Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ процесса алмазного хонингования и направлений повышения износостойкости азотированных поверхностей
1.1 .Особенности процесса алмазного хонингования
1.2. Анализ влияния элементов режима резания и характеристики брусков на основные показатели процесса алмазного хонингования хромоалю-миниевых сталей
1.3. Анализ современного состояния методов мониторинга и прогноза зависимости параметров шероховатости от условий хонингования
1.4. Методы повышения износостойкости цилиндров СШН
1.5. Выводы и постановка цели и задач исследования
Глава 2. Разработка математических моделей прогнозирования параметров шероховатости при алмазном хонингованииотверстий и износа азотированной поверхности
2.1. Анализ и особенности применения методов математического моделирования процесса хонингования
2.2. Разработка математической модели прогнозирования параметров шероховатости хонингуемой поверхности
2.2.1. Математическое моделирование рабочей поверхности инструмента элементарными режущими профилями
2.2.2. Математическое моделирование процесса хонингования детали алмазным бруском
2.3. Разработка математической модели износа азотированной поверхности
2.3.1. Анализ и особенности применения методов математического моделирования износа азотированной поверхности
2.3.2. Разработка математической модели износа азотированной поверхности
Глава 3. Методика проведения экспериментов
3.1. Общие методики экспериментального исследования процесса алмазного хонингования цилиндров СШН
3.1.1. Образцы для проведения исследований, оборудование и оснастка
3.1.2. Хонинговальные бруски
3.1.3. Смазочно-охлаждающая жидкость
3.1.4. Базовые параметры режима резания
3.2. Частные методики экспериментального исследования процесса алмазного хонингования цилиндров СШН
3.2.1. Методика исследования стойкости алмазных брусков
3.2.2. Методики определения производительности процесса хонингования и шероховатости обработанной поверхности
3.3. Методики экспериментального исследования износа пары цилиндр - плунжер СШН
3.3.1. Образцы для проведения исследований, оборудование и оснастка
3.3.2. Измерение износа поверхности цилиндра
Глава 4. Технологическая оснастка для проведения экспериментов
4.1. Хонинговальная головка
4.2. Хонинговальные бруски
4.3. Приспособление для закрепления образцов
4.4. Установка для проведения исследований износостойкости
Глава 5. Экспериментальное исследование влияния условий алмазного хонингования на шероховатость обработанной поверхности и износостойкость азотированных поверхностей
5.1. Исследование влияния технологических условий хонингования на показатели процесса
5.1.1. Влияние технологических условий хонингования на съем металла
5.1.2. Влияние технологических условии хонингования на высотные параметры шероховатости
5.1.3. Влияние технологических условий хонингования на параметры шероховатости, связанные со свойствами неровностей в направлении длины профиля
5.1.4. Влияние технологических условий хонингования на параметры шероховатости, связанные с формой неровностей профиля.
5.2. Исследование процесса хонингования эластичными и полуэластич ными алмазными брусками.
5.2.1. Исследование процесса хонингования эластичными алмазными брусками:
5.2.2. Исследование процесса хонингования полуэластичными алмазными брусками
5.3. Исследование влияния параметров исходной шероховатости на износостойкость азотированных поверхностей цилиндров
5.4. Исследование математической модели прогнозирования параметров шероховатости хонингуемых отверстия, подготовленных под азотирование
5.5. Исследование математической модели износа азотированных поверхностей
5.6. Технологическая эффективность реализации результатов исследований в производстве
Выводы.
Заключение
Список использованных источников
- Анализ влияния элементов режима резания и характеристики брусков на основные показатели процесса алмазного хонингования хромоалю-миниевых сталей
- Разработка математической модели прогнозирования параметров шероховатости хонингуемой поверхности
- Частные методики экспериментального исследования процесса алмазного хонингования цилиндров СШН
- Установка для проведения исследований износостойкости
Введение к работе
В нефтяной промышленности для глубинной добычи нефти широко применяются скважинные штанговые насосы (СШН). От надежности этих насосов в значительной степени зависит экономическая эффективность нефтедобывающих предприятий. Поэтому повышение надежности скважинных штанговых насосов является актуальной задачей для снижения себестоимости добываемой нефти.
