Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблема обеспечения качества направляющих элементов в машиностроении 5
1.1. Роль направляющих элементов в машиностроении 5
1.2. Требования, предъявляемы к направляющим элементам машин 12
1.3- Особенности поверхностных слоев направляющих элементов 22
1.4. Энергетический подход к физико-механическому состоянию поверхностного слоя 29
ГЛАВА 2. Технологический процесс как источник формирования энергетического состояния поверхностного слоя направляющих элементов ; 36
2.1. Сущность понятия "поверхностная энергия" 37
2.2. Поверхностная энергия и физико-механические свойства материалов направляющих элементов 43
2.3. Основные виды технологического воздействия на поверхность направляющих элементов 49
2.4. Поверхностная энергия как инструмент воздействия на коэффициент трения и сцепления 61
2.4,1 Поверхностная энергия и коэффициент трения
направляющих элементов 63
2.4.2. Схватывание контактирующих поверхностей 70
2.5. Определение уровня поверхностной энергии 75
ГЛАВА 3. Экспериментальная оценка энергетического состояния поверхностного слоя направляющих элементов. определение коэффициентов трения 81
3.1. Аппаратурное обеспечение для проведения эксперимента 82
3.2. Общие положения методики проведения экспериментов по определению поверхностной энергии 87
3.3. Определение контактной разности потенциалов (КРП) 88
3.4. Определение работы выхода электрона (РВЭ) 94
3.5. Определение поверхностной энергии образцов 95
3.6. Экспериментальное определение коэффициента трения 102
ГЛАВА 4. Рекомендации по использованию результатов исследования. общие выводы 109
4.1. Некоторые особенности исследованных направляющих 109
4.2. Особенности создания экспериментальных образцов и рабочих поверхностей направляющих элементов 112
4.3. Создание «библиотек» образцов 117
Общие выводы 119
Литература
- Требования, предъявляемы к направляющим элементам машин
- Поверхностная энергия и физико-механические свойства материалов направляющих элементов
- Общие положения методики проведения экспериментов по определению поверхностной энергии
- Особенности создания экспериментальных образцов и рабочих поверхностей направляющих элементов
Введение к работе
Актуальность работы
Макрогео метрические погрешности сопрягаемых поверхностей изучены достаточно подробно и работа по их дальнейшему изучению продолжается. Основным показателем качества поверхностных слоев повсеместно является шероховатость поверхности. При этом в распоряжении конструкторов имеются соответствующие справочные данные, которые рекомендуют числовые значения всех параметров шероховатости в зависимости от функционального назначения сопряжения.
Вместе с этим в машиностроении, особенно прецизионном, наблюдаются такие явления, которые трудно объяснить только с позиции взаимодействия шероховатых поверхностей. В основном в решении этих вопросов преобладает односторонний подход — с точки зрения геометрической точности. Хотя не стоит отрицать тот факт, что при расчетах в некоторых формулах присутствуют параметры, имеющие физическую природу. Но этого явно недостаточно. Такое мнение подтверждается результатами научных исследований в области нанотехнологии и относится, прежде всего, к контактированию и взаимному перемещению поверхностей с весьма малыми значениями высотных показателей шероховатости. Поэтому возникает необходимость отыскание дополнительного параметра характеризующего качество поверхностного слоя контактирующих поверхностей, такого как поверхностная энергия.
Целью работы является: разработка метода прогнозирования коэффициента трения поиэя (далее коэффициент трения) направляющих элементов в машиностроении за счет формирования и контроля энергетического состояния поверхностного слоя в ходе технологического процесса.
Методы исследования
Работа включает в себя экспериментальные исследования формирования физико-механических свойств поверхностного слоя — энергетического состояния - направляющих элементов в процессе технологического воздействия, а также влияние его на характер контакта — коэффициент трения.
Научная новизна
Разработан новый метод прогнозирования коэффициента трения на стадии конструирования направляющих элементов. Контроль энергетического состояния поверхностного слоя осуществляется технологическими методами.
