автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Многопереходное формирование плосковершинных поверхностей деталей со смазочными микровпадинами выглаживанием и деформирующим профилированием

На правах рукописи

Дмитриева Ольга Венедиктовна

МНОГОПЕРЕХОДНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПЛОСКОВЕРШИННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ СО СМАЗОЧНЫМИ МИКРОВПАДИНАМИ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ И ДЕФОРМИРУЮЩИМ ПРОФИЛИРОВАНИЕМ

Специальность 05.02.07 - «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-6 ОКТ 2011

Тюмень-2011

4855299

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Курганский государственный университет» (КГУ)

Научный руководитель почетный работник высшего

профессионального образования Российской Федерации, кандидат технических наук, доцент Кузнецов Виктор Павлович

Официальные оппоненты: почетный работник высшего

профессионального образования Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Моргунов Анатолий Павлович

доктор технических наук,

доцент Некрасов Юрий Иннокентьевич

Ведущее предприятие Государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Защита состоится «18» октября 2011г. в 15 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.273.09 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, г.Тюмень, ул.Володарского, 38, зал имени А.Н.Косухина.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан «17» сентября 2011 года

И.о.ученого секретаря диссертационного совета д.т.н., профессор

/

У

Ю.Г.Сысоев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Важнейшими проблемами, стоящими перед обществом, являются повышение производительности труда и качества его результатов. Эффективным способом повышения производительности, качества и гибкости производства являются современные технологии, основанные на многоцелевой обработке сложных и высокоточных деталей. Обработка деталей трибосопряжений за один установ позволит обеспечить создание высоконадежного оборудования и машин во всех отраслях промышленности.

Первостепенной проблемой эффективного применения многоцелевых станков является отсутствие инновационных технологий финишной обработки. Особенно актуально создание технологического и инструментального обеспечения финишных переходов для формирования плосковершинных поверхностей деталей трибосопряжений, состоящих из совокупности участков с относительно малой шероховатостью /?я<0,05 мкм (плато) и смазочных микровпадин (СМВ) глубиной 3...7 мкм. Плосковершинные поверхности с маслоудерживающим микрорельефом формируются в настоящее время на металлорежущих станках с применением сложной оснастки или па специальном оборудовании.

В связи с этим теоретическое обоснование и инструментальное обеспечение эффективной технологии формирования поверхностей с плосковершинным микрорельефом и СМВ на финишных переходах многоцелевой обработки высокоточных деталей трибосопряжений из закаленных сталей (коленчатые валы, плунжеры и др.) является актуальной задачей.

Диссертация выполнялась при поддержке гранта РФФИ 11-08-01025-а «Научные основы создания наноструктурированных прецизионных стальных поверхностей с улучшенными функциональными свойствами».

Цель работы: повышение эффективности изготовления деталей трибосопряжений на токарно-фрезерных центрах за счет теоретического обоснования и инструментального обеспечения многопереходного

формирования плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами.

Для достижения цели в диссертационном исследовании поставлены следующие задачи:

1. Определение зависимости силы выглаживания от наибольшей высоты неровностей профиля, твердости и упругого восстановления обрабатываемой поверхности, подачи и радиуса индентора инструмента.

2. Разработка силовой модели профилирования смазочных микровпадин быстросменным деформирующим инструментом на основе хон-брусков.

3. Установление математической зависимости маслоемкости плосковершинной поверхности от радиуса, глубины и шага смазочных микровпадин.

4. Разработка методики расчета режимов и выбора параметров инструмента для выглаживания и деформирующего профилирования плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами при многоцелевой обработке деталей трибосопряжений.

5. Сравнительный анализ трудоемкости и станкоемкости типовой и многоцелевой технологии изготовления детали типа «коленчатый вал» с финишными переходами формирования плосковершинных поверхностей со СМВ на основе выглаживания и деформирующего профилирования.

Методы и средства исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов технологии машиностроения, математического моделирования, триботехнологии.

