Введение к работе
Актуальность работы. Полимерные и металлополимерные покрытия как конструкционные материалы широко используются в ракетно-космической технике как антифрикционные, износостойкие, защитные покрытия. Многие узлы агрегатов работают в экстремальных условиях - при высоких динамических и статических нагрузках: в частности в элементах щелевых и торцовых уплотнений агрегатов подачи двигателей летательных аппаратов. Одним из наиболее слабых звеньев в совокупности проблем обеспечения требуемого технического уровня машин является недостаточный ресурс гарантированной работоспособности.
Перспективными направлениями совершенствования конструкций деталей опор скольжения и уплотнений, являются применение конструкционных армированных композиционных материалов, полученных современными технологическими способами из порошковых смесей, автоматизация технологических процессов, повышение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей с помощью покрытий.
Производство деталей опор скольжения и уплотнений требует предварительного решения задач, связанных с обеспечением высокой удельной прочности и износостойкости.
Постоянно возрастающие технико-эксплуатационные требования к материалам и покрытиям деталей и элементов машин и аппаратов имеют определяющее значение при автоматизации технологических процессов, так как необходимо предварительное прогнозирование физико-механических свойств конструкционных материалов и покрытий с целью гарантированного обеспечения эксплуатационных характеристик. Кроме того, программная реализация управления технологическими процессами возможна только на основе формального и алгоритмического аппаратов.
На решение обозначенного комплекса проблем направлены действующие федеральные и отраслевые программы фундаментальных научно-исследовательских и прикладных опытно-конструкторских работ, в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации, что несомненно подтверждает актуальность и практическую значимость исследований представленных в настоящей диссертационной работе.
Работа выполнена в рамках тематического плана НИР Сибирского государственного аэрокосмического университета и Научно-исследовательского института систем управления, волновых процессов и технологий (1998 - 2005 гг.); в рамках федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2004 гг.», проект № 09-705; региональной научно-технической программы «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов», проект № 407.
Основные результаты исследований внедрены в ФГУП «Красноярский машиностроительный завод», АО РЖД «Красноярский ЭВРЗ».
Результаты научных разработок широко используются в учебном процессе в Сиб-ГАУ при подготовке специалистов по специальностям «Технология машиностроения», «Электронное машиностроение», «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование» в преподавании дисциплин, связанных с конструкторской подготовкой студентов машиностроительных специальностей («Детали машин», «Основы конструирования машин», «Прикладная механика», «Теория механизмов и машин», «Машины низкотемпературной техники»).
Цель работы. Разработка алгоритма выбора значений основных параметров технологического процесса получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести обзор и комплексный анализ современных публикаций по результатам исследований в области технологий получения металлополимерных покрытий из порошковых материалов.
Модернизировать методику исследования и экспериментальное оборудование для определения физико-механических свойств металлополимерных покрытий.
Провести исследования влияния основных параметров технологического процесса диффузионной сварки на физико-механические свойства покрытия.
Построить экспериментально - теоретические модели, определяющие влияние основных технологических параметров на физико-механические свойства покрытий.
По результатам экспериментально - теоретических исследований разработать алгоритм и программное обеспечение выбора основных параметров технологического процесса получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, металлографический и термографический анализы, электронная и оптическая микроскопия, методы теории подобия и теория размерностей, методы статистики и планирование эксперимента.
Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит в следующем:
установлено, что для увеличения прочности соединения необходимо совмещать процессы порошковой металлургии и диффузионной сварки;
определена область изменения величины основных технологических параметров (степень разрежения в камере сварки, величина и градиент нагрузки, температура и время изотермической выдержки), обеспечивающая требуемые эксплуатационные характеристики металлополимерного покрытия;
построена математическая модель, связывающая величину основных технологических параметров с физико-механическими свойствами покрытия;
разработан алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по основным технологическим параметрам;
разработан алгоритм обеспечения автоматизированного выбора основных параметров для управления технологическим процессом получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.
Практическая ценность. Разработанная математическая модель, связывающая основные технологические параметры с физико-механическими свойствами покрытия, обоснованные рекомендации по выбору величины технологических параметров процесса получения металлополимерного покрытия, позволяют на этапе проектирования принимать конструктивные и технологические решения по обеспечению высоких эксплуатационных свойств покрытий, требуемой долговечности и надежности опор скольжения. Разработан технологический процесс получения металлополимерного покрытия из порошков фторопласта, мягких металлов (медь, никель), графита. Выполне-
ниє технологического процесса достигается алгоритмической и программной реализацией выбора величины основных параметров для управления технологическим процессом получения металлополимерных покрытий с прогнозируемыми физико-механическими свойствами.
На защиту выносятся:
результаты исследований физико-механических параметров полимерного покрытия, содержащего порошки фторопласта и мягких металлов - металлополимерной композиции на стали;
база данных области возможных вариаций основных технологических параметров (степень разрежения в камере сварки, величина и градиент нагрузки, температура, время выдержки), обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики металлопо-лимерного покрытия;
формальные модели, связывающие величину параметров технологического процесса с физико-механическими свойствами покрытий;
алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по значениям основных технологических параметров;
алгоритм обеспечения выбора основных параметров для управления технологическим процессом получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме;
программное обеспечение выбора основных параметров для технологического процесса получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: Третьей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2001), на отчетной конференции Научно-технической программы «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники» (Москва, 2001), на Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2002), на Международных научно-практических конференциях САКС-2002, САКС-2003 (Красноярск, 2002, 2003), научно-технических семинарах по машиноведению и технологии машиностроения в Сибирском государственном аэрокосмическом университете, Красноярском государственном техническом университете, Научно-исследовательском институте систем управления, волновых процессов и технологий (1990-2006 гг.).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 20 работ, в том числе 5 авторских свидетельств на изобретения, 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ в отраслевом фонде алгоритмов и программ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех разделов, выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Объем работы 148 страниц, в том числе 45 рисунков, 12 таблиц. Список литературы включает 122 наименования.