Задачи исследования:
-
исследовать влияния технологического процесса на уровень поверхностной энергии направляющих элементов;
-
исследовать влияния поверхностной энергии на коэффициент трения;
3) разработать метод формирования коэффициента трения в процессе изготовления направляющих элементов. На зашиту выносятся:
- анализ и метод определения влияния технологической среды на
уровень поверхностной энергии направляющих элементов в
машиностроении;
- использование показателя поверхностная энергия как нового
критерия оценки качества поверхностного слоя;
- разработка метода прогнозирования коэффициента трения направляющих элементов.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена:
- результатами физическзго эксперимента по определению влияния
технологического воздействия на поверхностную энергию, а так же влияние
последней на коэффициент трения направляющих элементов.
Реализация результатов работы
Результаты работы нашли применение на заводах г. Калуги ОАО «Калу гаго ансмаш», ОАО «КАДВИ». Апробация работы Основные положения и результаты работы обсуждались на:
- расширенных заседаниях кафедры «Технология машиностроения»
МГТУ им. Н.Э.Баумана в 2002 г.;
- заседаниях кафедры МТ-3 МГТУ им. Н.Э.Баумана в2004 г.
Публикации
Основное содержание и результаты исследований диссертации опублиюваны в научных работах, представленньк в библиографическом списке.
Структура иобъемдиссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 4_1_ рисунок, 20 таблиц, 3 приложения; сп и со к литературы включает в себя 89 наименований.
Требования, предъявляемы к направляющим элементам машин
Закаленные сталь, чугун и другие материалы высокой твердости. Существенное повышение долговечности направляющих достигают термообработкой с получением высокой твердости; износостойкость закаленных направляющих подач в условиях преимущественного абразивного изнашивания может быть увеличена до 2 (модифицированный чугун) — 2,5 раз (легированные стали), а сопротивляемость заеданию -многократно. Повышение износостойкости незакаленного элемента пары трения обеспечивается даже в несколько большей мере, чем у закаленного. Закаленные направляющие корпусов, стоек и пр., рекомендуются при интенсивном использовании, недостаточной изоляции от загрязнения и невозможности обеспечить жидкостное трение.
Резкого повышения долговечности пары трения — (в 3—5) раз по суммарному износу, по сравнению с парой чугун - чугун, достигают при сопряжении двух закаленных направляющих.
Уже стало нормой изготовлять стальные направляющие, в виде массивных планок из легированных сталей: - объемно-закаливаемых высокоуглеродистых легированных сталей 111X15 (HRC 59-62), ШХ15СГ (HRC 59-62), 7ХГ2ВМ (HRC 58-60); эти стали применяют в зависимости от толщины S планок; ШХ15—до 25 мм; ШХ15СГ-ДО 50 мм и 7ХГ2ВМ — до 70 мм; сталь 7ХГ2ВМ, износостойкость которой при абразивном изнашивании меньше при обычно получаемой твердости HRC 58, рекомендуется для планок с наиболее несимметричной формой сечения; - цементируемых легированных сталей 18ХГТ и 12ХНЗА- (HRC 59-62); глубина закаленного слоя после отделочного шлифования — не менее 1,2 мм; при S 40 мм рекомендуется сталь 18ХГТ, при 20 S 60 мм - сталь 12XH3A; цементируемые стали — для планок, которые закрепляют винтами с нерабочей стороны направляющих; - из сталей с большим значениям твердости (в указанных пределах). Объемно-закаливаемым и цементируемым сталям соответствует большая износостойкость; применение объемно-закаливаемых сталей предпочтительно; - азотируемой стали 20ХЗМВФ (HRC 61-64); глубина азотированного слоя 0,5 мм, после отделочного шлифования — не менее 0,3 мм. Сталь 20ХЗМВФ, имеющая наибольшую износостойкость из указанных выше материалов, рекомендуется для планок с симметричным сечением при малом допустимом износе (например, прецизионные станки); - также используют накладные стальные направляющие в виде пластин из стали ШХ15, HRC 59-62. Весьма прогрессивным методом является покрытие направляющих износостойкими материалами: - хромирование направляющих корпусов (стоек) — равномерное покрытие твердым хромом толщиной 25-50 мкм, HRC 68—72; - напыление молибденом (твердость после напыления HRC 65) и т. Д. [Ю].