Экспериментальные исследования проведены на основе использования методов высокоразрешающей сканирующей микроскопии (электронный микроскоп Tescan MIRA 3 LMU), микродюрометрии (микротвердомер Leica VMHT), рентгеноструктурного анализа (дифрактометр Shimadzu XRD-7000) и оптической профилометрии (ЗО-профилометр WYKO NT1100). Тестовые образцы и детали обрабатывались на токарно-фрезерных центрах MULTUS В-300W и MacTurn 350 (OKUMA, Japan).

Достоверность и обоснованность теоретических исследований и моделирования подтверждена экспериментами, проверкой адекватности

4

математической модели маслоемкости плосковершннной поверхности и внедрением результатов в промышленности.

Автор защищает:

1. Метод формирования плосковершинных поверхностей двухпереходным выглаживанием при многоцелевой обработке высокоточных деталей трибосопряжений.

2. Метод деформирующего профилирования смазочных микровпадин на плосковершинной поверхности инструментом на основе хон-бруска.

3. Методику оценки адекватности математической модели маслоемкости плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами на основе экспериментального определения фактической маслоемкости с помощью сканирующей микроскопии и применения пакета программ двух- и трехмерного анализа изображений МеХ фирмы Alicona Imaging GmbH.

4. Методику расчета режимов и выбора параметров инструмента для выглаживания и деформирующего профилирования плосковершинных поверхностей со смазочным микровпадинами при многоцелевой обработке деталей трибосопряжений.

Научная новизна:

1. Установлена математическая зависимость силы выглаживания от наибольшей высоты неровностей профиля, твердости и упругого восстановления обрабатываемой поверхности, подачи и радиуса индентора инструмента, позволяющая управлять формированием поверхности без следов микрорельефа предшествующей обработки.

2. Определена математическая зависимость силы деформирующего профилирования смазочных микровпадин на плосковершинной поверхности зернами хон-бруска инструмента.

3. Установлена математическая модель маслоемкости плосковершинной поверхности с нерегулярным рельефом смазочных микровпадин.

Практическая ценность:

1. Создан и запатентован инструмент для деформирующего профилирования смазочных микровпадин на станках с ЧПУ (патент РФ на

полезную модель №91307 «Мультиинденторный деформирующий формирователь смазочных микрокарманов»).

2. Получены номограммы, устанавливающие связь радиуса и угла поворота оси цилиндрического индентора с требуемым значением максимальной высоты неровностей плосковершинной поверхности и величиной подачи инструмента.

3. Определены режимы финишных переходов выглаживания и деформирующего профилирования смазочных микровпадин на поверхностях высокоточных деталей из цементированной закаленной стали 20Х при многоцелевой обработке на токарно-фрезерных центрах.

4. Разработана и внедрена технология обработки деталей типа «коленчатый вал» на токарно-фрезерных центрах с формированием на финишных переходах плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами.

Реализация полученных результатов:

Результаты выполненной работы внедрены и приняты к использованию в ООО «Предприятие «Сенсор» (г.Курган), ОАО «Станкотехника» (г.Тула), ЗАО «Нижневартовскремсервис» (г.Нижневартовск).

Апробация работы:

Основные положения работы докладывались и обсуждались на IX международной научно-практической конференции в г. Ялте, 2009г.; XI международной научно-практической конференции в г. С.-Петербурге, 2009г.; IX международной научно-технической конференции в г. Ростове-на-Дону, 2010г.; V международной научно-технической конференции в г. Томске, 2010г.; международной научно-технической конференции в г. Кургане, 2010г.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, включая 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК России, 1 патент РФ на полезную модель.

Струшура н объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений.

Работа содержит 121 страницу печатного текста, 60 рисунков, 14 таблиц.

6

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении представлена общая характеристика и цель работы,

обосновывается ее актуальность, научная новизна, практическая ценность.

