Введение к работе
Актуальность работы. Большое чисто деталей машин работают в экстремальных условиях (наличие абразива, высокие скорости скольжения, большие удельные нагрузки, высокие температуры, наличие вибраций и т.д.) Эти условия работы приводят к необходимости создания новых материалов со сложным комплексом физико-механических свойств и способов обработки (упрочнения) поверхностей, подбора технологий с целью увеличения срока службы машин и механизмов. Анализ показал, что эффективным путем защиты от изнашивания является нанесение износостойких покрытий. Одним из эффективных методов является электроэрозионный синтез покрытий (ЭЭС), отличительными особенностями которого являются высокие показатели твердости, износостойкости и адгезии получаемого покрытия к основному материалу, технологическая простота реализации метода, в том числе - в нестационарных условиях, вручную и на станках, локальность проведения процесса, возможность широкого варьирования состава получаемого покрытия, отсутствие специальных требований к подготовке поверхностей под упрочнение, малые габариты и масса оборудования, электро- и экологическая безопасность.
Предварительно проведенные исследования показали возможность многократного повышения износостойкости деталей машин методом ЭЭС в различных видах изнашивания. Однако, несмотря на значительный объем проведенных ранее исследований, в научной литературе до настоящего времени отсутствуют результаты систематических исследований закономерностей изнашивания ЭЭС-покрытий в зависимости от состояния поверхностного слоя упрочненных деталей и от технологических факторов процесса ЭЭС-покрытий.
Исследования зависимостей износостойкости от режимов нанесения ЭЭС-покрытий и, как следствие, состояния их поверхностного слоя, а также механизмов изнашивания покрытий в различных видах изнашивания заключают в себе существенный ресурс дальнейшего повышения износостойкости данных покрытий.
Цель работы. Повышение износостойкости деталей машин на основе применения метода электроэрозионного синтеза покрытий и раскрытия закономерностей абразивного изнашивания упрочненных поверхностей.
Задачи работы. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработать функциональную модель технологического обеспечения износостойкости применением метода электроэрозионною синтеза покрытий.
-
Разработать модель взаимодействия ЭЭС-покрытий с единичным абразивным зерном и раскрыть физические закономерности абразивного изнашивания.
-
Разработать методики экспериментального исследования формирования и абразивного изнашивания ЭЭС-покрытий.
-
Исследовать влияние технологических факторов процесса электроэрозионного синтеза на качество и абразивную износостойкость покрытий.
-
Разработать методику технологического обеспечения износостойкости применением метода ЭЭС-покрытий, программные системы автоматизации ее выполнения, провести их апробацию и внедрение в промышленности Научная новизна. Новые научные пааулпчи'ы, кишуьк,' Ifflrop выносит на за-
„1ИТУ Ї рос нациоиаЛьЙХГj F
ЩИТУ * ЫКЛИОТЕКА, |
СПегер О»
1) функциональная модель технологического обеспечения износостойкости на
основе применения метода ЭЭС-покрытий, представленная в виде информа
ционной системы знаний и закономерностей и позволяющая направленно
управлять износостойкостью на основании создания моделей поверхностного разрушения, учитывающих комплекс физико-механических свойств сформированных ЭЭС-покрытий и условий эксплуатации;
-
физическая модель процесса электроэрозионного синтеза покрытий, описывающая процесс формирования ЭЭС-покрытия за время одного цикла обработки;
-
модель абразивного изнашивания ЭЭС-покрытий, включающая в себя закономерности изнашивания в зависимости от комплекса физико-механических свойств ЭЭС-покрытий;
-
параметры напряженно-деформированного состояния ЭЭС-покрытий в процессе абразивного изнашивания и рациональные режимы применения этих покрытий в процессах эксплуатации.
