авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Технологическое обеспечение долговечности деталей машин на основе упрочняющей обработки с одновременным нанесением антифрикционных покрытий

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Берсудский Анатолий Леонидович

Технологическое обеспечение долговечности

деталей машин на основе упрочняющей обработки

с одновременным нанесением

антифрикционных покрытий

Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Саратов 2008

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения и в Самарском государственном университете путей сообщения.

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ

доктор технических наук, профессор

Евсеев Дмитрий Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Верещака Анатолий Степанович

доктор технических наук, профессор

Барац Яков Ильич

доктор технических наук, профессор

Носов Николай Васильевич

Ведущая организация: ОАО «Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова»

Защита состоится «___»________ 2008 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая 77, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Автореферат разослан «___» апреля 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Игнатьев.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Надежность работы машин и механизмов определяется в первую очередь качественным состоянием рабочих поверхностей входящих деталей, целенаправленно формируемых на финишных операциях технологических процессов (геометрическая точность, макро - и микрогеометрия, физико-механические свойства материала, напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя). Создание на рабочих поверхностях композиционных покрытий на металлической матрице позволяет успешно решить задачу создания поверхностей трения с определенным комплексом требуемых эксплуатационных параметров по надежности, износостойкости, контактной выносливости и усталостной прочности, а применение тонких покрытий является весьма перспективным направлением, открывающим широкие возможности управления физико-механическими свойствами контактирующих поверхностей.

В этой связи важными и актуальными для технологии машиностроения являются совершенствование известных и разработка новых, научно обоснованных, технически доступных и экономически целесообразных технологических процессов обработки рабочих поверхностей деталей для повышения их эксплуатационных характеристик. Несмотря на успехи в этих областях ряд важных теоретических и практических вопросов не нашел свое отражение в технологических процессах получения биметаллических слоев и композиционных покрытий.

Решение проблемы повышения долговечности деталей, работающих в условиях контактного взаимодействия, в частности деталей пар трения, требует использования всего арсенала методов технологического обеспечения качества поверхностей. Это, в первую очередь, комбинированные методы обработки, сочетающие в себе преимущества различных методов, в том числе модификации поверхностей и нанесения покрытий.



Одним из перспективных методов, позволяющих решить поставленные задачи, является новый, эффективный и экологически чистый способ упрочняющей обработки деталей с одновременным нанесением антифрикционных композиционных покрытий. В основу метода положен процесс поверхностного пластического деформирования (ППД). Предложенный метод позволяет, варьируя составом покрытия и технологическими параметрами обработки, получить поверхность с необходимыми физико-механическими свойствами. В процессе обработки происходит формирование благоприятного напряженно-деформированного состояния материала поверхностного слоя, оптимальной шероховатости и нанесение антифрикционных покрытий, обеспечивающих повышенные эксплуатационные характеристики рабочих поверхностей.

В связи с вышесказанным, актуальным является комплексное исследование процесса обработки, изучение взаимосвязи показателей качества поверхностей с режимами обработки, составом покрытий, эксплуатационными характеристиками контактирующих поверхностей.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка теоретических основ технологического процесса упрочняющей обработки с одновременным нанесением антифрикционных композиционных покрытий для обеспечения долговечности деталей машин за счет улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

- рассмотреть физико-химические процессы при образовании покрытия при одновременной упрочняющей обработке;

- определить оптимальные значения давлений в зоне контактного взаимодействия поверхностей и толщины антифрикционных покрытий;

- исследовать влияние напряженно-деформированного состояния и структуры материала поверхностного слоя на процессы трения и изнашивания поверхностей с покрытиями;

- разработать физические и математические модели процесса обработки поверхностного слоя детали с антифрикционными композиционными покрытиями и определить их механические свойства;

- разработать методику расчета напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя на различных стадиях технологического процесса упрочняющей обработки с нанесением покрытия;

- провести теоретические и экспериментальные исследования по оценке влияния режимов обработки на качество поверхности (параметры напряженно-деформированного состояния, шероховатость и точность) и эксплуатационные свойства рабочих поверхностей (износостойкость, контактную выносливость и усталостную прочность);

- разработать методику расчета долговечности поверхностей с покрытиями по контактным напряжениям с учетом усталостной прочности материала;

- разработать методику оценки предельных напряжений и остаточного ресурса рабочих поверхностей после упрочняющей обработки с нанесением покрытий на основе кинетической модели усталостной повреждаемости материала в процессе эксплуатации деталей;

- провести комплексное исследование физико-механических свойств композиционных покрытий с неметаллическими материалами, технологического процесса формирования покрытия на рабочих поверхностях;

- разработать методику оптимизации технологических процессов и составов покрытий, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства контактирующих поверхностей.

Объект исследования – технологический процесс упрочняющей обработки деталей с одновременным нанесением антифрикционных покрытий и качество рабочих поверхностей и поверхностного слоя деталей после обработки.

