлаш қобилияти ва чидамлилигини
ошириш”, ТТЕСИ “Назарий ва амалий механика” кафедрасининг
2005-2010 йилларда «Тўқимачилик ва енгил саноат машина деталлари ва
механизмларининг самарали ва технологик конструкцияларини ишлаб чиқиш
ва тадқиқ қилиш» давлат бюджети мавзуси бўйича бажарилган.
Тадқиқотнинг мақсади
пахтани дастлабки ишлаш машиналарининг
ишлаш қобилиятини ошириш учун уларнинг ишчи органлари деталларининг
сирт қатламларини етарли сифатини ва эксплуатация шароитидаги
9
чидамлилигини таъминлайдиган технологик методларини ишлаб чиқишдан
иборат.
Қўйилган мақсадга мос равишда қуйидаги
тадқиқот вазифалари
белгиланган:
пахтани дастлабки ишлаш машиналарининг кичик бикрликдаги
деталларини (аррали дискларни) золдир билан динамик деформациялаш
методини ишлаб чиқиш ва юза қатламини юқори сифатини таъминлайдиган
оптимал параметрларини аниқлаш;
чўяндан тайѐрланган колосникларни ишчи юзаларини золдир билан зарба
бериш асосида деформациялаб мустаҳкамлаш методини асослаш ва ишлаб
чиқиш;
муҳим машина деталларига якуний механик ишлов бериш ва юзасини
пластик деформациялашда қаттиқ жисмларни ўзаро контактдаги таъсирини
ифодаловчи структуравий энергетик модели ишлаб чиқиш;
конструкцион материални физик-механик хусусиятлари ва ишлов бериш
режимларининг юза қатлами сифатини белгиловчи муҳим параметр –
технологик қолдиқ кучланишга боғлиқ равишда ҳисоблашнинг универсал
методини ишлаб чиқиш;
эксплуатация
шароитида
пахтани
дастлабки
ишлаш,
машина
деталларининг параметрларини ҳисоблаш ва чидамлилигини башорат қилиш
методларини ишлаб чиқиш;
пахта тозалаш машиналари деталларининг ишлаш қобилиятлари ва
чидамлилигини ошириш мақсадида янги технологик услубларини кўллаган
ҳолда тажриба-ишлаб чиқариш синовларини ўтказиш ва амалга ошириш.
Тадқиқот объекти
сифатида
пахтани дастлабки ишлаш машиналари
ишчи органларининг деталлари кўрилган.
Тадқиқот предмети
– юзани пластик деформацияланиши натижасида
шаклланган пахтани дастлабки ишлаш машиналарини муҳим деталларининг
(аррали диск, колосник, аррали цилиндр вали) юза қатламлари сифати.
Тадқиқот усуллари.
Ишнинг мақсади ва қўйилган масалалари назарий
ва тажрибавий тадқиқотлар асосида амалга оширилган. Технологик қолдиқ
кучланишларни шакллантиришдаги структуравий-энергетик моделини ишлаб
чиқишда термодинамиканинг қайтмас жараѐнлари, қаттиқ жисм физикасидаги
дислокация назарияси, технологик жараѐнлар иссиқлик физикаси, қайишқоқлик
ва пластик деформация назарияси, қаттиқ жисм бикрлиги ва емирилиш
гипотезисининг фундаментал асослари ва қонунларидан фойдаланилган.
Назарий изланишларни амалга оширишда амалий механика, математик физика
ва олий математика методлари кенг қўлланилган.
Тажрибавий тадқиқотлар 12 та золдирни отувчи аппаратни ўз ичига
олган УДП-2-3.5 русумли ишлаб чиқариш қурилмасида ўтказилган.
Деталларнинг юза қатламлари сифат кўрсаткичларига тегишли методлардан
фойдаланиб
ўлчаш
асбобларида
(микроқаттиқликўлчагич
ПМТ-3,
профилограф-профилометр «Калибр»да) ўтказилиб аниқланган. Жиндан кейин
10
олинган пахта толалари ва чигит сифати тажриба усулида лаборатория ва
ишлаб чиқариш шароитларида аниқланган. Тажрибаларда тензометрик усул
қўлланилган, тажриба натижалари статистик ишлаш усули асосида компьютер
технологияларидан фойдаланиб амалга оширилган, натижаларнинг аниқлик
даражаси 0,95да ҳисобланган.
Диссертация тадқиқотининг
илмий янгилиги
қуйидагилардан иборат:
метални
пластик
деформациялаш
физикасининг
замонавий
концепциясига асосланган, маҳсулот юза қатламининг деформацияси
температура – куч майдони таъсирида микро ва макро ҳолатини синтез қилиш
имконини берадиган пахтани дастлабки ишлаш машиналари деталларини
деформациялаб мустаҳкамлаш ва кесиб ишлов беришда технологик қолдиқ
кучланишларни шакллантиришнинг структуравий-энергетик модели ишлаб
чиқилган;
пахтани дастлабки ишлаш машиналари аррали дисклари тишларининг
юзасини золдир билан динамик мустаҳкамлаш методи ва қурилма
конструкцияси ишлаб чиқилган (фойдали модель патент “Деталларни
мустаҳкамлаш учун сочма ўқ отиш қурилмаси” FAP 00513, 31.12.2009);
қаттиқ жисмларни ўзаро динамик таъсиридаги муҳим параметр –
зарбадаги тезликнинг тикланиш коэффициентини аниқлаш масаласини
аналитик ечими олинган. Деформацияланувчи материал физик-механик
характеристикаси ва қаттиқ заррача параметрларига боғлиқ ҳолда ушбу
коэффициентни ўзгариш ҳусусиятлари аниқланган;
пахтани дастлабки ишлаш машиналарининг аррали дисклари тишларини
золдир билан ишлов бериб мустаҳкамлашда деформацияланиш чуқурлигини
(эзиш) аниқлаш масаласи назарий усулда ечилган;
жин арраларини золдир билан зарба бериб, деформациялаб ишлов
беришда
мустаҳкамланган
юзанинг
ғадир-будурлигининг
шаклланиш
механизми ишлаб чиқилган;
ишлаш шароитига мос ҳолда аррали дискларнинг чарчашга
мустаҳкамлилиги ва чидамлилигини башорат қилиш асосини белгилайдиган
машина деталлари қолдиқ деформацияларининг мустаҳкамликка таъсирини
баҳолаш кўп циклик юкланишдаги таъсирини аниқлаш, ҳамда кўп циклик
чарчашнинг ҳисоблаш методлари ишлаб чиқилган. Жин арраларининг нисбий
чидамлилигини қолдиқ кучланишлар интенсивлиги коэффициентига нисбатан
боғланишлари олинган;
аррали дискларнинг тишларини золдир билан ишлов беришдаги оптимал
технологик параметрлари тажриба орқали аниқланган, ишлаб чиқариш
шароитида мустаҳкамлилиги оширилган жин арраларининг синовлари
ўтказилган, жиндан сўнг олинган пахтани сифат кўрсаткичлари солиштирилган
ва таҳлил қилинган.
Тадқиқотнинг амалий натижалари
қуйидагилардан иборат:
пахтани қайта ишлаш машиналаринг деталлари ишчи юзаларини золдир
билан уриб мустаҳкамлашнинг янги технологик методи ишлаб чиқилган;
11
золдир билан уриб мустаҳкамлаш режимининг оптимал параметрларига
асосланган (золдир диаметри, термик ишлов бериш вақти, золдирлар миқдори);
деталларнинг юза қатламлари ҳолатини белгиловчи муҳим кўрсаткич,
деформация натижасида заҳираланган энергия даражасини белгиловчи
технологик қолдиқ кучланишни ҳисоблаш алгоритми ишлаб чиқилган;
золдир билан мустаҳкамлашдан сўнг қолдиқ кучланишлар интенсивлик
қиймати бўйича тишларнинг аррали дискларини чарчаш мустаҳкамлилиги ва
чидамлилигини башорат қилиш методи ишлаб чиқилган;
аррали дисклар тишларини золдир билан мустаҳкамлаш самараси
натижасида чидамлилигига ишлов берилмаган тишларга нисбатан бир неча
марта ортганлиги тажриба-ишлаб ишлаб чиқариш синовлари натижасида
аниқланган.
Олинган
натижаларнинг
ишончлилиги
золдир
билан
мустаҳкамланадиган сиртни ўзаро таъсиридаги қайишқоқ ярим чегараланмаган
жисм шаклидаги система учун математик ва физик моделларни тўғри
танланганлиги, ҳамда назарий ва тажрибавий изланиш натижаларининг ўзаро
мос келганлиги, шунингдек натижаларнинг бошқа муаллиф ишлари
натижаларига мос келганлиги билан асосланади.
Тадқиқот натижаларининг назарий ва амалий аҳамияти.
Иш
натижаларини назарий аҳамияти қуйидагилардан ташкил топган: маҳсулот сирт
қатлами
сифатини
белгиловчи
бош
параметр-технологик
қолдиқ
кучланишларнинг шаклланиши структуравий-энергетик модели ишлаб
чиқилган; қолдиқ кучланишлар интенсивлиги даражасига боғлиқ деформация
яширин энергияси учун аналитик боғланишлар аниқланган; қаттиқ сферик
заррачани металл тўсиқ билан бир мартали зарба таъсирини математик
моделлаштириш асосида деформациялаб мустаҳкамлаш чуқурлиги, юза ғадир-
будирлиги, таъсирдаги температура, тезликни тикланиш коэффициенти бўйича
боғланишлар олинган.
Бажарилган тадқиқотларнинг амалий аҳамияти жиннинг муҳим
деталларини
(аррали
дисклар,
колосниклар)
золдир
билан
уриб
мустаҳкамлашнинг самарали динамик методини қўллаб уларнинг сирт
қатламидаги
эгилишдаги
қолдиқ
деформацияларининг
шаклланиши,
деформациялаб мустаҳкамланиш даражаси (эзилиш) 33.4% га; эзилиш
чуқурлиги 0,2÷0,23 мм бўлиши билан асосланади. Бунда тишларнинг ҳар икки
томонлама юзаларига ишлов берилганда деталнинг ички қисмида
қовушқоқлиги сақланади ва у узоқ вақт жинлаш жараѐнида хом ашѐ валиги
билан таъсирланганда қайтар-ўзгарувчан кучланишларга қаршилик кўрсатади.
Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши.
Биринчи марта
жинларнинг аррали дисклари тишларига ва колосникларига динамик ишлов
бериб мустаҳкамлаш услуби тавсия қилинган ва технологияси ишлаб чиқилган.
Ўтказилган тадқиқотларнинг натижалари, яъни золдир билан ишлов бериб
мустаҳкамланган аррали дисклар ДПЗ-180 русумли жинларда «Ўзпахтасаноат»
уюшмаси корхоналарида ишлаб чиқаришга жорий этилиб, йиллик иқтисодий
12
самара 80,992 млн сўмни ташкил этган («Ўзпахтасаноат» уюшмасининг
04.09.2014 йилдаги жорий қилинганлик далолатномаси).
Ишнинг апробацияси.
Тадқиқот
натижалари 20 дан ортиқ илмий-амалий
анжуманлар, шу жумладан 8 та халқаро анжуманларда, хусусан:
«Машинасозликда прогрессив технологик жараѐнлар» (Россия Федерацияси,
Тольятти, 2002 й.); «Саноат ишлаб чиқаришда ресурс ва энергияни тежаш»
(Беларус Республикаси, Витебск, 2003 й.); «Механика ва машинасозликнинг
актуал муаммолари» (Қозоғистон Республикаси, Алма-Ата, 2005); «Маҳсулот
реновацияси ва сирт инженерияси» (Украина Республикаси, Ялта, 2010-2013);
«Ресурс ва энергияни тежашда янги ва ноанъанавий технологиялар» (Украина
Республикаси, Одесса, 2010-2013); «Сифат, стандартлаш, назорат: назария ва
амалиѐт» (Украина Республикаси, Ялта, 2010-2013); «Саноат ва транспортда
ишлаб чиқариш ва таъмирлашда замонавий муаммолар» (Украина
Республикаси, Свалява, 2010-2013); «Илм куни» (Чехия Республикаси, Прага,
2012) анжуманларида апробациядан ўтказилган.
Натижаларнинг эълон қилинганлиги.
Диссертация мавзуси бўйича
56 та илмий иш, шу жумладан 9 та илмий мақола ҳалқаро журналларда чоп
этилган ва 2 та патент олинган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми.
Диссертация кириш, бешта боб,
хулоса, фойдаланилган адабиѐтлар рўйхати, 8 та илова, 264 саҳифа матн, 112 та
расм ва 5 та жадваллардан иборат.
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш қисмида
диссертация мавзусининг долзарблиги асослаб
берилган, тадқиқот мақсад ва вазифалари шакллантирилган, илмий янгилиги
қайд этилган, илмий ва амалий аҳамияти баѐн қилинган, ҳимояга олиб
чиқиладиган асосий ҳолатлар келтирилган.
Биринчи бобда
пахтани дастлабки ишлашда қўлланиладиган замонавий
технологик машиналар тўғрисида қисқа маълумотлар берилган. Пахтани қайта
ишлаш жиҳозларининг мустаҳкамлилиги ва чидамлилигига таъсир қилувчи
муҳим деталлар ва механизмларнинг ишлаш хусусиятлар таҳлили келтирилган.
Пахтани дастлабки ишлаш технологияси тизимида (тозалаш, жинлаш,
линтерлаш, делинтерлаш) қўлланиладиган технологик машиналарнинг ишчи
органларининг энг асосий ва муҳим детали бўлиб аррали дисклар ҳисобланади.
Аррали дисклар фақат бир машина учун 90 дан 130гача бўлиши мумкин. Ушбу
детални кўп миқдорда кераклигидан ташқари, яна бир мақбул бўлмаган ҳолати
мавжуд, яъни ушбу детални андозаси бўлган У8Г углеродли асбоб пўлатини
Россия Федерациясидан олиб келинишидир. Ушбу конструкцион материалнинг
чидамлилигини ошириш ҳамда импортни камайтириш ҳисобига пахта саноати
учун иқтисодий самарадорликни шаклланиши учун муҳим асос бўлиб хизмат
қилади.
Материалларга механик ишлов беришдаги деформацияланиш жараѐни
етарли даражада ўзаро боғлиқ бўлган мураккаб комплекс жараѐнлардан
13
иборатдир. Ишда фундаментал физика қонунларини ва муҳим турдош фанлар
бўйича маълумотларни қўллаш асослаб берилган (қайишқоқлик ва пластик
деформация назарияси, теплофизика, қаттиқ жисм физикасидаги дислокация
назарияси, қайтмас жараѐнлар, термодинамикаси ва бошқ.). Ишлаб чиқилган
моделларнинг илмий моҳияти деталларнинг чидамлилигини башорат қилиш
мумкинлигида, уларнинг юза сирти сифати параметрларини белгилашда,
якунловчи босқичида мустаҳкамлаш ва механик ишлов беришда намоѐн
бўлади.
Иккинчи
бобда
материалларни кесиш асосида механик ишлов бериш ва
юзани пластик деформациялаб мустаҳкамлашда ишлов бериш асосида юза
қатлами сифатини белгиловчи мухим бўлган параметрни шакллантириш
бўйича структуравий-энергетик моделни (СЭМ) ишлаб чиқишга бағишланган.
Металларни пластик деформациялаш жараѐнида микро ва макро
даражадаги синтези амалга оширилди. Бунда замонавий нуқтаи назаридан
узлуксиз генерциялаш жараѐнини ва аннигиляция асосида металларни
дислокацион кристалланиш структураларининг шаклланиши асос қилиб
олинган. Деталларнинг юза қатлами сифатининг шаклланиш механизми
мазмуни универсал (энергетик) ѐндашув асосида ишлаб чиқилди. Ушбу
ѐндашув турдош ва ўзаро боғланган билим соҳалари асосида амалга оширилди:
қайишқоқлик ва пластик деформацияланиш назарияси, қаттиқ жисм
физикасидаги дислокация назарияси, қайтмас жараѐнлар термодинамикаси,
иссиқлик физикаси, трибология, металларни кесиб ва босим билан ишлов
бериш.
Диссертацияда қайд қилинганидек, қаттиқ жисмларнинг пластик
деформацияланиши ва бузилиши ягона физик ҳоссага эга дискларнинг контакт
юзаларини
микрохажмдаги
қисмларида
ички
(ѐпиқ)
энергиянинг
деформацияланишида U
s
уни йиғилиш ва тарқалиш ҳусусиятига эгалигидир.
Ушбу энергия аслида зичланиш энергияси бўлиб, пластик деформация асосида
юза қатламида сиқилган дислокация энергияси ҳисобланади. Энергияни
захираланиши қолдиқ кучланишларни ҳосил бўлишига олиб келади ҳамда
дислокацияларни тўхташига сабаб бўлади ва ички ишқаланиш, қайишқоқ
гистерезис, экзоэлектрон эмиссия каби физик жараѐнларга боғлиқ бўлади.
Демак, захираланган энергия юза қатлами ҳолатини белгилашда интеграл ва
информацион томондан аниқлаб беради, деформациялаб мустаҳкамлаш
даражасини ҳамда кучлатишларни қолдиқ юзадаги интенсивлигини кўрсатади.
Металлни совуқ ҳолда пластик деформациялашда (эзишда), механик
энергиянинг катта қисми (97% дан) пластик деформациялашга, иссиқлик
ажралишига, қолган қисми (≈0,5…3%) металлнинг юза қатламида эзилишнинг
захира энергияси ΔU сифатида тўпланади ва уни термодинамиканинг биринчи
қонуни орқали аниқлаш мумкин:
S
U
Q
W
U
;
W
Q
,
(1)
бу ерда ΔU – жисмнинг ички энергиясининг ўзгариши; Q – деформацияга
боғлиқ иссиқлик эффекти; W – иш (агарда жисм устида бажарилса мусбат).
14
Деформациялаб мустаҳкамлашда ѐки метални эзишда ΔU – мусбат бўлиб
эзишдаги ѐпиқ (захира) энергия U
s
га тенг. Металлда эзишдаги ѐпиқ энергияни
тўпланиши натижасида, деформацияланиш мувозанатда бўлмайди ва қулай
шароитда ѐпиқ энергия сарфи асосида янгитдан қайта кристализация жараѐни
юзага келади. Деформацияланишдаги очиқ энергия U
s
ни таҳлили бир қатор
амалий сабаблар бўйича қизиқарлидир: пластик деформациялаш жараѐнини
тадқиқод қилиш деформациялаб мустаҳкамлашнинг физик-механик табиатини
таҳлил қилиш; металлнинг юза қатламини пластик деформациялашда тикланиш
жараѐнларини тадқиқод қилиш.
Термодинамиканинг биринчи қонуни талаблари барча жараѐнларга мос
келмаслиги мумкин. Шунинг учун термодинамиканинг қонунига мурожат
қилиб, унга асосан қайтмас жараѐнлардаги ҳолат фунциясини dQ/T
система
учун тўла дифференциалидир. Ушбу тўла дифференциалнинг интеграли S
энтропияси бўлиб, ҳолат параметри ҳисобланади ва уни модда қийматига
пропорционал экстенсив катталик сифатида кўрилади:
dS=dQ/T
ѐки dQ=TdS,
(2)
бу ерда dQ – элементар қайтиш жараѐнидаги қайтарилаѐтган иссиқлик; T –
жараѐн вақтидаги системанинг термодинамик (абсолют) температураси.
Деформацияланувчи жисмлар учун ички кучланишларни бажарган
ишларини белгиловчи асосий термодинамик ифодаси олинди:
TdS
d
dU
ij
ij
,
(3)
бу ерда dU – ички энергиянинг чексиз кичик ўзгариши; σ
ij
– кучланишлар
тензори; dε
ij
– умумий ҳолда қайишқоқ ε
ij
y
ва пластик деформациялар ε
ij
n
йиғиндисига тенг бўлган деформациялар тензори.
Олинган (3) тенгламада ички энергиянинг чексиз кичик ўзгариши dU
системадаги иссиқлик миқдори ва деформацияни тензори dε орқали
ифодаланган. Ички энергиянинг dU ўзгариши тўлиқ деформациянинг ва бу
тенгламадаги боғланмаган ўзгарувчилар, деформация ε
ij
ва энтропия S
орқали
аниқланади.
Кучланишни σ
ij
, деформация ε
ij
ва энтропия S
орқали белгилаймиз.
Бунинг учун U(ε
ij
,S) функцияни табиий ҳолат оралиғи U(0,S
0
) да, чизиқли ва
квадратга олинган аъзоларини сақлаган ҳолда даражали қаторга ѐзамиз,
шунингдек кучланиш σ
ij
, деформация ε
ij
ва ΔS
энтропияни ўзгартириб чизиқли
боғликларни чеклаган холдаги ифодаси олинди:
).
(
)
,
0
(
)
,
0
(
)
,
0
(
)
,
(
0
0
2
0
2
0
S
S
S
S
U
S
U
S
U
U
S
ij
kl
kl
ij
ij
S
ij
ij
ij
(4)
Тенглама (4) кичик деформацияларни ўзаро чизиқли нисбатини ифодалайди,
бунда dU(0,S
0
)/dε
ij
=0 инобатга олинган, чунки табиий ҳолатда ε
ij
=0, S=S
0
бўлганда σ
ij
=0 бўлиши керак.
15
Биринчи марта III тартибли қолдиқ кучланишларнинг тенг таъсир
этувчиси сифатида II тартибли қолдиқ деформацияларни кўриш, уларни
ҳажмларда ўзаро мувозанатлашган деб ва нуқтавий нуқсонлар ҳисобига
атомларни
статик
силжиши
қийматини
характерловчи
дислокациялар оралиғида атомлар
гуруҳи ўлчамларига қараб баҳолаш
тавсия
этилди.
I
даражали
микрокучланишлар,
деталлар
ўлчамларига
мос
хажмларни
эгаллаган ва II даражали (заррача,
блоклар ва улар гуруҳида таъсир
қилувчи
микро
кучланишлар)
қолдиқ кучланишларни ўзаро физик
нуқтаи назаридан йўқ бўлиб, мос
равишда
биринчи
даражали
кучланишлар иккинчи даражали
қолдиқ
кучланишларнинг
тенг
таъсир этувчисига мосдир.
Структуравий элементлар (1-
расм) ва деформацияларни иерархия
тузилишлари (2-расм) тахлил қилинганда, ярим кристал шаклида юқоридагилар
билан қолдиқ кучланишлар тўғридан тўғри боғлиқлигини кўрсатди. Қаттиқ
жисм физикасидаги металл ва қотишмаларнинг механик кучланишлари уларни
келиб чиқиш сабабларидан қаттий назар (кучлар таъсири, температура, юқори
энергия қисми ва бошқа факторлар) кристал решѐтканинг силжиши
натижасидир. Демак, микро кучланишлар учун ҳам, субмикроскопик
кучланишлар учун ҳам биргина физик модел мавжуд бўлиб, у
кучланишларнинг шаклланишини ифодалайдиган атом ва дислокацион
моделдир. Бошқа сўз билан метални пластик силжиш табиатини ифодалаш
учун жисм кристалини, деформацияловчи сирт қатламини структуравий
дислокацион даражасини таҳлил қилиш керак бўлади.
Захираланган энергия таркибига дислокацияларга кирган атомлар ва
бўшлиқларга мос равишда 4,5:2:1 нисбатда бўлади. Демак, ѐпиқ ички йиғилган
энергиянинг ҳосил бўлиш манбаи асосан металлнинг кристалл структурасини
чизиқли мукаммал эканлиги, яъни дислокация чизиқлари тармоғи ҳисобланади,
булар қайишқоқ силжишларга олиб келади ва қолдиқ кучланишларни ҳосил
қилади.
2-расм. Ярим кристалл жисмлар учун деформацияларнинг даража иерархияси
Намуна
(I-структуравий
даража)
Заррача (кристаллчалар),
мозаика блоклари
(II- структуравий даража)
Дислокациялар, атомлар,
электронлар
(III - структуравий
даража)
1 – намуна; 2 – заррача (кристаллитлар);
3 – мозаика блоклари; 4,5,6 – мас равишда
дислокациялар, атомлар, электронлар; 7 –
зарра чегаралари; 8 – мозаикали блокларнинг
чегаралари
1-расм. Ярим кристал жисмлар учун
деформациялар даражаси иерархияси
(металл ва қотишма)
16
Ёпиқ энергия U
s
ва қолдиқ кучланишлар орасидаги боғланишни тадқиқ
қилиш учун қиздирилган ва пластик деформацияланган металдаги
дислокацияларнинг тарқалиши ва қийматларига таяниш керак бўлади. Агарда
қиздирилган металлни бир см
2
да 10
6
дан 10
8
гача дислокация бўлса,
деформацияланган металлда 1 см
2
да 10
11
– 10
12
дислокациялар зичлиги бўлиши
эхтимоли бор. Уларнинг тарқалганлиги деформацияланиш температураси,
шакли ва даражасига боғлиқ.
Захира энергияси ва деформацион мустаҳкамлаш орасидаги боғланишни
тажрибада текшириш натижаси ишда Ж. Фридел формуласининг
модификацияси сифатида қолдиқ деформация интенсивлигини аниқлаш
формуласи олинди:
S
кол
i
U
E
2
1
1
,
(5)
бу ерда µ – Пуассон коэффициенти; E – б ўйлама қайишқоқлик модули, MПа.
Олинган (5) ифода тахлилига асосан, захира энергия қиймати ва
тарқалганлигини, юза қатлами чуқурлиги бўйича деформацияни ва
қайишқоқликни ўзгармас харакат параметрлари E ва µ ларни билган ҳолда
қолдиқ кучланишлар интенсивлигини ҳисоблаб топиш мумкин. Бу интенсив
бош қолдиқ кучланишлар σ
1кол
, σ
2кол
, σ
3кол
га боғлиқдир. Ушбу кучланишлар
намуналарга
бериладиган
циклик
юкланишларнинг
амплитудаси
ўзгартирилганда тўғридан-тўғри чарчаш (чидамлилик)га таъсир қилади.