Особенно сильное распространение методов покрытий объясняется, по-видимому, тем, что они относятся, образно говоря, к методам «конструирования поверхностей», и наиболее плотно подошли к технологии в машиностроении. В этой области науки особенно успешным был 2005 год. Однако применение нанотехнологий касается в основном, пленок, покрытии и тончайших поверхностных слоев деталей машин. Особенно ощутимые результаты ожидается в области строения материалов.
Современные взгляды на строение материалов позволяют оценить размерную стойкость и, следовательно, отклонения формы для направляющих элементов машиностроения. Основной причиной размерных изменений служат особенности структуры и фазовые превращения. Отдельные фазы материалов имеют различные коэффициенты объемного расширения. Практически при любом технологическом воздействии деформации участков заготовок оказываются различными. Это обстоятельство должно быть использовано в дальнейшем ходе нашего исследования.
Становится очевидным, что физическое состояние заготовок и деталей будет изменяться в зависимости от свойств материалов так что эти изменения оказываются ощутимыми, прежде всего, для прецизионных направляющих, и на них, по нашему мнению, следует смотреть, как на локальные. Опираясь на данные стандартов для приборостроения, становится возможным материал для изготовления направляющих разделить на три группы, так что для каждой группы оценить количественные размерные изменения, возникающие по окончании технологического процесса. Указанные данные охватывают интервал размеров от 0 до 600 мм. Изменения размеров, формы и расположения поверхностей имеют наследственную природу.
Качество механической обработки и сборки. Для направляющих корпусных деталей шлифование — наиболее распространенный вид окончательной обработки, а также самый распространенный метод обработки закаленных направляющих. Шлифование периферией круга с охлаждением постепенно вытесняет шлифование торцом круга, вследствие увеличения производительности на 30—40%, повышения точности и улучшения качества поверхности [15]. Такие данные удерживаются в практике станкостроения уже долгие годы. Они в дальнейшем могут оказаться некоторым ориентиром геометрической точности. Важной особенностью направляющих в металлорежущих станках является создание преднамеренных искажений поверхности направляющих. Отклонения от плоскостности необходимо для компенсации износов, неизбежных при эксплуатации машин. Преднамеренное отклонение формы направляющих является существенным достижением технологов станкостроителей. Последним удается, например, создавать отклонения от плоскостности направляющих в 0,012 мм на длине направляющей в 1000мм. Для отделки направляющих крупных и тяжелых машин применяется также тонкое строгание широким резцом, тонкое фрезерование и наружное протягивание. Указанные методы наиболее производительны и позволяют получить необходимую точность обработки и качество поверхностного слоя.
Обхватывание предварительно строганных или фрезерованных направляющих роликами или другими специальными накатниками (пластическое деформирование) понижает шероховатость поверхности, увеличивает ее твердость примерно на 15%, повышает процент несущей поверхности, снижает коэффициент трения [12].
Показатели геометрической точности всегда являются основными показателями качества направляющих элементов. Наибольших результатов в регламентировании таких показателей добилось станкостроение. Общую характеристику достигаемых точностей иллюстрирует таблица 1 [17]. Это норма точности станков.
Поверхностная энергия и физико-механические свойства материалов направляющих элементов
Технологическое воздействие на поверхность направляющих элементов на производстве выражается, прежде всего, рациональным выбором режимов обработки и регламентированием условий обработки. Так, обработку резанием всех участков, расположенных у краев кромок направляющих, окон, проемов и пр. следует проводить с припуском не более 2мм. Твердость направляющих проверяют в 2-х и более местах на расстояниях не менее 40 мм от края. Оставляют гарантированный преувеличенный припуск на окончательную механическую обработку. Обязательно ограничивают глубину резания при строгании направляющих (не более 0,5 мм) и скорость резания - не более 5-15 м/мин. Финишная обработка направляющих производиться, как правило, при глубине резания 0,05-0,1 мм. При ширине строгания более 4...5м/мин, Все указанные, а также не приведенные здесь требования однозначно говорят о желании потребителя сохранять в максимальной степени своеобразную целостность как тонких, так и значительных по размерам слоев направляющих элементов, не создавая в них излишних неравновесных состояний.