Методы исследований. В работе использовались системный подход к изучению процессов упрочняющей обработки и нанесения покрытий, формирование параметров качества поверхностного слоя основного материала и покрытия. При проведении исследований использовались теоретические положения технологии машиностроения, физики твердого тела, механики деформируемого твердого тела, теории контактного взаимодействия и пакета прикладных методик, разработанных автором, и стандартных методик с использованием методов математической статистики, а также современных физических методов исследования материалов, в том числе рентгенографических методов. Теоретические исследования и анализ экспериментальных данных проводился с использованием ЭВМ.

Достоверность теоретических разработок и экспериментальных исследований, а также эффективность практических рекомендаций подтверждена результатом опытно-промышленной проверки и внедрения в производство разработанных технологических процессов.

Научная новизна работы состоит в решении крупной научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение, в рамках которой получены новые научные результаты:

- технологический процесс упрочняющей обработки с одновременным нанесением антифрикционных покрытий с оценкой рациональных областей его применения;

- методика расчета оптимальных давлений в трибоконтакте, толщин антифрикционных покрытий для достижения максимальной износостойкости поверхностей с учетом влияния напряженно-деформированного состояния поверхностных слоев деталей с покрытием и физико-химических процессов, происходящих в зоне контакта индентора и обрабатываемой поверхности;

- физико-математическая модель упругопластического состояния композиционного покрытия и диффузионного слоя, формируемого при упрочняющей обработке с учетом упругих свойств компонентов покрытия и основы;

- решение задачи определения величины остаточных напряжений в многослойных поверхностях, формируемых по предложенной технологии, с применением конечно-элементного моделирования в среде ANSYS для различных схем нагружения;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований: влияния параметров обработки и состава покрытия на напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя; взаимодействия компонентов покрытия с основой; величины диффузионного слоя, образованного в процессе нанесения покрытия; качественных показателей биметаллического слоя и эксплуатационных параметров готовых деталей (износостойкости, усталостной прочности, контактной выносливости);

- общий методический подход к оптимизации: режимов обработки; составов композиционных антифрикционных покрытий, обеспечивающих повышенные эксплуатационные показатели;

- результаты комплексных исследований физико-механических свойств многослойных фторопластовых покрытий.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработан технологический процесс упрочняющей обработки деталей с нанесением антифрикционных покрытий для обеспечения высоких качественных показателей поверхностного слоя при выборе оптимальных составов покрытий и режимов обработки;

- разработаны методики расчета долговечности поверхностей пар трения с учетом контактной выносливости для биметаллических материалов; прогнозирования остаточного ресурса контактирующих поверхностей в процессе эксплуатации деталей;

- результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств новых композиционных и многослойных и медно-фторопластовых и бронзофторопластовых покрытий для поверхностей трения.

Новые технические решения, относящиеся к процессу обработки, технологии приготовления спецжидкостей и составы покрытий, позволяющие управлять качественными параметрами обработанных поверхностей, защищены авторскими свидетельствами и патентами.

Экономический эффект от внедрения метода упрочняющей обработки с одновременным нанесением антифрикционных покрытий на ремонтных базах двух НГДУ «ОАО Татнефть» составил более 390 тыс. рублей.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Системный методологический подход к разработке технологического процесса упрочняющей обработки с одновременным нанесением антифрикционных покрытий, в соответствии с которым решается задача технологического обеспечения качества обработанных поверхностей, путем рационализации режимных параметров обработки.

2. Комплексные теоретические и экспериментальные исследования физической модели предложенного технологического процесса и влияния напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя на основные эксплуатационные характеристики поверхностей с покрытием.

3. Результаты исследования процесса формирования напряженно-деформированного состояния биметаллического поверхностного слоя в процессе обработки, влияние режимных параметров процесса и состава покрытия на основные эксплуатационные показатели рабочих поверхностей (износостойкость, усталостная прочность, контактная выносливость).

4. Математическая модель для определения механических свойств композиционного покрытия и диффузионного слоя, позволяющая определять их физико-механические свойства.





5. Методические основы расчета долговечности контактирующих поверхностей с учетом контактной выносливости для эвольвентных поверхностей после упрочняющей обработки с нанесением покрытий и методика прогнозирования остаточного ресурса деталей с покрытиями в процессе эксплуатации.

6. Закономерности образования различных видов антифрикционных покрытий с содержанием ультрадисперсных частиц металлических и неметаллических материалов, основанные на результатах триботехнических исследований.