Ушбу бобда деформациянинг ѐпиқ энергиясини учта аналитик усулдаги
ҳисоблашнинг илмий томонлари асосланди: 1) термодинамик; 2)
дислокациялаш; 3) деформацияланиш диаграммаси.
1. Деформациянинг ѐпиқ энергиясининг термодинамик усулда аниқлаш
ΔU=U
s
, термодинамиканинг биринчи конунига асосланади ва машина
деталларига турли механик ишлов беришда пластик деформацияланишини
таҳлил қилишга имкон беради.
2. Деформациянинг ѐпиқ энергиясини дислокацион усулда аниқлаш
металлнинг деформацияланиш тахлили уч босқичда амалга оширишга
асосланган ва пластик деформацияланиш кинетикаси ва хусусияти табиатини
замонавий нуқтаи назардан қарашни ўз ичига олган. Металларни пластик
деформацияланиш механизми асосан дислокацияларнинг ҳосил бўлиши,
харакати, эркинлашиши ва аннигиляциясига асосланади. Деформациялаб
мустаҳкамлашнинг турли моделларнинг (Тейлор, Бассинский, Мотта ва Хирша
моделлари) тахлили асосида ишга реал захира энергиясини ҳисоблаш ифодаси
олинди:
3
2
,
0
2
2
2
,
0
2
/
,
ln
)
1
(
4
)
)(
cos
1
(
мм
Дж
G
G
U
i
i
s
,
(6)
бу ерда G – қирқилиш модули, МПа; b – Бюргерс вектори, м; μ – Пуаcсон
коэффициенти; α
–
Бюргерс вектори ва дислокациялар ўқи орасидаги бурчак,
17
град
; β – ўзгармас сон, 0,3…0,6 га тенг; σ
0,2
– чегаравий шартли оқиш, МПа; σ
i
– нормал кучланишлар интенсивлиги, МПа.
3. Деформациянинг захира энергиясини деформацияланиш диаграммаси
усулида аниқлаш чексиз элементлар асосидаги узлуксиз мухитнинг стерженли
моделини умумлашган деформацияланиш диаграммасини (Мазинг модели)
инобатга олиб ишлаб чиқилган. Ушбу моделга асосан ҳажмнинг структуравий
ресурслардан иборат элементини бир хил деформацияланувчи стерженлар
системасидан иборат дейиш мумкин. Шунингдек, стерженлар материалларини
идеал қайишқоқ-пластик хусусиятларга эга деб қараб, қайишқоқ модуллари
ўзаро тенг деб қабул қилинди. Деформацияланиш диаграммаси методи асосида
берилган энергияни ҳисоблаш формуласи олинди:
'
'
2
'
2
)
(
)
(
)
(
2
1
EE
E
E
E
E
U
T
i
T
i
T
i
T
i
S
,
(7)
бу ерда σ
T
- ишлов берилаѐтган материалнинг физик оқиш чегараси; E
′
-
уринма пластиклик модули ѐки деформация модули.
Демак материалнинг механик характеристикалари σ
T
, E ва E
′
ҳамда
кучланишлар интенсивлиги σ
i
орқали деформациянинг солиштирма энергияси
U
s
(7) дан фойдаланиб ҳисоблаш мумкин.
БЭМни амалга ошириш технологик қолдиқ кучланишларни ҳисоблаш
алгоритми асосида қуйидаги кетма-кетликни белгилаш мумкин:
1. Махсулотни кесувчи ѐки мустаҳкамловчи асбоб таъсирида юза қатлами куч
ва температуравий юкланиш схемаларини тузиш.
2. Асбоб ва ишлов берилаѐтган детални ўзаро таъсир зонасидаги ташкил этувчи
кучларни ва кучланишларни ҳисоблаш.
3. Деформацияларни энергетик ва теплофизик таҳлили: деформация иши А ни
ва ажралиб чиққан иссиқлик Q ни аниқлаш.
4. Деформацияланишдаги солиштирма захира энергия U
′
s
ни таклиф этилган уч
методдан бирини қўллаб ҳисоблаш: термодинамик U
s
=A-Q боғланиш асосида;
схемалаштирилган
деформацияланиш
диаграммаси
i
=f(
i
)ни
қўллаб
металлнинг пластик деформациялашдаги дислокацион назарияси асосида
энергиялар U
s
=Е
d
(дислокация энергияси) тенгламаси шартидан фойдаланиб
аниқлаш.
5. Деформацияни захира энергияси U
s
даражасига боғлиқ равишда қолдиқ
кучланишлар
i кол
интенсивлигини аниқлаш.
6. Кучланганлик ҳолати шаклига боғлиқ равишда бош қолдиқ кучланишларини
1 кол
,
2 кол
ва
3 кол
ҳисоблаш.
18
d, h – мос равишда ўйиқчанинг диаметри ва
чуқурлиги; Р – эгиш кучи
3-расм. Шарнинг динамик
мустахкамланадиган юзасини эзиш схемаси
ва пластик деформацияланиш чуқурлиги h
пл
бўйича қолдиқ деформацияларни ўқ буйича
сиқилишининг эпюраси
Учинчи
бобда
металл
сиртини золдир билан динамик,
пластик деформациялашда ўзаро
таъсир
механикасини
тадқиқ
қилиш натижалари келтирилган.
Ишда урувчи заррачани металл
тўсиқ билан ўзаро таъсир масаласи
квази статик ҳолатда кўрилган,
яъни сферик қаттиқ заррача ва
қайишқоқ ярим фазовий қисмни
ўзаро силжишини ҳамда ўзаро
таъсир
кучлар
статика
тенгламалари билан ифодаланди.
Бунда зарба тезлиги v
0
ташқи
кучлар тарқалишидаги қайишқоқ
тўлқинларнинг
материалдаги
сиқилиши
ва
силжишидаги
тезлигидан бир неча бор кичик деб
олинган.
Деформацияланиш
зонасининг
асосий геометрик параметрлари:
d – пластик деформация юзининг
диаметри ва h – чуқурлиги деб
ҳисобланди (3-расм). Деталнинг
юзасини золдир билан зарба бериб ишлов бериш лоқал деформацияланиш
жараѐни билан характерланади. Агарда отилаѐтган золдирнинг кинетик
энергияси W
0
контакт юзадаги кучланишлар
i
интенсивлигини таъминлашга
етарли ва динамик оғиш чегараси
д
т
.
дан катта бўлса, у ҳолда ишлов
бериладиган юзада ўйиқчалар шаклидаги изли бузилишлар ҳосил бўлади.
М.М. Савериннинг юзанинг деформацияланиш даражаси ψ ҳисоблаш
формуласини Бринель ўлчамлари (Н
д
=1,7·НВ) динамик Н
д
ва статик НВ
қаттиқликни ҳамда золдирнинг кинетик энергиясини W
0
=mv
2
/2 ҳисобга олган
ҳолда қайта кўриб чиқиб, амалий томондан қўллашга қулай ифода олинган:
4
3
0
18
,
1
2
g
D
HB
W
,
(8)
бу ерда
m
ва D – мос равишда золдирнинг массаси (кг) ва диаметри, м; v – зарба
тезлиги, м/с; g – эркин тушиш тезланиши, м/с
2
.
4-расмда юзани деформацияланиш даражаси ψ ни ҳисоблаш натижасида
золдир билан ишлов бериш режими параметрларига боғлиқ (v=10…90м/с,
D=0,5…2,5 мм, НВ 100…400) графиклари берилган. Ишлов берилаѐтган
материал қаттиқлиги ортиши билан юзани деформацияланиш даражасининг
монотон қонунияти камаяди, бунда D ва V нинг катта қийматларидаги ψ
абсолют қиймати ортиб боради (мос равишда 0,057 ва 0,094да).
19
Зарбанинг тезлиги 10 дан 70 м/с гача ортиши билан (4,б-расм) кинетик
энергиянинг ортиши ҳисобига юзанинг деформацияланиш даражаси ψ
сезиларли даражаси ортади: мос равишда 2,63 ва 2,73 марта ортади, бунда D=1
ва 2 мм қилиб олинган.
Юзанинг пластик деформациясида (ЮПД) деформация ҳолати фақат ψ
коэффициенти билан баҳоланиб қолмай, пластик деформация қатлами
қалинлиги h
пл
=h
н
ҳамда золдирни ўқ бўйлаб босимининг характерли зонасидаги
деформациясини ўзгартириш билан хам бахоланади. Қайта ишлов
берилмаслиги деталнинг юза босим излари билан тўлиқ қопланганда хамма
қатламларининг сиқилиш қалинлиги ўртача 3-расмда тасвирлангандек битта
изнинг ўқ бўйлаб сиқилиш деформациясига мос келади.
а) D = 1 мм
б) НВ 300
4-расм. Юзани деформацияланиш Ψ даражасини золдирнинг қаттиқлиги, турли
тезликларида v (а) ва турли D диаметрларида v (б) тезликка боғлиқ бўлган ўзгариш
графиклари
Золдир билан уриб қайта ишлашда кўп марта динамик таъсир натижасида
пластик изнинг радиуси маълум даражагача ошади ва сўнгра амалда ўзгармас
ҳолда бўлади. Шуни назарга олганда пластик из радиуси қуйидаги ифодадан
аниқланади:
мм
g
HB
v
D
К
а
,
2
,
10
ρ
4
2
(9)
бу ерда К=1,3…1,5 – из диаметрини ўзгариш коэффициенти; ρ – золдир
материалининг зичлиги.
Тезлик ва қайта ишланадиган материалнинг НВ қаттиқлиги ўзгармас
бўлганда изнинг радиуси золдир диаметрига тўғри пропорционаллиги (9)
ифодадан кўриниб турибди. Материалнинг қаттиқлиги ошганда изнинг радиуси
камаяди (5-расм), бунда қаттиқликнинг барча ўзгариш диапазонида изнинг
а
радиуси v = 30 м/с га нисбатан v = 50 м/с да каттадир. Бу эса деформация
ўчоғини шаклланишига сабабчи бўлган кинетик энергиянинг катта қиймати
билан изоҳланади. Тезлик 10 дан 70 м/с гача ошганда изнинг радиуси 2,65
мартагача ошади.
Ишда биринчи марта адабиѐт манбаларида келтирилган қаттиқ
заррачанинг параметрлари ва физик-механик характеристикалари билан
ψ
0,35
0,25
0,15
0,05
0 10
30
50
V, м/с
D=2мм
D=1мм
V=50м/с
V=30м/с
ψ
0,40
0,35
0,30
0,25
100
200
НВ
300
400
20
ҳисобдаги боғланишларни ифодалаш мақсадида зарбада тезликни k тикланиш
коэффициентини аниқлашнинг аналитик усули ишлаб чиқилган. k
коэффициентини маълум бўлган ҳисоблаш-тажриба усули амалда катта
мехнатни талаб қилиши билан ажралиб туради, чунки кўп тажрибалар ўтказиш
ва зарба чуқурлари параметрларини синчиклаб аниқ ўлчаш зарур бўлади.
Заррачани металл тўсиқ билан таъсирланишида металлни қайишқоқ-
пластик деформацияси оқибатида унинг дастлабки кинетик энергияси
W
0
=mv
2
0
/2 (зарбадан олдинги энергия) йўқотилади. Шунинг учун заррачанинг
v
1
қайтиш тезлиги
v
0
дан кам бўлади. Заррачанинг кейинги энергияси
W
1
=mv
2
1
/2
га тенг бўлади. Натижада уриладиган заррача кинетик
энергиясининг ΔW абсалют камайиши қуйидагича бўлади:
2
/
)
1
(
)
1
(
2
2
0
2
0
1
0
k
mv
k
W
W
W
W
.
(10)
Бундан тикланиш коэффициенти формуласини аниқлаймиз:
0
1
0
/
1
)
/
(
1
W
W
W
W
k
.
(11)
Қаттиқ золдирли зарбадан кейинги кинетик энергияси W
1
га тенг бўлган
таъсиридаги локал зонани қайишқоқ тикланиш ишини билиш муҳимдир.
а)
б)
5-расм. Изнинг
a
радиусини қайта ишланадиган материал қаттиқлигига (а) ва
золдирнинг тезлиги v (б) v = 30 м/с; D = 1 мм режимда қайта ишлаш тезлигига
боғлиқлиги
Мейер қонуни ва қаттиқ заррачани текисликка статик таъсирини,
геометрик боғланишларини қўллаб сферик иденторни қайишқоқ-пластик
таъсирини босиш Р кучи учун қуйидаги боғланиш ўринлидир:
n
n
п
h
R
N
Р
5
.
0
5
.
0
1
5
,
0
8
, (12)
бу ерда N – золдир диаметрига боғлиқ материални характерловчи доимий
катталик;
п
– золдир диаметрига боғлиқ бўлмаган, аммо битта материал учун
пухталаш билан материални характерловчи доимий катталик, одатда 2 дан
(қизитилганда) 2,5 гача (тобланганда) тенг деб олинади; R
1
=D/2 – золдирнинг
радиуси; h – қаттиқ заррачани эзиш баландлиги.
Майер ифодасидаги материалнинг хусусиятини ифодаловчи n ва
N
,
қийматлари n=2 ва N=πH
μ
/4 бўлганда, (бунда H
μ
– Мейер бўйича қаттиқлик, W
1
– қайишқоқлик) тикланиш иши қуйидаги ифодадан аниқланади:
НВ300
НВ500
а,
мм
0,8
0,6
0,4
0,2
0 10
V, м/с
50
30
V=50м/с
V=30м/с
а,
мм
0,9
0,8
0,7
0,6
100
200
НВ
300
0,5
21
пр
E
W
H
R
W
/
)
(
77
,
1
75
,
0
0
25
,
1
75
,
0
1
1
. (13)
Шундай қилиб, (11) ифодага асосланиб зарбадаги тезликнинг тикланиш
коэффициентини ҳисоблаш формуласи қуйидагича бўлади:
)
/(
79
,
1
25
,
0
0
25
,
1
75
,
0
1
np
E
W
HВ
R
k
. (14)
Тўғри зарбада тезликни k тикланиш коэффициенти кинетик энергия,
заррача материалига, тўсиқ материалини қаттиқлигига, ўзаро урилувчи
жисмларни қайишқоқлик модули ва Пуассон коэффициентига боғлиқлигини
(14) ифодани тахлили кўрсатиб турибди. (14) ифодада ҳисобланган k тикланиш
коэффициенти қийматини тажрибада аниқланган натижалари билан таққослаш
уларни ўзаро юқори даражада яқинлигини кўрсатди: 45 маркали пўлат учун
k
хис
=0,476, k
экс
=0,458; армко-темир учун k
хис
=0,317, k
экс
=0,316. Ҳисоблашда
тажрибалар шарти ва керакли параметрлар қуйидагича олинади: пўлат
шарикларнинг диаметрлари 2R
1
=10
-3
м; оғирлиги m=4,09·10
-6
кг; шарчаларнинг
отилиш бурчаги α=90
0
; шарик тезлиги V
0
=22,7 м/с; тўсиқ материали – 45
маркали пўлат (197 HV ѐки НВ1030 МПа); таъсирланувчи материалларнинг
қайишқоқлик характеристикалари E
1
=E
0
=2·10
5
МПа, µ=µ
0
=0,3.
Детални золдир билан қайта ишлашда унинг юза қатламини сифатини
тадқиқ қилишда СЭМ ни қўллаш жараѐни энергия балансини албатта тахлил
қилиш кераклигини кўрсатади.
Энергия баланси золдирни детал юзаси билан зарбасини харакатнинг
айрим тугалланган босқичидаги жараѐнлар: қайишқоқликни, пластикликни
инобатга олиш, жисм юзасидан сақлашини кўриб чиқиш асосида тузилган.
Ушбу бобда деталларнинг зарбадаги ЮПД жараѐнини иссиқлик ҳолати тахлили
ҳам бажарилган. Золдирни металл юзаси билан ўзаро зарба жараѐни учун
иссиқлик, механик ва ички энергияларнинг боғланиш тенгламаси олинган:
ш
u
Q
Q
U
k
W
)
1
(
2
0
.
(15)
Қаттиқ заррани (золдирни) деформацияланмаслигини тахмин қилиб
қуйидагиларни ѐзиш мумкин: ΔU=ΔU
u
+ΔU
ш
≈ΔU
u
. Юза қатлами сифатини
шаклланиш масаласида ички, энергияни ўзгаришини ҳисобга олиш зарурдир.
Иссиқлик, хусусан, зарбада ўртача таъсир ҳарорати физикаси масаласини
ечишда ΔU катталиги назарга олинмайди.
Жисмни золдир зарбаси натижасидаги ҳоҳлаган нуқтаси ҳароратини
хисоблаш тенгламаси қуйидагича олинди:
t
R
t
k
W
b
u
u
u
4
exp
)
4
(
)
1
(
)
1
(
2
2
3
2
0
, (16)
бу ерда θ(x,y,z,t) – жисм ҳарорати,
0
C; b – иссиқлик интенсивлигини шарда
тарқалишини характерловчи коэффициент; λ
– иссиқликни ўтказувчанлик
коэффициенти, Вт/(м·
0
С); ω=λ/(сρ
м
) – ҳароратни ўтказувчанлик коэффициенти,
м
2
/с; сρ
м
– ҳажмий иссиқлик сиғими, Дж/(м
3
·
0
С); с – солиштирма иссиқлик
сиғими; ρ
м
–
материалнинг зичлиги
,
кг/м
3
;
2
2
2
)
(
)
(
)
(
z
z
y
y
x
x
R
u
u
u
–
иссиқлик манбаидан қўрилаѐтган нуқтагача масофа, м.
22
Золдирни максимал кириш чуқурлиги ва жисм юзасидаги таъсир вақтига
тенг t вақтни ҳисоблаш учун жисмни қайта ишланадиган муҳитда
ҳаракатланиш тенгламасини кўриб чиқиш зарур:
,
2
2
2
h
R
dt
h
d
m
Т
(17)
бу ерда m ва R
– золдир массаси ва радиуси; σ
T
– тўсиқ материалини
оқувчанлиги; h
– шарикни эзиш чуқурлиги.
Золдирнинг m массаси унинг ҳажми ва ρ
м
зичлиги кўринишидаги (17)
дифференциал тенглама ечимини қуйидаги кўринишда ѐзиш мумкин:
t
D
D
h
м
Т
Т
м
6
1
sin
6
, мм;
Т
м
D
t
6
2
, с. (18)
Тўртинчи бобда
арра тишлари ва колосниклар юза қатламларини золдир
билан қайта ишлаб мустаҳкамлаш сифатини назарий ва тажрибавий
тадқиқотларнинг натижалари, СЭМ орқали шаклланган технологик қолдиқ
кучланишларни текшириш мақсадида статик ЮПД ва қирқиб қайта ишланган
тажрибаларнинг айрим натижалари келтирилган.
Аррали диск тишларини золдир билан қайта ишлаш тажрибавий
тадқиқотлари Чкалов номидаги авиация ишлаб чиқариш бирлашмасининг
УДП-2-3.5 саноат қурилмасида амалга оширилди. Бу мослама (6-расм) масъул
деталларнинг юзаларини мустаҳкамлаш учун мўлжалланган бўлиб, 12 серияда
ишлаб чиқарилган золдирни отувчи 42115, 42125 аппаратлардан иборат.
Деформациялаб мустаҳкамлаш текшириладиган юзаларга нисбатан
α=5
0
04′ бурчак остида олинган қирқимларда қия микрошлифларда Н
μ
микроқаттиқликни ўлчаш орқали аниқланади. Тажрибалар тўрт томонли олмос
пирамидали ПМТ-3 ускунасида ўтказилди. Н
μ
микроқаттиқлик 0,98 Н
юкланишда олинган изларнинг диагоналларини ўлчаш натижалари орқали
деформациядаги мустаҳкамлик, пухталаш чуқурлиги h
H
, U нинг даражаси ва
чуқурлик бўйлаб пухталаш интенсивлиги U
гр
– пухталаш градиенти орқали
аниқланди.
Тангенциал қолдиқ кучланиш узлуксиз тензометрик датчикларни қўллаб,
махсус аппаратдан фойдаланиб ҳалқали намуналардан акад. Н.Н. Давиденков
усулида аниқланди.
Қайта ишланган юза нотекислигини тадқиқоти “Калибр” корхонасида
ўтказилиб 201 моделдаги профилометр-профилографида R
a
параметрини
интеграл қийматлари, фиксацияси – профилни ўртача арифметик қийматини
оғиши ва профилографларни электр ўтказувчи қоғозда ѐзиш орқали аниқланди.
Зарба берувчи золдирни W
0
бошланғич кинетик энергияси орқали
ифодаланган Р максимал зарба кучини ҳисоблаш ифодаси олинди:
,
2
0
T
D
W
Р
H
(19)
(19) ифодани деформацияловчи куч сифатида С.Г. Хейфецанинг маълум
формуласидан фойдалансак қуйидаги кўринишда бўлади:
4
0
)
2
/(
T
H
D
W
h
, мм.
(20)
23
1 – тажриба маълумотлари;
2 – ҳисоб натижалари
7-расм. Титан қотишмаларни
золдир билан қайта ишлашда
деформациялаб мустаҳкамлаш h
н
пўлат золдирлар урилганда ҳосил
бўладиган чуқурлиги D диаметрига
боғлиқлик графиклари
(σ
т
= 780-1075 МПа)
1 – элеватор бункери; 2 – бункерни
таъминловчи мосламаси; 3 – бункерни
сепаратори; 4,7 – дросселлар; 5 –
золдирни отувчи ғилдирак ротори; 6 –
элеваторни пастки йиғувчиси; 8 – бункер;
9 – қайта ишланадиган детал; 10 – вал;
11 – тасмали узатма; 12 –
электродвигатель; 13 – ишчи камера;
узлуксиз стрелка - золдир; узлуксиз штрик
- ҳаво
6-расм. УДП-2-3.5 золдир отувчи
аппаратнинг принципиал схемаси
(20) формула орқали ҳисобланган h
H
пухталаш чуқурлиги етарли
даражада тажриба натижаларига мос келади, тафовут 8,5…14,3 % атрофидадир
(7-расм).
У8Г
маркали
пўлат
намуналари
юза
қатламининг
микроқаттиқлигининг тажрибавий тадқиқотлари золдир билан қайта ишлаш
вақти 1минутдан 4 минут оралигида, юза микроқаттиқлиги Н
μ
=3560 МПа
бўлганда пухталаш чуқурлиги 0,06 мм га ва U даражаси 9,8 % га ўсганлигини
кўрсатди.
Максимал мустаҳкамлаш даражаси
U=33,4% t=4 минут бўлганда
эришилди (v=30 м/с, D=0,6 мм). Бу
режим
мустаҳкамланган
қатламни
чегаравий
қалинлиги
h
н
=0,23
мм
бўлишини таъминлайди.
Золдир билан қайта ишлаш вақти 6 минут ва ундан юқори бўлиши
мақсадга мувофиқ эмас, чунки бунда намуналар юзасининг микроқаттиқлиги
камаяди ва максимал қаттиқлик намуналарни устки қатламларига силжийди (8-
расм). Золдирни ҳаракат тезлиги 8 дан 30 м/с ва t=4 минут бўлганда пухталаш
даражаси 14 дан 28 % гача ошади. Тезликни ва вақтни оширилиши ўта
пухталаш оқибатида деформацияли мустаҳкамлашни пасайтиради.
Жин арралари тишини қайта ишлашда D диаметрини ва уни тезлигини
ошириш золдирни кинетик энергияси ва мустаҳкамланадиган детални юза
қатламининг пластик деформациялаш жараѐнини интенсивлашиши h
H
пухталаш чукурлигини ортишига олиб келади (9-расм).
24
У8Г маркали углеродли пўлат асбоби диаметри D=0,4 мм бўлган золдир
билан
v
=30 м/с, t=3-4 минутда заррача билан мустаҳкамлашда юза нотекислиги
параметрлари: ўртача арифметик оғиш R
a
2,4 дан 1,8 мкм, нотекисликлар
баландлиги R
z
5,5 дан 4 мкм га камайишини тадқиқотлар кўрсатди.
Силлиқланган намуналарни худди шундай режимларда золдир билан
қайта ишлаш R
a
нотекислик баландлигини 0,2…0,3 мкм гача ортишига олиб
келади. Золдир тезлиги ошиши билан нотекислик ҳам ортади.
Машина деталларини золдир зарбаси билан мустаҳкамлигини
оширишдаги ўзига хослиги шундаки, мустаҳкамланадиган юза нотекислиги
унинг юзасини дастлабки геометрик ҳолатига, диаметрига, золдирни ҳаракат
тезлигига боғлиқ равишда ошиши ѐки камайиши мумкин.
1 – t=1 мин; 2 – t= 2 мин; 3 – t=3 мин;
4 – t= 4 мин; 5 – t=6 мин; 6 – H
μ
в исходном
состоянии
8-расм. У8Г маркали пўлатни H
μ
микроқаттиқлигини h
н
юза қатлами
чуқурлиги бўйича золдир билан қайта
ишлаш вақтича нисбатан тақсимланиши
1 – υ=30 м/с; 2 – υ=30 м/с (назарий
берилганлар); 3 – υ=16 м/с; 4 – υ=8 м/с
9-расм. Золдир билан қайта ишлашда h
н
пухталаш чуқурлигини заррача D
диаметрига боғлиқлиги
Бу бобда металлни юза қатлами сферик идентор билан қайта ишлашда
қайишқоқ-пластик деформация кинетикаси таҳлили асосида нотексликни
шаклланиш қонуни ва унинг R
z
баландлиги аналитик усулда аниқланди.