В производственных условиях наиболее просто изменять энергетическое состояние поверхностного слоя варьированием скорости резания. Предположение, что с увеличением скорости резания изменяются физико-механические показатели слоя, тоже подтверждается, что видно из графика (рис. 2.9) применительно к двум сталям. Такие факты, о влиянии режимов резания, вполне удобны в использовании и управление энергетикой слоя. Изменение физико-механических показателей поверхностных слоев замечено при всех методах обработки. Так, при доводке различными способами тоже происходит упрочнение, а, следовательно, насыщение поверхностного слоя металла энергией. Хонингование закаленной стали в режиме резания — самозатачивания повышает микротвердость металла поверхностного слоя в связи с его наклепом на 15—20 %, а в режиме полирования — на 30—40 % при глубине распространения наклепа в пределах 15—20 мкм. Таким образом, воздействуя на поверхность режущим инструментом, мы можем искажать строение кристаллической решетки, и, следовательно, накапливать энергию, и тем самым упрочнять поверхностный слой направляющих.
Суперфиниширование отожженной стали, увеличивает микротвердость металла поверхностного слоя на 35—40 %, а закаленной стали—на 25—30% при глубине распространения наклепа 5— 10 мкм. И в этом случае при переходе от режима резания — самозатачивания к режиму полирования наблюдается повышение степени наклепа, которое выражается в большем дроблении кристаллических блоков и увеличении искажений кристаллической решетки, а, следовательно, и увеличение поверхностной энергии.
В плане научного анализа необходимо возразить против распространенной точки зрения о границах технологического воздействия на поверхность направляющих элементов. Высказывается мнение о том, что с увеличением количества технологических операций, а так же с увеличением времени их действия, энергетическое состояние поверхностного слоя непрерывно возрастает. Существует даже термин - «накачка» энергии в поверхностный слой. Очевидно, что различного рода воздействия будут все в большей степени увеличивать напряжения, влиять на структуру (даже искажать ее сущность), создавать новые фазы и пр. В итоге поверхностный слой вообще может быть разрушен и направляющий элемент не сможет функционировать. Поэтому можно категорически возражать против беспредельного увеличения энергетического уровня не только поверхностей направляющих элементов, но и контактирующих деталей машин вообще.
Отметим еще одно важнейшее обстоятельство. Направляющие элементы нельзя рассматривать обособленно друг от друга, ровно, как и их энергетические состояния. Говоря «направляющие элементы машин», мы однозначно понимаем две или более контактирующих деталей. Поэтому -«направляющие элементы» представляют собой непременно «сборочную единицу».
В итоге результат данного анализа оказался вполне благоприятным: энергетическим состоянием поверхностного слоя можно управлять технологическим воздействием. При этом наиболее простым воздействием может оказаться использование методов резания. Другие технологические методы воздействия (вплоть до электрических, лучевых, магнитных и пр.) также с успехом могут быть использованы на практике. Количественная же оценка такого воздействия производиться с помощью специального аппаратного обеспечения. 2.4. Поверхностная энергия как инструмент воздействия на коэффициент трения и сцепления
Наличие в справочной литературе нормированных данных для различных случаев компоновки сопрягаемых деталей, казалось бы, полностью решает проблему их эксплуатации. Вместе с этим становится очевидным, что в этом случае при конструировании машин как трущиеся, так и неподвижные пары деталей характеризуются весьма приблизительно. Эффект последствия при технологическом воздействии, а так же многие природные свойства кинематических пар не учитываются вовсе. Энергетика поверхностных слоев в лучшем случае лишь констатируется, но не используется на практике. В результате возможны случаи ошибок конструирования, и, естественно, определенные экономические издержки. Определение таких издержек требует особых расчетов применительно к отдельным парам деталей и машинам в целом.