7. Совокупность технических решений для реализации новых и перспективных технологических процессов, обеспечивающих существенное улучшение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей пар трения.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на следующих конференциях, семинарах и симпозиумах:

- Международной конференции «Новые материалы и технологии в трибологии» (Минск, 1992 г.);

- Российских симпозиумах по трибологии с международным участием (Самара, 1993 г., 1994 г., 1998 г.);

- XXVI Международном совещании по динамике и прочности двигателей, посвященном 85-летию со дня рождения генерального конструктора академика Н.Д. Кузнецова (Самара, 1996 г.);

- Российской научно-технической конференции «Прочность и надежность конструкций» (Самара, 1995 г.);

- Региональной научно-технической конференции «Концепция развития и высокие технологии производства и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальных технологий» (Оренбург, 1997 г.);

- Международной научно-технической конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте» (Самара, 1999 г.);

- IV Международной научно-технической конференции «Технология-2003» «Фундаментальные и прикладные проблемы машиностроения» (Орел, 2003 г.);

- XXXIII Уральском семинаре по механике и процессам управления (Екатеринбург, 2003 г.);

- Международной научно-технической конференции «Надежность-2003» «Актуальные проблемы надежности технологических энергетических и транспортных машин» (Самара, 2003 г.);

- Международной научно-технической конференции « Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2004 г.);

- Научно-практической конференции, посвященной 130-летию Куйбышевской железной дороги (Самара, 2004 г.);

- Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005 г.);

- Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2006 г.);

- Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (Самара, 2007 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 32 печатных работах, из них 11 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 патентов и авторских свидетельств.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы, приложений.

Работа содержит 294 страницы текста, включает 90 рисунков, 8 таблиц, 196 наименований использованных источников, 2 приложения.

Основное содержание работы

Во введении рассмотрены современные тенденции в машиностроении, направленные на улучшение эксплуатационных показателей деталей машин. Обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, положения и результаты работы, выносимые на защиту.

В первом разделе анализируются проблемы повышения эксплуатационной надежности машин и механизмов, связанные с качеством обработки рабочих поверхностей деталей. В основе решения этой проблемы лежат применение новых материалов, совершенствование существующих и разработка новых технологических процессов финишной обработки, обеспечивающих оптимальные свойства рабочих поверхностей, при которых достигаются их наилучшие эксплуатационные показатели в широком диапазоне действующих нагрузок, скоростей и влияний различных сред.

Наилучшие показатели качества поверхностей достигаются при применении различных комбинированных методов обработки, в частности, упрочняющей обработки поверхности в сочетании с её насыщением различными химическими элементами и нанесением покрытий. Данные методы обработки позволяют в широких пределах варьировать прочностные и триботехнические параметры поверхностей, за счет чего обеспечивается возможность получения требуемых характеристик рабочих поверхностей путем формирования оптимального напряженно-деформированного состояния и физико-механических свойств поверхностного слоя.

Решению проблемы повышения эксплуатационной надежности деталей машин и приборов технологическими методами посвящены работы А.П. Бабичева, А.М. Дальского, И.В. Дунина-Барковского, В.А. Горохова, Д.Г. Евсеева, К.С. Колесникова, А.В. Королева, Б.А. Кравченко, Н.Д. Кузнецова, А.А. Маталина, Н.В. Носова, Л.Г. Одинцова, Д.Д. Папшева, А.В. Подзея, А.И. Промпова, А.С. Проникова, Э.В. Рыжова, В.М. Смелянского, А.П. Соколовского, А.М. Сулимы, А.Г. Суслова, Л.В. Худобина, Л.А. Хворостухина, Ю.Г. Шнейдера, Д.Л. Юдина, А.В. Якимова, П.И. Ящерицына и др.

При рассмотрении вопросов контактного взаимодействия поверхностей использовались фундаментальные исследования Н.М. Алексеева, Д.Г. Громаковского, Н.Б. Демкина, М.Н. Добычина, Ю.Н. Дроздова, И.В. Крагельского, В.С. Комбалова, В.И. Колесникова, Л.И. Куксеновой, Н.М. Михина, А.В. Чичинадзе и др.

Анализ современного состояния вопроса совершенствования процессов финишной обработки позволяет выделить два основных направления технологического обеспечения оптимальных показателей качества поверхностных слоев. Первое направление основано на управлении макро- и микрогеометрической точностью. Второе – на использовании специальных методов обработки поверхностей, в частности, нанесения различных антифрикционных покрытий, упрочнения и др. Анализ многочисленных исследований показал, что в качестве антифрикционных покрытий для поверхностей трения рекомендуется использовать пластичные металлы на основе меди, серебра, никеля, олова и неметаллических материалов – фторопластов и их композиций.

Различные методы формирования антифрикционных покрытий на рабочих поверхностях деталей машин получили теоретическое и экспериментальное развитие в работах В.П. Анцупова, Л.С. Белявского, В.А. Белого, В.М. Власова, Д.Н. Гаркунова, Ю.Н. Дорофеева, В.И. Кадашникова,
В.М. Сорокина, Л.И. Тушинского, П.А. Чепа, A.W. Ruff и др.

Несмотря на успехи, достигнутые при реализации различных методов ресурсоповышающих технологий, проблема повышения долговечности контактирующих поверхностей остается по-прежнему актуальной. Многие научные и практические вопросы, касающиеся физико-технологических особенностей процесса формирования качественного поверхностного слоя с требуемыми свойствами, не нашли в литературе достаточного отражения.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.