Нотекисликнинг R
z
баландлиги ишлаб чиқилган назарий усул асосида қуйидаги
формула орқали аниқланди:
T
T
м
T
м
z
v
D
W
k
D
V
R
2
0
2
0
2
0
6
5
,
0
2
3
6
. (21)
R
z
параметрининг ҳисобланган қиймати тажрибавийлигига нисбатан
5,8...10,5% га тафовут қилишлиги, амалда ушбу ҳисоблаш усулидан
фойдаланиш мумкинлигидан тасдиқлайди. Юза қатлами сифатининг
шаклланишини
структуравий-энергетик
моделига
асосланиб
машина
деталларини золдир билан қайта ишланишида ҳосил бўладиган технологик
қолдиқ кучланишларни ҳисоблаш бўйича қуйидаги алгоритм ишлаб чиқилди:
1. Пластик изнинг радиусини ҳисоблаш. 2. Пластик радиусига мос Р – статик
25
1 – m=2; 2 – m=3; 3 – m=4; 4 – m=5
10-расм. Биргер модели учун
нисбий муддатли ψ
N
мустахкамликни m нинг турли
қийматларидаги R қолдиқ
кучланишлар коэффициентига
боғлиқлиги
тадқиқот
куч аниқлаш. 3. Нормал босим p
0
ва кучланиш σi интенсивлигини формула
ѐрдамида ҳисоблаш. 4. Тезликни тикланиш коэффициентини аниқлаш.
5. Тезликни тикланиш коэффициентини назарга олиб қаттиқ сферик золдирнинг
зарба энергиясини ҳисоблаш. 6. Юза қатлами энергияси U
s
ни ўзгаришига тенг
захира деформация энергиясини аниқлаш. 7. Қолдиқ кучланиш интенсивлигини
аниқлаш.
Қолдиқ кучланишлар интенсивлигини ҳисоблаш учун номограмма
кўринишидаги золдир билан мустаҳкамлаш режимидан илгари ўтказилган,
амалда фойдаланилди.
Золдир билан уриб қайта ишлаш режими ва шароити қуйидагича: қайта
ишланадиган
материал
қаттиқлиги
HV80…560;
золдир
диаметри
D = 0,5…3 мм; золдирнинг сарфи q = (0,75…12)∙10
-3
кг/(см
2
∙с); золдирнинг
тезлиги v = 30…80 м/с.
Берилган алгоритм бўйича ҳисобланган юза қатламини
z
чуқурлигидаги
қолдиқ кучланишларнинг интенсивлиги қуйидагича:
кол
i
= 1094 Н/мм
2
, z = 0,05 мм;
кол
i
= 1082 Н/мм
2
, z = 0,1 мм;
кол
i
= 933 Н/мм
2
, z = 0,2 мм.
Қолдиқ кучланишлар интенсивлигини назарий қийматини тажрибавийдан
2…10% га фарқ қилиши пахтани қайта
ишлаш машиналари аррали дискларининг
муддатли ва толиқишга мустаҳкамлигини
эксплуатация юкланишларни назарга олиб
фойдаланишга имкон беради.
Диссертация
ишининг
бешинчи
боби
пахтани дастлабки ишлаш машина
деталларини юза қатламидаги технологик
қолдиқ
кучланишларни
назарга
олиб
толиқиш ва муддатли мустаҳкамлигини
ишлаб чиқиш методига бағишланган. Ишлаб
чиқаришда текшириш ва аррали дискларни
мустаҳкамлашдаги
қайта
ишлаш
тадбиқининг самарасини иқтисодий баҳолаш
натижалари келтирилган.
Маълум бўлган кучланишлар цикли (σ
a
, σ
m
), чидамлилик чегараси σ
-1
ва
мустаҳкамлик чегараси σ
в
(Гудман чизиғи, Биргера, Гербера, Мэрина
параболалари) параметрларини таҳлили асосида технологик қолдиқ
кучланишларни ҳисоблаш алгоритми ишлаб чиқилган. Масалан, Биргер
параболаси учун
1
2
1
в
m
а
. (22)
σ
m
=0 кучланишнинг симметрик циклидаги қиймати қуйидаги ифодага мос
келади
26
в
кол
i
а
1
1
.
(23)
Пардозлаб-мустаҳкамлашда қайта ишлаш ва кесиш жараѐнида деталларни
юза қатламида кучланишида ҳажмли қолдиқ майдони ҳосил бўлади. Аммо
уларни кичик чуқурликда ѐтиши сабабли тангенциал ва ўқ бўйлаб
кучланишларнинг ҳосил қиладиган текис қолдиқ кучланишлар сифатида қабул
қилинган.
Қайишқоқлик назариясидан келиб чиқиб, кучланиш ҳолати σ
i
кучланиш,
қолдиқ кучланиш ҳолати σ
i
кол
интенсивлиги билан характерланади.
Бузилишгача цикл сони N
р
ни қолдиқ кучланишлар σ
i
кол
интенсивлигини
боғловчи симметрик ҳолат учун қуйидаги ифода олинган:
2
0
1
m
в
кол
i
р
N
N
, (24)
бу ерда N
0
- толиқиш эгри чизиғини синиш нуқтасига мос цикл сони; σ
а
-
циклдаги кучланиш амплитудаси (қолдиқ кучланишларни назарга олингандаги
чидамлилик чегараси); m=C/K
σ
– толиқиш эгри чизиғини чап томонининг
қиялигини ифодаловчи коэффициент (углеродли пўлат учун С=12…20,
лигерланган пўлат учун С=20…35); K
σ
=σ
-1
/σ
-1д
– толиқишга қаршиликни хамма
факторларининг таъсирини инобатга олувчи коэффициент; σ
-1д
– деталларни
чегаравий мустаҳкамлигини ҳисобга олиб углеродли пўлатлардан қилинган
маҳсулотлар (аррали дисклар) учун m=C/K
σ
=2…5, лигерланган пўлатлар учун
m=3,33…8,75.
Турли боғланишлар (моделлар) учун олинган (24) кўринишдаги ифода
қолдиқ кучланиш коэффициенти R=σ
i кол
/σ
в
ва нисбий муддатли мустаҳкамлик
φ
N
=N
р
/N
0
даги боғланишини сонли ва сифатли баҳолашга имкон беради.
Бобда тишлари мустаҳкамланган аррали жинни Тошкент вилояти Бўка
пахта тозалаш корхонасининг жин-линтер цехида ишлаб чиқариш шароитида
ўтказилган тажриба натижалари келтирилган. Ишлаб чиқаришдаги тажрибада
УДП-2-3.5 саноат мосламаси диск юзалари мустаҳкамланган (қайта ишлаш
режими: золдир тезлиги v= 30м/с, золдир диаметри D=0,6 мм, ишлаш вақти t=4
мин, золдирнинг сарфи q=250 кг/мин).
Жин арра дискларини муддатли чидамлилиги 5/3 сортли, С-6524
селекция навли, намлиги 13,1%, қўлда терилган пахта хом ашѐсини қайта
ишлашда мавжуд жин арраларига нисбатан 1,7...2,0 марта ошганлигини
кўрсатди. Арра тишлари юза қатламларидаги мустаҳкамлик чегараси σ
в
=1000
МПа бўлган сиқувчи қолдиқ кучланишлар сатхи σ
i кол
= 200...600 МПа атрофида
бўлди.
Мустаҳкамланган жин арраларини пахта тозалаш корхонаси шароитидаги
тажрибавий тадқиқот натижалари m=2 учун Биргер ифодаси билан мос келади
ҳамда нисбий муддатли чидамлилик ψ
N
ни чизиқли боғланиши қуйидагича
олинди (10-расм):
558
,
0
75
,
2
R
N
. (25)
27
Бу боғланиш мустаҳкамланган аррали дискларни сиқувчи қолдиқ
кучланишларга ва материални мустаҳкамлик чегарасига боғлиқ муддатли
мустаҳкамлиги хақида маълумотга эга бўлишга имкон беради.
Аррали дискларнинг ҳолатини таққослаш тахлили мустаҳкамланган
тишларни (11-расм, а) эксплуатация вақти T=672 соат бўлишига қарамай
амалда ўз шакли ва геометрик параметрларини, шунингдек тиш учининг
ўткирлигининг сақланишини кўрсатди.
Мустаҳкамланган жин арраларининг тишлари Т=168 соат ишлатилганда
орқа юзалари яроқсиз ҳолда тўртбурчакли юза кўринишида Δl=1,3…1,5 мм гача
ейила бошлади. Бунда ейилиш билан бир вақтда тишни h баландлиги ва қўшни
тишларнинг технологик оралиғи камайди. Натижада тиш чўққиси
ўткирлигининг камайиши жинлаш жараѐни унумдорлигини пасайтирди.
а) б) в)
11-расм. Тишлари мустаҳкамланган (а), мустаҳкамланмаган, синган ва пластик
деформацияланган (б), тишлари ейилган (с) жин арралари.
Тишлари золдир билан қайта ишланган аррали дисклар тола ва чигитнинг
сифат кўрсаткичларини етарлича сақлаши аниқланди.
Жадвал
Тола ва чигит сифат кўрсаткичлари
№
Технологик
кўрсаткичлар, % да
Тишлари
мустаҳкамланган
арра тишлари билан
жинлаш
Заводдаги мавжуд
аррали дисклари билан
жинлаш
1
Пахтанинг намлиги
13,1
13,1
2
Толанинг намлиги
6,46
6,46
3
Тола чиқиши
26,38
26,12
4
Чигит тукдорлиги
12,45
12,7
5
Чигит шикастланиши
7,33
7,73
Тишлари золдир билан мустаҳкамланган аррали дискларни Тошкент ва
Андижон вилоятларидаги иккита пахта тозалаш корхоналарида тадбиқ
этилганда йиллик иқтисодий самарадорлик 80992,0 минг сўмни ташкил қилди.
ХУЛОСА
28
1.
Машиналарнинг ишчи органлари муҳим деталларининг юза
қатлами механик қайта ишлашда ҳосил бўладиган технологик қолдиқ σ
кол
,
кучланишларнинг структуравий-энергетик моделининг шаклланиш ва
ҳисоблаш алгоритми ишлаб чиқилган.
2.
Технологик қолдиқ кучланишларнинг деформацияни U
s
яширин
энергиясига боғлиқлигини аниқлашнинг учта усули тавсия қилинди:
термодинамиканинг биринчи қонуни дислоқациялаш ва тегишли энергетик
боғланишлар (дислокация назарияси), конструкцион материалларнинг σ
i
=f(ε
i
)
схемалашган деформацияси диаграммаси усулларидан бири орқали
аниқланиши кўрсатилган.
3.
Қаттиқ жисмларни золдир билан қайта ишланадиган юзаси билан
зарба қатламида тезликни k тикланиш коэффициентини аниқлашнинг аналитик
усули аниқланди: бикр сферик қаттиқ золдир оқимининг ўртача тезлиги υ
0
да
α=90º бурчак остида қайишқоқ яримфазодаги (деформацияланадиган бир
тоифали ва изотрон жисм), бир актли ўзаро зарбаси аниқланган.
4.
Структуравий-энергетик модел асосида юза қатлами ички
энергияси ΔU га тенг жамланган солиштирма энергия U
s
ни ишлаб чиқилган
учта усуллардан (термодинамик, дислокация ва қайта ишланадиган материални
диаграмма) бири орқали аниқлашга имкон берадиган ўзаро боғлиқлик
қонуниятлари олинган.
5.
Ишда қирқиладиган қатламни қирқувчи асбоб билан кесишда ҳосил
бўладиган деформациянинг яширин энергияси U
s
учун энергетик балансни
термодинамик таҳлили базасида ва ЮПД ни статик усулида боғланишлар
олинган.
6.
Машина
деталлари
юзаларига
золдирни
отиш
билан
мустаҳкалашдаги структуравий-энергетик модел асосида технологик қолдиқ
кучланишларни ҳисоблаш алгоритми ишлаб чиқилган. Термодинамиканинг
биринчи қонуни (σ
i кол
=1095 Н/мм
2
) ва дислокация назарияси (σ
i кол
=1061
Н/мм
2
) базасида СЭМ бўйича ҳисобланган қолдиқ кучланишларнинг ҳисоб
қиймати тажрибавий тадқиқотлар натижаларига (σ
i кол
=1080 Н/мм
2
) билан мос
келган, натижаларнинг ўзаро фарқи тегишли равишда 1,4 ва 1,7% дир. Бу эса
машина деталларининг муддатли ва толиқишга мустаҳкамлигини баҳолашда
қолдиқ кучланишларнинг назарий ҳисоблаш асосида топилган қийматидан
фойдаланиш мумкинлигини билдиради.
7.
Қолдиқ
кучланишлар
майдони
учун
чизиқли
бўлган
кучланишларнинг тензор варианти бажарилишига асосланган, яъни σ
x кол
ўқ
бўйлаб ва биринчи варианти σ
y кол
тангенциал қолдиқ кучланишлар ва уларни
σ
i кол
интенсивлик қийматларига эга бўлиб, σ
1кол
ва σ
2кол
бош қолдиқ
кучланишларни ҳисоблаш мумкин бўлади. Бу кучланишлардан статистик ва
циклик юкланиш шароитида мустаҳкамликни ҳисоблашда фойдаланилади.
8.
Конструкцияларни
циклик
юклашда
технологик
қолдиқ
кучланишларни мустаҳкамликка (кутарувчанлик қобилиятига), циклик
29
толиқишга ҳисоблаш алгоритми ва пахтани қайта ишловчи машиналарнинг
аррали дискларини ишлаш ресурсига таъсири кўрилган.
9.
Абсолют қаттиқ сферани (шарикни) қайта ишланадиган мухитли
(яримчексиз қаттиқ жисм) таъсирида қаршиликни ѐки оқимнинг ўртача
босимини (σ
т
оқим чегараси) доимий деб, h
н
эзилиш чўнқирлигини аниқлаш
формуласи олинди. h
н
нинг қийматини ишончлилиги бошқа тадқиқотчиларнинг
тажриба натижалари билан мос келиши тасдиқланган. Аррали диск тишларини
золдир билан қайта ишлаш параметрлари деформациялаб мустаҳкамлашнинг
чуқурлилигига ва даражасига таъсирининг асосий қонуниятлари олинган. Қайта
ишлашни оптимал режимлари: золдирнинг тезлиги υ=30м/с, золдир диаметри
d=0,6 мм, қайта ишлаш вақти t=4 мин аниқланган. Бу режим юза
микроқаттиқлигини максимал H
μ
=4560 МПа ва пухталаш даражасининг U=33,4
% бўлишини таъминлади.
10.
Тишлари мустаҳкамланган аррали дискларни назарий ва амалий
(тажрибавий) қийматлари бир-бирига яқинлиги (8…12%) тасдиқланган.
Тишлари золдир билан қайта ишланган жин арраларини юқори самарадорлиги
ишлаб чиқаришда текшириш асосида тасдиқланди. Тажрибалар қўлда терилган
сорти 5/3, нави С-6524, намлиги 13,3% пахтани ишлатиб ўтказилди. Аррали
дискларни муддатли чидамлилигини ошиши (икки ва ундан ортиқ) юза
қатламини микроқаттақлигини ошиши ва тишлар ўзагини қовушқоқлигининг
сақланиши натижасидир. Заррача билан қайта ишлаш аррали цилиндрни қумли
ваннада қайта ишлашдан афзаллигини йўқотади, чунки заррача оқими
таъсирида ғадир-будирликлар камаяди ва тишларни 0,2…0,3 мм ли
қирраларини ўтиш жойлари ҳосил бўлади.
Пахта хом ашѐсини тишлари мустаҳкамланган аррали дисклар билан
жинлаш тола ва чигитнинг сифатини яхши сақлайди. Жин арраларини Тошкент
ва Андижон вилоятларидаги иккита пахта тозалаш корхоналарида ишлаб
чиқаришга тадбиқи 80992,3 минг сўм иқтисодий самарадорликка олиб келди.
30
НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА
НАУК 16.07.2013.Т.06.01 ПРИ ТАШКЕНТСКОМ ИНСТИТУТЕ
ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ШИН ИЛЛАРИОН ГЕОРГИЕВИЧ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА
И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ
МАШИН
ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ХЛОПКА
05.02.03 - Технологические машины. Роботы, мехатроника и робототехнические
системы
(технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ ДОКТОРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
Ташкент – 2014
31
Тема докторской диссертации зарегистрирована за №
30.09.2014/В2014.5.T320
в Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров Республики Узбекистан
Докторская диссертация выполнена в Ташкентском институте текстильной и легкой
промышленности.
Полный текст докторской диссертации размещен на веб-странице научного совета
16.07.2013.Т.06.01 по присуждению ученой степени доктора наук при Ташкентском институте
текстильной и легкой промышленности по адресу www.titli.uz
.
Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский) размещен на веб-
странице по адресу www. titli.uz и Информационно-образовательном портале “ZiyoNet”по адресу
www.ziyonet.uz
.
Научный
консультант:
Джураев Анвар Джураевич,
доктор технических наук, профессор
Официальные
оппоненты:
Махкамов Руфат Гулямович,
академик, доктор технических наук, профессорессор
Ахмедходжаев Хамид Турсунович,
доктор технических наук, профессор
Рахмонов Хайридин Кодирович,
доктор технических наук
Ведущая
организация:
Ферганский политехнический институт
Защита диссертации состоится «25» декабря 2014 г. в 14
00
часов на заседании научного совета
16.07.2013.Т.06.01 при Ташкентском институте текстильной и легкой промышленности по адресу:
100100, г. Ташкент, ул. Шохжахон-5, тел. (+99871)- 253-06-06, 253-08-08, факс: 253-36-17;
e-mail:titlp_info@edu.uz.
С докторской диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре
Ташкентского института текстильной и легкой промышленности (регистрационный номер 03).
Адрес: 100100, г.Ташкент, ул. Шохжахон-5, тел. (+99871)- 253-06-06, 253-08-08.
Автореферат диссертации разослан «22» ноября 2014 года
(протокол рассылки № 03 от 22 ноября 2014 г.).
К.Жуманиязов,
председатель научного совета по присуждению
учѐной степени доктора наук д.т.н., профессор
А.Маматов,
ученый секретарь научного совета по присуждению
учѐной степени доктора наук, д.т.н., профессор
Д.Джураев,
председатель научного семинара при
научном совете по присуждению учѐной
степени доктора наук, д.т.н., профессор
32
АННОТАЦИЯ ДОКТОРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность и востребованность темы диссертации.
Современное
машиностроение играет ведущую роль в научно-техническом прогрессе и
является базой для успешного развития всех отраслей промышленности и
сельского хозяйства. Президентом Республики Узбекистан Исламом
Каримовым было отмечено, что по-прежнему в машиностроении важнейшим
направлением отраслевой специализации должно оставаться развитие
сельскохозяйственного машиностроения, базирующегося на производстве
машин и механизмов для хлопкового комплекса республики: «… Хлопок для
Узбекистана – это политическая и экономическая мощь, гарантирующая
независимость республики».
В соответствии с Постановлением Кабинета Министров Республики
Узбекистан от 3 апреля 2007 года №70 «О программе модернизации и
реконструкции хлопкоочистительных предприятий в период 2007-2011 гг.»
перед хлопкоочистительной промышленностью в современных условиях
рыночной экономики стоит задача обеспечения конкурентоспособности
выпускаемой продукции на мировом уровне. Важнейшая составляющая в
решении данной проблемы принадлежит технологическому оборудованию –
машинам первичной обработки хлопка (очистители крупного сора, джины,
линтера, волокноочистители), работоспособность которых в значительной
степени определяется долговечностью самой массовой и ответственной детали
их рабочего органа – пильного диска, а также колосников.
Технологические методы повышения долговечности деталей являются
наиболее эффективными для решения задачи обеспечения эксплуатационной
надежности машин. Они позволяют формировать оптимальное (для данных
условий эксплуатации) состояние поверхностного слоя деталей, который в
условиях эксплуатации подвергается наиболее интенсивному механическому,
тепловому, химическому и другим воздействиям. Поэтому потеря деталью
своего служебного назначения и ее разрушение в большинстве случаев
начинается в поверхностном слое, например, возникновение и развитие
усталостных трещин, износа, коррозии и др.
Зубья пильных дисков в процессе эксплуатации испытывают переменные
напряжения при значительном числе циклов нагружения, например, при
частоте вращения пильного цилиндра n=730 об/мин уже в течении 48 часов
количество циклов составляет более 2,1·10
6
. Такие условия нагружения зубьев
при контакте с переменной по массе и плотностью сырцового валика
способствуют развитию в них усталостных трещин, пластическому сдвигу и
смятию, а наличие в хлопке-сырце твердых включений (гранит, корунд,
известняк) вызывает абразивный износ. Высокую износостойкость должны
И. Каримов Узбекистан на пути углубления экономических реформ. – Ташкент:
Узбекистан, 1995. – 246 с.
33
иметь также колосники, составляющие одноименную решетку в джинах и
линтерах.
В соответствии с техническим регламентом время эксплуатации и
последующая полная замена пильных дисков на рабочем валу составляет в
зависимости от сорта перерабатываемого хлопка-сырца 72 – 96 часов для
джинных пил, 48 часов – для линтерных пил. С учетом того, что реновация
(восстановление) пильных дисков осуществляется пересеканием (джинные
пилы 2, линтерные 5 раз) их на новый размер, а также их количества, например,
в джинах от 90 до 130 в зависимости от модификации, суммарная потребность
пильных дисков для 98 хлопкоочистительных заводов республики исчисляется
более 1 млн.штук за один хлопкоуборочный сезон. Положение усугубляется
еще и тем, что дорогостоящая углеродистая инструментальная сталь У8Г
полностью поставляется из Российской Федерации. Сокращение импорта этого
материала за счет резкого увеличения долговечности пильных дисков,
безусловно, повысит экономическую эффективность хлопкопереработки из-за
снижения себестоимости выпускаемой продукции – хлопкового волокна.
Даже накопленный большой опыт в разработке новых способов
повышения надежности деталей оказался невостребованным в должной мере
применительно к пильными дискам и для ответственных деталей
хлопкоперерабатывающих
машин
исследования
проводились
крайне
недостаточно. Такие обстоятельства делают необходимым и очень важным
выбор из большого арсенала современных средств упрочнения оптимальный
вид для данного конкретного случая. Известные в настоящее время методы
упрочнения зубьев пильных дисков (электроконтактный нагрев и лазерная
обработка) не решают в полной мере проблему повышения их долговечности,
так как в результате мощного теплового воздействия на вершину зуба
происходит объемная закалка и проявляется эффект термоупрочнения.
Объемная закалка не сохраняет сердцевину деталей вязкой и она является
нежелательной при действии повторно-переменных нагрузок при изгибе из-за
снижения работоспособности и сопротивляемости усталостному разрушению в
эксплуатационных условиях.
Наиболее прогрессивным и эффективным методом упрочнения является
поверхностное
пластическое
деформирование
(ППД),
в
частности,
дробеударная обработка, относящаяся к динамическим методам ППД деталей
машин.
Технологические
возможности
дробеударного
упрочнения
распространяются в первую очередь для маложестких тонких деталей,
отличающихся наличием острых кромок. Этим конструктивным признакам
полностью соответствуют зубья пильных дисков, что послужило основанием
для
нового
научно-технического
решения
с
целью
увеличения
работоспособности хлопкоперерабатывающих машин. Данное решение
предусматривает разработку новых научных подходов в теории и практике
технологического обеспечения качества и возможность прогнозирования
34
долговечности деталей по состоянию их поверхностного слоя после
упрочняющей механической обработки.
Соответствие исследования приоритетным направлением развития
науки и технологий Республики Узбекистан.
Диссертация выполнена в
соответствии с приоритетным направлением развития науки и технологий
Республики Узбекистан и государственной научно-технической программой
инновационных исследований: ИП-5 «Сельское хозяйство, биотехнология,
экология и охрана окружающей среды».
Обзор международных научных исследований по теме диссертации.
В
современной мировой практике машиностроительного производства, в
особенности ведущих промышленно развитых стран (США, Франция, Япония,
Германия, Англия, Российская Федерация, Венгрия и др.) имеется
положительный опыт по использованию в качестве финишной механической
операции при изготовлении ответственных деталей машин различные методы
упрочняющей обработки. Вопросы оптимизации режимов и методов
механической обработки по обеспечению параметров качества поверхностного
слоя деталей технологических машин и механизмов с целью придания им
повышенной износостойкости, контактной и усталостной прочности,
жесткости отражены в работах таких зарубежных ученых и специалистов, как
Э. Томсен, Ч. Янг, Ш. Кобаяши, Е.М. Трент, Х. Опитц, И.Дж.И. Армарего,
Р.Х. Браун, С.В. Серенсен, А.И. Промптов и др.
Фундаментальные исследования физической природы формирования
состояния поверхностного слоя, характеризуемого комплексом физико-
механических и геометрических параметров, и связанного с ним
микроскопической картиной деформации через дислокационную модель
пластического деформирования, реализованы в научных трудах видных
зарубежных ученых Ж. Фридель (Франция), У. Лю и М. Бэреш (США),
Дж. Мартин и Р. Доэрти (Англия), Г. Польцер и В. Эвелинг (Германия),
Л. Катор и П. Нюлис (Венгрия), Т. Екобори (Япония). В исследованиях этих
ученых с помощью дислокационной модели пластического деформирования
были выявлены закономерности деформации на микроскопическом уровне под
действием температурно-силового поля.
Значительный вклад в развитии теоретико-экспериментальных основ
применения
динамических
методов
поверхностного
пластического
деформирования деталей машин составили труды ряда иностранных ученых,
например, работы И. Андерсона, Д. Мартина, О. Хоргера, Ван Хауза, И.
Олмена, Р. Мэтсона, В. Коулмена, Г. Фукса и др. Многочисленные работы
зарубежных исследователей по вопросам формирования параметров качества
поверхностного слоя деталей при окончательной обработке и влияния их на
эксплуатационные показатели машин позволяют на настоящем этапе развития
науки и техники достаточно аргументировано представить и обосновать
современные подходы и способы обеспечения высокой технологичности и
35
эксплуатационной надежности машин за счет увеличения долговечности
деталей их рабочих органов.