В первой главе выполнен обзор методов и технологий получения плосковершинных поверхностей и возможностей их реализации при многоцелевой обработке высокоточных деталей трибосопряжений. Созданию научных основ формирования плосковершинных поверхностей деталей и исследования их ресурса посвящены работы A.M. Дальского, А.Г. Суслова, И.Х. Чеповецкого, Э.В. Рыжова И.В. Крагельского, Д.Н. Гаркунова, Б.И. Костецкого, Н.Б. Демкина, и других ученых. В работах Ю.Г. Шнейдера, Л.Г. Одинцова, А.П. Моргунова и других исследователей разработаны методы формообразования маслоудерживающего микрорельефа на данных поверхностях. Преимущества применения методов поверхностного пластического деформирования (ППД) и в частности алмазного выглаживания при формировании высококачественных поверхностей рассмотрены в работах Д.Д. Папшева, Л.А. Хворостухина, В.М. Смелянского, В. Пшибильского, В.М. Торбило, L.Galda, W.Koszela, P.Pawlus, F.J. Shou, C.H. Chuang-и других.

На основании литературного обзора и патентного поиска определены задачи создания теоретических основ плосковершинного выглаживания и деформирующего профилирования смазочных микровпадин специальным инструментом с хон-бруском на поверхностях высокоточных деталей трибосопряжений при многоцелевой обработке.

Во второй главе выполнено экспериментально-теоретическое обоснование формирования плосковершинных поверхностей двухпереходным выглаживанием при многоцелевой обработке высокоточных деталей. На первом переходе выглаживанием сферическим индентором формируется поверхность без следов микрорельефа предшествующей обработки. Экспериментально установлено, что после чистового (твердого) точения закаленных сталей глубина внедрения индентора при формировании выглаживанием микрорельефа без следов точения в значительной степени определяется подачей инструмента (рис.1).

а б

Рис.1. Профилограммы поверхности после чистового точения и выглаживания стали 20Х Р„=230Н: а - /,=0,08 мм; б - /5=0,02 мм

На основе исследований поверхностей методами оптической профилометрии и кинетического микроиндентирования выявлено, что для управления глубиной внедрения индентора необходимо установить зависимость силы выглаживания от наибольшей высоты неровностей профиля, твердости и упругого восстановления тонкого поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, подачи и радиуса инструмента.

Силу выглаживания предложено определять на основе соотношения

Р = НМ-Аа, (1)

где ЯМ - твердость по Мартенсу в тонком поверхностном слое; Лл - площадь динамического контакта индентора с поверхностью.

Площадь динамического контакта Ад при взаимодействии индентора инструмента с обрабатываемой поверхностью при выглаживании определяется максимальной высотой неровностей профиля Птах, глубиной динамического внедрения индентора Ая и подачей 1яа (рис. 2).

Выглаживание Точение

Рис. 2. Расчетная схема динамического контакта с обрабатываемой поверхностью: 1 - индентор; 2 - обрабатываемая поверхность; 3 - пятно контакта; /„ и V - шаг подачи и скорость выглаживания^ - угол в плоскости пятна контакта

Схема пятна динамического контакта сферического индентора с поверхностью оттесненного металла при выглаживании приведена на рисунке 3.

Площадь динамического контакта индентора с поверхностью

Ая = НКагссо5(1-^=). (2)

При формировании микрорельефа без следов предшествующей обработки и для минимального изменения размера поверхности при выглаживании предложено глубину динамического внедрения индентора представлять в зависимости от Птах7 через коэффициент профилирования к„. В связи с тем, что при выглаживании закаленных сталей высота валика оттесненного металла //„ весьма мала:

/гд « кпР1тахТ. ■ ^

Коэффициент профилирования кп при выглаживании закалённых и обработанных чистовым точением сталей призван учитывать упругое восстановление поверхности и обеспечить гарантированную глубину внедрения для профилирования поверхности без следов предшествующей обработки. По результатам кинетического микроиндентирования поверхностного слоя с помощью микротвердомера (РшсЬегесоре НМ2000 ХУт) выглаженной закаленной стали ,20Х установлено, что величина упругого восстановления поверхности Яе составляет 30...35%. В связи с этим рекомендовано принимать ¿„=1,35... 2,0.

