Введение к работе
Актуальность. Одной из главных задач машиностроения является повышение качества и конкурентоспособности продукции на основе совершенствования технологических процессов механической и физико-технической обработки.
К числу эксплуатационных показателей, определяющих надежность работы деталей и узлов машин, относится износостойкость контактирующих поверхностей. Проблема повышения износостойкости в машиностроении является особенно актуальной. Известно, что до 80 % всех отказов машин и оборудования связано с износом рабочих поверхностей трения.
Для повышения износостойкости поверхностей трения принципиальное значение имеют параметры микрогеометрии, структура, физические, химические, механические свойства обрабатываемого материала. Улучшение триботехнических характеристик осуществляют главным образом повышением твердости поверхностей трения путем цементирования, азотирования, хромирования, цианирования, поверхностной закалки, лазерной обработки и т. д. Одновременно с этим поверхностное упрочнение сопровождается снижением пластичности и вязкости материала, что негативно влияет на трещиностойкость.
С помощью широко применяемых методов окончательной обработки (шлифование, хонингование, доводка) создается необходимая форма деталей с заданной точностью, но часто не обеспечивается оптимальное качество поверхностного слоя. Оно достигается с помощью дополнительных способов доработки, к числу которых относится поверхностное пластическое деформирование (ППД), при котором происходит пластическое деформирование поверхностного слоя, а также его упрочнение, вследствие чего повышаются износостойкость, стойкость к коррозионным воздействиям и т. д. Кроме того, повышения износостойкости поверхностного слоя металла можно добиться путем насыщения поверхности трения смазывающими веществами. Перспективной представляется технология комбинированной механической и физико-технической обработки поверхностей деталей, основанная на поверхностном пластическом деформировании поверхностного слоя металла с применением легирующего вещества и металлической дроби. Такое комбинированное воздействие не только упрочняет поверхностный слой, но также модифицирует его.
Несмотря на положительные моменты использования комбинированного способа обработки, до настоящего времени не разработано обоснованной методики получения рациональных режимов ППД с использованием энергии ультразвукового поля и легирующего вещества.
Таким образом, является актуальным исследование и выявление рациональных режимов процесса комбинированной механической и физико-технической обработки металлических поверхностей для повышения эффективности процесса обработки.
Диссертация выполнена в рамках государственного гранта «Участник молодежного научно-инновационного конкурса».
Цель работы. Повышение износостойкости поверхностей трения за счет выбора рациональных режимов комбинированной физико-технической и механической обработки деталей, основанной на поверхностном пластическом деформировании с использованием энергии ультразвукового поля и частиц легирующего вещества.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
Описать механизм изменения глубины остаточного отпечатка дробинки в зависимости от механических свойств поверхности трения, относительной опорной длины профиля, динамики дробинки, толщины слоя легирующего вещества, а также упругопластической деформации обрабатываемой поверхности.
Установить функциональные зависимости, учитывающие закономерность изменения значений параметров обработки (суммарная масса дроби и масса легирующего вещества) в зависимости от площади обрабатываемой поверхности, а также «свободного» внутреннего объема рабочей камеры.
Провести предварительные экспериментальные исследования, с целью определения граничных значений параметров обработки (суммарная масса дроби и масса легирующего вещества) в рамках которых происходит повышение износостойкости поверхностей трения.
Провести экспериментальные исследования влияния режимов комбинированной физико-технической и механической обработки, с учетом граничных значений параметров обработки (суммарная масса дроби и масса легирующего вещества), на износостойкость поверхностей трения.
Разработать методику выбора рациональных режимов комбинированной механической и физико-технической обработки поверхностей трения. Определить экономическую эффективность использования наиболее рационального режима обработки.
Результаты исследований внедрить в практику на предприятиях производственного комплекса.
Методика исследования. Теоретические исследования проведены с использованием современных достижений технологии машиностроения, металлобработки, материаловедения, математического моделирования технологических процессов и обработки экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных помещениях, имеющих современные средства регистрации, обработки и вычисления экспериментальных данных.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Описан механизм закономерности изменения глубины остаточного отпечатка
дроби, с учетом механических свойств поверхности трения, относительной опорной
длины профиля, динамики дробинки, толщины слоя легирующего вещества, а также
упругопластической деформации обрабатываемой поверхности.
2. Разработаны функциональные зависимости, устанавливающие закономер
ность изменения значений параметров обработки ППД (масса легирующего вещества
и суммарная масса металлической дроби) в зависимости от площади обрабатываемой
поверхности и внутреннего «свободного» объема рабочей камеры. Экспериментально
установлено рациональное соотношение между массой металлической дроби и массой
легирующего вещества.
3. На основе проведенных экспериментальных исследований установлены рег
рессионные зависимости, характеризующие изменение износостойкости обработан
ных поверхностей трения в зависимости от сочетаний и значений параметров обра
ботки.
Практическая ценность. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработана методика назначения рациональных режимов процесса обработки, позволяющая добиться максимальной износостойкости металлических поверхностей трения при использовании методов ППД.
На защиту выносится:
математические выражения, устанавливающие закономерность изменения глубины отпечатка от механических свойств и относительной опорной длины профиля обрабатываемой поверхности, а также от динамики дроби;
математические выражения, устанавливающие закономерность изменения значений параметров обработки ППД (масса легирующего вещества и суммарная масса металлической дроби) в зависимости от площади обрабатываемой поверхности и внутреннего «свободного» объема рабочей камеры.
результаты экспериментальных исследований влияния режимов обработки на износостойкость металлических поверхностей;
методика выбора рациональных режимов обработки металлических поверхностей.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 работ, 3 из которых в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Содержит 127 страницы машинописного текста, 29 рисунков, 31 таблиц, список использованных источников из 123 наименований.