Степень изученности проблемы.
Изучение вопросов, связанных с
повышением качества поверхностного слоя деталей машин является одной из
актуальных задач в современной технологии машиностроения. В настоящее
время установлено, что совокупность показателей (микрогеометрических и
физико-механических характеристик) качества обработанной поверхности
оказывает существенное влияние на экплуатационные свойства изделий
машиностроительного производства.
Научные школы под руководствам ученых М.М. Саверина,
А.А. Маталина, Б.А. Кравченко, Д.Д. Папшева и др. создали теоретические
основы формирования остаточного напряженно-деформированного состояния
поверхностного слоя деталей при динамическом поверхностно-пластическом
деформировании дробью и разработали практические рекомендации для
внедрения их в производство в различных отраслях машиностроения
(авиастроение, нефтяное и химическое, сельскохозяйственное и др.).
Специфика хлопкосеющего региона и соответствующая перерабатывающая
промышленность ставят задачу непрерывного повышения эффективности
переработки хлопка-сырца, которую можно успешно решить новыми научно-
техническими
предложениями
в
виде
упрочняющих
технологий,
направленными на существенное увеличение долговечности и качества деталей
рабочих органов технологических машин.
Научные исследования по упрочняющей технологии ответственных и
массовых деталей хлопкоперерабатывающих машин (очистители, джины,
линтера, волокноочистители), представленные в работах Р.Г. Махкамова,
Э.М. Абдул-Раззакова, М.Г. Хамова, А.П. Рогова, А.М. Ахмедова крайне
недостаточны. В этих работах повышение механических свойств зубьев
пильных дисков и пильчатых сегментов машин первичной обработки хлопка
достигалось электроконтактным нагревом, лазерным упрочнением и
газопламенной закалкой, реализуемыми в виде термоупрочнения. Недостатком
термоупрочнения вершины зубьев пильных дисков является то, что высокая
твердость закаливаемого объема вершины зуба снижает одновременно
сопротивляемость его изгибу из-за потери вязкости конструкционного
материала, что инициирует частые поломки в виде хрупкого разрушения.
Таким образом, к настояшему времени назрела необходимость проведения
научных исследований по изысканию новых технологический решений,
направленных на обеспечение высокого качества поверхностного слоя деталей,
в частности, разработка и обоснование динамического поверхностного
упрочнения дробью, когда силовой фактор контактного взаимодействия
индентора с обрабатываемым материалом является решающим в формировании
состояния поверхности.
В недостаточной степени разработаны методы прогнозирования
долговечности и усталостной прочности деталей машин по остаточному
36
напряженному состоянию. Решение этой задачи позволит осуществить
активное регулирование качеством обрабатанной поверхности деталей через
условия и режимные параметры обработки, геометрию инструмента, что
создает основу прогнозной оценки долговечности, учитываемой на этапе
проектирования технологических процесов изготовления деталей машин.
Связь диссертационного исследования с планами научно-
исследовательских работ,
отражена в проекте:
государственный
научно-технический
проект
ИОТ-2013-5-28
«Повышение
работоспособности
и
прогнозирование
долговечности
ответственных деталей машин первичной обработки хлопка по квалиметрии их
поверхностного слоя после динамического упрочнения дробью»; а также в
государственной бюджетной теме «Разработка и исследование эффективных и
технологичных конструкций механизмов и деталей машин текстильной и
легкой промышленности», выполненной кафедрой «Теоретическая и
прикладная механика» в период 2006-2010 г. в соответствии с планами НИР
ТИТЛП.
Целью исследования
является разработка технологических методов
повышения работоспособности хлопкоперерабатывающих машин путем
обеспечения требуемого качества поверхностного слоя деталей рабочих
органов и прогнозирование их долговечности в эксплуатационных условиях.
Для реализации поставленной цели определены следующие
задачи
исследования:
разработать метод динамического деформационного упрочнения дробью
маложестких деталей – пильных дисков хлопковых машин и определить
оптимальные параметры дробеударного упрочнения, обеспечивающие высокое
качество поверхностного слоя;
обосновать и разработать метод деформационного упрочнения чугунных
колосников дробеударной обработкой их рабочих поверхностей;
разработать
структурно-энергетическую
модель
контактного
взаимодействия твердых тел в процессах механической финишной обработки и
поверхностного пластического деформирования ответственных деталей машин;
разработать универсальный метод расчета важнейшего параметра
качества поверхностного слоя – технологических остаточных напряжений в
зависимости от режимных параметров обработки и физико-механических
свойств конструкционного материала;
разработать методы расчета и прогнозирования долговечности деталей
машин первичной обработки хлопка в эксплуатационных условиях;
произвести опытно-промышленную проверку и внедрение новых
технологических методов упрочнения деталей хлопковых машин с целью
повышения их работоспособности и надежности.
Объектом исследования являются
детали рабочих органов машин
первичной обработки хлопка.
37
Предмет исследования
– качество поверхностного слоя ответственных
деталей
(пильный
диск,
колосник,
вал
пильного
цилиндра)
хлопкоперерабатывающих
машин,
сформированное
в
результате
поверхностного пластического деформирования.
Методы исследований.
Реализация цели работы и решение
поставленных задач осуществлялись теоретическими и экспериментальными
исследованиями.
Для
разработки
структурно-энергетической
модели
формирования технологических остаточных напряжений были использованы
фундаментальные положения и законы термодинамики необратимых
процессов, теории дислокаций твердого тела, теплофизика технологических
процессов, теория упругости и пластичности, гипотезы прочности и
разрушения твердых тел. При проведении теоретических исследований широко
использованы законы прикладной механики, математической физики и
элементы высшей математики.
Экспериментальные исследования дробеметной обработки проводили на
промышленной установке УДП-2-3.5, состоящей из 12 дробеметных аппаратов.
Исследования параметров качества поверхностного слоя деталей проводили с
помощью
инструментальных
методов
на
измерительных
приборах
(микротвердомер ПМТ-3, профилограф-профилометр завода «Калибр»).
Экспериментальные исследования качества волокна и хлопковых семян после
джинирования проводили в лабораторных и производственных условиях
хлопкозаводов.
Использованы
методы
тензометрирования,
методы
статистической обработки экспериментальных данных с использованием
компьютерной технологии с вероятной достоверностью результатов 0,95.
Научная новизна диссертационного исследования
заключается в
следующем:
разработана структурно-энергетическая модель формирования и алгоритм
расчета технологических остаточных напряжений при поверхностном
деформационном упрочнении деталей машин первичной обработки хлопка,
основывающиеся на современной концепции физики пластической деформации
металла;
разработан метод поверхностного динамического упрочнения дробью
зубьев пильных дисков хлопкоперерабатывающих машин (патент на полезную
модель «Дробеметная установка для упрочнения деталей» № FAP 00513,
31.12.2009);
установлены на основе экспериментальных исследований оптимальные
технологические параметры дробеметной обработки зубьев пильных дисков;
аналитически
решена
задача
по
определению
коэффициента
восстановления скорости k при ударе, используемого для термодинамического
анализа контактного взаимодействия твердых тел в процессах динамического
упрочнения;
предложен метод оценки глубины деформационного упрочнения
(наклепа) при дробеметной обработке зубьев пильных дисков джинов,
38
базирующийся на дифференциальном уравнении движения твердой
сферической частицы в упруго-пластической среде;
разработан механизм формирования высотного параметра шероховатости
упрочненной поверхности при ударной деформационной обработке дробью
джинных пил;
разработаны методы расчета на многоцикловую усталость и
прогнозирования долговечности пильных дисков в эксплуатационных
условиях, основывающиеся на аналитическом решении задачи по определению
интенсивности остаточных напряжений.
Практические результаты исследования
заключаются в следующем:
разработан новый, применительно к деталям машин первичной обработки
хлопка, технологический метод упрочнения их рабочих поверхностей
обработкой дробью; выполнено обоснование оптимальных параметров режима
дробеударного упрочнения (диаметр дроби, скорость, время обработки, расход
дроби);
разработан алгоритм расчета важнейшего показателя качества
поверхностного слоя деталей – технологических остаточных напряжений по
уровню запасенной энергии деформации;
разработан метод прогнозирования долговечности и усталостной
прочности пильных дисков джинов по значению интенсивности остаточных
напряжений после упрочнения дробью;
установлено
в
результате
опытно-промышленной
проверки
эффективность дробеударного упрочнения зубьев пильных дисков и
увеличение их долговечности в несколько раз по сравнению с неупрочненными
зубьями.
Достоверность
полученных
результатов
обосновывается
корректностью математических и физических моделей при схематизации
контактного взаимодействия дроби с упрочняемой поверхностью в виде
упругого полубесконечного тела, а также высокой степенью совпадения при
сравнении результатов теоретических и экспериментальных исследований,
включая данные других авторов.
Теоретическая
и
практическая
значимость
результатов
исследования.
Теоретическая значимость результатов работы состоит: в
разработке структурно-энергетической модели формирования главного
параметра качества поверхностного слоя изделия – технологических
остаточных напряжений; аналитические зависимости для скрытой энергии
деформации, ответственной за уровень интенсивности остаточных напряжений;
зависимости для глубины деформационного упрочнения, шероховатости
поверхности, контактной температуры, коэффициента восстановления
скорости, полученные с помощью математического моделирования при
одноактном соударении твердой сферической частицы с металлической
преградой.
39
Практическая значимость проведенного исследования состоит в
доказательстве высокой эффективности динамического метода упрочнения
дробью ответственных деталей (пильных дисков, колосников) джинов за счет
формирования в их поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений,
степени деформационного упрочнения (наклепа) до 33,4%, глубины наклепа
0,2…0,23 мм, что при двусторонней обработке боковых поверхностей зубьев
сохраняет сердцевину детали в вязком состоянии, способной длительное время
сопротивляться повторно-переменным напряжениям при взаимодействии с
сырцовым валиком в процессе джинирования.
Внедрение результатов исследования.
На основании полученных
научных результатов впервые предложен метод и разработана технология
динамической упрочняющей обработки дробью зубьев пильных дисков и
колосников джинов. Пильные диски с упрочненными дробеметной обработкой
зубьев и колосников внедрены на джинах ДП3-180 в производство на
предприятиях ассоциации «Узпахтасаноат», годовой экономический эффект
составляет 80,992 млн. сум
.
(акт ассоциации «Узпахтасаноат» о внедрении в
производство от 04.09.2014).
Апробация работы.
Результаты исследования доложены на более 20
научно-технических конференциях, в том числе 8 международных
«Прогрессивные технологические процессы в машиностроении» (Тольятти,
2002); «Ресурсо- и энергосберегающие технологии промышленного
производства» (Витебск, 2003); «Актуальные проблемы механики и
машиностроения» (Алма-Аты, 2005); «Инженерия поверхности и реновация
изделия» (Ялта, 2010 – 2013); «Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо-
и энергосбережении» (Одесса, 2010 – 2013); «Качество, стандартизация,
контроль: теория и практика» (Ялта, 2010 – 2013); «Современные проблемы
производства и ремонта в промышленности и на транспорте» (Свалява, 2010 –
2013); «Дни науки» (Прага, 2012).
Опубликованность результатов.
По теме диссертации опубликовано
56 научных трудов, в том числе 9 научных статей в международных журналах,
2 патента.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти
глав, заключения, списка литературы, 8 приложений и содержит 264 страниц
текста, включает 112 рисунков и 5 таблиц.
40
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обоснована актуальность работы, поставлены цель и
сформулированы задачи исследований, даны элементы научной новизны,
изложены научная и практическая значимость результатов работ, приведены
основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе
рассмотрены краткие сведения о современных
технологических машинах, применяемых для переработки хлопка-сырца, и дан
анализ работоспособности ответственных деталей машин и механизмов,
влияющей на надежность и долговечность хлопкоперерабатывающего
оборудования.
Показано, что практически во всей технологической цепочке переработки
хлопка-сырца (очистка, джинирование, линтерование, делинтерование)
применяются хлопкоперерабатывающие машины, где самой массовой и
ответственной деталью, составляющей рабочий орган машины, является
пильный диск. Количество пильных дисков только в одной машине, в
зависимости от назначения и модификации, составляет в пределах от 90 до 130.
К массовости данной детали добавляется еще один нежелательный фактор –
заготовки в виде дисков из углеродистой инструментальной стали У8Г
завозятся полностью из Российской Федерации. Безусловно, сокращение
импорта данного конструкционного материала за счет повышения
долговечности деталей составит серьезную основу для экономической
эффективности переработки хлопка-сырца.
Недостаточность сведений о состоянии рабочих поверхностей деталей
рабочих органов машин (пильный диск, колосник, вал пильного цилиндра),
влиянии параметров качества поверхностного слоя на усталостную прочность и
долговечность изделий, а также практическое отсутствие до настоящего
времени комплексного научно-методологического подхода к вопросу
формирования качества поверхностного слоя путем синтезирования микро- и
макропредставлений процессов пластической деформации и разрушения
материалов,
инициировали
необходимость
проведения
новых
исследовательских работ.
Учитывая, что процесс деформирования материалов при механической
обработке представляет достаточно сложный комплекс взаимосвязанных
явлений, в работе показана необходимость применения фундаментальных
физических законов и сведений из важнейших смежных дисциплин – теории
упругости и пластичности, теплофизика, теория дислокаций из физики
твердого тела, термодинамика необратимых процессов и др. Научная ценность
разрабатываемых моделей непосредственно проявляется в возможности
прогнозирования долговечности деталей через основные параметры качества
поверхностного слоя, формируемые на окончательных операциях отделочно-
упрочняющей и механической обработки резанием.
41
Вторая глава
посвящена разработке структурно-энергетической модели
(СЭМ) формирования важнейшего параметра качества поверхностного слоя
деталей (технологических остаточных напряжений) после окончательной
(финишной) механической обработки со снятием припуска и отделочно-
упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием
металлов.
Впервые выполнен синтез микро-и макропредставлений о процессе
пластической деформации металлов, представляющей по современным
воззрениям непрерывный процесс генерирования, движения и аннигиляции
линейных несовершенств кристаллической структуры металлов – дислокаций.
Разработан универсальный (энергетический) подход для раскрытия механизма
формирования качества поверхностного слоя деталей, основывающийся на
смежных и взаимосвязанных отраслях знаний: теория упругости и
пластичности, теория дислокаций из физики твердого тела, термодинамика
необратимых процессов, теплофизика, трибология, обработка металлов
давлением и резанием.
В диссертации отмечено, что процесс разрушения твердых тел и его
предшествующая стадия – пластическая деформация имеют единую
физическую сущность: способность локальных микрообъемов контактных
поверхностей деталей накапливать и трансформировать внутреннюю (скрытую)
энергию деформирования U
s
. Эта энергия представляет собой плотность
энергии, накопленной поверхностным слоем в результате пластической
деформации, и является фактически энергией дислокаций. Запасание энергии
при пластической деформации приводит к появлению сжимающих остаточных
напряжений, блокированию дислокаций и связано с такими физическими
процессами, как внутреннее трение, упругий гистерезис, экзоэлектронная
эмиссия и др. Следовательно, запасенная энергия может служить основным
интегральным и информативным параметром состояния поверхностного слоя,
ответственным как за степень деформационного упрочнения, так и за
интенсивность остаточного поля напряжений.
При холодном пластическом деформировании (наклепе) металла большая
часть (до 97%) механической энергии, затраченной на пластическое
деформирование, переходит в тепло, остальная часть (≈0,5…3%)
аккумулируется в поверхностном слое металла в виде так называемой скрытой
энергии наклепа ΔU, понятие которой вводится на основе первого закона
термодинамики:
S
U
Q
W
U
;
W
Q
,
(1)
где ΔU – изменение внутренней энергии тела; Q – тепловой эффект, связанный
с деформацией; W – работа (положительная, если производится над телом).
При
деформационном
упрочнении
или
наклепе
металла
ΔU – положительная величина и равна скрытой энергии наклепа U
s
.
Вследствие аккумулирования в металле скрытой энергии наклепа
деформированное состояние является неустойчивым и возможно наступление
42
при благоприятных условиях возврата и рекристаллизации, сопровождающихся
выделением скрытой энергии. Скрытая энергия U
s
деформации представляет
научный интерес по нескольким причинам: для исследования процесса
пластического деформирования; для анализа физико-механической природы
деформационного упрочнения; для исследования процессов восстановления,
протекающих в поверхностном слое пластически деформированного металла.
Не все процессы, удовлетворяющие требованию первого закона
термодинамики (выполнимость закона сохранения энергии) могут быть
реализованы в полной форме. Поэтому необходимо обратиться ко второму
закону термодинамики, в соответствии с которым для обратимых процессов
отношение dQ/T является полным дифференциалом функции состояния
системы. Интеграл этого полного дифференциала есть параметр состояния,
являющийся энтропией S системы и как экстенсивная величина
пропорциональна количеству вещества:
Т
dQ
dS
/
или
TdS
dQ
,
(2)
где dQ – теплота, отдаваемая системе при элементарном обратимом процессе;
T – термодинамическая (абсолютная) температура системы во время процесса.
Получено
основное
термодинамическое
соотношение
для
деформируемых тел, в котором рассмотрена работы сил внутренних
напряжений:
TdS
d
dU
ij
ij
,
(3)
где dU – бесконечно малое изменение внутренней энергии; σ
ij
– тензор
напряжений; dε
ij
– тензор деформаций, равный в общем случае сумме упругих
ε
y
ij
и пластических ε
n
ij
деформаций.
В уравнении (3) бесконечно малое изменение внутренней энергии dU
выражено через теплосодержание системы и изменение тензора деформации dε.
Приращение внутренней энергии dU есть полный дифференциал и
независимыми переменными в уравнении (3) являются деформации ε
ij
и
энтропия S.
Выразим напряжение σ
ij
в зависимости от деформации ε
ij
и энтропии S.
Для этого разложим функцию U(ε
ij
,S) в степенной ряд в окрестности
естественного состояния U(0,S) и, удерживая линейные и квадратичные члены,
а также ограничивая линейными соотношениями между напряжениями σ
ij
,
деформациями ε
ij
и изменением энтропии ΔS, получена зависимость:
).
(
)
,
0
(
)
,
0
(
)
,
0
(
)
,
(
0
0
2
0
2
0
S
S
S
S
U
S
U
S
U
U
S
ij
kl
kl
ij
ij
S
ij
ij
ij
(4)
Уравнение (4) представляет собой линейное соотношение для малых
деформаций, в котором следует положить dU(0,S
0
)/dε
ij
=0, так как в
естественном состоянии при ε
ij
= 0, S=S
0
и должно быть σ
ij
= 0.
Впервые предложено рассматривать остаточные напряжения II рода как
равнодействующие остаточных напряжений III рода, уравновешивающихся в
объемах, соизмеримых с группой атомов в окрестности дислокаций, и
43
1 – образец; 2 – зерна (кристаллиты); 3 –
блоки мозаики; 4,5,6 – соответственно
дислокации, атомы, электроны; 7 – границы
зерен; 8 – границы блоков мозаики
Рис.1. Структурные элементы
кристаллического тела (металла или
сплава):
характеризующих фактически величину статических смещений атомов из узлов
решетки из-за точечных дефектов. Физического различия между остаточными
напряжениями I рода (макронапряжения, охватывающие объемы, соизмеримые
с размерами детали) и II рода (микронапряжения, действующие в отдельных
зернах, блоках и их группах) не существует и аналогично напряжение первого
рода является равнодействующим остаточных напряжений второго рода.
Анализ
структурных
элементов (рис.1) и схемы иерархии
структурных уровней деформации
(рис.2) для поликристаллического
тела
показал
тесную
взаимообусловленность последних с
остаточными напряжениями разного
масштаба.
В
соответствии
с
положениями физики твердого тела
механические напряжения в металле
и
сплаве,
независимо
от
вызывающих причин (действия сил,
температуры,
частиц
высокой
энергии
и
др.
факторов)
рассматриваются
как
следствие
искажения
кристаллической
решетки. Следовательно, как для
остаточных микронапряжений, так и
субмикроскопических, существует только единственная физическая модель
механизма формирования этих напряжений – атомная или дислокационная
модель. Другими словами, чтобы понять и описать природу пластического
течения металла, необходимо анализировать дислокационный структурный
уровень в поверхностном слое деформируемых кристаллических тел.
Рис.2. Иерархия структурных уровней деформаций для поликристаллического тела
Относительный вклад дислокаций, вакансий и внедренных атомов в
аккумулированную энергию соответствует соотношению 4,5:2:1. Таким
образом, основным источником аккумулирования скрытой энергии являются
линейные несовершенства кристаллической структуры металлы – сеть
дислокационных линий, которые приводят к упругим искажениям и,
следовательно, к созданию остаточных напряжений.
Образец
(I-структурный
уровень)
Зерна (кристаллиты),
блоки мозаики
(II-структурный
уровень)
Дислокации, атомы,
электроны
(III -структурный
уровень)
44
Для исследования взаимосвязи скрытой энергии U
s
и остаточных
напряжений σ
ост
необходимо опираться на данные по значению и
распределению дислокаций в отожженном
и деформированном пластически
металле. Если отожженные
металлы содержит от 10
6
до 10
8
дислокаций на 1
см
2
, то в деформированных металлах плотность дислокаций выше и вероятное
число их достигает 10
11
– 10
12
на 1 см
2
. Их распределение зависит от вида,
степени и температуры деформации.
Исследуя экспериментальную зависимость между запасенной энергией и
деформационным упрочнением, в работе получена формула интенсивности
остаточных напряжений, являющаяся модификацией формулы Ж. Фриделя:
S
ост
i
U
E
2
1
1
(5)
где µ
– коэффициент Пуанссона; E – модуль продольной упругости, МПа.
Анализируя зависимость (5), можно заключить, что зная характер
распределения и величину скрытой энергии U
s
деформирования по глубине
поверхностного слоя и упругие константы E и µ, можно рассчитать
интенсивность остаточных напряжений, связанных с главными остаточными
напряжениями σ
1ост
, σ
2ост
, σ
3ост
. Последние напряжения непосредственно влияют
на усталость (выносливость) образцов путем изменения амплитуды цикла
нагружения.
В главе дается научное обоснование трех аналитических методов расчета
скрытой энергии деформации: 1) термодинамический; 2) дислокационный;
3) метод диаграмм деформирования.
1. Термодинамический метод определения скрытой энергии деформации
ΔU=U
s
основан на первом законе термодинамики (1) и позволяет осуществить
анализ пластической деформации, сопутствующей любым видам механической
обработки деталей машин.
2. Дислокационный метод определения скрытой энергии деформации
основан на трехстадийном анализе деформации металла и охватывает кинетику
и специфику пластической деформации (развитие, степень и размеры
повреждаемости) в соответствии с современным взглядом на ее природу.
Основной механизм пластической деформации металлов реализуется через
генерирование, движение, разрядку и аннигиляцию дислокаций.
Анализируя различные модели деформационного упрочнения (модели
Тейлора, Бассинского, Мотта и Хирша), в работе получена зависимость для
расчета удельной запасенной энергии:
3
2
,
0
2
2
2
,
0
2
/
,
ln
)
1
(
4
)
)(
cos
1
(
мм
Дж
G
G
U
i
i
s
,
(6)
где G – модуль сдвига, МПа; b
– вектор Бюргерса, м; μ – коэффициент
Пуаcсона; α –
угол между вектором Бюргерса и осью дислокаций,
град
;
β – численная константа, равная 0,3…0,6; σ
0,2
– условный предел текучести,
МПа
; σ
i
– интенсивность нормальных напряжений, МПа.
45
3. Метод диаграммы деформирования для определения скрытой энергии
деформации разработан с учетом обобщенной диаграммы деформирования
стержневой модели (модели Мазинга) сплошной среды с бесконечным числом
подэлементов. В соответствии с данной моделью структурные частицы,
составляющие элемент объема, представлены в виде системы стержней,
деформирующихся одинаково. Принимаем также, что стержни обладают
свойствами идеального упруго-пластического материала и модули упругости
стержней равными.
Получена формула для расчета скрытой энергии деформации на основе
метода диаграммы деформирования:
'
'
2
'
2
)
(
)
(
)
(
2
1
EE
E
E
E
E
U
T
i
T
i
T
i
T
i
S
,
(7)
где σ
T
– физический предел текучести обрабатываемого материала;
E
′
– модуль касательный (пластичности) или модуль деформации.
Таким образом, зная механические характеристики материала σ
T
, E и E
′
, а
также интенсивность напряжений σ
i
, можно по зависимости (7) рассчитать
удельную энергию деформации U
s
.
Реализация
СЭМ
предусматривает
выполнение
следующих
последовательных этапов, составляющих алгоритм расчета технологических
остаточных напряжений:
1. Схематизация силового и температурного нагружения поверхностного слоя
изделия при контактном взаимодействии с режущим или упрочняющим
инструментом.
2. Расчет составляющих сил и действующих напряжений в зоне контакта
инструмента с обрабатываемой деталью.
3. Энергетический и теплофизический анализы деформации: определение
работы деформации А и выделившейся теплоты Q.
4. Расчет удельной скрытой энергии
U
′
s
деформации по одному из трех
предлагаемых методов: на базе термодинамического соотношения U
s
=A – Q;
использование схематизированных диаграмм деформирования
i
=f(
i
); на
основе дислокационной теории пластической деформации металла и
допущения равенства энергий U
s
=Е
d
(энергия дислокаций).
5. Определение интенсивности остаточных напряжений
i ост
зависимости от
уровня скрытой энергии деформации U
s
.
6. Расчет главных остаточных напряжений
1 ост
,
2 ост
и
3 ост
в зависимости от
вида напряженного состояния.
В третьей главе
представлены результаты исследований механики
контактного взаимодействия при динамическом поверхностно-пластическом
деформировании дробью металлических поверхностей.
