Введение к работе
Актуальность темы. Технический уровень использования современного оборудования неразрывно связан с проблемой повышения эксплуатационной надежности и долговечности высоконагруженных деталей машин и механизмов. Успешному решению этой проблемы способствуют исследования, связанные с разработкой технолопіческих процессов, позволяющих целенаправленно формировать поверхностные слои деталей с заданными свойствами.
Опыт эксплуатации большого класса машин показывает, что одной из основных причин преждевременного выхода из строя деталей являются процессы разрушения их поверхностных слоев, так как именно поверхность чаще всего подвергается наиболее интенсивным механическим, тепловым и другим воздействиям. Это подтверждается тем, что большинство машин (85-90%) выходят из строя по причине износа деталей.
В настоящее время для формирования требуемых свойств поверхностных слоев высоконагруженных деталей используют как традиционные методы упрочнения, так и современные методы воздействия на поверхность концентрированными потоками энергии, к которым относится и лазерная обработка (ЛО).
Целенаправленно управляя параметрами ЛО можно формировать трнботехнические свойства поверхностных слоев, которые обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению со свойствами, получаемыми при обработке поверхностей традиционными методами.
Несмотря на многочисленные исследования, до настоящего времени недостаточно развиты представления о влиянии технолопіческих параметров на трнботехнические свойства поверхностных слоев, выявляемые при различных видах трения и изнашивания. Отсутствуют критерии, характеризующие объемные свойства лазерноупрочненных слоев. Требуют дальнейшего изучения закономерности изнашивания слоев, имеющих структурно-неоднородные участки.
Таким образом, исследование процессов ЛО и разработка технологий для формирования высоких триботехнических свойств поверхностных слоев высо-конагруженных деталей, работающих в условиях многофакторного воздействия, является весьма актуальной задачей, от успешного решения которой во многом зависит эксплуатационная надежность и долговечность многих видов машин и оборудования.
Цель работы заключается в комплексном исследовании закономерностей формирования поверхностных слоев сталей, применяемых для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при различных видах трения и изнашивания, при их обработке непрерывным СОг - лазером, исследование их несущей способности, изучение основных свойств при различных условиях контактного взаимодействия и разработка на этой основе научно-обоснованных рекомендаций, обеспечивающих получение поверхностных слоев с высокими триботехническими характеристиками.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выявлены условия, при которых лазерная обработка обеспечивает высокие триботехнические свойства сталей при различных видах трения и изнашивания;
получены новые данные о процессе приработки лазерноупрочненных слоев;
установлены закономерности изнашивания упрочненных лазером поверхностных слоев при различных условиях трения;
предложен новый расчетный параметр - коэффициент Кс заполнения слоя твердой фазой, характеризующий его объемные свойства;
установлены закономерности изменения топографии поверхности после лазерной обработки;
создан испытательный комплекс из трех лабораторных установок и разработаны методы ускоренных модельных испытаний, позволяющие
исследовать сопротивляемость поверхностных слоев, упрочненных лазером, при различных видах трения и изнашивания; предложен новый метод испытаний с использованием специального устройства, позволяющего определять сопротивляемость поверхностных слоев ударноабразнвному и гидроабразивному износу в процессе одного испытания (новизна подтверждена а.с. № 1233000). Методы исследований. Представленные в работе результаты получены с использованием стандартных и новых оригинальных методов исследований и испытаний, статистических методов обработки экспериментальных данных с использованием ПЭВМ.
Практическая значимость и реализация работы. Практическое значение имеют разработанные в диссертации научно-обоснованные рекомендации, позволяющие целенаправленно разрабатывать технологические процессы лазерной обработки и модификации поверхностей деталей, работающих при различных видах трения и изнашивания.
Узел трения (а.с. № 1233000) внедрен по форме Р2 в ВолгГТУ и используется при проведении научно-исследовательских работ.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Волгоградского государственного технического университета и используются при подготовке бакалавров и дипломированных инженеров в системе многоуровне-го обучения по направлению 5514 «Наземные транспортные системы», что позволяет развива,' творческие способности студентов и повысить научно-технический и инженерный уровень подготовки специалистов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: научно-техническом семинаре «Вопросы конструирования, прочности и долговечности деталей машин» (Волгоград, 1985); научно-техническом семинаре «Совершенствование системы организации и технологии ремонта оборудования и машин» (Волгоград, 1985); научно-техническом семинаре «Совершенствование системы организации и технологии ремонта оборудования и машин» (Волгоград, 1985); научно-технической конференции «Современные пути повышения надежности и долговечности металлопродукции и деталей машин»
(Челябинск, 1985); совещании «Прогрессивные методы конструирования, повышения прочности и долговечности машин» (Волгоград, 1986); Межреспубликанской научно-технической конференции «Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин» (Волгоград, 1992); Первом собрании металловедов России (Пенза, 1993); конференции «Состояние и перспективы восстановления и упрочнения деталей машин» (Москва, 1994); конференции «Производство и ремонт механизмов и машин в условиях конверсии» (Киев, Украина, 1995); Всероссийской научно-технической конференции «Физико-механические свойства материалов и их экспрессная оценка неразрушающими методами и портативными техническими средствами» (Волгоград, 1995); Международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность технических систем» (Минск, Беларусь, 1997); Третьей научно-технической конференции «Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии» (Гродно, Беларусь, 1998); Международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем» (Волгоград, 1999); ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (Волгоград, 1985-2000).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, получено 1 авторское свидетельство СССР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, изложена на 148 страницах текста, содержит 58 рисунков и 9 таблиц. Список использованной литературы включает 101 источник. В приложение вынесены акты внедрения результатов работы.