В подавляющем большинстве случаев функционирования пар трения стараются создать конструкции с относительно малым коэффициентом трения1. Это, как правило, приводит к некоторому совершенствованию конструкций, В других случаях необходим относительно высокий коэффициент терния, который в отдельных случаях может быть назван как коэффициент сцепления со значением более единицы, и в этом случае, когда направляющий элемент играет особую роль определения положения детали в пространстве, конструкция становится более совершенной.
Положение дел с использованием указанных коэффициентов в самом общем виде условно представлено на рис. 2.10. Чаще всего используют коэффициенты/і, взятые из справочной литературы. Другие коэффициенты, как правило, не используют. Вместе с этим, фактический коэффициент трения может оказаться равным f\, поскольку непременно проявится энергетическое влияние поверхностного слоя. В других же случаях по той же
Общие положения методики проведения экспериментов по определению поверхностной энергии
Прибор состоит из генератора биполярных импульсов ГИ, схемы выравнивания СВА, согласующих СУ1 и СУ2, амплитудных детекторов положительной и отрицательной полярности соответственно ДА1 и ДА2, инвертора И, измерительного усилителя ИУ, измерительного прибора ИП и зажима 3, соединенного клеммами К с обеими частями схемы. Эталонный электрод ЭО (медная пластина) с напыленным слоем диэлектрика Д и поверхность измеряемого образца ИО образуют статический конденсатор. Тарирование прибора осуществлялось с помощью проведенных серий измерений контактной разности потенциалов (КРП) на технически чистых металлах.
Представленные приборы обладают целым рядом достоинств. Собственно измерение состоит из контактирования наконечника и образца, а также прочтения цифровых значений на табло стрелочного прибора. Использование прибора возможно при работе за письменным столом. Время измерения исчисляется несколькими секундами. Целесообразно один из приборов иметь на рабочем месте конструктора, а второй - технолога. К каждому из таких измерительных постов прилагается «библиотека» образцов.
Малогабаритные приборы могут быть с успехом использованы непосредственно в цеховых условиях. Поэтому необходимые измерения можно производить также непосредственно на изготовляемых направляющих элементах. Если полученные данные не полностью удовлетворяют технолога, последний может непосредственно в цеховых условиях провести еще один из нескольких рабочих ходов оборудования с измененными (даже незначительно) режимами обработки. Такое технологическое воздействие даст нужный результат.
Малые массы приборов позволяют перевозить их с собой на другие предприятия, когда изделие изготовляют на нескольких предприятиях. Такая ситуация возможна в связи с тем, что одинаковое (по паспортам) оборудование на разных заводах работает с некоторыми различными результатами (структура и методы ремонта станков, общая инструментальная структура, тепловые режимы и др.)
Для определения собственно коэффициентов трения были рассмотрены возможности применения приборов трех различных вариантов. Очень точные приборы для определения коэффициентов трения при покое или движении (институт Машиноведения А.Н. РФ) обеспечивают точность измерений, которая по характеру диссертации не может быть активно использована (предлагается провести проверочные исследования). У таких приборов дается очень точное по времени начало перемещения образцов.
Усовершенствованным является подход к получению различных данных, считываемых со стрелочных приборов. Такие приборы в схему измерений не включают, а выводят результаты измерений непосредственно на компьютер. Количество измерений в этом случае может быть весьма большим. Для проводимых экспериментальных исследований представилось возможным ограничиться более простой схемой. Для определения значения коэффициента трения использован прибор, общая схема которого представлена на рис. 3.3.
Метод определения коэффициента трения основан на определении угла наклона плоской платформы 1, контролируемого винтом 2. На платформе расположен исследуемый образец 5 упирающийся в упор 4. Ответная деталь 6, при повороте платформы начинает скользить вниз, когда гравитационная сила становится равной статическому трению между двумя поверхностями. Угол наклона а, при котором начинается скольжение, фиксируется с помощью шкалы 3. Таким образом, определяется статический коэффициент трения. Угол наклона градуирован в тангенсах и обеспечивает прямое получение значений коэффициентов трения, Дополнительные вычисления не требуются. Для проведения экспериментов предварительно были изготовлены образцы. При этом для начала были использованы четыре различных материала, которые применяются для изготовления ряда направляющих элементов (в частности на заводах г. Калуги): Ст.З, сталь 45, 40Х, Х12М. Размеры образцов - 50x50x10 мм. Всего было изготовлено 40 образцов. Ряд образцов выполнен с различными подачами и шероховатостью, что видно из нижеприведенных протоколов экспериментов. Общие положения методики проведения экспериментов по определению поверхностной энергии Цель исследования. Нахождение величины поверхностной энергии направляющих элементов в машиностроении - у, Дж/м .
