Введение к работе
Актуальность проблемы. Процесс создания керамики для машиностроения за последние 20 лет вышел за рамки лабораторных исследований. В ней можно использовать наиболее широкий спектр композиционных материалов, компоненты которых могут значительно отличаться по своему составу и свойствам, а полученные изделия - принципиально новыми параметрами, которые не являются простой суммой свойств компонентов, что открыло широкие перспективы ее использования в новой технике и технологиях. Для изготовления керамики используются вещества, отличающиеся наиболее высокими температурами плавления, модулями упругости, химической стабильностью и высокотемпературной прочностью, что требует более сложной и совершенной технологии ее физико-технической и абразивной обработки.
Особо актуален указанный вопрос в нефтехимической промышленности применительно к торцовым уплотнениям центробежных насосов. В процессе перекачки нефтепродуктов, содержащих твердовзвешенные частицы, происходит абразивный износ их поверхностей трения, что ведет к утечке жидкости и снижению эксплуатационных характеристик оборудования.
При этом, важным ограничением по использованию высокотвердых композиционных материалов для указанных целей, в частности карбидкрем-ниевой керамики, является недостаточно полная разработка высокоэффективных процессов их алмазного шлифования и методологии контроля качества поверхностей изделий по физико-механическим характеристикам после обработки; проведение таких исследований является актуальной задачей.
Цель работы состоит в повышении эффективности шлифования торцовых уплотнений из карбидкремниевой керамики в насосах.
Автор защищает:
методологию контроля качества керамических материалов в процессах алмазной обработки по критерию хрупкости;
методические решения, обеспечивающие повышение интегральных характеристик качества поверхности керамических материалов в процессах их физико-технической обработки и шлифования.
Научная новизна. На основе комплексного исследования связи эксплуатационных характеристик алмазных зерен при шлифовании и физико-механических свойств шлифованной поверхности износостойкой керамики обоснованы технологические условия их рационального сочетания.
Разработана методология контроля качества карбидкремниевой керамики по критерию хрупкости с энергетических позиций механики разрушения, по соотношению работы упругого и пластического деформирования шлифованной поверхности при микровдавливании.
Разработана математическая модель контактного взаимодействия режущих зерен алмазных кругов с конической заходной частью при обработке карбидкремниевой керамики с обеспечением ее эффективности по физико-механическим характеристикам обрабатываемых изделий.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
На основании комплекса теоретических и экспериментальных исследований предложено новое технологическое направление совершенствования процессов алмазного шлифования карбидкремниевой керамики на разных стадиях ее изготовления.
На ЗАО «ТехПром» (г. Челябинск) внедрена технология алмазного шлифования изделий из карбидкремниевой керамики с контролем ее качества и эффективности по физико-механическим характеристикам с ожидаемым годовым экономическим эффектом 70 тысяч рублей.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на российских, региональных и международных конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе:
«Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», г. Волжский, 2000 - 2009 гг.;
Уральского семинара «Механика и процессы управления. Проблемы машиностроения», г. Миасс, 2003 - 2006 гг.;
«Динамика технологических систем», г. Саратов, 2004 г.;
«Материалы и технологии XXI векв», г. Пенза, 2005 г.;
X Межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов, г. Волжский, 2005 г.
Работа в полном объеме была представлена на расширенном заседании кафедры «Технологии производства и обработки материалов» Волжского института строительства и технологий и рекомендована к защите.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе, 2 из них в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 110 наименований, приложения и содержит 122 страницы машинописного текста, 33 рисунка, 11 таблиц.