Таким образом, получена следующая математическая зависимость силы выглаживания;

Рв = {НМ)ЯкаЯгпахогссоз {1 -

(4)

В результате первого перехода плосковершинного выглаживания формируется новый регулярный микрорельеф, наибольшая высота которого | определяется радиусом индентора К и шагом подачи выглаживания /8В (рис.4). При выглаживании закаленной стали с режимами г=100м/мин, 5=0,08 мм/об, Я=2 мм и силой /%=340 Н, определенной в соответствии с (4), достигается шероховатость поверхности йа<0,125 мкм (рис.4,а,б).

10 15 20 23 30 К, мм

Рис.5 Номограммы наибольшей высоты профиля от радиуса сферического индентора

Рис.4 Профилограмма (а) и модель микропрофиля поверхности (б) после первого перехода выглаживания сферическим индентором

Максимальная высота неровностей профиля поверхности после выглаживания сферическим индентором с высокой степенью приближения определяется формулой Чебышева: ■

Ятахп1 « 5г/8й . (5)

На основе формулы (5) построены номограммы (рис.5), позволившие установить, что достижение Ятах<0,2 мкм возможно в случае высокопроизводительного выглаживания (5=(0,06...0,1) мм/об) инструментом с радиусом индентора Я=(3...7)мм. Однако при обработке закаленных сталей применяются сферические инденторы с максимальным радиусом 2 мм, Для получения требуемого плосковершинного нанорельефа поверхности с

10

Яа<0,05 МКМ (Лотах,2=0,2 мкм) обосновано применение второго перехода выглаживания поверхности цилиндрическим индентором. ось которого может быть направлена параллельно вектору скорости выглаживания или составлять с ним некоторый угол <р (рис.6).

1 2 3

Рис.6 Схема выглаживания цилиндрическим индентором (а) и расчетная схема определения параметров пятна контакта (б): 1 - индентор; 2 - пятно контакта; 3 - обрабатываемая поверхность

Эквивалентный радиус выглаживания цилиндрическим индентором поверхностей тел вращения /?экв определяется радиусом цилиндра Л и углом поворота ф индентора:

Яэкв = Д/СС«2 <Р . (6)

В соответствии с зависимостями (5) и (6) построены номограммы (рис.7), позволяющие определить радиус Я и угол поворота <р цилиндрического индентора.

Рис.7 Схемы к определению: а- эквивалентного радиуса выглаживания б - радиуса и угла поворота цилиндрического индентора на втором переходе плосковершинного выглаживания; 11

Теоретическое обоснование двухпереходного выглаживания позволяет определять режимы и параметры инструмента для формирования плосковершинпого микро- и нанорельефа поверхностей деталей.

В третьей главе обоснован метод формирования СМВ на плосковершинной поверхности деформирующим профилированием инструментом на основе хон-бруска (рис.8). Разработаны кинематическая модель и математическая зависимость силы деформирующего профилирования СМВ. Создана математическая модель для расчета маслоемкости плосковершинных поверхностей со СМВ.

В основу кинематической модели профилирования положено согласование движений инструмента и заготовки, в результате которых на поверхности формируется сетка пересекающихся СМВ (рис.8,б).

г—1 /

ч А

1 и

Рис.8 Схема деформирующего профилирования смазочных микровпадин (а) и кинематика движений инструмента и детали (б): 1 -инструмент; 2 - хон-брусок;

3 — деталь

Угол сетки а СМВ определяется отношением скоростей вращательного движения заготовки и возвратно-поступательного движения инструмента. Скорость возвратно-поступательного движения инструмента определяется на основе схемы (рис.8) следующей зависимостью:

У0 ^о0обр-0-2(пп-1)-п Ьд ос тгО(пп-1)+тгО-Ь ' [2

V

вп

(7)

где /0бР и В - длина и диаметр обрабатываемой поверхности, м; / и Ь - длина и ширина профилирующей части хон-бруска инструмента, м; и — число продольных ходов; — число проходов.

Для исключения попадания зерен хон-бруска в нанесенные СМВ инструмент при деформирующем профилировании сдвигается в окружном

л пй-Ь

направлении на величину: Ас—-, где пп - число проходов обработки.

