Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшим фактором, определяющим качество деталей и соединений, является состояние поверхностей, которое формируется в процессе изготовления. Установление взаимосвязи качества поверхности с технологическими параметрами и условиями обработки возможно только на основе адекватной параметрической оценки состояния поверхности после обработки.
Обработка поверхностей современными технологическими методами (концентрированными потоками энергии, электрофизическая, электрохимическая, нанесением покрытий и др.) часто формирует шероховатость, имеющую сложную геометрическую форму (грибообразные, гребешковые и чешуйчатые структуры). Применение стандартных методов и параметров для оценки свойств подобных поверхностей малоэффективно. В то же время имеются исследования, направленные на применение теории фракталов при описании свойств поверхностей. Такой подход дает возможность оценки свойств шероховатой поверхности независимо от формы ее элементов и плотности их распределения, что позволяет повысить информативность и адекватность оценки и назначить эффективные режимы обработки. Однако исследований, выполненных в указанном направлении, недостаточно - не разработаны методические основы данного подхода.
Таким образом, тема диссертационной работы, направленная на технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин на основе оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов, является актуальной.
Цель работы – технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин при обработке методами, позволяющими формировать шероховатость сложной геометрии, на основе адекватной оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов.
Объект исследования – взаимосвязи между режимами обработки и качеством поверхностного слоя деталей машин.
Предмет исследования – адекватная оценка и обеспечение качества поверхности при обработке технологическими методами, обеспечивающими формирование сложного профиля шероховатости, на основе теории фракталов.
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений технологии машиностроения, теории фракталов, математического анализа, моделирования методом конечных элементов (МКЭ). Экспериментальные исследования проводились с применением теории планирования эксперимента и аттестованных средств измерения: профилометра Сейтроник ПШ8-4 С.С., толщиномера Константа К5, микроскопа МИМ-7. Обработка экспериментальных данных выполнялась методами математической статистики с использованием вычислительной техники и программного обеспечения (ПО) Advanced Grapher 2.11, а также специально разработанного ПО.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются результатами теоретических и экспериментальных исследований, их сходимостью, а также результатами моделирования методом конечных элементов и реализации методики в производственных условиях.
На защиту выносятся:
-
Методика технологического обеспечения качества поверхности при обработке методами, обеспечивающими формирование шероховатости со сложной геометрией, на основе оценки свойств поверхности с применением фрактальных параметров.
-
Методика определения фрактальных параметров шероховатости поверхности.
-
Комплекс фрактальных параметров, позволяющий адекватно оценивать характеристики шероховатости поверхности и назначать эффективные режимы обработки.
-
Соотношения между стандартными и фрактальными параметрами шероховатости, позволяющие проводить их сравнительную оценку.
-
Зависимости, устанавливающие взаимосвязь режимов обработки поршневых колец с показателями качества поверхностей и рекомендации по их технологическому обеспечению.
Научная новизна:
1. Разработана методика технологического обеспечения качества поверхности для методов обработки, обеспечивающих формирование шероховатости сложной геометрической формы, на основе оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов, и показана ее эффективность.
2. Установлен комплекс фрактальных параметров, адекватно оценивающий качество поверхности, имеющей шероховатость сложной формы, с учетом которого можно определять эффективные технологические режимы обработки и обеспечивать заданные свойства поверхности, и разработана методика его определения.
3. Получены соотношения между стандартными и фрактальными параметрами шероховатости, позволяющие проводить сравнительную оценку их эффективности.
4. Получены эмпирические зависимости (на примере обработки поршневых колец), устанавливающие взаимосвязь технологических режимов обработки с показателями качества поверхности (фрактальными параметрами шероховатости, пористостью, твердостью, толщиной покрытия).
Практическая ценность:
1. Разработанная методика технологического обеспечения качества поверхностного слоя на основе применения фрактальных параметров для оценки свойств обрабатываемой поверхности позволяет назначать эффективные режимы обработки и обеспечивать заданные свойства поверхности с минимальной себестоимостью.
2. Полученные зависимости, устанавливающие взаимосвязь режимов обработки поршневых колец с фрактальными параметрами и другими показателями качества поверхности, позволяют обеспечивать заданные эксплуатационные свойства поверхности колец.
3. Разработаны методика и программное обеспечение для определения фрактальных параметров.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использовались при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные основы наноструктурирования для обеспечения качества поверхностного слоя ответственных деталей машиностроения». Результаты исследований приняты к внедрению в ОАО «Пензадизельмаш».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах: «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях»
(г. Москва, 2006); «Технологический, технический и информационный сервис как базовые факторы модернизации производства» (г. Кострома, 2006), «Надежность и качество» (г. Пенза, 2007, 2008, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 статей
(9 статей без соавторов), из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 146 наименований и приложений. Работа изложена на 113 страницах основного текста, включает 65 рисунков и 21 таблицу.