Средняя наработка на отказ отечественных скважинных штанговых насосов в последние годы значительно возросла и составляет порядка 300 - 400 суток работы. Однако средняя наработка на отказ у зарубежных штанговых насосов превышает 700 суток
Причинами отказов скважинного оборудования, по данным ведущих нефтедобывающих предприятий, являются внешние по отношению к насосам причины: обрыв штанг, штоков и насосно — компрессорных труб, а-также отказы собственно насосов. Последние составляют около 30% от общего числа отказов, причём в 72% происходит запарафинивание клапанов, а в 18% - износ плунжерной пары. Стоимость изготовления и ремонта клапанной пары несопоставимо мала в сравнении с изготовлением и ремонтом пары цилиндр -плунжер. Поэтому выбор технологии изготовления и упрочнения именно этих деталей насоса во многом определяет эксплуатационные свойства и стоимость насоса в целом. Одним из наиболее эффективных способов повышения износостойкости пары цилиндр - плунжер является формирование высококачественных поверхностных слоев этой пары.
В таких сопряжениях плунжер подвергается плазменному напылению, а внутренние поверхности цилиндров этих насосов — азотированию. Из практики известно, что плунжер изнашивается в процессе эксплуатации значительно меньше цилиндра. Кроме того, стоимость его изготовления и ремонта существенно ниже, чем цилиндра. Поэтому повышение износостойкости поверхности цилиндра является актуальной задачей.
Технологический процесс изготовления цилиндра включает в себя правку, расточку, предварительное хонингование, чистовое хонингование и азотирование. В значительной степени износостойкость азотированного слоя определяется величиной исходной шероховатости поверхности, подготовленной под азотирование, а также формой микрорельефа обработанной поверхности. Последней операцией перед азотированием является чистовое хонингование, поэтому представляется актуальным создание теоретических предпосылок для комплексного прогнозирования формирования параметров шероховатости поверхности цилиндра на этапе окончательной операции (алмазного хонингования) перед азотированием, обеспечивающих износостойкий микропрофиль поверхности цилиндра.
Благодаря работам известных ученых Бабичева А.П., Герасимова С.А., Ку-доярова Р.Г., Куликова СИ.,. Левина Б.Г., Маталина А.А.,.Новоселова Ю.К., Серебренника Ю.Б., Фрагина И.Е. и других созданы научные основы процесса хонингования размерного алмазного хонингования жесткими брусками на металлических и органических связках, изучены вопросы точности и качества поверхности деталей машин.
Проведенный анализ работ показал, что все известные теоретические работы в области мониторинга и прогноза зависимости параметров шероховатости от условий хонингования ограничиваются рассмотрением вопросов формирования высотных свойств неровностей микропрофиля {Ra, Rmax, Rq). В то же время отсутствуют методики прогнозирования свойств неровностей в направлении длины профиля (Sm, Ха, D), а также относительной опорной длины профиля tp.
Созданию научных основ процесса трения и износостойкости пар трения посвящены работы ученых Крагельского И.В., Рыжова Э.В., Сухова С.А., Фе-дорченко И.М., Шнайдера Ю.Г. и других. В этих работах показаны широкие возможности алмазно-абразивной обработки при создании повышенной несущей поверхности деталей. Однако это не позволяет прогнозировать износостойкость азотированных поверхностей в зависимости от исходных параметров шероховатости поверхности цилиндров, подготовленных под азотирование хо-нингованием. Прежде всего, это связано с использованием базовой технологии операции хонингования, ограничено из-за недостаточной изученности механизма образования микропрофиля обработанной поверхности, отсутствия соответствующих математических моделей и программного обеспечения. Поэтому, решение вопросов прогнозирования параметров шероховатости поверхности деталей в процессе алмазного хонингования под азотирование с целью повышения их износостойкости является весьма актуальной научно-технической проблемой.