В работе задача контактного взаимодействия ударяющей частицы с
материалам преграды решена квазистатически, т.е. считаем, что взаимные
перемещения сферической твердой частицы и упругого полупространства, а
также усилия на контакте связаны уравнениями статики. Данное
46
d, h – соответственно диаметр и глубина
отпечатка; Р – сила вдавливания
Рис. 3. Схема динамического вдавливания
шара в упрочняемую поверхность и
качественная эпюра остаточных
деформаций осевого сжатия по толщине
пластически деформированного слоя h
пл
предположение следует из того, что скорость удара v
0
значительно меньше
скорости распространения возмущений в виде упругих волн сжатия и сдвига в
материале.
Основными геометрическими параметрами очага деформирования
(рис.3.) являются диаметр d и
глубина
h
пластического
отпечатка. Обработка поверхности
детали
ударами
дроби
характеризуется
локальностью
деформационного процесса. Если
кинетическая энергия W
0
летящей
дроби
достаточна
для
формирования на поверхности
контакта
интенсивности
напряжений
i
, превышающей
динамический предел текучести
т.д
,
то
на
обрабатываемой
поверхности
создаются
повреждения
в
виде
пластического отпечатка в форме
лунки.
Преобразуя
формулу
М.М. Саверина для расчета
степени
поверхностной
деформации ψ с учетом связи
между
динамической
Н
д
и
статической твердостью НВ по
Бринеллю (Н
д
=1,7·НВ), а также
значения кинетической энергии дроби W
0
=mv
2
/2, получена зависимость,
удобная для практического пользования:
4
3
0
18
,
1
2
g
D
HB
W
,
(8)
где m и D – соответственно масса, кг и диаметр дроби, м; v – скорость удара,
м/с; g – ускорение свободного падения, м/с
2
.
Результаты расчета степени поверхностной деформации ψ и зависимость
ее от режимных параметров дробеударной обработки (v=10…90 м/с,
D=0,5…2,5 мм, НВ 100…400) даны на рис.4. С увеличением твердости
обрабатываемого материала степень поверхностной деформации ψ монотонно
уменьшается, причем для больших значений D и v абсолютное значение ψ
также возрастает (соответственно на 0,057 и 0,094).
С увеличением скорости дроби от
v
= 10 до 70 м/с (рис.4, б.) из-за
возрастания кинетической энергии заметно повышается степень поверхностной
деформации ψ: в 2,63 и 2,75 раз соответственно для D=1 и 2 мм.
47
а) D = 1 мм
б) НВ 300
Рис. 4. Зависимость степени поверхностной деформации
Ψ
от твердости
НВ дроби при различных значениях скорости
v
(а) и при различных значениях
диаметра D от скорости
v
(б)
Деформированное состояние при ППД оценивается не только
коэффициентом ψ, но и толщиной пластически деформированного слоя
(наклепа) h
пл
=h
н
, а также интенсивностью изменений деформации в наиболее
характерной зоне вдавливания шара – осевой. Когда обрабатываемая
поверхность детали полностью покрыта отпечатками, можно предположить,
что сжатие всех слоев по толщине в среднем будет соответствовать
деформации осевого сжатия под одним отпечатком, качественная эпюра
которой показана на рис.3.
В
результате
многократного
динамического
воздействия
при
дробеударной обработке радиус пластического отпечатка будет увеличиваться
до определенной величины, а затем практически остается постоянным. С
учетом этого формула для радиуса пластического отпечатка принимает вид:
мм
g
HB
v
D
К
а
,
2
,
10
ρ
4
2
м
, (9)
где К=1,3…1,5 – коэффициент увеличения диаметра отпечатка; ρ – плотность
материала дроби.
Как следует из выражения (9), радиус отпечатка прямо пропорционален
диаметру дроби при постоянном значении скорости v и твердости НВ
обрабатываемого материала. С увеличением твердости материала радиус
отпечатка уменьшается (рис.5.), причем, во всем диапазоне изменения
твердости радиус отпечатка
а
при v = 50 м/с больше, чем при v = 30 м/с, что
объясняется большим значением кинетической энергии, ответственной за
формирование размеров очага деформирования. С увеличением скорости от v =
10 до 70 м/с радиус отпечатки возрастает в 2, 65 раз.
В работе впервые разработан аналитический метод определения
коэффициента восстановления скорости k при ударе с целью установления
расчетной зависимости, связывающей его с параметрами твердой частицы и
физико-механическими характеристиками, имеющимися в справочной
ψ
0,35
0,25
0,15
0,05
0 10
30
50
V, м/с
D=2мм
D=1мм
V=50м/с
V=30м/с
ψ
0,40
0,35
0,30
0,25
100
200
НВ
300
400
48
литературе. Известные расчетно-экспериментальные методы определения
коэффициента k отличаются большой трудоемкостью при практической
реализации, т.к. необходимо провести серию опытов и тщательно измерить
параметры ударных лунок.
а)
б)
Рис. 5. Зависимость радиуса отпечатка
a
от твердости обрабатываемого материала НВ
(а) и от скорости v дроби (б) при режиме обработки: v = 30 м/с; D = 1 мм
При контакте частицы с металлической преградой происходит потеря ее
первоначальной кинетической энергии W
0
=mv
2
0
/2 (энергии перед ударом) из-за
упруго-пластических деформаций металла. Поэтому скорость отскока
v
1
частицы будет меньше, чем v
0
. Энергия отскочившейся частицы
соответственно будет равна W
1
=mv
2
1
/2.
Следовательно, абсолютное
уменьшение кинетической энергии ΔW ударяющейся частицы составит:
,
2
/
)
1
(
)
1
(
2
2
0
2
0
1
0
k
mv
k
W
W
W
W
(10)
откуда получим выражение для коэффициента восстановления
,
/
1
)
/
(
1
0
1
0
W
W
W
W
k
(11)
т.е. для его определения при прямом ударе необходимо знание работы упругого
восстановления локальной зоны контактирования, которая практически
равняется кинетической энергии твердой частицы после удара W
1
.
Применяя закон Мейера и геометрические соотношения при статическом
внедрении твердой частицы в плоскость, упруго-пластическое контактирование
сферического индентора представим зависимостью для вдавливающей силы Р:
n
n
п
h
R
N
Р
5
.
0
5
.
0
1
5
,
0
8
, (12)
где N – постоянная, характеризующая материал, и зависящая от диаметра
шарика;
п
– постоянная, характеризующая материал, и не зависящая от
диаметра шарика, но изменяющаяся вместе с наклепом для одного и того же
материала; обычно
п
равен от 2 (отожженные) до 2,5 (закаленные материалы);
R
1
=D/2 – радиус шарика; h – глубина внедрения твердой частицы.
Если учесть, что постоянные n и N, характеризующие свойства
материалов в уравнении Мейера принимают значения n=2 и N=πH
μ
/4, где
НВ300
НВ500
а,
мм
0,8
0,6
0,4
0,2
0 10
V, м/с
50
30
V=50м/с
V=30м/с
а,
мм
0,9
0,8
0,7
0,6
100
200
НВ
300
0,5
49
H
μ
- динамическая твердость по Мейеру, то работа упругого восстановления W
1
определится из простого выражения:
пр
E
W
H
R
W
/
)
(
77
,
1
75
,
0
0
25
,
1
75
,
0
1
1
.
(13)
Таким образом, в соответствии с выражением (11) в окончательном виде
получена формула для расчета коэффициента восстановления скорости при
ударе:
)
/(
79
,
1
25
,
0
0
25
,
1
75
,
0
1
np
E
W
HВ
R
k
.
(14)
Анализ выражения (14) показывает, что при прямом ударе коэффициент
восстановления скорости k зависит от кинетической энергии и размера частиц,
твердости материала преграды, модуля упругости и коэффициента Пуассона
соударяемых
тел.
Сравнение
расчетных
значений
коэффициента
восстановления k по формуле (14) с экспериментальными данными
свидетельствует о высокой сходимости результатов: для стали 45 k
расч
=0,476,
k
эксп
=0,458; для армко-железо k
расч
=0,317, k
эксп
=0,316; Условия опытов и
необходимые параметры для расчета были следующими: диаметр стальных
шариков 2R
1
=10
-3
м; масса m=4,09·10
-6
кг; угол атаки α=90
0
; скорость шарика
V
0
=22,7 м/с; материал преграды – сталь 45 в нормализованном состоянии
(197 HV или НВ1030 МПа); упругие характеристики контактируемых
материалов E
1
=E
0
=2·10
5
МПа, µ=µ
0
=0,3.
Применение СЭМ для исследования качества поверхностного слоя детали
при обработке дробью предусматривает обязательный анализ баланса энергии.
Баланс энергии составлен на основе рассмотрения процесса соударения шара с
плоской поверхностью тела в виде отдельных завершенных этапов его
движения: упругое внедрение, пластическое внедрение, отскок от поверхности
тела.
В главе выполнен теплофизический анализ процесса ударного ППД
деталей. Получено уравнение связи тепловой, механической и внутренней
энергии для процесса соударения шара и металлической поверхности:
ш
u
Q
Q
U
k
W
)
1
(
2
0
.
(15)
В силу предположения о недеформируемости твердой частицы (дроби)
можно записать: ΔU=ΔU
u
+ΔU
ш
≈ΔU
u
. Учет изменения внутренней энергии ΔU
обязателен в вопросах формирования качества поверхностного слоя. При
решении же вопросов теплофизики, в частности, определение средней
контактной температуры при ударе, величиной ΔU в практических расчетах
пренебрегают. Получено уравнение для расчета температуры любой точки
тела в зоне удара шаром:
t
R
t
k
W
b
u
u
u
4
exp
)
4
(
)
1
(
)
1
(
2
2
3
2
0
, (16)
где θ(x,y,z,t) – температура точки тела,
0
C; b – коэффициент, характеризующий
долю интенсивности теплоты, распространяющейся в шар; λ – коэффициент
теплопроводности, Вт/(м·
0
С); ω=λ/(сρ
м
) – коэффициент температуропровод-
ности, м
2
/с; сρ
м
– объемная теплоемкость, Дж/(м
3
·
0
С); с – удельная
50
теплоемкость,
Дж/(кг·
0
С);
ρ
м
–
плотность
материала,
кг/м
3
;
2
2
2
)
(
)
(
)
(
z
z
y
y
x
x
R
u
u
u
– расстояние от источника теплоты до
рассматриваемой точки с координатами x,y,z, м;
Для расчета времени t, соответствующего максимальной глубине
проникновения шарика и равной времени соприкосновения его с поверхностью
тела, необходимо рассмотреть уравнение движения тела в обрабатываемой
среде:
,
2
2
2
h
R
dt
h
d
m
Т
(17)
где m и R – соответственно масса и радиус шарика;
T
– предел текучести
материала преграды; h – глубина внедрения шарика.
Решение дифференциального уравнения (17) представим в виде, в
котором масса
m
шарика выражена через его объем и плотность ρ
м
:
t
D
D
h
м
Т
Т
м
6
1
sin
6
, мм;
Т
м
D
t
6
2
, с. (18)
В
четвертой
главе
представлены
результаты
теоретико-
экспериментальных исследований качества поверхностного слоя зубьев
пильных дисков и колосников при дробеударной обработке, а также результаты
отдельных опытов при статическом ППД и обработке резанием как с целью
сопоставления данных по параметрам качества обработанной поверхности, так
и проверки разработанной СЭМ формирования технологических остаточных
напряжений.
Экспериментальные исследования при дробеударней обработке зубьев
пильного диска осуществляли на промышленной установке УДП-2-3.5 в
условиях Ташкентского авиационного производственного объединения им.
Чкалова. Данная установка (рис.6) предназначена для поверхностного
упрочнения ответственных деталей машин и состоит из 12 серийно
выпускаемых дробеметных аппаратов 42115, 42125.
Деформационное упрочнение (наклеп) определяли путем измерения
микротвердости Н
μ
на образцах – наклонных микрошлифах, которые получали
с помощью среза образца под углом α=5
0
04′ к исследуемой поверхности.
Испытания проводили на приборе ПМТ-3 четырехгранной алмазной
пирамидой. Микротвердость Н
μ
определяли по результатом измерения
диагоналей отпечатков, полученных при нагрузке 0,98 Н. Деформационное
упрочнение оценивали глубиной наклепа h
H
, степенью U и интенсивностью
наклепа по глубине – градиентом наклепа U
гр
.
Остаточные тангенциальные напряжения определяли на кольцевых
образцах по методу акад. Н.Н. Давиденкова с использованием специальной
аппаратуры для стравливания напряженного поверхностного слоя образцов,
обеспечивающей непрерывное тензометрирование.
Исследование шероховатости обработанной поверхности проводили на
профилометре-профилографе модели 201 завода “Калибр” с фиксацией
51
1 – бункер элеватора; 2 – бункер
питательного устройства; 3 – бункер
сепаратора; 4, 7 – дроссели; 5 – ротор с
дробеметным колесом; 6 – нижний
сборщик элеватора; 8 – бункер; 9 –
обрабатываемая деталь; 10 – вал; 11 –
клиноременная передача; 12 –
электродвигатель; 13 – рабочая камера;
сплошные стрелки – дробь; штриховые –
воздух
Рис.6. Принципиальная схема
дробеметного аппарата промышленной
установки УДП-2-3.5
1 – экспериментальные данные;
2 – расчетные данные.
Рис.7. Зависимость глубины
деформационного упрочнения
(наклепа) h
н
от диаметра D
стальных шариков при
дробеструйной обработке титановых
сплавов (σ
т
= 780 – 1075 МПа)
интегральных значений параметра R
a
мкм – среднего арифметического
отклонения профиля и записью профилограмм на электропроводной бумаге.
Получена формула для максимальной силы удара Р, выраженной через
начальную кинетическую энергию W
0
ударяющегося шарика:
,
2
0
T
D
W
Р
H
(19)
Используя соотношение (19) в качестве деформирующей силы известная
формула С.Г. Хейфеца преобразуется к виду
4
0
)
2
/(
T
H
D
W
h
, мм
(20)
Установлено, что глубина наклепа
h
H
, рассчитанная по формуле (20), с
достаточной для практики точностью
совпадает с опытными данными и
расхождение составляет в пределах
8,5…14,3 % (рис.7.).
Результаты
экспериментального
исследования микротвердости поверхностного слоя образцов из стали У8Г
показали, что глубина и степень наклепа возрастают с увеличением времени
обработки дробью от t=1 до 4 мин: степень U и глубина упрочнения
соответственно возрастают на 9,8 % и 0,06 мм при исходной микротвердости
поверхностного слоя Н
μ
=3560 МПа.
Максимальная степень упрочнения U=33,4 % достигается при t=4 мин
(v=30 м/с, D=0,6 мм). Этот режим обеспечивает предельную толщину
упрочненного слоя h
н
=0,23 мм. Обработка дробью в течение t=6 мин и более
нецелесообразна, так как при этом микротвердость на поверхности образцов
снижается и максимум твердости смещается в подповерхностный слой (рис.8.).
С увеличением скорости полета дроби от 8 до 30 м/с при t=4 мин степень
52
наклепа увеличивается от 14 до 28 %. Дальнейшее увеличение скорости и
времени обработки приводит к снижению деформационного упрочнения в
связи с перенаклепом.
1 – t=1 мин; 2 – t= 2 мин; 3 – t=3 мин;
4 – t= 4 мин; 5 – t=6 мин; 6 – H
μ
в исходном
состоянии
Рис.8. Распределение микротвердости H
μ
по
глубине поверхностного
слоя h
н
стали У8Г в
зависимости от времени обработки дробью
1 – υ=30 м/с; 2 – υ=30 м/с (теоретические
данные); 3 – υ=16 м/с; 4 – υ=8 м/с
Рис.9. Зависимость глубины наклепа h
н
от диаметра дроби D при дробеметной
обработке
Увеличение диаметра дроби D и скорости ее полета v
0
при обработке
зубьев джинных пил приводят к росту глубины наклепа h
н
и интенсивности
деформаций вследствие увеличения кинетической энергии дроби и
интенсификации процесса пластической деформации поверхностного слоя
упрочняемой детали (рис.9).
На основе энергетической теории разрушения поверхности твердых тел и
гипотезы подобия процессов механического разрушения и плавления
выполнен расчет оптимального числа ударов (5 или 6) стальных дробей
диаметром 1 мм при дробеударном упрочнении чугунных колосников.
Как показали исследования, при упрочнении дробью D=0,4 мм
углеродистой инструментальной стали У8Г при
v
=30 м/с, t=3 – 4 мин
происходит снижение параметров шероховатости: среднего арифметического
отклонения профиля R
a
с 2,4 до 1,8 мкм, высоты неровностей R
z
с 5,5 до 4мкм.
Следует отметить, что дробеударная обработка полированных образцов при
тех же режимах приводит к возрастанию шероховатости: R
a
от 0,2…0,3мкм до
R
a
=0,8…1,2 мкм. Шероховатость тем выше, тем больше скорость полета дроби.
Таким образом, спецификой упрочняющей обработки деталей машин ударами
дроби является то, что в зависимости от исходного геометрического состояния
упрочняемой поверхности, диаметра, скорости полета дроби шероховатость
поверхности может возрастать или уменьшаться.
В
данной
главе,
анализируя
кинетику
упруго-пластического
деформирования поверхностного слоя металла в процессе внедрения в него
сферического
индентора,
раскрыта
закономерность
формирования
шероховатости и аналитически определен ее высотный параметр R
z
.
53
Теоретическое определение высоты неровности R
z
осуществляли в
соответствии с разработанной методикой по формуле:
T
T
м
T
м
z
v
D
W
k
D
v
R
2
0
2
0
2
0
6
5
.
0
2
3
6
. (21)
Расчетные значения параметра R
z
отличаются от экпериментальных в
пределах 5,8...10,5%, что подтверждает приемлемость для использования на
практике данную методику расчета.
Основываясь на структурно-энергетической модели формирования
качества поверхностного слоя, разработан алгоритм расчета технологических
остаточных напряжений, формируемых при дробеударном упрочнении деталей
машин: 1. Расчет радиуса пластического отпечатка. 2. Определение статической
силы Р, соответствующей радиусу пластического отпечатка. 3. Расчет
нормального давления p
0
и интенсивности напряжений σ
i
по формуле.
4. Определение коэффициента восстановления скорости. 5. Расчет энергии
удара твердой сферической частицы с учетом коэффициента восстановления
скорости. 6. Определение скрытой энергии деформации U
s
, равной изменению
внутренней энергии ΔU поверхностного слоя. 7. Определение интенсивности
остаточных напряжений.
Для
расчета
интенсивности
остаточных
напряжений
режим
дробеударного упрочнения выбран с учетом результатов ранее проведенных
экспериментальных исследований, представленных в виде номограммы, и
удобной для практического использования. Так, режим и условия дробеударной
обработки соответствовали: твердость обрабатываемого материала HV80…560;
диаметр дроби D = 0,5…3 мм; расход дроби q = (0,75…12)∙10
-3
кг/(см
2
∙с);
скорость дроби v = 30…80 м/с.
Интенсивность остаточных напряжений на глубине поверхностного слоя
z
, рассчитанная по данному алгоритму, соответствует значениям:
i ост
= 1094 Н/мм
2
, z = 0,05 мм;
i ост
= 1082 Н/мм
2
, z = 0,1 мм;
i ост
= 933 Н/мм
2
, z = 0,2 мм.
Теоретические значения интенсивности остаточных напряжений
отличаются от экспериментальных не более, чем на 2…10%, что позволяет
уверенно их использовать в прогнозной оценке долговечности и усталостной
прочности пильных дисков хлопкоперерабатывающих машин с учетом
эксплуатационных нагрузок.
Пятая глава
диссертационной работы посвящена разработке метода
прогнозирования усталостной прочности и долговечности деталей машин
первичной обработки хлопка с учетам технологических остаточных
напряжений в поверхностном слое изделий. Приведены результаты
производственных испытаний и экономическая оценка эффективности
внедрения упрочняющей обработки пильных дисков.
54
1 – m=2; 2 – m=3; 3 – m=4; 4 – m=5
Рис.10. Зависимость
отноcительной долговечности ψ
N
от коэффициента остаточных
напряжений R
при различных
значениях m для модели Биргера
Разработан алгоритм расчета на многоцикловую усталость с учетом
технологических остаточных напряжений на основе анализа известных
зависимостей между параметрами цикла напряжений (
а
,
m
), предела
выносливости
-1
и предела прочности
в
(линия Гудмана, параболы Биргера, Гербера,
Мэрина). Например, для параболы Биргера
1
2
1
в
m
а
. (22)
Амплитудное значение напряжения цикла
а
при симметричном цикле напряжений
0
m
соответствует выражению
в
ос
i
а
т
1
1
.
(23)
В процессах отделочно-упрочняющей
обработки и резания в поверхностном слое
деталей возникает объемное остаточное поле
напряжений, но ввиду их небольшой глубины залегания принято
рассматривать плоское остаточное напряженное состояние, создаваемое
тангенциальными и осевыми напряжениями. Как следуют из теории упругости,
напряженное состояние характеризуются интенсивностью напряжений
i
, а для
остаточного напряженного состояния – соответственно
i ост
.
Получено выражение, связывающее число циклов до разрушения N
р
с
интенсивностью остаточных напряжений
i ост
, которое для симметричного
цикла принимает упрощенный вид
2
т
0
1
m
в
ос
i
р
N
N
, (24)
где N
0
– число циклов, соответствующее точке перелома кривой усталости;
а
– амплитуда напряжения цикла (предел выносливости с учетом остаточных
напряжений); m=C/K
– коэффициент, характеризующий наклон левого
участки кривой усталости (для углеродистых сталей С=12…20, легированных
С=20…35); K
σ
=σ
-1
/σ
-1д
=4…6 – коэффициент, учитывающей влияние всех
факторов на сопротивление усталости; σ
-1д
– предел выносливости деталей. С
учетом приведенных данных для изделий из углеродистых сталей (пильные
диски) m=C/K
σ
=2…5, из легированных сталей m=3,33…8,75.
Выражения вида (24), полученные для различных зависимостей (моделей)
дают количественную и качественную оценку взаимосвязи введенных
коэффициентов остаточных напряжений R=σ
iост
/σ
в
и относительной
долговечности φ
N
=N
р
/N
0
.
В главе приведены результаты производственных испытаний джинных
пил с упрочненными зубьями, проведенных в джинно-линтерном цехе
55
Букинского
хлопкоочистительного
завода
Ташкентской
области.
Производственные испытания показали, что джинные пилы, упрочненные на
промышленный установке УДП-2-3.5, (режим обработки: скорость дроби
v= 30 м/с; диаметр дроби D=0,6 мм; время обработки t=4 мин; расход дроби
q=250 кг/мин) показали увеличение их долговечности минимум в 1,7…2,0 раза
и более по сравнению с заводскими пилами при переработке хлопка-сырца
ручного сбора сорта 5/3 селекции С-6524 влажности 13,1 %. Уровень
сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев пил,
имеющих предел прочности σ
в
=1000 МПа, составил при этом σ
i ост
=200...600
МПа. Как следует из рис.10., результаты экспериментальных исследований
долговечности упрочненных джинных пил в условиях хлопкоочистительного
завода хорошо согласуются с зависимостью Биргера (24) для m=2. Получена
линейная зависимость относительной долговечности ψ
N
:
558
,
0
75
,
2
R
N
, (25)
позволяющая прогнозировать долговечность упрочненных пильных дисков в
зависимости от уровня сжимающих остаточных напряжений и предела
прочности материала.
Сравнительный анализ состояния пильных дисков показал, что
упрочненные зубья (рис.11, а) практически сохранили свою форму и
геометрические параметры, а также достаточную остроту вершины зуба даже
при времени эксплуатации Т=672 часа. Неупрочненные зубья джинных пил,
проработавших Т=168 часов (рис.11, б, в) подверглись катастрофическому
износу по задней поверхности до значений Δl=1,3…1,5 мм в виде
прямолинейной площадки. Одновременно со значительным износом
происходит уменьшение высоты зуба h и сокращение технологического
пространства между соседними зубьями, что в совокупности с потерянной
остротой вершины зуба уменьшает производительность джинирования.
а) б) в)
Рис. 11. Джинная пила с упрочненными зубьями (а) и неупрочненными зубьями
(б
–
с поломанными и пластически деформированными зубьями, в
–
с изношенными
зубьями).
Необходимо отметить, что пильные диски, зубья которых подвергнуты
дробеметной обработке, сохраняют качественные показатели волокна и семян.
56
Таблица.
Качественные показатели волокна и семян
№
п/п
Технологические
показатели, %
Джинирование с
упрочненными
зубьями пил
Джинирование с
заводскими пильными
дисками
1
Влажность хлопка
13,1
13,1
2
Влажность волокна
6,46
6,46
3
Выход волокна
26,38
26,12
4
Опущенность семян
12,45
12,7
5
Поврежденность семян
7,33
7,73
Суммарный годовой экономический эффект от внедрения дробеударного
упрочнения зубьев пильных дисков на двух хлопкоочистительных заводах
Ташкентского и Андижанского областей составил 80992 тыс. сумов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Разработана структурно-энергетическая модель формирования и
алгоритм расчета технологических остаточных напряжений σ
ост
в
поверхностном слое деталей рабочих органов машин после механической
обработки.
2.
Установлена взаимосвязь технологических остаточных напряжений
σ
ост
с уровнем запасенной (скрытой) энергии U
s
деформаций, которую можно
определить по одному из трех разработанных методов: на базе первого закона
термодинамики; на основе дислокационных представлений и соответствующих
энергетических
соотношений
(теории
дислокаций);
с
помощью
схематизированных диаграмм деформирования σ
i
=f(ε
i
) конструкционных
материалов.
3.
Аналитически определен важнейший параметр контактного
взаимодействия при ударе твердых тел – коэффициент восстановления
скорости k при ударе на базе схематизации контакта дроби с обрабатываемым
материалом: одноактное соударение жесткой сферической твердой частицы со
средней скоростью потока υ
0
под прямым углом α=90º с упругим
полупространством (деформируемым телом, считая его однородным и
изотропным).