пп—1

Для разработки силовой модели деформирующего профилирования СМВ применена схема взаимодействия единичного зерна хон-бруска с деформируемым материалом поверхности, используемая в работах А.П. Бабичева и М.С. Наермана. Внедрение зерна в поверхностный слой происходит под действием силы профилирования (рис. 9)

Р = 4Щ+Р} = ^Ру1 + (ЦРуУ

где Ру - нормальная сила прижатия зерна к поверхности детали; Рг -тангенциальная сила перемещения зерна по поверхности; ц - коэффициент

трения-царапания контактирующих поверхностей,

р Глубина внедрения зерна А в

г :

поверхностный слой может быть описана следующей зависимостью:

к

Р$+(цоРу)2 +(цтРу)2

(8)

Рис.9 Схема силового взаимодействия единичного зерна хон-бруска инструмента с поверхностью: к -глубина внедрения, р - радиус округления зерна

С.А. Попова, И.Х. Чеповецкого коэффициентов цо=0,38... 0,43 и цт=0,65...0,73.

лр(НМ)

где НМ - твердость плосковершинной поверхности; ц0 и цт - коэффициенты трения-царапания при перемещении инструмента, соответственно, в осевом и окружном направлениях. На основе исследований М.С. Наермана, установлены диапазоны изменения

Таким образом, силовая модель деформирующего профилирования СМВ зернами хон-бруска инструмента может быть определена зависимостью:

где N - количество алмазных зерен, приходящихся на 1 м2 поверхности; кк -коэффициент, учитывающий влияние концентрации алмазов в брусках; Я -глубина царапины на поверхности, принимаемая на основании рекомендаций Б.Г.Левина и Я.Л.Пятова для брусков средней и крупной зернистости Н~0,5к

Полученные зависимости (7) и (9) позволяют назначать режимы профилирования СМВ, исходя из твердости поверхностного слоя, геометрических размеров заготовки и инструмента.

Для оценки маслоемкости V плосковершинной поверхности предложено использовать плосковершинность 5ПВ, которая определяется соотношением:

(10)

где 5„ - площадь обрабатываемой поверхности; 5СМ - площадь СМВ.

Маслоемкость поверхности устанавливается отношением объема смазочных микровпадин Усм к площади поверхности 5П:

(П)

Маслоемкость плосковершинной поверхности с нерегулярным микрорельефом продольных СМВ, полученным при вдавливании зерен сферической формы равных радиусов, определяется зависимостью, учитывающей нормальные законы распределения глубины и среднего шага СМВ по поверхности:

_ 2(1-5пВ)/7 4/7У2К/7-Я2

3 31 (1 '

где Н - средняя глубина СМВ; — радиус СМВ; Г- средний шаг СМВ.

Маслоемкость плосковершинной поверхности с пересекающимися СМВ, рассчитываемая по формуле (12), должна быть скорректирована на величину поправки А К, учитывающей объем пересечений Кпср смазочных микровпадин:

А{,_ Ур _1(паЫЫ)*{211Н*-Н*)(*т2а)3 ^

тгШорб лШор6

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований микрорельефа и физико-механических свойств плосковершинных поверхностей со СМВ, формообразованных на финишных переходах многоцелевой обработки тестовых образцов из цементированной стали 20Х (ЬШС 55...60). Выглаживание поверхностей тестовых образцов на первом переходе финишной обработки выполнено с силой /М80 Н, определенной на основе разработанной зависимости (4). При этом 5=0,08 мм/об, Ятахт=4,3 мкм, Л=2 мм, кп=2. Величина коэффициента профилирования кп уточнена по результатам кинетического микроиндентирования поверхностного слоя с помощью микротвердомера (ЬгчсЬегесоре НМ2000 ХУш).

У Dmfilo

а в

Рис.10 Плосковершинное выглаживание поверхности образца цилиндрическим индентором на токарно-фрезерном центре MULTUS B-300W (OKUMA, Japan) (а), ЗО-топография и профилограмма поверхности (б. в)

юо м|»<

На втором переходе выглаживания цилиндрическим индентором (5=0,2 мм/об, Л=2 мм; ф=63°; 150 Н) сглажены неровности микропрофиля после первого перехода и сформирована плосковершинная поверхность с параметром Ла=0,04 мкм (рис.10,б,е).