Потребность нефтяного машиностроения в обеспечении износостойкости и работоспособности СШН с одной стороны и недостаточная изученность влияния условий процесса хонингования на шероховатость обработанной поверхности и износостойкость азотированных поверхностей с другой стороны предопределили необходимость выполнения данной работы. Основная цель которой - обеспечение износостойкого микропрофиля азотированных поверхностей на основе направленного улучшения исходной шероховатости хонингуемых отверстий, подготовленных под азотирование.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- произведено математическое моделирование рабочей поверхности хонинго- вального бруска на основе метода поиска оптимального решения в задачах со многими критериями с учётом нормального закона распределения размеров зёрен и разработана математическая модель прогнозирования формирования шероховатости хонингуемой поверхности элементарными режущими профилями;
- разработана математическая модель и программное обеспечение интенсивности износа пары цилиндр - плунжер СШН, позволяющая прогнозировать величину износа в зависимости от физико-механических свойств материала цилиндра, вида контакта, параметров шероховатости поверхности цилиндра Rmax и Sm, а также относительной опорной длины профиля tp;
- экспериментально показано, что хонингование брусками на металлической связке не позволяет получать износостойкий микропрофиль обработанной поверхности, а только хонингование эластичными брусками обеспечивает малые значения высотных параметров шероховатости и достаточно большие значения величин относительной опорной длины профиля. Это предопределяет в конечном итоге значительно меньший износ поверхности пары цилиндр - плунжер СШН;
- доказано, что величина износа пары цилиндр - плунжер зависит не только от высотных параметров шероховатости поверхностей цилиндров, подготовленных хонингование под азотирование, а также в.значительной степени от параметров, связанных со свойствами неровностей в направлении длины профиля и величины относительной опорной длины профиля.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- разработана технология алмазного хонингования цилиндров насосов, изготовленных из стали 38Х2МЮА, в том числе, произведён подбор характеристик алмазных брусков по виду связки, параметров режима хонингования, а также их сочетания, обеспечивающие получение износостойкого микропрофиля азотированной поверхности цилиндров;
- разработанная технология алмазного хонингования эластичными брусками цилиндров под азотирование позволяет сохранять первоначальную группу посадки для пары цилиндр - плунжер при длительной эксплуатации СШН;
- разработана специальная хонинговальная головка, отличающаяся меньшим углом конуса и технологичностью конструкции;
- создана установка, имитирующая работу СШН и позволяющая проводить испытания износа пары цилиндр - плунжер в условиях, имитирующих работу этой пары в скважине.
Основные положения диссертации докладывались в 2006... 2008 г.г. на научно-технических конференциях и семинарах. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях по списку ВАК.
Анализ влияния элементов режима резания и характеристики брусков на основные показатели процесса алмазного хонингования хромоалю-миниевых сталей
На показатели процесса хонингования жесткими брусками на органических и металлических связках определенное влияние оказывают скорости вращательного и возвратно-поступательного движения хонинговальной головки. В работах [37,58,100] указывается, что при увеличении обеих скоростей возрастает съем металла. Это увеличение производительности можно объяснить тем, что в единицу времени каждое режущее зерно проходит больший путь и успевает срезать большее количество стружки, снижая при этом шероховатость поверхности.
При хонинговании деталей глубинных насосов, изготовляемых из азотированной стали 38ХМЮА, возникают специфические трудности, связанные с высокой твердостью (HRA 80) и хрупкостью азотированного слоя этих деталей [36].
Хонингование азотированной стали 38ХМЮА проводилось алмазными брусками АС4 100/80 МС15 100 при постоянных параметрах процесса: давление брусков р = 0,6 МПа, скорость возвратно-поступательного движения головки V2- 14 м/мин (рис. 1.1, а), скорость вращательного движения V{ = 44,5 м/мин (рис. 1.1,6) [5].
Как свидетельствуют результаты опытов, при увеличении скорости вращательного движения хонинговальной головки удельный съем металла увеличивается, однако при Vx = 44,5 м/мин наблюдается интенсивное тепловыделение, и в результате нагрева заготовок точность хонингования ухудшается. Поэтому увеличивать V{ свыше 40 м/мин нецелесообразно (см. рис. 1.1, а) [5]. Значительное повышение скорости поступательного движения хонинговальной головки приводит к появлению вибраций, вызываемых большими инерционными силами. Поэтому V2 рекомендуется в пределах 12.,,14 м/мин [5,92]. С повышением скоростей хонинговальной головки Р и V2 удельный износ брусков q несколько уменьшается.