Практическая ценность:
-
разработаны методики исследования формирования ЭЭС-покрытий в зависимости от технологических факторов процесса электроэрозионного синтеза;
-
разработана и изготовлена специальная оснастка в виде источника технологического тока (ИТТ), установки для исследования износостойкости поверхностей и установки для исследования единичного импульса тока от ИТТ;
-
разработана методика исследования износостойкости ЭЭС-покрытий, где в качестве вида исследований износостойкости выбрано изнашивание о закрепленный абразив, выявлены и исключены нежелательные факторы, которые могут возникнуть при ее реализации;
-
разработана методика исследования напряженно-деформированного состояния ЭЭС-покрытий в процессе изнашивания на основе применения метода конечных элементов;
-
разработана методика исследования состояния поверхностного слоя деталей, упрочненных методом ЭЭС-покрытий, в основу которой положены методы рентгенофазового, микрозондового и металлографического анализа;
-
разработана методика проектирования технологических процессов упрочнения метолом ЭЭС-покрытий, обеспечивающих высокую износостойкость деталей;
-
разработана программа для ЭВМ «Расчет режимов нанесения ЭЭС-покрытий», позволяющая производить автоматизированный выбор технологических режимов упрочнения методом ЭЭС по заданным техническим условиям.
Методическое построение работы. Работа выполнялась в несколько этапов. На первом этапе был проведен анализ подходов к технологическому обеспечению износостойкости деталей машин, анализ технологических аспектов трения и изнашивания применительно к ЭЭС-покрытиям, что позволило сформулировать цель и задачи исследования, а также обосновать применение различных методов исследования. На втором этапе было проведено обобщение, систематизация и структурирование представлений о технологическом обеспечении износостойкости, разработана функционаїьная модель технологического обеспечения износостойкости на основе
5 применения метода ЭЭС-покрытий, разработана модель абразивного изнашивания ЭЭС-покрытий на основе моделей формирования ЭЭС-покрытия и модели покрытия, проведено исследование напряженно-деформированного состояния ЭЭС-покрытий в процессе абразивного изнашивания. Результаты работ, проведенных на втором этапе, позволили разработать проірамму экспериментальных исследований На третьем этапе проведены экспериментальные исследования износостойкости и процессов изнашивания ЭЭС-покрытий. Результаты всех исследований были положены в основу методики проектирования технологических процессов упрочнения методом ЭЭС-покрытий, обеспечивающих высокую износостойкость деталей.
Результаты работы получены с использованием научных положений технологии машиностроения, триботехнологии и методов общенаучной методологии, в том числе функционального моделирования, статистического и компьютерного моделирования, планирования многофакторных экспериментов, метода конечных элементов и других, чіо в целом обеспечило корректность постановки и решения задач, а также адекватность полученных математических и статистических моделей.
Реализация работы.
Результаты научных исследований апробированы и внедрены на ремонтных и машиностроительных предприятиях в виде математических и технологических моделей, методик исследования качества поверхностного слоя и износостойкости, методики проектирования технологических процессов упрочнения методом ЭЭС-покрытий, программных систем автоматизированного расчета технологических режимов упрочнения с суммарным годовым экономическим эффектом около 730000 рублей.
Результаты работы используются в курсах лекций «Технология машиностроения» для студентов специальности 15100265 - «Металлорежущие станки и комплексы», «Технология обработки концентрированными потоками энергии» для студентов специальности 15020665 - «Машины и технологии высокоэффективных процессов обработки», а также в методических указаниях к лабораторным работам по курсу «Технология обработки концентрированными потоками энергии».
Представленные в диссертационной работе исследования выполнялись в рамках подпрограммы 201 "Производственные технологии" (регистрационный номер проекта 04.01.033) научно-технической программы Министерства образования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники".
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и получили одобрение на. международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (IX Бенардосовские чтения), Иваново, 1999, международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы машиностроения», Орел, 2000; XXXI научно-технической конференции ассоциации автомобильных инженеров (ААИ), посвященной 135-летию МАМИ, Москва, 2000; международной молодежной научной конференции «Молодежь - науке будущего», Набережные Челны, 2000; международной научно-технической конференции «Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения», Беларусь, Новополоцк, 2001; Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении», Нижний Новгород - Арзамас, 2001, XXXIX международной научно-технической конферен-
ции ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров", Москва, 2002: научно-практическом семинаре в ОАО «НИИТавтопром» «Промышленные технологии упрочняющих и декоративных покрытий изделий машиностроения», Москва, 2004.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 отчета о НИР.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 122 наименований и приложения.
Работа изложена на 296 страницах, содержит 118 рисунков, 19 таблиц и приложение на 14 страницах.