На следующем финишном переходе специальным инструментом (Патент РФ №91307) спрофилированы СМВ (рис.11) (сила Р-2ООН, скорость 1>В1|=17 м/с, длина и ширина хон-бруска инструмента /=15 мм; 6=0,4 мм).

X Profile

Льшзаы ж

100 \ \ /150 200 250 МКМ

Смазочные микровпадины

Л1](Кр<Ш11ЦД]||1Ы

277.5

б г

Рис. 11. Формирование СМВ на выглаженной поверхности образца на токарно-фрезерном центре (а); поверхность образца со СМВ (б), ' профилограмма и ЗО-топография поверхности деталй после деформирующего профилирования СМВ (в, г)

Для окончательного формирования плосковершинной поверхности со

СМВ и без выступов микрорельефа, образующихся при деформирующем

профилировании, выполнено полирующее выглаживание (сила Р=150Н,

16

подача 8=0,2 мм/об, ср=63°; скорость у=30 м/мин; Л=2 мм). Сформированы площадки опорной поверхности (Ля<0,04 мкм) и сохранен рельеф СМВ, созданный на предыдущем переходе финишной обработки (рис. 12).

б

Рис. 12 Профилограмма (а) и 3 D-топография (б) поверхности детали после полирующего выглаживания

Фактическая маслоемкость поверхностей тестовых образцов деталей исследована с применением сканирующего электронного микроскопа Tescan MIRA 3 LMU. На основе применения пакета программ двух- и трехмерного анализа изображений МеХ фирмы Alicona Imaging GmbH разработан метод оценки адекватности разработанной модели маслоемкости поверхности. Оценка адекватности модели маслоемкости показала сходимость значений расчетной маслоемкости, полученных по формуле (11), и фактической маслоемкости в пределах 2,0...4,6% (табл.1).

Таблица 1 Сравнительный анализ расчетной и фактической маслоемкости поверхности со СМВ

Переходы многоцелевой обработки Расчетная маслоемкость, мкм3/мкм2 Фактическая маслоемкость, мкм3/мкм2 Отклонение расчетной маслоемкости, %

Чистовое точение 1,5 1,433 4,6

Плосковершинное выглаживание 0,802 0,818 2,0

Деформирующее профилирование 2,389 2,473 3,4

Полирующее выглаживание 1,277 1,305 2,1

На микротвердомере Leica VMHT выполнены исследования микротвердости HV по глубине тонкого поверхностного слоя тестовых образцов после чистового точения и плосковершинного выглаживания при различных нагрузках. Цифры 1; 2; 3; 4; 5; 6 на графиках (рис.13) соответствуют нагрузкам на индентор (0,15; 0,25; 0,49; 0,98; 1,96; 2,94) Н.

Рис.13 Микротвердость НУ тонкого поверхностного слоя стали 20Х: /- после термообработки, II—после точения, III- после плосковершинного

выглаживания

Микротвердость поверхности относительно исходного состояния заготовки после термообработки (цементация, закалка, низкий отпуск) в результате чистового точения увеличивается на 8...30%, после выглаживания -40... 85%.

Рентгенографическое исследование остаточных напряжений оост по глубине поверхностного слоя выполнялось на дифрактометре БЫтаски ХГ-Ш-

7000 в СгКа-излучении. Исследования микротвердости НУ0.025 и остаточных напряжений сх0СТ проводились при последовательном удалении слоев методом электролитического полирования. На основе исследований установлено значительное увеличение микротвердости НУ поверхности относительно исходного состояния после термообработки. До глубины 10 мкм она составляет 950... 1200, на глубине 50 мкм - 700...750. Величина отрицательных остаточных напряжений составляет: на глубине до 20 мкм 440...980 МПа, на глубине 20-30 мкм -980... 1100 МПа.