Таким образом, при алмазном хонинговании деталей из азотированной стали 38ХМЮА рекомендуются следующие значения параметров для предварительного хонингования: vx = 40 м / мин, v2 — 14 м/ мин, бруски АС4 100/80 МС15 100, для отделочного хонингования vx = 40 м / мин, v2 = 14 м/ мин, бруски ACM 20/14 Р9 50 [5,92].
Величина давления брусков на обрабатываемую заготовку оказывает значительное влияние на производительность процесса, расход алмазов, шероховатость обработанной поверхности и рекомендуется в пределах/? = 0,3...1,2 МПа [58,81,106,108].
Для повышения производительности и снижения шероховатости целесообразно изменять давление брусков на заготовку в процессе хонингования. Так, при хонинговании стали 38ХМЮА с увеличением давления до 0,8 МПа удельный съем металла и расход алмазов увеличивается (рис. 1.2) [58,106], а затем интенсивность съема металла снижается. Поэтому рекомендуется устанавливать давление брусков не выше 0,6 МПа [5,92].
Алмазное хонингование образцов из азотированной стали 38ХМЮА проводилось брусками АС4 100/80 МС15 100 при скорости вращения хонинго-вальной головки Vx = 30 м/мин и скорости возвратно-поступательного движения V2 = 14 м/мин [5].
Результаты алмазного хонингования втулок глубинных насосов, изго товляемых из азотированной стали 38ХМЮА, представлены в табл. 1.1 [5]. Лучшие показатели процесса обеспечивают алмазные бруски АС4 100/80 на связке МС15.
Зависимости изменения шероховатости поверхности от скорости вращательного и поступательного движения хонинговальной головки представлены нарис. 1.3 [92].
К общим рекомендациям выбора скорости вращательного движения для алмазного хонингования жесткими брусками заготовок из различных материалов относятся: 20...80.м/мин [14] и 50...60 м/мин [100].
Назначение скорости поступательного движения V2 связано с выбором соотношения скоростей вращательного и возвратно-поступательного движения хонинговальной головки V2/ Vx, определяющего угол подъема траектории движения брусков а (угол сетки). Это соотношение зависит от вида хонингова-ния (предварительное, чистовое, отделочное), от характеристики брусков и вида обрабатываемого материала [1]. В работах [58,106] приводятся данные о том, что наилучшие условия для стружкообразования обеспечиваются при а = 45 , однако при больших значениях исходной шероховатости угол сетки следует уменьшать в 1,5...2 раза, что позволяет несколько снизить шероховатость обработанной поверхности. В работе [81] скорость возвратно- поступательного движения головки V2 принимается в зависимости от {в определенном соотношении V\/ V2— 1 + 8 и рекомендуется в пределах до 20 м/мин, что способствует увеличению производительности процесса хонингования.
Для эластичных брусков увеличение скоростей вращательного и возвратно-поступательного движения не оказывает влияния на шероховатость обрабатываемой поверхности [117], так как съем металла алмазными брусками происходит в пределах шероховатости. Алмазные зерна срезают только выступы этой шероховатости. При хонинговании полуэластичными брусками увеличение обеих скоростей ведет к незначительному снижению шероховатости поверхности [29,91] и увеличению производительности процесса. Увеличение производительности можно объяснить тем, что в единицу времени каждое режущее зерно проходит больший путь и успевает срезать большее количество стружки, снижая при этом шероховатость поверхности. Зависимость шероховатости поверхности от вращательного и возвратно-поступательного движения головки при хонинговании полуэластичными брусками представлена на рис. 1.4 и 1.5 [29,91]. Хонингование проводилось на образцах из азотированной стали 38ХМЮА брусками зернистостью АСМ 20/14...АСМ 28/20. Оптимальное давление полуэластичных брусков 0,6 МПа, толщина эластичного подслоя 2,5...3,0 мм, жесткого алмазоносного слоя 0,15 мм.