Формулировка задачи исследования. По результатам проведенных экспериментов необходимо определить поверхностную энергию в зависимости от методов обработки и режимов резания.
Методика проведения экспериментов основана на определении контактной разности потенциалов исследуемых образцов, работы выхода электрона и определении поверхностной энергии по формуле Л. Л. Кунина.
Для наблюдения за изменениями энергетических показателей поверхностного слоя ряд образцов, прошедших обработку или фрезерование, имели различное значение Ra и подачи. При этом не ставилась задача провести широкие исследования, а отметить лишь факт влияния технологических параметров. Выбранные значения подач и шероховатостей приведены в таблице 6.
Первым шагом по определению числового значения поверхностной энергии является нахождение контактной разности потенциалов полученных образцов. Для этого необходимо воспользоваться прибором, показанном на рис.3.1, с обеспечением контакта эталонного электрода и испытываемого образца. Данные контактной разности потенциалов показаны на примере исследования стали 45 (таблица 7). Для остальных образцов значения контактной разницы получают аналогичным образом (данные представлены в Приложении 1).
Особенности создания экспериментальных образцов и рабочих поверхностей направляющих элементов
Из приведенных графиков и таблиц видно, что выдвинутая гипотеза о том, что коэффициент трения зависит от уровня поверхностной энергии, а она в свою очередь - от применяемого метода обработки, режима резания и шероховатости, подтверждается. Так, в ходе эксперимента было доказано, что предположение о необходимости учитывать поверхностную энергию при создании направляющих элементов, с целью контролировать такой показатель как коэффициент трения и влиять на него уже на стадии изготовления детали, обосновано. В частности было установлено, что в процессе контакта направляющих элементов при преодолении энергетического порога, когда затрачивается энергия на пластическую деформацию поверхности, образуются прочные связи, то есть возникают условия для процесса схватывания. В одном случае необходимо не допускать возникновения этого процесса. Для этого нужно обеспечить минимальную разницу в значениях поверхностной энергии контактирующих поверхностей направляющих элементов. В другом случае, когда процесс схватывания необходим с целью обеспечения наилучшего контакта без относительного движения относительно друг друга, нужно, в ходе технологического процесса, создать определенный уровень энергетического состояния двух контактирующих поверхностей. Этот уровень должен превышать энергетический порог схватывания, в результате чего создаются условия для запуска процесса перетекания энергетического потока из одной поверхности в другую.
На основании результатов экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: 1. В ходе экспериментов установлено, что технологическая среда оказывает влияния на уровень поверхностной энергии направляющих элементов и что в ходе обработки возможно контролировать этот уровень. 2. Установлена зависимость энергетического состояния поверхностного слоя направляющих элементов от вида технологического процесса и применяемых режимов резания (подачи). 3. Энергетический показатель контактирующих поверхностей направляющих элементов, такой, как поверхностная энергия, может служить характеристикой совместимости контактирующих элементов. 4. Поверхностная энергия, наряду с геометрическими показателями, может и должна служить дополнительным показателем качества, как поверхностного слоя направляющих элементов, так и всей детали. 108 5. Возможно прогнозирование поведения направляющих элементов в ходе контакта на основе использования результатов экспериментов по формированию необходимого коэффициента трения. 6. Возможно создать поверхностный слой со специальными свойствами на основе принципа направленного применения того или иного метода обработки для обеспечения необходимого уровня поверхностной энергии у направляющих элементов. 7. В процессе механической обработки материала, изменяя виды и режимы обработки, возможно менять характер энергетического состояния поверхностного слоя направляющих элементов. А, контролируя процесс "накачки" в поверхностный слой энергии, мы сможем управлять процессом трения - коэффициентом трения.
