Гурей Ігор Володимирович. Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки

brief description

Гурей Ігор Володимирович. Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки: Дис... д-ра техн. наук: 05.02.08 / Тернопільський держ. технічний ун-т ім. Івана Пулюя. - Т., 2002. - 429арк. - Бібліогр.: арк. 369-400

Гурей І.В. Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 технологія машинобудування. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2002.
Дисертація присвячена розробці науково-прикладних основ керування технологічним процесом фрикційного зміцнення для покращання експлуатаційних властивостей деталей машин і механізмів шляхом отримання необхідних фізико-хімічних і механічних параметрів поверхні та зміцненого шару за рахунок зміни товщини шару та його мікротвердості, величини і знаку залишкових напружень, зміни хімічного та фазового складу. Вперше запропоновано використовувати інструмент з перервною робочою частиною для збільшення зсувного деформування зони контакту і забезпечення імпульсного фрикційного зміцнення. Розроблені і досліджені математичні моделі термонапруженого стану в зоні зміцнення, визначення точності оброблення поверхонь у залежності від використовуваного обладнання; можливості впливу поверхнево активних технологічних середовищ та параметрів процесу зміцнення на формування необхідних якісних характеристик поверхні і поверхневого шару деталей та їх вплив на параметри довговічності при різних видах тертя та втомного навантаження. Розроблено і впроваджено у виробництво технологічні процеси поверхневого зміцнення деталей машин і елементів конструкцій.

1. У результаті проведених досліджень вирішена актуальна наукова проблема в області технології машинобудування, яка має важливе народногосподарське значення і полягає у розробленні прогресивної технології поверхневого зміцнення робочих поверхонь деталей машин і елементів конструкцій, котра забезпечує підвищення довговічності виробів у експлуатації та скороченні витрат дороговартісних матеріалів.
2. На основі теоретично-експериментальних досліджень параметрів зміцнення вперше створено технологічну систему фрикційного зміцнення, яка дозволяє цілеспрямовано керувати режимами обробки, технологічним середовищем, параметрами інструменту, фізико-хімічними властивостями та механічними характеристиками поверхневого шару, а також експлуатаційними властивостями виробів.
3. Вперше встановлено, що водень підвищує товщину (у 1,4-1,5 разів) та твердість зміцненого шару (на 20 %). При використанні при фрикційному зміцненні як технологічне середовище поверхнево активної полімервмісної мастильно-охолоджувальної рідини МХО-64а під дією високих температур та тисків проходить термо- і механодеструкція полімерів з виділенням вуглецю, водню, азоту та інших елементів, які на ювенільних поверхнях дифундують у поверхневі шари металу. Біля поверхні вміст вуглецю досягає до 1,7 %. Зі збільшенням глибини вміст вуглецю та інших елементів зменшується до величин, які відповідають основному металу. При цьому зростає товщина зміцненого шару (у 1,2-1,4 разів), його мікротвердість (у 1,2-1,3 разів), а також понижуються складові сили зміцнення (у 1,4-1,6 разів) у порівнянні з використанням як технологічне середовище мінерального мастила.
4. Використовуючи математичні методи планування багатофакторного експерименту, побудовано математичні моделі для оцінки залежностей складових сили зміцнення, а також товщини зміцненого шару з врахуванням параметрів фрикційного зміцнення сталей та чавунів, що дозволило керувати якістю зміцненого шару, а також визначити оптимальні для конкретних умов режими зміцнення.
5. На основі розв’язку математичної моделі, використовуючи теоретико-експериментальний метод, визначено температурні поля у зоні контакту зміцнювального інструмента-диска і деталі при фрикційному зміцненні. Максимальні температури в зоні контакту становлять 1000-1250 К. Значення температури в зоні контакту залежить від ширини зони контакту інструменту та деталі, а також від швидкості її переміщення.
6. Встановлено, що збільшення інтенсивності зсувного деформування при імпульсному фрикційному деформуванні, яке досягається використанням інструмента-диска з поперечними пазами на робочій частині, у зоні контакту інструмента-диска та деталі приводить до збільшення товщини зміцненого шару (у 1,4-1,6 разів), його мікротвердості (на 20-30%), а також при цьому понижуються складові сили зміцнення (у 1,6-1,8 разів) і покращується шорсткість зміцненої поверхні (доRa= 0,4 мкм) у порівнянні зі звичайним фрикційним зміцнення інструментом з гладкою робочою частиною.
7. Застосування при імпульсному фрикційному зміцненні як технологічне середовище поверхнево активної полімервмісної мастильно-охолоджувальної рідини типу МХО-64а призводить до формування залишкових напружень стиску (sзал@ -800 МПа), які залягають на багато більшу глибину (до 700 мкм), аніж при використанні мінерального мастила. При цьому суттєво підвищується опір мало- та багатоцикловому і контактному втомному руйнуванню як на повітрі, так і у корозійному середовищі (до 6,6 разів).
8. Показано, що фрикційне зміцнення підвищує опір зношуванню при різних видах тертя (без мащення, з граничним мащенням, у мастильно-абразивному середовищі, фретинг-процесі, потоці абразивних частинок та реверсивному терті) у 2-8 разів у залежності від умов тертя. Білі шари мають вищу твердість, дрібнішу структуру на 1-2 бали, підвищену кількість залишкового аустеніту (до 30 %), густину дислокацій (у 5-8 разів) порівняно з мартенситом звичайного гартування. Усе це сприяє утворенню якісних вторинних структур на контактуючих поверхнях та сповільненню нагромадження втомних дефектів і утворення продуктів зношування. Обгрунтовано, що достатньо зміцнювати лише одну деталь пари тертя, більш технологічну. При цьому нівелюється вплив попередньої термічної обробки.
9. На основі проведених комплексних теоретичних і експериментальних досліджень розроблені технологічні процеси фрикційного зміцнення і модернізованого обладнання для його забезпечення, а саме:
- напрямних станин фрезерних верстатів моделі 6520Ф-3;
- деталей шарнірів привідних і гусеничних ланцюгів вантажонесучих конвеєрів;
- деталей технологічного оснащення (напрямні, елементи універсально-збірних пристосувань, матриці вирубних штампів і т.п.);
- деталей поворотно-слідкуючого механізму антен великого діаметру.
10. Проведені дослідно-промислові та стендові випробування показали, що фрикційне зміцнення є ефективним технологічним методом для підвищення довговічності деталей машин і елементів конструкцій. Так, довговічність напрямних станин фрезерних верстатів після фрикційного зміцнення зросла у 2,5-3 разів, деталей шарнірів ланцюгів конвеєрів у 2,2-4 разів, а технологічного оснащення майже у 2 рази у порівнянні з деталями виготовленими за заводськими технологіями.