Разработка математической модели прогнозирования параметров шероховатости хонингуемой поверхности
Разработка реальной математической модели осуществлялась соответственно следующему пошаговому подходу: 1. Построение элементарного режущего профиля инструмента. 2. Имитация процесса алмазного хонингования, т.е. моделирования последовательного снятия припуска заготовки элементарным режущим профилем инструмента. 3. Расчет параметров шероховатости согласно ГОСТ 25142-82 по полученной профилограмме обработанной поверхности. Рабочая поверхность алмазного бруска представляет собой поверхность, образованную алмазными зернами, которые не имеют регулярной геометрии, их форма и кристаллическое строение могут быть смоделированы случайными функциями. К наиболее распространенным формам алмазных зерен относятся блочная, игольчатая и пластинчатая. Учитывая, что игольчатая и пластинчатая формы составляют незначительный процент содержания в синтетических алмазах, используемых при хонинговании, целесообразно принять к рассмотрению форму зерен в виде отдельных сфер. Поэтому установив закономерности съема металла единичным зерном, можно получить элементарный режущий профиль и определить характер образования микропрофиля обработанной поверхности. Моделирование рабочей поверхности алмазного бруска элементарными режущими профилями необходимо для последующего анализа процесса образования шероховатости поверхности детали, при алмазном хонинговании.
Ниже приведены результаты математического моделирования для определения элементарных режущих профилей алмазных брусков. Количество зерен в данном объеме определяется при условии их плотного расположения. Распределение зерен по поверхности бруска как в объеме, так и по поверхности бруска является равномерным и носит случайный характер [58]. Для математического моделирования рабочей поверхности алмазного бруска воспользуемся методом поиска оптимального решения в задачах со многими критериями, суть которого заключается в зондировании многомерного про странства точками равномерно распределенной последовательности ЛПТ, любой двоичный участок которой представляет собой Пг— сетку [95,96]. Решение, полученное на основе аналитического метода, разработанного И.М. Соболем и Ю.Д. Левитаном, позволяет при построении элементарных режущих профилей алмазных брусков определить распределение зерен как в объеме, так и по поверхности бруска. Суть его заключается в зондировании многомерного пространства точками равномерно распределенной последовательности ЛПГ. Последовательность точек Q0, Q}, ... Qt, принадлежащих единичному п- мерному кубу 1С, содержащая двоичные участки множества членов Qf с номерами /, представляет собой сетку Пт (рис. 2.1, а). Таким образом, сетка, состоящая из iV=2vT04eK куба К" (рис. 2.1, б), называется Пт - сеткой, если каждому двоичному параллелепипеду Т1К с объемом Vп — 2 г IN принадлежат 2 т точек сетки. При этом предполагается, что v т.
Декартовые координаты точки Q = {qit\, ... q,,n)- Следовательно, плотность распределения зерен по поверхности бруска имеет вид [9] Для моделирования достаточно рассмотреть одну из граней многомерного единичного куба и смасштабировать ее стороны до размеров искомого единичного режущего профиля. В результате получим набор координат вершин зерен, равномерно распределенных по поверхности бруска (см. рис.2.1). Число алмазных зерен на единицу площади рабочей поверхности бруска определится: где х - наибольший размер зерен данной зернистости; Кс - коэффициент концентрации, отражающий процентное соотношение абразива и связки. При определении размеров зерен принята сфера диаметром D. Зернистость порошка определяется по размеру зерен его основной фракции. Наличие в порошке более крупных и мелких фракций ограничивается определенными нормами. Распределение размеров зерен алмазного порошка подчиняется закону нормального распределения. Проведя соответствующие расчеты, используя программный продукт MathCad, получаем зависимости параметров распределения размеров зерен от зернистости порошка: ср = 0,85х — средний диаметр зерна; с2 = 0,137л: - средне-квадратичное отклонение. Используя полученные зависимости параметров распределения размеров зерен и генератор нормально-распределенных случайных чисел, можно определить размер каждого единичного алмазного зерна.
Частные методики экспериментального исследования процесса алмазного хонингования цилиндров СШН
Исследования стойкости алмазных брусков основывались на методике предложенной авторами [14, 29, 92] и исследованиями по алмазному хонинго-ванию, проведенными на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты», ПГТУ.
Производительность процесса определялась по величине диаметрального съема в течение постоянного времени хонингования, которое было принято для всех опытов 120 секунд (кроме серии экспериментов с переменным временем хонингования). Измерение диаметральных размеров производилось в четырех сечениях на расстоянии от торца образца 35 мм и 95 мм при помощи индикаторного нутромера с ценой деления 0,01 мм.