4.
На базе структурно-энергетической модели получены соотношения,
позволяющие определить удельную запасенную энергию U
s
, равную
изменению внутренней энергии ΔU поверхностного слоя, и определяемую по
одному из трех разработанных методов: термодинамический, дислокационный
и метод диаграммы деформирования обрабатываемого материала.
5.
В работе получены основные соотношения для скрытой энергии
деформации U
s
на базе термодинамического анализа энергетического баланса
при деформировании срезаемого слоя лезвийным инструментом и
статическими методами ППД (обкатка шарикам и алмазное выглаживание).
57
Разработаны методы расчета скрытой энергии деформирования при резании
материалов с различными физико-механическими свойствами и на основе
схематизированных диаграмм деформирования конструкционных материалов.
6.
Разработан алгоритм расчета технологических остаточных
напряжений по структурно-энергетической модели при дробеметном
упрочнении деталей машин. Теоретические значения остаточных напряжений,
рассчитанных по
СЭМ на базе
первого
закона
термодинамики
(σ
i ост
=1095 Н/мм
2
) и теории дислокаций (σ
iост
=1061 Н/мм
2
) находятся в хорошей
сопоставимости
с
данными
экспериментальных
исследований
(σ
iост
=1080 Н/мм
2
), т.к. отличие приведенных данных составляет соответственно
1,4 и -1,7 %, то это является надежным обоснованием для использования
теоретических значений остаточных напряжений в прогнозной оценке
долговечности и усталостной прочности деталей машин.
7.
Впервые обосновано, что для остаточного поля напряжений
выполняется первый инвариант тензора напряжений, являющийся линейным,
т.е. располагая значениями осевых σ
x ост
и тангенциальных σ
y ост
остаточных
напряжений и их интенсивностью σ
i ост
, можно рассчитать главные остаточные
напряжения σ
1 ост
и σ
2 ост
. Эти напряжения используются при расчете на
прочность в условиях статического и циклического нагружениях.
8.
Выполнена
оценка
влияния
технологических
остаточных
напряжений на прочность (несущую способность) конструкций при
многоцикловом нагружении и разработан алгоритм расчета на многоцикловую
усталость и ресурс работы пильных дисков хлопкоперерабатывающих машин.
Расчет усталостной прочности произведен с помощью теоретического решения
задачи формирования технологических остаточных напряжений при плоском
напряженном состоянии.
9.
Из уравнения движения абсолютно жесткой сферы (шарика) в
обрабатываемой среде (полубесконечное твердое тело) при допущении о
постоянстве среднего давления сопротивления внедрению или среднего
давления течения (предела текучести σ
т
) получена формула для теоретического
определения глубины наклепа h
н
. Достоверность расчетных значений
h
н
подтверждена также экспериментальными данными других исследователей.
Получены основные закономерности влияния параметров дробеметной
обработки зубьев пильных дисков на глубину и степень деформационного
упрочнения. Определены оптимальные режимы обработки: скорость дроби
υ=30м/с; диаметр дроби d=0,6 мм; время обработки t=4 мин. Этот режим
обеспечивает глубину наклепа h
н
до 0,23 мм с максимальной поверхностной
микротвердостью H
μ
=4560 МПа и степенью наклепа U=33,4 %.
10.
Получено удовлетворительное для практического использования
совпадение (8…12%) экспериментальных в условиях производства и
теоретических значений долговечности пильных дисков с упрочненными
зубьями. Производственные испытания подтвердили высокую эффективность
джинных пил с упрочненными дробеударной обработкой зубьями. Испытания
58
проведены при переработке хлопка-сырца ручного сбора сорта 5/3 селекции
С-6524 влажности 13,1%. Увеличение долговечности (до двух и более раз)
пильных дисков связано с повышенной поверхностной микротвердостью и
сохранением вязкой сердцевины зубьев. Как свидетельствуют эксперименты,
дробеударная обработка практически исключает операцию обработки
пильного цилиндра в песочной ванне, т.к. под действием потока дроби
сглаживаются заусенцы и образуются переходные поверхности с радиусом
0,2…0,3 мм между гранями зубьев.
Установлено, что джинирование хлопка-сырца пильными дисками с
упрочненными зубьями хорошо сохраняет качество волокна и хлопковых
семян. Экономический эффект от внедрения в производство джинных пил на
двух хлопкоочистительных заводах Ташкентского и Андижанского областей
составил 80 992.3 тыс. сум.
59
SCIENTIFIC COUNCIL on AWARDING of SCIENTIFIC DEGREE of
DOCTOR of SCIENCES 16.07.2013.Т.06.01 at TASHKENT INSTITUTE OF
TEXTILE AND LIGNT INDUSTRY
_____________________________________________________________
MINISTRY OF HIGHER AND SECONDARY SPECIAL EDUCATION OF
THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN
TASHKENT INSTITUTE OF TEXTILE AND LIGHT INDUSTRY
SHIN ILLARION
TECHNOLOGICAL
METHODS
OF
MAINTENANCE
THE
QUALITY
AND
FORECASTING
DURABILITY
OF
DETAILS
IN
MACHINES
OF
PRIMARY
COTTON
-
GINNING
05.02.03 - Technological machines. Robots, mechatronics and robot systems
(technical sciences)
ABSTRACT
OF DOCTOR DISSERTATION
Tashkent – 2014
60
The theme of doctor
dissertation is registered at
Supreme Attestation Commission at the
Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan in number 30.09.2014/В2014.5.T320.
Doctor dissertation is carried out at Tashkent institute of textile and light industry.
The full text of doctor dissertation is placed on web-page of Scientific council 16.07.2013.Т.06.01 at
the TITLI to the address www.titli.uz.
Abstract of dissertation in three languages (Uzbek, Russian, English) is placed on web- page to
and Information-educational portal “ZiyoNet” to the address www.ziyonet.uz.
Scientific
consultant:
Djuraev Anvar,
doctor of technical sciences, professor
Official
opponents:
Makhkamov Rufat,
academician, doctor of technical sciences, professor
Akhmedhodjayev Khamid,
doctor of technical sciences, professor
Rakhmonov Khayridin,
doctor of technical sciences
Leading
organization
Fergana Politechnical Institute
Defense of dissertation will take place in "25" december 2014 at 14
00
o’clock at a meeting of the
scientific council 16.07.2013.Т.06.01 at Tashkent institute of textile and light industry (Аdress: 100100,
Tashkent, str. Shohjahon-5, tel. (99871)-253-06-06, 253-08-08, fax: 253-36-17; e-mail: titlp_info@edu.uz).
Doctor dissertation might be reviewed at the Information-resource center of Tashkent institute of
textile and light industry (registration number 03). Аdress: 100100, Tashkent, str. Shohjahon -5, tel.
(998 71)- 253-06-06, 253-08-08.
Abstract of dissertation is sent out on "22" of november 2014 year
(mailing report № 03, on "22" of november 2014 year )
Q.Jumaniyazov,
chairman of scientific council on award of scientific
degree of doctor of sciences, doctor of technical sciences, professor
A.Mamatov,
scientific secretary of scientific council, on award of scientific
degree of doctor of sciences, doctor of technical sciences, professor
A.Djuraev,
chairman of scientific seminar under scientific
council on award of scientific degree of doctor of
sciences, doctor of technical sciences, professor
61
ANNOTATION OF DOCTOR DISSERTATION
Actuality and demand of the subject of dissertation.
The modern
mechanical engineering plays the leading part in scientific and technical progress and
is base for successful development of all industries and agriculture. In our republic
the President of the Republic Uzbekistan Islam Karimov noted that still in machine
building by the most important direction in branch specialization must be the
development of agricultural machine building, based on producting of the machines
and mechanism for cotton complex of the republic: «… Cotton for Uzbekistan is
political and economic power, guaranteeing independence of the republic».
The primary goal of cotton-cleaning industries is maintenance of
competitiveness of producting at global level in modern conditions of market
economy industry by resolution of the Cabinet of Ministers of third of april 2007 year
№70 «On the program of modernization and reconstruction of ginneries in the period
2007-2011». The major component in the decision of the given problem belongs to
the process equipment - to machines of primary cotton-ginning (cleaners of large
rubbish, gins, linters, fibre cleaners) which working capacity is substantially defined
by durability of the mass itself and main details of their working div - saw disk, and
also grid-irons.
Therefore loss by a detail of the service purpose and its destruction in most
cases begins in a superficial layer, for example, occurrence and development of
fatigue cracks, deterioration, corrosion, etc.
The teeth of sawing disks while in service test variable pressure at significant
number of cycles stressing, for example, at frequency of rotation of sawing cylinder
n=730 already in current of 48 hours the quantity of cycles makes rev/min more than
2,1·10
6
. Such conditions of stressing the teeth at contact to a variable on weight and
density of raw platen promotes development of fatigue cracks in them, the plastic
shift and contortion, and presence in a cotton-raw of firm inclusions (a granite,
corundum, limestone) causes abrasive deterioration. The grid-irons making the same
lattice in gins and linters should have high wear resistance too.
According to the technical rules time of operation and the subsequent full
replacement saw disks on the worker to a shaft makes depending on a grade of a
processed cotton-raw of 72 – 96 hours for ginning saws, 48 hours - for linter saws. In
view of that restoration saw disks is carried out crossing (ginning saws - 2, linting
saws - 5 times) them for the new size, and also their quantity, for example, in gins
from 90 up to 130 depending on updating, the total requirement of saw disks for 98
cotton-cleaning factories of republic is estimated more than 1 mln. for one cotton-
harvest season. Position is complicated that expensive carbonaceous tool steel U8G is
completely delivered from Russian Federation. Reduction of importing this material
due to sharp increasing durability of saw disks, certainly, will increase economic
efficiency of cotton-conversion because of decreasing cost price of producting - the
cotton fibre.
1
I. Karimov. Uzbekistan on a way of a deepening of economic reforms. -T.: Uzbekistan, 1995, 246. p.
62
Even through the gained up great experience in development of new ways of
increasing reliability of details has appeared not to be demanded in a whole on
referencing to sawing disks and for responsible details of cotton-ginning machines
the research were extremely insufficient. Such circumstances make necessary and
very important choice from the big arsenal of modern means of hardening the
optimum kind for the given concrete case.
Well
known
methods of hardening the
teeth of saw disks (electrocontact heating and laser processing) do not solve one a
problem of increasing of their durability as as the result of powerful thermal influence
on top of a tooth occered a volumetric training and the effect of thermalhardening are
shown. Volumetric training does not save a core of details viscous and it is
undesirable at repeatedly-variable loadings at a bend because of decreasing the
working capacity and resistibility to fatigue failure in operational conditions.
The most progressive and effective method of hardening is superficial plastic
deformation (SPD), in particular, shot processing concerning dynamic methods SPD
details of machines. Technological opportunities of shot hardenings extends first of
all for hard thin details, differing sharp edges. To these constructive seatures
completely correspond teeth of saw disks that has formed the basis for new scientific
and technical decision with the purpose of increasing of working capacity of cotton-
ginning machines.
The given decision of the specified problems provides development of new
scientific approaches in the theory and practice of technological maintenance of
quality and opportunity forecasting of durability of details on condition of their
superficial layer after strengthening mechanical processing.
Conformity of research on priority directions of development of science
and technologies in the Republic of Uzbekistan.
The dissertation is carried out
according to priority directions of development of science and technologies of the
Republic of Uzbekistan and state scientific-technical programm of innovation
researches: IP-5 «the Agriculture, biotechnology, ecology and preservation of the
environment».
International review of scientific researches on the theme of dissertation.
In modern global practice of the machine-building manufacture, in particular in
leading industrially developed countries (USA, France, Japan, Germany, England,
Russian Federation, Hungary etc.) there is positive experience on using as finishing
mechanical operation at manufacturing responsible details of machines the various
methods of strengthen processes. Questions of optimization and methods
of
mechanical processing of machines on maintenance the parameters of quality of
superficial layer in details of machines and mechanisms with the purpose of
increasing wear resistance, contact durability and rigidity, fatigue durability and other
criteria of working capacity of technological machines which are reflected in work of
such foreign scientists and experts as E. Tomsen, C. Jang, S.Kobajashi, Е.М. Trent,
H. Opitts, Dj.I. Armarego, R.H. Brown, S.V. Serensen, A.I. Promptov etc.
63
Basic researches of the physical nature of formation the condition of the
superficial layer characterized by a complex of physicomechanical and geometrical
parameters, and connected with a microscopic picture of deformation through
dislocation model of plastic deformation, are realized in proceedings of out standing
foreign scientists Z. Fridel (France), U. Lju and M. Beresh (USA), J. Martin and
R. Doerti (England), G. Polcer and V. Eveling (Germany), L. Kator and P. Nyulis
(Hungary), T. Ekobori (Japan). In researches of these scientists by means of
dislocation models of plastic deformation have been revealed the laws of deformation
at a microscopic level under action of a temperature-power field.
The significant contribution of development on theory-experimental bases of
application the dynamic methods of superficial plastic deformation in details of
machines were made in works of some foreign scientists, for example, I. Anderson,
D. Martin, O. Horger, Van House, I. Olmen, R. Metson's jobs, V. Koulmen, G. Fuks
etc.
Numerous works of foreign researchers concerned of formation the parameters
of quality of superficial layer of details at final processing and their influence on
operational parameters of machines allow at the present stage of development of
science and technics present enough and prove modern approaches and ways of
maintenance of high adaptability of manufacture and operational reliability of
machines due to increasing durability of details of their working bodies.
Degree of study of problem.
Studying of questions connected with
improvement of quality of a superficial layer the details of machines is one of actual
problems in modern technology of mechanical engineering. Now it is established,
that set of parameters (microgeometrical and physicomechanical characteristics)
qualities of the processed surface renders essential influence on operational properties
of products of machine-building manufacture. Scientific schools under supervising of
scientists of M.M. Saverin, A.A. Matalin, B.A. Kravchenko, D.D. Papshev etc. have
created theoretical bases of formation of the residual is intense-deformed condition of
superficial layer of details at superficial-plastic deformation in fraction and have
developed practical recommendations for their introduction in manufacture of
various branches of mechanical engineering (aircraft construction, oil and chemical,
agricultural, etc.). The specificity of cotton region and meeting process industry put
the problem of permanent increasing of efficiency in processing of cotton-raw which
can be solved successfully by new scientific and technical offers in the form of the
strengthening technologies, directed on increasing durability and quality of details of
working bodies of technological machines.
Scientific researches on strengthening technology of crucial and mass details of
cotton-ginning machines (cleaners, gins, linters, fibre-cleaners), presented by
R.G.
Mahkamov,
E.M.
Abdul-Razzakov,
M.G.
Hamov,
A.P.
Rogov,
A.M. Ahmedov's works, are extremely insufficient. In these works increasing
mechanical properties of teeth in saw disks and sawing segments of machines of
primary cotton processing was reached by electrocontact heating, laser hardening and
the gas-flame training, sold in the form of thermalhardening when high hardness
64
volume of top of the tooth reduces simultaneous resistibility to its bend because of
loss of viscosity of construction material, that initiates frequent breakages in the form
of fragile destruction. Under these circumstances has ripened the necessity of
carrying out of scientific researches on research new technological decisions directed
on maintenance of high quality of the superficial layer of details has ripened. In
particular, development and substantiation of dynamic superficial hardening in
fraction when the power factor of contact interaction of indentor with processable
material solves in formation of the surface condition.
Methods of forecasting of durability and fatigue durability of details of
machines on the residual intense condition are developed in insufficient degree. The
decision of this problem will allow to carry out active regulation by quality of the
processed surface of details through conditions and regime parameters of processing,
geometry of the tool that creates a basis forecasting estimations of the durability
considered at design stage of technological processes of manufacturing details of
machines.
Connection of dissertational research with the plans of scientific- research
works.
Work is performed under the state scientific and technical projects on the
themes: IOT-2013-5-28 «Increasing of working capacity and forecasting of durability
of crucial details of machines primary cotton processing on qualimetry their
superficial layer after dynamic hardening in fraction»;
«Working out and research of
effective and technological designs of mechanisms and details of machines in textile
and light industry», executed by department «Theoretical and applied mechanics» in
2006-2010 according to scientific plans of TITLI.
Purpose of the research
is to work out of technological methods of increasing
the working capacity of cotton-ginning machines by maintenance of demanded
quality of superficial layer of details of working bodies and forecasting of their
durability in operational conditions.
Tasks of the research:
to
develop the method of dynamic deformation
hardening in fraction of less harded details – saw disks of cotton machines and to
define optimum parameters shot hardenings providing high quality of superficial
layer;
to prove and to develop the method of deformation hardening of pig-iron grid-
irons shot processing of their working surfaces;
to develop structure energetics model of interaction contact of firm bodies in
processes of mechanical finishing process and superficial plastic deformation of
responsible details of machines;
to develop universal method of calculation of the major parameter of quality of
superficial layer - technological residual pressure depended on regime parameters of
processing and physicomechanical properties of material construction;
to develop methods of calculation and forecasting of details durability of
machines of primary cotton processing in operational conditions;
65
to make trial check and inculcating of new technological methods of hardening
details of cotton machines with the purpose of increasing of their working capacity
and reliability.
Object of research
is
details of working bodies the machines of primary
cotton processing.
Subject of the research
– quality of superficial layer of responsible details
(sawing disk, grid-iron, shaft of sawing cylinder) cotton-ginning machines, generated
as a result of superficial plastic deformation.
Methods of the research
. Realization the purpose of work and the decision of
tasks were carried out by theoretical and experimental researches. For developing
structure-energetic model of formation technological residual pressure were used
fundamental positions and laws of thermodynamics of irreversible processes, theories
of dislocation of a firm organ have been used, the thermophysics of technological
processes, the theory of elasticity and plasticity, the hypothesis of durability and
destruction firm bodies. On carrying out theoretical researches are widely used laws
of applied mechanics, mathematical physics and elements of higher mathematics.
Experimental researches of shot spent processings on plant UDP-2-3.5
consisted of 12 shot of devices were carried out. Researches of parameters of quality
of superficial layer of details were done.
Researches of quality parameters were made
by tool methods on measuring devices (microhardness tester PMT-3, prophilograph-
profilometre by "Calibre"). Experimental researches of quality of fibre and cotton
seeds after ginning carried out in laboratory and industrial conditions of cotton
cleaning plant. Methods of strain measurement, methods of statistical processing of
experimental data with using of computer technology with probable reliability of
results 0,95 are used.
Scientific novelty of the research
is consisted of the following:
it is worked out the structure-energetic model of formation and algorithm of
calculation of technological residual pressure at superficial deformation hardening
details of machines of primary cotton processing based on the modern concept, of
physics, plastic deformation of metal;
it is developed the method of superficial dynamic hardening in teeth’s fraction
of saws in cotton-ginning machines (patent useful for model “Shot installation
method of superficial dynamic hardening in fraction for hardening details” FAP
00513, 31/12/2009);
it is established optimum technological parameters of shot processings in
sawing disks on the base of experimental researches;
it is solved analytically the problem by definition the factor of restoration of
speed k at impact, contact interaction of firm bodies used for thermodynamic
analysis in processes of dynamic hardening;
it is offered the method of estimational of depth of deformation hardening at
shot processing disks of the gins, based on the differential equation movement of firm
spherical particle in its elastic - the plastic environment;
66
it is developed the mechanism of formation of high-altitude parameter of a
roughness of the strengthened surface at shock deformation processing in fraction of
saws;
it is developed the methods of calculation on multicyclic weariness and
forecasting of durability disks in the operational conditions, problems based on the
analytical decision by definition of intensity of residual pressure.
Practical results of the research
consist of the following:
it is developed the new technological method of hardening of their working
surfaces by processing in fraction, with reference to details of machines of primary
cotton processing; the substantiation of optimum parameters of the mode shot
hardenings (diameter split up, speed, time of processing, the charge split up) is
executed;
it is developed the algorithm of calculation of the major parameter of quality of
the superficial layer of details - technological residual pressure on a level of the
reserved energy of deformation;
it is developed the method of forecasting of durability and fatigue durability of
sawing disks of gins on value of intensity of residual pressure after hardening in
fraction;
as a result it is established of trial check efficiency shot hardenings the teeth of
sawing disks and increase in their durability for some times in comparison with not
strengthened teeth.
Reliability of obtained results
is
proved by correctness of mathematical and
physical models at schematization of contact interaction of fraction with the
strengthened surface in the form of elastic halfendless bodies, and also the high
degree of concurrence in comparison of results theoretical and experimental
researches, including the results of the other authors.
Theoretical and practical importance of results of the research.
The
theoretical importance of results of the work consists: in developing of structural-
energetic model of formation of the main parameter of quality of the superficial layer
of a product - technological residual pressure; analytical dependences for the latent
energy of the deformation responsible for the level of intensity of residual pressure;
dependences for depth of deformation hardening, the roughness of the surface,
contact temperature, factor of restoration the speed received by mathematical
modelling at one-act impact of firm spherical particle with metal barrier.
The practical importance of carried out research consists of the proof of high
efficiency of dynamic method of hardening in fraction of responsible details (sawing
disks, grid-irons) gins due to formation in their superficial layer of compressing
residual pressure, a degree of deformation hardening (peening) up to 33,4 %, depth of
peening 0,2 … 0,23 mm, that on bilateral processing lateral surfaces of teeth saves
the core of the detail in the viscous condition, for long time capable to resist repeated-
variables of pressure on interaction with raw platen in the process of ginning.
Inculcation the results of the research.
On the basis of the received scientific
results the method is offered for the first time and it is developed the technology of
67
dynamic strengthening by process in fraction of sawing teeth disks and grid-irons of
gins.
Sawing disks with strengthened shot processing of teeth and fire-bars are
inculcated in gins DPZ-180 and realized at the enterprises of the association
"O'zpaxtasanoat”, annual economic impact of 80,992 million sum (the act of
association "O'zpaxtasanoat" the introduction into production of 4.09.2014).
Approbation of work.
Results of research are reported in more than 20
scientific and technical conferences, including 8 international conferences
«Progressive technological processes in mechanical engineering» (Tolyatti, 2002);
«Resource-and energysaving technologies of industrial production» (Vitebsk, 2003);
«Actual problems of mechanics and mechanical engineering» (Alma-Ata, 2005);
«Engineering of the surface and renovation of products» (Yalta, 2010 – 2013); «New
and nonconventional technologies in resource-and energysaving» (Odessa, 2010 –
2013); «Quality, standardization, control: the theory and practice» (Yalta, 2010 –
2013); «Modern problems of manufacture and repair in the industry and on transport»
(Svalyava, 2010 – 2013); «Days of science» (Prague, 2012).
Publication of results.
On the theme of the dissertation were published 56
scientific works, including 9 scientific articles in the international magazines, 2
patents are published.
Structure and volume of dissertation.
The dissertation consists of the
introduction, five chapters, the conclusion, the list of the literature, 8 applications and
contains 264 text pages, includes 112 pictures and 5 tables.
MAIN CONTENTS OF THE DISSERTATION
Introduction
is proved the actuality of the work, the goal is put and the
research problems are formulated, elements of scientific novelty are given, stated the
scientific and practical significance of the results of work, it is given the main
stafements sumbiting for defence.
In the first chapter
is considered brief information on the modern
technological machines applied for cotton-raw processing, and the analysis of
working capacity of responsible details of machines and the mechanisms, influenced
on reliability and durability of cotton-ginning equipment.
68
It is shown, that practically in all technological chain of cotton-raw processing
(clearing, ginning, linting, delinting) are applied by cotton-ginning machines where
the most important and responsible detail of working div of the machine, is the saw
disk. The quantity of saw disks only in one machine, depended on the purpose and
modificatoin, is made within the limits of from 90 up to 130. To mass character of the
given detail is added one more undesirable factor - preparations in the form of disks
from carbonaceous steel tool U8G are delivered completely from Russian Federation.
Certainly, reduction of import of the given construction material due to increasing
durability of details will make a serious basis for economic efficiency of cotton-raw
processing.
Insufficiency of information about condition of labour surfaces of details of
working bodies in machines (saw disk, a grid-iron, a shaft of saw cylinder), influence
of parameters on quality of superficial layer on fatigue durability and durability of
products, and also practical absence the complex scientific-methodological approach
to the question of formation the quality of superficial layer by synthesizing micro-and
macrorepresentations of processes of plastic deformation and destruction of
materials, initiated necessity of carrying out the new research works till now.
Having considered, that process of deformation of materials at mechanical
process represents quite difficult complex interconnected phenomena, in work is the
necessity of application of fundamental physical laws and information from the major
related subjects - shown the theory of elasticity and plasticity, thermophysics, the
theory of dispositions from physics of a firm div, the thermodynamics of
irreversible processes, etc. Scientific value of developed models is directly shown in
opportunity of forecasting the durability of details through key parameters of quality
of the superficial layer, formed the final operations finish-strengthening and
mechanical process by cutting.
The second chapter
is devoted to development of structural-energetic model
(SEM) formating of the major parameter of quality of the superficial layer of details
(technological residual pressure) after final (finished) machining with removal of
allowance and finish-strengthening process by superficial-plastic deformation of
metals.
For the first time the synthesis at micro and macrorepresentations about
process of plastic deformation of metals representing on modern views of unbroken
process of generating, is done, movement and anihillation of linear imperfections of
crystal structure of metals-dispositions are executed. The universal (power) approach
is developed for disclosing the mechanism of formating the quality of the superficial
layer of the details, based on the adjacent and interconnected branches of knowledge:
the theory of elasticity and plasticity, the theory of dispositions from physics of the
firm div, thermodynamics of irreversible processes, thermophysics, tribology,
processing of metals by pressure and cutting.