Физико-механические свойства плосковершинной поверхности по глубине представлены на рисунке 14.

||У0.<К5 1200

1100 то чоо 800 7011 М)0

СТмт.МНн

1011 150 200 300

Ь, МКМ

200 ■

0

-200

-400 -600 т .1

-800 •1000 1 ■ > * /

• 1200

0 50

100 150 б

100

250 мкм

Рис.14. Изменение микротвердости НУ (а) и остаточных напряжений аост (б) по глубине поверхностного слоя образцов из закаленной стали 20Х

В пятой главе предложена методика расчета режимов и выбора параметров инструмента для формирования плосковершинного микрорельефа поверхностей деталей со СМВ и выполнен сравнительный анализ трудоемкости и станкоемкости спроектированной многоцелевой и типовой обработок детали типа «коленчатый вал». Методика включает расчеты режимов и выбор параметров инструмента для двухпереходного и полирующего выглаживания плосковершинной поверхности и деформирующего профилирования СМВ.

Исходными данными для расчета силы выглаживания Рв по зависимости (5) являются значения: наибольшая высота неровностей профиля Лтах заготовки после предшествующей обработки; микротвердость НМ обрабатываемой поверхности; шаг подачи /, и радиус индентора инструмента Л; коэффициент к„.

Выбор параметров инструмента для формирования выглаживанием плосковершинной поверхности осуществляется по зависимостям (5) и (6) и номограммам (рис.7). Для определения режимов обработки и выбора параметров инструмента по требуемой маслоемкости поверхности разработан алгоритм и программное обеспечение деформирующего профилирования (рис.15).

Рис. 15: Блок-схема алгоритма расчета режимов и выбора параметров инструмента для деформирующего профилирования смазочных микровпадин

Методика и программное обеспечение внедрены в учебный процесс подготовки студентов на технологическом факультете Курганского государственного университета.

На основе разработанной методики и созданного инструмента спроектирована технология финишных переходов формирования плосковершинного микрорельефа поверхностей детали коленчатый вал

компрессора. В результате внедрения технологии финишных переходов при многоцелевой обработке детали коленчатый вал на токарно-фрезерном центре фирмы ОКиМА достигнуто снижение трудоемкости механической обработки относительно типовой технологии с 16,971 н/час до 3,512 н/часов. При этом трудоемкость финишных переходов составляет 0,51 н/час. Станкосмкость технологии изготовления детали уменьшена с 13 до 4 станков.

Основные научные выводы и практические результаты работы

1. Определена математическая зависимость силы выглаживания от наибольшей высоты неровностей профиля, твердости и упругого восстановления обрабатываемой поверхности, подачи и радиуса индентора инструмента, позволяющая управлять формированием поверхности без следов микрорельефа предшествующей обработки.

2. Определена математическая зависимость силы деформирующего профилирования зернами хон-бруска от глубины их внедрения, твердости поверхностного слоя и геометрии хон-бруска инструмента.

3. Установлена математическая модель маслоемкости плосковершинной поверхности с нерегулярным микрорельефом смазочных микровпадин.

4. Разработана методика оценки адекватности математической модели маслоемкости поверхностей со смазочными микровпадинами, основанная на проверке сходимости расчетной и фактической маслоемкости, определяемой с помощью трехмерного анализа микрорельефа поверхности сканирующей электронной микроскопией. Расхождение показателей расчетной и фактической маслоемкости поверхности со СМВ, полученной при многоцелевой обработке закаленной стали 20Х, находится в пределах 2,0...4,6%.

5. Создан и запатентован быстросменный инструмент на основе хон-брусков для деформирующего профилирования на станках с ЧПУ (патент РФ на полезную модель №91307 «Мультиинденторный деформирующий формирователь смазочных микрокарманов»).

6. Разработана методика расчета режимов и выбора параметров инструмента для многопереходной финишной обработки выглаживанием и деформирующим профилированием плосковершинных поверхностей со СМВ на токарно-фрезерных центрах.

7. Получены номограммы, устанавливающие связь радиуса и угла поворота оси цилиндрического индентора с требуемым значением максимальной высоты неровностей плосковершинной поверхности и величиной подачи инструмента.

8. Разработана многоцелевая технология обработки деталей типа «коленчатый вал» с научно обоснованными режимами финишных переходов выглаживания и деформирующего профилирования, обеспечивающая снижение трудоемкости механической обработки в 4,8 раз и уменьшение станкоемкости технологии изготовления детали с 13 до 4 станков.