В целом данная диссертация посвящена энергетическому аспекту поверхностных слоев направляющих элементов машиностроения. Вместе с этим нельзя утверждать, что выводы, полученные в ходе исследования, могут быть распространены на абсолютно все виды направляющих элементов, имеются, естественно, особые ограничения, связанные с конструктивными элементами машин и технологий изготовления направляющих. Методический подход при решении различных технологических задач данного направления оказывается общим.
В диссертации рассмотрены материалы, которые обычно используются в повседневной практике. Неметаллические направляющие в данном исследовании не рассматриваются. Естественно не нашли своего отражения и проблемы смазки различными средами. Эта проблема требует особого рассмотрения. В основу настоящих исследований положено распространенное в технике металлообработки утверждение, о том, что давление на образцах осуществляется при температурах машиностроительных цехов. Для специфических условий работы направляющих (например, в условиях коррозии) приведенные данные не используются.
В диссертации в основном рассмотрены плоские направляющие по типу рис. 4.1. Верхняя часть конструкции соединена с соответствующим приводом и может перемещаться в обе стороны в соответствии с кинематическим законом, В любой момент времени первоначальная плоская поверхность направляющих остается по-прежнему плоской. Вне зависимости от значения силы Q одна или обе части конструкции могут выполняться обособленно. Нижняя направляющая может принадлежать корпусной детали. Особенно удобной для накладных направляющих является проведение термических операций (для длинны 450 мм).
Результаты наших исследований не распространяются на направляющие цилиндрической формы (рис. 4.2). В начальный период времени контакт обоих частей трущейся пары происходит по узкой полоске, охватываемой углом а (рис. 4.2.а). Возвратно-поступательное движение одной из частей пары в направлении перпендикулярном рисунку при наличии силы Q приводит к изнашиванию так, что значение угла а увеличивается вплоть до предельного значения (рис. 4.2. в). В каждый
ПІ момент времени давление в паре изменяется при постоянстве силы Q. Зазор в таких парах обеспечивается непременно. Исходя из сказанного выше, результаты исследования на такие направляющие не распространяются. По аналогичным причинам могут быть исключены из рассмотрения и другие конструктивные оформления пар.
Исходя из поставленной выше задачи, в работе рассматривается сам факт влияния технологического воздействия на энергетическое состояние поверхностного слоя направляющих. Такая работа проведена применительно к наиболее распространенным методам обработки направляющих по рис. 4.1 - фрезерованию и шлифованию. Другие методы не рассматривались по ходу выполнения всего исследования. Так, например, не рассматривались поверхностные слои направляющих элементов, прошедших операцию шабрения.
При шабрении методом «от себя» возникает поверхность, представляющая собой совокупность углублений (по рис. 4.3, а). Шабер не касался поверхности 1, полученной после строгания или фрезерования. В различных точках поверхности 2 возникают различные характеристики поверхностного слоя, прежде всего от непостоянства силовых факторов. Поэтому общее суждение о всей поверхности трения крайне затруднительно. В другом случае шабрения - шабрении «на себя» характеристики слоя оказываются совершенно другими. Другие методы обработки, включая электрофизические, химические и комбинированные по этой же причине, естественно, не рассматриваются.
Следует полагать, что результаты настоящих исследований могут быть использованы при разработке сравнительно точных механических систем. Для определения коэффициентов трения пар, выполненных из материалов, не приведенных в настоящей диссертации, необходимо изготовление новых образцов, отработки влияния на них технологического воздействия в конкретных производственных условиях, проведение соответствующих измерений и последующее помещение их в «библиотеку» на данном предприятии.
Особенности изготовления образцов и конструктивных решений для реальных направляющих элементов помещены в таблице 11. При разработке таблицы основное внимание было обращено на формирование поверхности контакта элементов, что казалось бы парадоксальным без нарушения энергетических свойств конструкции. На самом деле, вместе с изменением геометрических параметров шероховатости изменяются и ее энергетические свойства. Последнее подтверждается выводами из теории технологического исследования.