In the dissertation it is noted, that process of destruction of firm bodies and its
previous stage - plastic deformation have unique physical essence: ability of local
microvolumes of contact surfaces of details accumulate and transform the internal
69
(latent) energy of deformation
S
U
. This energy represents density of the energy
which has been saved up by the superficial layer as a result of plastic deformation,
and is actually the energy of dispositions. Storage of energy leads to occurrence of
residual pressure, blocking of dispositions and is connected with such physical
processes as internal friction, an elastic hysteresis, exoelectron issue, etc. Hence, the
reserved energy can serve as the basic integrated and informative parameter of
condition of the superficial layer, responsible both for degree of deformation
hardening, and for intensity of residual field of pressure.
At cold plastic deformation (peening) of metal the most part (up to 97 %) of
the mechanical energy spent for plastic deformation, is passed in heat, the other part
(≈0,5 … 3 %) is accumulated in the superficial layer of metal in the form of the so-
called latent energy of peening
U
, which concept is entered on the basis of the first
law of thermodynamics:
S
U
Q
W
U
;
W
Q
,
(1)
where
U
– changing of internal energy of div;
Q
– the thermal effect connected
with deformation;
W
– work (positive if it is made above div).
At deformation of hardening or peening metal
U
– the positive size is also
equal to the latent energy of peening
S
U
. Owing to accumulation in metal of the
latent energy of peening, the deformed condition is unstable and might be approached
under favorable conditions of return and recrystallization, accompaning allocation of
the latent energy. The latent energy
S
U
of deformation represents scientific interest
for the several reasons: for research process of plastic deformation; for the analysis of
the physicomechanical nature of deformation hardening; for research processes of the
restoration proceeding in the superficial layer plastically deformed metal.
Not all the processes, satisfying to the requirement of the first law of
thermodynamics (feasibility of the law of conservation of energy) can be realized in
the full form. Therefore it is necessary to address to the second law of
thermodynamics according to which for reversible processes the attitude
T
dQ
/
is full
differential function of condition of the system. The integral of this full differential is
the state parameter which is being entropy
T
dQ
/
of system and as the extensive size
is proportional to quantity of substance:
Т
dQ
dS
/
or
TdS
dQ
,
(2)
where
dQ
– the heat, given system at elementary reversible process;
T
–
thermodynamic (absolute) temperature of system during process.
It is received the basic thermodynamic ratio for deformable bodies in which it
is considered works of forces of internal pressure:
TdS
d
dU
ij
ij
,
(3)
where
dU
– infinitesimal change of internal energy;
ij
– tensor of pressures;
ij
d
–
tensor of deformations, generally equal to the sum of elastic
u
ij
and plastic
p
ij
deformations.
70
1 - sample; 2 - grains (crystallites); 3 - blocks of
a mosaic; 4,5,6 - according to a disposition,
atoms, electrons; 7 - borders of grains; 8 -
borders of blocks of a mosaic
Fig.1. Structural elements of the crystal div
(metal or alloy):
In the equation (3) infinitesimal change of internal energy
dU
is expressed
through heat content systems and change the tensor of deformation
dU
. The
increment of internal energy
dU
is full differential and independent variables in the
equation (3) are the deformations
ij
and entropy
S
.
We shall express the pressure
ij
depending on deformation
ij
and entropy
S
.
For this purpose we shall spread out function
)
,
(
S
U
ij
in sedate line in the vicinity of
a natural condition
)
,
0
(
0
S
U
and, keeping linear and square-law members, and also
limiting linear parities between pressure
ij
, deformations
ij
and changing the
entropy
S
, the dependence is received:
).
(
)
,
0
(
)
,
0
(
)
,
0
(
)
,
(
0
0
2
0
2
0
S
S
S
S
U
S
U
S
U
U
S
ij
kl
kl
ij
ij
S
ij
ij
ij
(4)
The equation (4) represents the linear ratio for small deformations in which it
is necessary to put
0
/
)
,
0
(
0
ij
d
S
dU
as in natural condition at
0
,
0
S
S
ij
and should
be
0
ij
.
For the first time it is offered
to consider residual pressure of II sort
as equally effective residual pressure
of III sort, counter balanced in
volumes, commensurable atoms with
group in vicinity of dispositions, and
describing actual size of static
mixtures of atoms from units of
lattice because of dot defects.
Physical distinction between residual
pressure I sorts (the macropressure
covering volumes, commensurable
with the sizes of the detail) and II
sorts (micropressure, operating in
separate grains, blocks and their
groups) does not exist and the
pressure of the first sort is similar to equal effective residual pressure of the second
sort.
The analysis of structural elements (fig.1) and schemes of hierarchy of
structural levels of deformation (fig.2) for the polycrystalline div has shown close
interconditionality of the last with residual pressure of different scale. According to
positions of physics of firm div mechanical pressure in metal and an alloy,
irrespective of the causing reasons (action of forces, temperature, particles of high
energy factors, etc.) are considered as consequence of distortion of the crystal lattice.
Hence, as for residual micropressure, and submicroscopic, there is only a unique
physical model of the mechanism of formation of these pressure - nuclear or
dislocation model. In other words, in order to understand and describe the nature of
71
plastic current of metal, it is necessary to analyze the dislocation structural level in
the superficial layer deformable crystal bodies.
The relative contribution of dispositions, vacancies and introduced atoms to the
accumulated energy corresponds to the ratio 4,5:2:1. Thus, the basic source of
accumulation of the latent energy are linear imperfections of crystal structure metals -
a network of dislocation lines which lead to elastic distortions and, hence, to creation
of residual pressure.
Fig
.2. Hierarchy of structural levels of deformations for the polycrystalline div
For research of interrelation of the latent energy
S
U
and residual pressure it is
necessary to lean on information on value and distribution of dispositions in burned
and the plastically deformed metal. If burned metals contains from 10
6
up to 10
8
dispositions on 1 sm
2
in the deformed metals density of dispositions is higher and
their probable number reaches 10
11
- 10
12
on 1 sm
2
. Their distribution depends on the
kind, degree and temperature of deformation.
Analysing experimental dependence between the reserved energy and
hardening deformation, in work the formula of intensity of the residual pressure, is
received by modification of the formula of Z. Fridelja:
S
оst
i
U
E
2
1
1
,
(5)
where
– Puasson`s factor;
E
– the module of longitudinal elasticity
MPa.
Analyzing the dependence (5), it is possible to conclude, that knowing
character of distribution and size of the latent energy
S
U
of deformation on depth of
the superficial layer and elastic constants
E
and
, it is possible to calculate intensity
of the residual pressure connected with the main residual pressure. The last pressure
directly influences weariness (endurance) of samples by changing of amplitude of the
cycle stressing.
In the chapter is given the scientific substantiation of three analytical methods
of calculation of the latent energy of deformation: 1) thermodynamic; 2)
dislocational; 3) the method of diagrams deformation.
1. The thermodynamic method of definition of the latent energy of deformation
S
U
U
is based on the first law of thermodynamics (1) and allows to carry out the
analysis of the plastic deformation accompanying any kind of mechanical process of
details of machines.
2. The dislocatoin method of definition of the latent energy of deformation is
based on the three-phasic analysis of deformation of metal and covers kinetics and
specificity of plastic deformation (development, degree and the sizes of damage)
The sample
(I-structural level)
The grains (crystallites),
blocks of mosaic
(II-structural level)
The dispositions, atoms,
electrons
(III-structural level)
72
according to the modern sight on its nature. The basic mechanism of plastic
deformation of metals is realized through generating, movement, discharge and
annihilation of dispositions.
Analyzing various models of deformation hardening (Taylor, Bassinskiy,
Mott, and Hirsh's models), in work is received dependence for calculation of the
specific reserved energy:
3
2
,
0
2
2
2
,
0
2
/
,
ln
)
1
(
4
)
)(
cos
1
(
mm
J
G
G
U
i
i
s
(6)
where
G
– the module of shift,
МPа
;
b
– Burger’s vector ,
m; µ
– Puasson’s factor;
– a corner between Burger’s vectors and an axis of dispositions,
degree
;
– the numerical constant, is equal 0,3 … 0,6;
2
,
0
– conditional limit of fluidity,
МPа
;
i
– intensity of normal pressure,
МPа
.
3. The method of the diagram of deformation is developed for definition of the
latent energy of deformation in view of the generalized diagram of deformation of
rod model (Mazing´s model) solid environment with infinite number of subelements.
According to the given model of the structural particles to make the element of
volume, the cores deformed equally in the form of system. We also accept, that cores
possess properties of ideal elastic-plastic material and modules of elasticity of cores
are equal.
The formula of calculation of the latent energy of deformation on the basis of
the method of the diagram of deformation is received:
'
'
2
'
2
)
(
)
(
)
(
2
1
EE
E
E
E
E
U
T
i
T
i
T
i
T
i
S
,
(7)
where
T
– a physical limit of fluidity of the processable material;
Е
– the module of tangent (plasticity) or the module of deformation.
Thus, knowing mechanical characteristics of the material
Е
T
,
and
Е
, and
also intensity of pressure, it is possible (7) to calculate on dependence the specific
energy of deformation
S
U
on dependence.
Realization SEM provides to execute of the following consecutive stages
making algorithm of calculation of technological residual pressure:
1. The schematization of power and temperature of stressing the superficial layer of a
product at contact interaction with the cutting or strengthening tool.
2. Calculation of making forces and operating pressure in a zone of contact of the tool
with a processable detail.
3. Power and termophysic analyses of deformation: definition of work of deformation
A
and allocated heat
Q
.
4. Calculation of specific latent energy
U
′
s
of deformation on one of three offered
methods: on the basis of thermodynamic parity
U
s
=A
–
Q
; usage of the schematized
diagrams of deformation
i
=f(
i
)
; on the basis of dislocation theories of plastic
deformation of metal and an assumption of equality energy
U
s
=Е
d
(energy of
dispositions).
73
d, h – accordingly diameter and depth of the print;
Р – force of pressing
Fig. 3. The scheme of dynamic pressing of a
sphere in a strengthened surface and qualitative
epura residual deformations of axial
compression on thickness of plastically
deformed layer
h
pl
5. Definition of intensity of residual pressure
σ
i ost
dependences upon the level of the
latent energy of deformation
U
s
.
6. Calculation of main residual pressure
σ
1 ost
, σ
2 ost
and
σ
3 ost
depending on the kind of
the intense condition.
In the third chapter
are presented the
results of researches of mechanics of
contact interaction at dynamic is superficial-plastic deformation in fraction of metal
surfaces.
In the work the problem of contact interaction of striking particle with
materials of a barrier is solved quasistaticly, i.e. we consider, that mutual movings of
spherical firm particle and elastic half-space, and also efforts contact are connected
by the equations of statics. The given assumption follows that speed of impact
v
0
is
much less than speed of distribution of indignations in the form of elastic waves of
compression and in a material shift.
The basic geometrical parameters of the center of deformation (fig.3.) are
diameter
d
and depth
h
a plastic print. Processing of the surface of a detail by impacts
of fraction is characterized by localness of deformation process. If kinetic energy
W
0
of the flying fraction is sufficient for
formating on the surface of contact
the intensity of pressure
i
exceeding
a dynamic limit of fluidity
D
T
.
on a
processable surface damages are
created in the form of plastic print in
the form of lune.
Converting
M.M.Saverina's
formula for calculation of a degree
of superficial deformation in view of
communication ψ between dynamic
Н
D
and static hardness НВ on
Brinnel´s (Н
D
=1,7 НВ), and also
values of kinetic energy of fraction
W
0
=mv
2
/2,
the received dependence
is convenient for practical using:
4
3
0
18
,
1
2
g
D
HB
W
, (8)
where
m
and
D
– accordingly
weight, kg and diameter split up, m;
v
– speed of impact, m/s;
g
–
acceleration of free falling, m/s
2
.
Results of calculation of
degree superficial deformation and
its dependence on regime parameters shot processings (v=10 … 90 m/s, D=0,5 … 2,5
mm, НВ 100 … 400) are given on fig.4. With increasing in hardness of processable
ost
pl
74
material the degree of superficial deformation ψ monotonously decreases, and for
great values
D
and
v
absolute value ψ also increases (accordingly on 0,057 and
0,094).
With increasing in speed of fraction from
v
= 10 up to 70 m/s (fig.4,b.) because
of increasing of kinetic energy the degree of superficial deformation noticeably
raises
:
in 2,63 and 2,75 times accordingly for D=1 and 2 mm.
а) D = 1 мм b) НВ 300
Fig. 4. Dependence of a degree of superficial deformation on
hardness НВ fractions at various
values of speed
v
(a) and at various values of diameter D from speed
v
(b)
The deformed condition at SPD is estimated not only a factor ψ
,
but also
thickness of plastically deformed layer of peening h
pl
=h
n
, and also intensity of
changes of deformation in the most typical zone of pressing of a sphere - axial. When
the processable surface of the detail is completely covered by prints, it is possible to
assume, that compression of all layers on thickness will correspond on the average to
deformation of axial compression under one print, qualitative diagram which is
shown on fig.3.
As a result of frequent dynamic influence at shot processing the radius of the
plastic print will increase up to the certain size, and then practically remains the
constant. In view of it, the formula for radius of plastic print becomes:
mm
g
HB
v
D
К
а
,
2
,
10
ρ
4
2
m
(9)
where К=1,3 … 1,5 – factor of increasing in diameter of print;
ρ
m
– density of
material fraction.
As follows from expression (9), the radius of print is directly proportional to
diameter of fraction at constant value of speed
v
and hardness НВ of processed
material. With increasing in hardness of a material the radius of print naturally
decreases (fig.5.), and, in all range of change of hardness radius of print
a
at
v
= 50
m/s are more, than at
v
= 30 m/s that expressed great value of the kinetic energy
responsible for formation of the sizes of center of deformation. With increasing in
speed from
v
= 10 up to 70 m/s the radius prints increases in 2,65 times.
In work the analytical method of definition for the first time is developed the
factor of restoration of speed
k
at impact with the purpose of establishment of the
settlement dependence connecting it with parameters of a firm particle and
ψ
0,35
0,25
0,15
0,05
0 10
30
50
V, m/s
D=2mm
D=1mm
V=50m/s
V=30m/s
ψ
0,40
0,35
0,30
0,25
100
200
НВ
300
400
75
physicomechanical characteristics, available in reference books. Known calculated-
experimental methods definition of factor
k
differ from the big labour input at
practical realization as it is necessary to conduct series of experiences and to measure
carefully parameters of shock lunes.
а)
b)
Fig. 5. Dependence of degree of superficial deformation
on hardness
НВ fractions at various values of speed
v
(a) and at various values of diameter D from
speed
v
(b)
At contact of particle to a metal barrier there is a loss of its initial kinetic
energy
2
/
2
0
0
mv
W
(energy before impact) because of elastic-plastic deformations of
metal. Therefore speed of imprint
v
1
particles will be less, than
v
0
. Energy of the
jumped aside particle accordingly will be equal
2
/
2
1
1
mv
W
. Hence, absolute
reduction of kinetic energy ΔW the hitting particle will make:
,
2
/
)
1
(
)
1
(
2
2
0
2
0
1
0
k
mv
k
W
W
W
W
(10)
where we shall receive expression for factor of restoration
,
/
1
)
/
(
1
0
1
0
W
W
W
W
k
(11)
i.e. for its definition at direct impact is necessary the knowledge of work of elastic
restoration local zone of contacting which is practically equaled kinetic energy of a
firm particle after impact
W
1
.
Applying Meyer's law and geometrical parities at static introduction of a firm
particle in a plane, elastic-plastic contacting of spherical indenter we shall present
dependence for pressing force Р:
n
n
п
h
R
N
Р
5
.
0
5
.
0
1
5
,
0
8
, (12)
where N - a constant describing material, and depending on diameter of a ball;
п
- a
constant describing material, and not dependent on diameter of a ball, but changing
together with peening for the same materials; usually
п
it is equal from 2 (burned) up
to 2,5 (the tempered materials); R
1
=D/2 - radius of a ball; h - depth of introduction of
a firm particle.
If we consider, that the constants
n
and
N
describing properties of materials in
the equation of Meyer accept values
n=2
and
N=πH
µ
/4,
where
H
µ
- dynamic hardness
on Meyer’s work of elastic restoration
W
1
will be defined from simple expression:
pr
E
W
H
R
W
/
)
(
77
,
1
75
,
0
0
25
,
1
75
,
0
1
1
. (13)
НВ300
НВ500
a,
mm
0,8
0,6
0,4
0,2
0 10
V, m/s
50
30
V=50m/s
V=30m/s
а,
mm
0,9
0,8
0,7
0,6
100
200
НВ
300
0,5
76
Thus, according to expression (11) in a final kind of the formula is received for
calculation factor of restoration of speed at impact:
)
/(
79
,
1
25
,
0
0
25
,
1
75
,
0
1
pr
E
W
H В
R
k
. (14)
The analysis of expression (14) shows, that at direct impact the factor of restoration
of speed k depends on kinetic energy and the size of particles, hardness of material of
a barrier, the module of elasticity and Puasson’s factor of striking bodies.
Comparison of settlement values of factor of restoration
k
under the formula (14)
with experimental data testifies to high convergence of results: for steel 45 k
cal
=0,476,
k
exp
=0,458; for armko-iron k
cal
=0,317, k
exp
=0,316; of the condition of experiences and
necessary parameters for calculation were the following: diameter of steel balls
;
10
2
3
1
m
R
weight
kg
m
6
10
09
,
4
;
a
corner of attack
;
90
0
speed of a ball
;
/
7
,
22
0
s
m
V
the material of a barrier - steel 45 in the normal condition (197 HV or
НВ1030
МPa
); elastic characteristics of contacted materials
E
1
=E
0
=2·10
5
MPa
,
v=v
0
=0,3
.
Applying SEM for research of quality of the superficial layer of detail at
processing in fraction provides the obligatory analysis balance of energy. The balance
of energy is made on the basis of consideration of process of impact of sphere with a
flat surface of a div in the form of separating completed stages of its movement:
elastic introduction, plastic introduction, leap aside surface of a div.
In the chapter it is executed termophysic analysis of process shock SPD
details. It is received the equation of connection of thermal, mechanical and internal
energy for process of impact of sphere and a metal surface
sh
i
Q
Q
U
k
W
)
1
(
2
0
.
(15)
By virtue of assumption about undeformation of firm particle (fraction) it is possible
to write down:
i
sh
i
U
U
U
U
. The account of change of internal energy
U
is obligatory in questions of formation of quality of the superficial layer. On the
deciding the questions of thermophysics, in particular, definition of average contact
temperature at impact, glorifications
U
neglect in practical calculations. The
equation for calculation of temperature of any point is received bodies in zone of
impact by sphere:
t
R
t
k
W
b
i
i
i
4
exp
)
4
(
)
1
(
)
1
(
2
2
3
2
0
, (16)
where
)
,
,
,
(
t
z
y
x
– temperature of a point of div,
C
0
; b – the factor describing a
share of intensity of heat; extending in sphere;
– factor of heat conductivity,
);
/(
0
С
m
W
)
(
m
c
– factor of thermal conductivity,
;
/
2
s
m
m
с
– a volumetric
thermal capacity,
);
/(
0
3
С
m
J
2
2
2
)
(
)
(
)
(
z
z
y
y
x
x
R
i
i
i
– distance from a source
of heat up to a considered point with coordinates
x, y, z, m;
For calculation of time
t
, corresponding maximal depth of penetrating of a ball
and its contact equal to time with surface of a div, it is necessary to consider the
equation of movement of a div in the processable environment:
77
1 – elevator’s bunker; 2 – bunker of the
nutritious device; 3 – bunker of a separator;
4,7 – throttles; 5 – rotor with shot wheel; 6 –
bottom collector of elevator; 8 – bunker;
9 – processable detail; 10 – shaft; 11 – V-belt
transfer; 12 – electric motor; 13 – working
chamber; continuous arrows - fraction;
stroke-air
Fig.6. The basic scheme of shot device of
the plant UDP-2-3.5
,
2
2
2
h
R
dt
h
d
m
T
(17)
where
m
and
R
– accordingly weight and radius of a ball;
Т
– limit fluidity of
material of a barrier;
h
– depth introduction of a ball.
The decision of the differential equation (65) we shall present in the form of
which in the weight of a ball
m
is expressed through its volume and density
m
:
t
D
D
h
m
T
T
m
6
1
sin
6
, mm;
T
m
D
t
6
2
, s. (18)
In the fourth chapter
are presented the results of theory-experimental
researches of quality of the superficial layer of saw teeth and grid-irons by shot
process are presented to processing, and
also results of separate experiences at
static SPD and process by cutting as with
the purpose of comparison of data on
parameters of quality of the processed
surface, and check to develop SEM
formations of technological residual
pressure.
Experimental researches of shot
processing in saw disks carried out on
plant
UDP-2-3.5
in
conditions
of
Tashkent aviation production association
named Tchkalov. Data installation (fig.6.)
is intended for superficial hardening
responsible details of machines and
consists of 12 serially let out shot devices
42115, 42125. Deformation hardening
(peening) defined by measurement of
microhardness
Н
μ
on samples - inclined
microsections which received by means
of cutting sample under the corner
α=5
0
04′ to an investigated surface.
Tests spent on device PMT-3 a
tetrahedral diamond pyramid. Microhardness
Н
μ
defined on result of measurement the
diagonals of the prints received at loading 0,98 Н. Deformation hardening estimated
depth of peening h
n
, degree U and intensity of peening on depth - a gradient of
peening U
gr
.
Residual tangential pressure defined on ring samples on the method of acad.
N.N. Davidenkov with special use of the equipment providing continuous strain-
measurement. Research of the roughness of the processed surface the micron - an
average arithmetic deviation of the structure and record profilograms on an
78
1 – experimental data;
2 – settlement data.
Fig.7. Dependence of depth of deformation
hardening (peening)
h
н
from diameter D of
steel balls at shot processing of titanic alloys
(σ
т
= 780
–
1075 МPa)
electrowire paper spent on profilometre-profilograph models 201 of a factory
"Calibre" with fixing integrated signs of parameter
R
a
.
The received formula for the maximal force of impact Р expressed through
initial kinetic energy
W
0
of a hitting ball:
,
2
0
T
D
W
Р
N
(19)
Using a parity (19) as deforming force known the formula of S.G. Hejfetsa
will be transformed to a kind
4
0
)
2
/(
T
n
D
W
h
, mm
(20)
It is established, that depth of peening h
n
, calculated under the formula (20),
with sufficient accuracy for practice coincides with skilled data and the divergence
makes within the limits of 8,5 … 14,3
% (fig.7.).
Results of experimental research
of microhardness of the superficial
layer of samples from steel U8G have
shown, that depth and degree of
peening increase with extending in time
of processing in fraction from t=1
before 4 min: degree U and depth of
hardening accordingly increase on 9,8
% and 0,06 mm at initial microhardness
of superficial layer
Н
μ
=
3560 MPa
.
The maximal degree of hardening
U=33,4
of
%
is
reached
at
t=4min(
v=30m/s
,
D=0.6 mm
). This
mode provides limiting thickness of the strengthened layer h
n
=0.23 mm. Processing
in fraction during t=6 min also is more inexpedient, as thus microhardness on a
surface of samples decreases also maximum of hardness is displaced in subsurface
layer (fig.8.). With increasing in speed the flight of fraction from 8 up to 30 km/s at
t=4 min the degree of peening increases from 14 up to 28 %. The further increase in
speed and time of processing leads to decrease in deformation hardening in
connection with repeening.
Increasing in diameter of fraction D and speeds of its flight
v
0
at processing
teeth saws lead to growth of depth peening
h
n
and intensity of deformations owing to
increase in kinetic energy of fraction and intensification of process of plastic
deformation of the superficial layer of strengthened detail (fig.9.).
As shown in the researches, at hardening in fraction D=0,4мм of carbonaceous
steel tool U8G at
v
=30m/s, t=3 – 4 min there is a decrease in parameters of a
roughness: an average arithmetic deviation of structure R
a
with 2,4 up to 1,8 mkm,
heights of roughnesses
R
z
with 5,5 up to 4mkm. It is necessary to note, that shot
processing of the polished samples at the same modes leads to increase of a
roughness:
R
a
from 0,2 … 0,3mkm up to R
a
… 1,2 mkm. The roughness that above, is
n
,
79
more speed of flight in fraction. Thus, specificity of strengthen processing of details
of machines impacts of fraction is that depending on an initial geometrical condition
of strengthened surface, diameter, speeds of flight split up a roughness of surface can
increase or decrease.
1 – t=1 min; 2 – t = 2 min; 3 – t=3 min;
4 – t=4 min; 5 – t=6 min; 6 – H
μ
in an initial
condition
Fig.8. Distribution of microhardness H
μ
on
depth of the superficial layer h
n
steel U8G
depending on time of processing in fraction
1 – υ=30 m/s; 2 – υ=30 m/s (theoretical datas);
3 – υ=16 m/s; 4 – υ=8 m/s
Fig.9. Dependence of peening’s depth
h
n
from diameter of fraction D at shot
processing
In the given chapter, analyzing kinetics elastic-plastic deformation of the
superficial layer of metal during introduction in its spherical indenor, law of
formation of roughness is opened and it is analytically certain high-altitude parameter
R
z
. Theoretical definition of height of roughness
R
z
carried out according to the
developed technique under the formula:
T
T
m
T
m
z
v
D
W
k
D
V
R
2
0
2
0
2
0
6
5
.
0
2
3
6
. (21)
Settlement values of parameter
R
z
differ from experiment within the limits of
5,8...10,5 % that confirms an acceptability for use in practice the given design of
procedure.
Being based on structurally-energetic model of formation of quality of the
superficial layer, the algorithm of calculation of the technological residual pressure
formed at shot hardening of details of machines is developed: 1. Calculation of radius
of plastic print. 2. Definition of the static force
Р
corresponding radius of plastic
print. 3. Calculation of normal pressure
p
0
and intensity of pressure
σ
i
under the
formula. 4. Definition of factor restorating speed. 5. Calculation of energy of impact
of a firm spherical particle in view of factor of restoration speed. 6. Definition of the
latent energy of deformation
U
s
equal to change of internal energy ΔU of superficial
layer. 7. Definition of intensity the residual pressure.
h
n
, mm
h
n
, mm
80
1 – m=2; 2 – m=3; 3 – m=4; 4 – m=5
Fig. 10. Dependence relative
durability
ψ
N
from factor of residual
pressure R at various values m for
Birger's model
experiment
For calculation of intensity the residual pressure the mode shot hardenings is
chosen in view of results before the spent experimental researches presented in the
form of nomegramm, and convenient for practical use. So, the mode and conditions
shot processings corresponded: hardness of processable material HV80 … 560;
diameter split up D = 0,5…3 mm; the charge split up q = (0,75… 12) ∙10
-3
kg/(sm
2
∙s);
speed split up v = 30…80 m/s.