Измерение шероховатости поверхности цилиндра производилось на профи-лометре 170623 производства ОАО «Калибр». Профилометр оснащен информационно-вычислительным блоком, который подключен к компьютеру и предназначен для управления датчиком в процессе измерения и обработки сигнала измерительной информации (рис. 3.2).
При этом выполняется измерение профиля и вывод его на экран, вычисление параметров шероховатости, анализ геометрических особенностей профиля и распечатка их на принтере (рис. 3.3).
Прибор предназначен для измерения параметров шероховатости поверхностей поперек следов обработки, т.е. вдоль образующей цилиндра. Определялись все параметры шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-90 [22] и ГОСТ 25142-82 [23] согласно технической характеристики профилометра 170623 производства ОАО «Калибр».
Образцы и установка для экспериментального исследования износа пары цилиндр - плунжер СШН, приспособления для закрепления контртела и цилиндра приведены в главе 4 (раздел 4.4).
Наиболее известные методы исследования износостойкости поверхностей деталей машин (см. глава 1, раздел 6) широко используются для изучения проессов изнашивания и изыскания способов повышения износостойкости. Основными видами износа деталей машин являются: абразивное изнашивание, окислительное, эрозионное и др.
Условия работы скважинного штангового насоса (СШН), которые необходимо принять во внимание при проведении исследований, включают в себя основной вид износа - абразивный. Имитирование работы пары трения цилиндр-плунжер в условиях абразивного износа производилось при помощи так называемой «сырой» нефти, т.е. нефти, находящийся в скважине и не прошедшей процедуру очистки, что позволяет максимально приблизить условия эксперимента к реальным условиям работы СШН. Элементный состав «сырой» нефти представлен в таблице 3.2.
Содержание основных классов углеводородов в использовавшейся для проведения эксперимента «сырой» нефти, представлено в таблице 3.3.
Методика проведения экспериментов по исследованию параметров износостойкости, имеющих место при работе пары трения, имитирующей трение внутренней азотированной поверхности цилиндра скважинного штангового насоса (СШН) о контактирующую с ней поверхность плунжера с плазменным напылением, заключается в измерении величины износа, силы и момента трения, температуры и шероховатости азотированных поверхностей цилиндров СШН.
Для определения величины износа образцов использовался прибор ПБМ-500 для измерения биения (рис. 3.4), в центрах которого установлена оправка -призма с образцом. Во избежание продольного смещения испытываемый образец закрепляется хомутиками. Измерительная индикаторная головка с ценой деления 0,001 мм закрепляется на штативе и перемещается вдоль оси центров.
Измерительная индикаторная головка с ценой деления 0,001 мм, закреплённая предварительно в штативе, подводится к детали на участке неизношенной поверхности с созданием натяга по положительному направлению шкалы. Показания прибора заносятся в протокол как первое измерение. Данное положение принимается за начальное. Далее производится перемещение образца с помощью каретки и снимаются показания через каждые 15 мм на длине всего изношенного участка. Затем измерения повторяются в процессе перемещения каретки в обратном направлении.
Измерение шероховатости азотированной поверхности цилиндров СШН проводилось так же, как в разделе 3.2.2.
Для проведения экспериментов процесса алмазного хонингования отверстий цилиндров СШН и износостойкости азотированных поверхностей этих цилиндров после хонингования была разработана специальная оснастка: хонин-говальная головка диаметром 57 мм, установка и специальная оснастка для проведения исследований износостойкости и т. д.
Хонинговальная 4-брусковая головка (рис. 4.1) состоит из корпуса 6, в наружных пазах которого размещены колодки 4 с алмазными брусками 2. Фиксация колодок в осевом направлении осуществляется штифтами 1, концы которых вставляются в кольцевые канавки на корпусе головки. От выпадения из корпуса колодки с брусками удерживаются кольцевыми пружинами 19.
В центральном отверстии корпуса размещен разжимной конус 5, при осевом перемещении которого через радиальные толкатели 3 осуществляется разжим брусков. Бруски 2 крепятся к колодкам 4 методом пайки или приклеивания. Колодки и радиальные толкатели следует маркировать в соответствии с номерами пазов, выполненных в корпусе хонинговальной головки.