Intensity of residual pressure on depth of the superficial layer
z
, calculated on
the given algorithm, corresponds to values:
ost
i
= 1094 N/mm
2
, z = 0,05 mm;
ost
i
= 1082 N/mm
2
, z = 0,1 mm;
ost
i
= 933 N/mm
2
, z = 0,2 mm.
Theoretical values of intensity of residual pressure differ from experimental no
more, that on 2 … 10 % that allows to use confidently them in forecasting to an
estimation of durability and fatigue durability saw disks of cotton-ginning machines
in view of operational loadings.
The fifth chapter
of dissertation work is devoted to development of the
method of forecasting the fatigue durability and durability of details of machines in
primary cotton processing with accounts of technological residual pressure in the
superficial layer of products. It is given the results of industrial tests and an economic
estimation of efficiency of introduction of strengthening process in saw disks.
The algorithm of calculation on multicyclic weariness is developed in view of
technological residual pressure on the basis of the analysis of known dependences
between loop variables of pressure (
m
а
,
), a limit of endurance
1
and strength
в
(Goodman´s line, Birger, Gerber, Marin's
parabolas). For example, for Birger's parabola
1
2
1
v
m
а
. (22)
Peak value of pressure cycle
а
at a symmetric
cycle
0
m
of pressure corresponds to
expression
v
ost
i
а
1
1
. (23)
In processes of finish-strengthening
processing and cutting in the superficial layer of details there is a volumetric residual
field of pressure, but in view of their small depth of position is accepted to consider
the flat residual intense condition created by tangential and axial pressure. As it is
followed from the theory of the elasticity, the intense condition are characterized by
intensity of pressure
i
, and for the residual intense condition – accordingly σ
i ost
.
The expression connecting number of cycles before destruction N
R
with
intensity of residual pressure
ost
i
which for a symmetric cycle accepts the simplified
kind is received
81
2
0
1
m
v
ost
i
R
N
N
, (24)
where N
0
– the number of cycles corresponding a point of crisis of curve weariness;
а
– amplitude of pressure cycle (a limit of endurance in view of residual pressure);
the m=C/K
– factor describing an inclination left sites of the curve weariness (for
carbonaceous steels S=12 … 20, alloyed S=20 … 35);
6
...
4
/
1
1
D
σ
К
– the
factor, considering influence of all factors on resistance of weariness;
D
1
- a limit of
endurance details. In view of the resulted data for products from carbonaceous steels
(saw disks)
5
...
2
/
K
C
m
, from alloyed steels
m
=3,33…8,75.
Such kind of expressions (24) received for various dependences (models) give
quantitative and quality standard of interrelation of the entered factors of residual
pressure R =
ost
i
v
/
and relative durability
.
/
0
N
N
R
N
In the chapter it is given the results of industrial tests ginning saws with
strengthened teeth, spent in gin-linting room of Buka cotton-cleaning plant Tashkent
region. Industrial tests have shown, that ginning saws strengthened on industrial
installation UDP-2-3.5, (a mode of processing: speed split up
v
= 30 m/s; diameter
split up
;
6
,
0
mm
D
time of processing
min
4
t
; the charge split up
min
/
250
kg
q
) have shown increase in their durability a minimum in 1,7 … 2,0
times and more in comparison with factory saws at processing cotton-raw of manual
gathering a grade of 5/3 selections S – 6524 of humidity of 13,1 %. The level of
compressing residual pressure in the superficial layer teeth the saws having strength
1000
v
MPa, has made thus
ost
i
600
...
200
MPa
. As follows from fig.10., results of
experimental researches of durability strengthened gin saws in conditions of cotton
cleaning factory will be coordinated with Birger's dependence (24) for m=2. It is
received linear dependence of relative durability
N
:
558
,
0
75
,
2
R
N
, (25)
allowing to predict durability strengthened saw disks depending on level of
compressing residual pressure and strength of a material.
The comparative analysis of condition saw disks has shown, that strengthened
teeth (fig.11, a) have practically saved the form and geometrical parameters, and also
a sufficient acuteness of top of a tooth even at time of operation
hours
T
672
not
strengthened teeth of ginning saws which have worked Т=168 of hours (fig.11, b,c)
have undergone to catastrophic deterioration on back surface up to values
mm
l
5
,
1
...
3
,
1
in the form of a rectilinear platform. Simultaneously to significant
deterioration there is reduction height of a tooth
h
and reduction of technological
space between next teeth, that in aggregate with the lost acuteness on top of a tooth
reduces ginning productivity.
82
a)
b)
c)
Fig. 11. Ginning saw with strengthened teeth(a) and not strengthened teeth (b-with broken
and plastically deformed teeth, c - with worn out (teeth).
It is necessary to note, that saw disks, teeth of which are subjected by shot
processing, save quality indicators of fibre and seeds.
Table
Quality indicators of a fibre and seeds
№
p/p
Technological
parameters, %
Ginning with
strengthened teeth
of saws
Ginning with plant saw
disks
1
Moisture content of cotton
13,1
13,1
2
Moisture content of fibre
6,46
6,46
3
Producing of fibre
26,38
26,12
4
Dropped seeds
12,45
12,7
5
Damaged seeds
7,33
7,73
Total annual economic benefit of shot inculcation of teeth on saw disks in two
cotton-cleaning plants of Tashkent and Andijan regions has made hardenings 80992
thousands sum.
CONCLUSION
1.
It is worked out the structural-energy model of formation and algorithm
of calculation of technological residual pressure σ
оst
in the superficial layer of details
of working bodies of machines after mechanical processing.
2.
It is established the interrelation of technological residual pressure
σ
оst
with a level of reserved (latent) energy U
s
of deformations which can be defined on
one of three developed methods: on the basis of the first law of thermodynamics; on
the basis of dislocational representations and corresponding power parities (the
theory of dispositions); by means of the schematized diagrams of deformation
σ
i
=f(ε
i
)
constructional materials.
3.
It is analytically identified the major parameter of contact interaction at
impact of firm bodies - factor of restoration of speed
k
at impact on the basis of a
schematization of contact of fraction with a processable material: one-act impact of a
rigid spherical firm particle with average speed of a stream
υ
0
under a right angle
83
α=90º with elastic semi-space (a deformable div, including its homogeneous and
isotropic).
4.
It is received the main correlation on the basis of structural-power model
the parities, allowing to define the specific reserved energy
U
s
equal to change of
internal energy ΔU of a superficial layer, and defined on one of three developed
methods: thermodynamic, dislocations and a method of the diagram of deformation
of a processable material.
5.
In work the basic parities for the latent energy of deformation
U
s
on the
basis of the thermodynamic analysis of power balance are received at deformation of
a cut off bladed layer by the tool and static methods SPD (running by balls and
diamond smoothing). Methods of calculation of the latent energy of deformation are
developed at cutting materials with various physicomechanical properties and on the
basis of the schematized diagrams of deformation of constructional materials.
6.
It is worked out the algorithm of calculation of technological residual
pressure on structurally-power model at shot hardening of details of machines.
Theoretical values of the residual pressure calculated on SEM on the basis of the first
law of thermodynamics (σ
i ost
=1095 N/mm
2
) and theories of dispositions (σ
i ost
=1061
N/mm
2
) are in good comparability to data of experimental researches (σ
i ost
=1080
N/mm
2
) since difference of the resulted data makes accordingly 1,4 and-1,7 % it is a
reliable substantiation for use of theoretical values of residual pressure in forecasting
to an estimation of durability and fatigue durability of details of machines.
7.
For the first time it is proved, that for a residual field of pressure the first
invariant of tensor in pressures is carried out, being linear, i.e. having values axial
σ
x оst
and tangential σ
y ost
residual pressure and their intensity σ
i ost
, it is possible to
calculate the main residual pressure σ
1 оst
and σ
2 оst
. These pressures are used at
calculation on durability in conditions static and cyclic stressing.
8.
It is executed the estimation of influence of technological residual
pressure on durability (bearing ability) designs at multicyclic stressing and the
algorithm of calculation on multicyclic weariness and a resource of work saw disks of
cotton-ginning machines is developed. Calculation of fatigue durability is made by
means of the theoretical decision of a problem of formation the technological residual
pressure at the flat intense condition.
9.
From the equation of movement of absolutely rigid sphere (ball) in the
processable environment (semi-infinite firm div) at an assumption about a
constancy of average pressure of resistance to introduction or average pressure of
current (a limit of fluidity σ
т
) the formula for theoretical definition of peening’s depth
h
n
is received. Reliability of settlement values
h
n
is confirmed also by experimental
data of other researchers. The basic laws of influence of parameters shot processings
of teeth on saw disks on depth and a degree of deformation hardening are received.
Optimum modes of processing are certain: speed split up υ=30m/s; diameter split up
d=0,6 mm; time of processing t=4 minutes. This mode provides h
н
depth of peening
up to 0,23 mm with maximal superficial microhardness H
μ
=4560 MPa and a degree
of peening U=33,4 %.
84
10.
It is received satisfactory concurrence for practical use (8 … 12 %)
experimental conditions of manufacture and theoretical values of durability saw disks
with strengthened teeth. Industrial tests have confirmed high efficiency ginning saws
with strengthened teeth of shot processing. Tests are spent at processing cotton-raw
of manual gathering of a grade of 5/3 selections S – 6524 of humidity of 13,1 %. The
increase in durability (up to two and more times) saw disks is connected with the
raised superficial microhardness and preservation of a viscous core of teeth. As
experiments testify, shot processing practically excludes operation of processing a
saw cylinder in a sand bath since under action of a stream of fraction agnails smooth
out and transitive surfaces with radius 0,2 … 0,3 mm between sides of teeth are
formed.
11.
It is established, that ginning a cotton-raw with saw disks with
strengthened teeth saves well quality of a fibre and cotton seeds. Economic benefit of
introduction in manufacture ginning saws on two cotton-ginning factories Tashkent
and Andijan regions were made with 80 992.3 thousands sum.
85
ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ-
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ-
LIST OF PUBLISHED WORKS
I бўлим (I часть; I part)
1.
Джураев А.Д., Шин И.Г. О коэффициенте восстановления скорости при
ударе твердой сферической частицы о плоскую металлическую преграду //
Известия ВУЗов. Вестник ТГТУ. – Ташкент, 1995, № 1 – 4. – С.121 – 129.
2.
Джураев А.Д., Шин И.Г. Методика расчета высотного параметра
шероховатости при дробеударном упрочнении деталей машин // Известия
ВУЗов. Вестник ТГТУ. – Ташкент, 2002, №2 – 3. – С. 29 – 33.
3.
Шин. И.Г. Влияние технологических остаточных напряжений на
усталостную прочность и долговечность деталей машин // Проблемы текстиля.
– Ташкент, 2004, №1. – С. 63 – 68.
4.
Джураев А.Д., Шин И.Г., Саримсоков Д.А. Аналитический метод оценки
деформационного упрочнения поверхностного слоя деталей машин при
дробеударной обработке // Проблемы текстиля. – Ташкент, 2004, №4. – С. 65 –
69.
5.
Шин. И.Г., Джураев А.Д. Эффективность дробеударного упрочнения
зубьев дисковых пил машин первичной обработки хлопка. // Проблемы
текстиля. – Ташкент, 2009, №1. – С. 7 – 11.
6.
Шин И.Г. Расчет интенсивности технологических остаточных
напряжений при поверхностном пластическом деформировании валов пильного
цилиндра хлопковых машин // Проблемы текстиля. – Ташкент, 2009, №1. – С.
82 – 86.
7.
Джураев А.Д., Шин. И.Г. Анализ напряженно-деформированного
состояния поверхностного слоя при дробеструйном упрочнении деталей машин
// Упрочняющие технологии и покрытия. – Москва, 2009, №10. – С. 3 – 7.
8.
Шин И.Г. Деформационные упрочнение дробью колосников машин
первичной обработки хлопка // Проблемы текстиля. – Ташкент, 2009, №4. – С.
57 – 60.
9.
Шин. И.Г. Интенсивность остаточных напряжений при поверхностном
пластическом деформировании деталей машин // Упрочняющие технологии и
покрытия. – Москва, 2010, №2. – С. 10 – 13.
10.
Шин. И.Г. Расчет температуры в зоне контакта при дробеударном
упрочнении деталей машин // Вестник машиностроения. – Москва, 2010, №1. –
С. 67 – 69.
11.
Шин. И.Г. Деформационные упрочнение поверхностного слоя деталей
колеблющимся индентором // Упрочняющие технологии и покрытия. – Москва,
2010, №10. – С. 24 – 26.
12.
I.G.Shin. Temperature in Gontact Zone during Shot Hardenung // Russian
Engineering Research. – USA, 2010, Vol.30, №1. pp. 61 – 63.
86
13.
Шин. И.Г., Максудов Р.Х. Метод расчета глубины упрочненного слоя
деталей при поверхностной обработке дробью // Вестник машиностроения. –
Москва, 2011, №4. – С. 44 – 47.
14.
I. G. Shin and R. Kh. Maksudov. Depth of the Shot-Hardened Surface Layer
on Machine Parts // Russian Engineerig Research. – USA, 2011, vol.31, No.4, pp.
338 – 341.
15.
Муминов М.Р., Шин И.Г., Максудов Р.Х. Анализ эксплуатационного
состояния зубьев дисковых пил и геометрический критерий их
работоспособности // Проблемы текстиля. – Ташкент, 2011, №3. – С. 8 – 15.
16.
Муминов М.Р., Маматова Д.А., Шин И.Г. Энергетический подход для
оценки шероховатости упрочненной поверхности деталей при обработке
дробью // Вестник машиностроения. – Москва, 2012, №4. – С. 60 – 63.
17.
M.R.Muminov, D.A.Mamatova and I.G.Shin, Assessung the Surface
Raughness of Parts affer Shot Hardening // Russian Engineering Research. – USA,
2012, Vol.32, No.4, pp. 357 – 359.
18.
Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А., Максудов Р.Х., Шин И.Г.
Производственные испытания джинных пил, упрочненных дробеметной
обработкой зубьев //Проблемы текстиля. – Ташкент, 2013, №3. – С. 15 – 18.
19.
Шин И.Г., Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А. Метод расчета на
прочность и долговечность джинных пил при циклическом погружении //
Проблемы текстиля. – Ташкент, 2013, №3. – С. 94 – 98.
Патентлар (патенты; patents)
20. Джураев А.Д., Шин И.Г., Шин. Д.И., Джураев И.А. Дробеметная установка
для упрочнения деталей // Патент на полезную модель РУз № FAP 00513 от
31.12.2009г. по заявке №2008 0119 от 17.11.2008 г.
21. Джураев А.Д., Шин И.Г., Максудов Р.Х., Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А.
Джинная пила // Патент на полезную модель РУз № FAP 00869 от 02.12.2013 г.
по заявке №2012 0066 от 22.05.2012 г.
II бўлим (II часть; II part)
22. Шин И.Г., Хасанов М.Р. К вопросу о формировании остаточных
напряжений на основе энергетических соотношений при дробеударном
упрочнении деталей машин // Проблемные вопросы механики и
машиностроения: Республиканская научно-техническая конференция. –
Ташкент, 1993. – С. 133 – 134.
23. Шин И.Г., Джураев А.Д. Структурно-энергетическая модель формирования
технологических остаточных напряжений в поверхностном сил деталей //
Проблемные вопросы механики и машиностроения: Республиканская научно-
техническая конференция. – Ташкент, 1993. – С.179.
24. Шин И.Г., Джураев А.Д. Влияние технологических остаточных напряжений
на усталостную прочность деталей машин, упрочненных ППД// Решение
87
проблемных вопросов теории механизмов и машин: Республиканская научно-
техническая конференция. – Фергана, 1994. – С. 179 – 180.
25. Шин И.Г., Хасанов М.Р. Аналитическое определение плотности дислокаций
в поверхностном сил деталей, упрочненных дробеструйной обработкой //
Решение проблемных вопросов теории механизмов и машин: Республиканская
научно-техническая конференция. – Фергана, 1994. – С. 175 – 176.
26. Шин И.Г., Мусаханов Р.А. Методы расчета скрытой энергии
деформирования конструкционных сталей и сплавов при механической
обработке // Решение проблемных вопросов теории механизмов и машин:
Республиканская научно- техническая конференция. – Фергана, 1994. – С. 176 –
177.
27. Шин И.Г., Хасанов М.Р., Мусаханов Р.А. Теплофизический анализ процесса
дробеударного упрочнения деталей машин // Решение проблемных вопросов
теории механизмов и машин: Республиканская научно-техническая
конференция. – Фергана, 1994. – С. 151 – 152.
28. Шин И.Г. Структурно-энергетический подход при оценке остаточных
напряжений в поверхностном сил деталей, упрочненных в процессе
механической обработки // Приватизация предприятий текстильной и легкой
промышленности, проблемы внедрения новой техники и технологии:
Республиканская научно-практическая конференция. – Наманган, 1996. – С. 290
29. Шин И.Г. Влияние технологических остаточных напряжений на усталость и
долговечность изделий // Великий шелковый путь. Научные основы
производства и переработки натурального шелка: Международная научно-
техническая конференция. – Ташкент, 1996. – С. 152 – 153
30. Шин И.Г., Мусаханов Р.А. Теплофизика контактного взаимодействия при
дробеударном упрочнении деталей машин // Великий шелковый путь. Научные
основы производства и переработки натурального шелка: Международная
научно- техническая конференция. – Ташкент, 1996. – С. 154 – 155.
31. Джураев А.Д., Шин И.Г., Джураев И.Д. Повышение эффективности
поверхностного пластического деформирования деталей машин на основе
переменных параметров режима упрочнения // Современные наукоемкие
технологии
и
перспективные
материалы
текстильной
и
легкой
промышленности (Прогресс - 2001): Международная научно-техническая
конференция. – Иваново, 2001. – С. 295 – 296.
32. Шин И.Г. Расчет коэффициента восстановления скорости при ударном
деформационном упрочнении деталей машин // Современные наукоемкие
технологии
и
перспективные
материалы
текстильной
и
легкой
промышленности (Прогресс - 2001): Международная научно-техническая
конференция. – Иваново, 2001. – С. 296 – 297.
33. Шин И.Г., Джураев А.Д., Хайдаров Б.И. Новый метод механического
упрочнения поверхностей деталей машин // Проблемы теоретической и
прикладной механики: Международная научно-практическая конференция. –
Алма-Аты, 2006. – С. 231.
88
34. Шин И.Г. Оптимизация механической обработки деталей из твердых
сплавов по энергетическим затратам // Перспективы развития инновационных и
интеграционных процессов хлопкоочистительной, текстильной, легкой и
полиграфической промышленности: Международная научно-практическая
конференция. – Ташкент, 2007. – С. 302 – 306.
37. Шин И.Г., Муминов М.Р. Эффективность дробеударного упрочнения
чугунных колосников машин первичной обработки хлопка // Перспективы
развития механики и технологии хлопкоочистительной, текстильной, легкой и
полиграфической промышленности: Республиканская научно-практическая
конференция. – Ташкент, 2009. – С.35.
38. Шин И.Г. Формирование и регулирование технологических остаточных
напряжений при механической обработке резанием и деформационном
упрочнении деталей машин // Инженерия поверхности и реновация изделий: –
10-я Юбилейная Международная научно-техническая конференция. – Ялта,
2010. – С. 242 – 244.
39. Шин И.Г., Максудов Р.Х. Энергетические затраты при механической
обработке твердых сплавов инструментами из сверхтвердых синтетических
материалов // Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и
энергосбережении: Международная научно-техническая конференция. –
Одесса, 2010. – С. 156 – 158.
40. Шин И.Г., Максудов Р.Х. Технологическое обеспечение качества
твердосплавных деталей при обработке резцами из синтетического алмаза //
Качество, стандартизация, контроль: теория и практика: 10-я Юбилейная
Международная научно-техническая конференция. – Ялта, 2010. – С. 203 – 205.
41. Шин И.Г., Джураев А.Д. Интенсификация процессов ППД с помощью
переменных параметров режима упрочнения // Современные проблемы
производства и ремонта в промышленности и на транспорте: 11-й
Международный научно-технический семинар. – Свалява, Карпаты, 2011. – С.
337 – 338.
42. Муминов М.Р., Шин И.Г., Максудов Р.Х. Ударное деформационное
упрочнение зубьев пильных дисков хлопкоперерабатывающих машин //
Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на
транспорте: 11-й Международный научно-техническая семинар. – Свалява,
Карпаты, 2011. – С. 188 – 190.
43. Шин И.Г., Муминов М.Р. Интенсивность остаточных напряжений при
алмазном выглаживании рабочих валов хлопковых машин // Инженерия
поверхности и реновация изделий: 11-я Международная научно-техническая
конференция. – Ялта, 2011. – С. 150 – 151.
44. Шин И.Г., Муминов М.Р. Энергетические критерий оптимального числа
ударов при упрочнении чугунных деталей хлопковых машин // Новые и
нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении: Международная
научно-техническая конференция. – Одесса, 2011. – С. 133 – 135.
89
45. Шин И.Г., Муминов М.Р. Технологическое обеспечение высотного
параметра шероховатости поверхности при дробеударном упрочнении деталей
машин // Качество, стандартизация, контроль: теория и практика: 11-я
Международная
научно-практическая
конференция
с
действующими
семинарами. – Ялта, 2011. – С. 102 – 104.
46. Шин И.Г., Муминов М.Р. Термодинамические соотношения при
статическом
поверхностно-пластическом
деформировании
деталей
//
Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на
транспорте: Международый научно-технический семинар. – Свалява, Карпаты,
2012. – С. 302 – 304.
47. Шин И.Г., Джураев А.Д. Аналитическое определение глубины наклепа при
дробеударном упрочнении деталей машин // Найновите научны постижения–
2012: VIII Международный научно-практическая конференция. – София, 2012.
– С. 70 – 73.
48. Шин И.Г., Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А. Анализ работоспособности
пильных дисков хлопкоперерабатывающих машин // Инженерия поверхности и
реновация изделий: 12-я Международная научно-техническая конференция. –
Ялта, 2012. – С. 346 – 350.
49. Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А., Шин И.Г. Расчет глубины наклепа при
ультразвуковой обработке деталей машин // Инженерия поверхности и
реновация изделий: 12-я Международная научно-техническая конференция. –
Ялта, 2012. – С. 204 – 206.
50. Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А., Нуруллаева Х.Т., Шин И.Г. Анализ
напряженного состояния в поверхностном слое деталей машин с учетом
технологических остаточных машин // Современные проблемы производства и
ремонта в промышленности и на транспорте: 13-й Международный научно –
технический семинар. – Свалява, Карпаты, 2013. – С. 141 – 144.
51. Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А., Максудов Р.Х., Шин И.Г.
Износостойкость упрочненных пильных дисков хлопкоперерабатывающих
машин в эксплуатационных условиях // Современные проблемы производства и
ремонта в промышленности и на транспорте: 13-й Международный научно-
технический семинар. – Свалява, Карпаты, 2013. – С. 138 – 141.
52. Шодмонкулов З.А., Муминов М.Р., Шин И.Г., Напряженное состояние при
действии сосредоточенной силы, приложенной на границе полубесконечного
тела // Современные проблемы производства и ремонта в промышленности и на
транспорте: 13-й Международный научно-технический семинар. – Свалява,
Карпаты, 2013. – С. 248 – 251.
53. Муминов М.Р., Шин И.Г., Шодмонкулов З.А., Сапаев У.А. Термодинамика
контактного взаимодействия при дробеударном упрочнении деталей машин //
Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении:
Международная научно-техническая конференция. – Одесса, 2013. – С. 113-116
54. Шин И.Г., Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А., Нуруллаева Х.Т. О
взаимосвязи интенсивности остаточных напряжений и дислокационной
90
структуры поверхностного слоя деталей при механической обработке // Новые
и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении. –
Международная научно-техническая конференция. – Одесса, 2013. – С. 199-204.
55. Шин И.Г., Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А. Разработка и внедрение
динамического метода упрочнения дробью зубьев пильных дисков
хлопкоперерабатывающих
машин
//
Развитие
и
стимулирование
высокотехнологического производства – важнейшее условие обеспечения
конкурентоспособности экономики Узбекистана: законодательство, практика и
проблемы: Республиканская научно – практическая конференция. – Ташкент,
2013. – С. 114 – 116.
56. Шин И.Г., Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А. Определение запасенной
энергии деформации при резании металлов на основе теории дислокаций //
Инженерия поверхности и реновация изделий. 13-я Международная научно-
техническая конференция. – Ялта, 2013. – С. 303 – 305.
57. Шин И.Г., Джураев А.Д. Напряженное состояние поверхностного слоя
изделий при обработке резанием // Инженерия поверхности и реновация
изделий: 13-я Международная научно-техническая конференция. – Ялта, 2013.
– С. 300 – 302.
58. Шин И.Г., Муминов М.Р., Шодмонкулов З.А. Наклеп поверхностного слоя
деталей при ультразвуковой обработке // Качество, стандартизация, контроль:
теория и практика: 13-я Международная научно-техническая конференция. –
Ялта, 2013. – С. 192 –194.
91
Подписано в печать 18.11.2014 г. Формат 60х84.
1/16
Гарнитура “Таймс”. Печ.лист 4,75. Тираж 100 экз. Заказ № 502.
Отпечатано в типографии ТИТЛП.
г.Ташкент, ул. Шахжахон 5.
92