Установка для проведения исследований износостойкости
Проведённые экспериментальные исследования показали, что хонинго вание брусками на металлической связке не обеспечивает получение малых значений высотных параметров шероховатости и достаточно больших значений величин относительной опорной длины профиля. Наибольшее влияние на фор мирование шероховатости оказывает зернистость алмазных брусков. Концен трация алмазов, угол сетки хонингования и время не оказывают значительного влияния на величину шероховатости. 2. Увеличение зернистости алмазных зёрен и угла сетки хонингования приводит к возрастанию среднего шага неровностей профиля Sm и уменьшению плотности выступов профиля D. Изменение концентрации и времени хонингования не оказывает существенного влияния на эти параметры шероховатости. 3. Время хонингования является важным фактором, позволяющим регулировать форму микрорельефа обработанной поверхности.
Оптимальной продолжительностью процесса хонингования эластичными и полуэластичными алмазными брусками следует считать 30...60 секунд. Дальнейшее повышение времени обработки цилиндров из стали 38Х2МЮА не дает существенных изменений микропрофиля обработанной поверхности. 4. Поверхности цилиндров, обработанные алмазными брусками на металлической связке и полуэластичными брусками, имеют малую несущую способность, обусловленную небольшой величиной относительной опорной длины профиля, которая соответственно составляет 5... 10 % на относительной высоте сечения 30...35 % и 6...30 % при уровне сечения 30. ..40 %. Такая поверхность цилиндров приводит к достаточно большому диаметральному износу пары цилиндр - плунжер, величина которого может достигать 16,4 мкм, поэтому появляется вероятность изменения группы посадки в процессе эксплуатации СШН, особенно в тех случаях, когда величина первоначального зазора находится вблизи максимально допустимого зазора соответствующей группы. 5. Экспериментально установлено, что при хонинговании эластичными брусками обеспечивается величина относительной опорной длины профиля 95...97 % при уровне сечения 30...40%. Получение поверхности обработанных цилиндров с такой большой опорной поверхностью объясняется возможностью погружения алмазных зерен в эластичный слой и малой глубиной резания отдельными зернами. Большие значения относительной опорной длины профиля в сочетании с малой величиной шероховатости Ra = 0,06 мкм, обеспечиваемые при хонинговании эластичными брусками, предопределяют в конечном итоге значительно меньший износ поверхности пары цилиндр - плунжер СШН.
Хо-нингование эластичными брусками обеспечивает величину диаметрального износа пары цилиндр - плунжер в пределах до 4 мкм, что позволяет при эксплуатации СШН практически во всех случаях сохранять первоначальную группу посадки. 6. Разработанное программное обеспечение позволяет прогнозировать величину износа пары цилиндр - плунжер СШН в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, вида контакта, параметров шероховатости поверхности цилиндра. Rmax и Sm, а также относительную опорную длину профиля tp. 7. Проведенная проверка подтвердила удовлетворительную сходимость результатов расчётов по математическим моделям с экспериментом, а, следовательно, адекватность математических моделей. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными параметров шероховатости находится в пределах 0,2...11,7 %. Максимальное расхождение для относительной опорной длины профиля tp не превышает 13 % . Разработанная математическая модель для прогнозирования параметров шероховатости хонингуемой поверхности вполне применима для практического использования. 8. Практическая реализация результатов исследований осуществлена при разработке и внедрении технологической операции алмазного хонингования на ЗАО «ПКНМ» при изготовлении цилиндров СШН. Существующая технология алмазного хонингования цилиндров СШН на ЗАО «Пермская компания нефтяного машиностроения» включает операцию хонингования поверхности цилиндров алмазными брусками на металлической связке АС4 100/80 100 М2-01 и вторую операцию брусками зернистостью АС4 63/50 100 М2-01, что позволяет получать шероховатость хонингованной поверхности Ra в пределах 1,0...1,2 мкм с достаточно малой опорной поверхностью. Для технологического обеспечения оптимального микрорельефа поверхности необходимо проводить предварительную операцию хонингования поверхности цилиндров алмазными брусками характеристикой АС4 100/80 100 М2-01 и окончательное хонингование эластичными брусками характеристикой АСМ 28/20 100 ВЗ-07, что позволяет обеспечивать шероховатость хонингованной поверхности Ra до 0,2 мкм с достаточно большой опорной поверхностью.