9. Экспериментально установлено, что многопереходное выглаживание и деформирующее профилирование поверхностей деталей из стали 20Х обеспечивает формирование опорной поверхности с микронеровностями профиля Ra<0,04 мкм и микротвердостью 440...980 МПа на глубине до 20 мкм. При этом глубина смазочных микровпадин находится в пределах 4...7 мкм, маслоемкость поверхности достигает 1,305 мкм3/мкм2.

Список публикаций по теме диссертации:

Публикации изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ

1. Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Дмитриева О.В. Инженерия плосковершинного регулярного микрорельефа поверхности при многоцелевой обработке деталей (статья) // Вестник УГАТУ. - 2009. -№4(33). - C.113-115;

2. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В., Макаров A.B., Киряков А.Е. Экспериментальные и теоретические исследования формирования субмикрошероховатых поверхностей деталей выглаживанием на токарно-фрезерных центрах (статья) //Известия ТПУ. -2011. - Т. 319. -№ 2.-С.40-45;

3. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В. Моделирование и исследование формирования плосковершинного микрорельефа поверхностей трения со смазочными микрокарманами при многоцелевой обработке деталей (статья) // Известия ТПУ. -2011. - Т. 319. -№ 2-С.35-40;

Публикации в других изданиях

4. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В. Формирование плосковершинного регулярного микрорельефа на ответственных поверхностях деталей тел вращения при обработке на токарно-фрезерных центрах (статья) // Инженерия поверхности и реновация изделий. Материалы IX Международной научно-

практической конференции. - Ялта-Киев: AMT Украины, 2000. - С.89-91;

5. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В. Кинематический и силовой расчет режимов формирования смазочных микрокарманов трибологических поверхностей при комбинированной обработке на многоцелевом токарно-фрезерном центре (статья) // Современные проблемы машиностроения. Материалы V Международной научно-технической конференции. - Томск: Изд-во 'ГПУ, 2010,- С.533-558;

6. Ку знецов В .П., Дмитриева О.В. Технология финишной обработки прецизионных поверхностей деталей со смазочными микрокарманами на многоцелевых станках с ЧПУ (статья) // Инновация, технология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорт и сельского хозяйства. Труды IX международной научно-технической конференции «ИнЭ'ГР-2010».- Ростов-на-Дону: Изд-во ДонГТУ, 2010,- С.588-592;

7. Кузнецов В.П., Горгон В.Г., Дмитриева О.В. Инновационные инструмент и технологии финишной обработки прецизионных поверхностей деталей на токарно-фрезерных центрах (статья) //Наукоемкие технологии в машиностроении. Материалы научно-практической конференции. - Ишимбай, 2010;

8. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В Технология многоцелевой обработки и моделирование параметров микрорельефа со смазочными микрокарманами трибологических поверхностей деталей (статья) // Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении. Материалы Международной научно-технической конференции. - Курган: Изд-во КГУ, 2010,- С.96-101;

9. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В., Горгоц В.Г. Формирование плосковершинного нанорельефа прецизионных поверхностей деталей двухпереходным выглаживанием (статья) // Вестник КГУ. - Серия «Технические науки». - Вып.б - 2011. - №1 (20);

Патенты

Ш.Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Дмитриева О.В. Мультиинденторный деформирующий формирователь смазочных карманов. Патент РФ на полезную модель № 91307, В24В 39/02. Опубл. Б.И.П.М.-2010. -№4.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50%.

!Ю

Подписано в печать09. Формат 60x84/16 Бумагатип.№1

Печать офсетная Усл.печ.л 1,5 Уч.-изд.л. 1,25

Заказ т Тираж 100 экз.

Редакционно-издательский центр КГУ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОСКОВЕРШИННЫХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ С

МАСЛОУДЕРЖИВАЮЩИМ МИКРОРЕЛЬЕФОМ.

1.1 Представление о плосковершинной поверхности с маслоудерживающим микрорельефом.

1.2 Обзор методов формирования плосковершинных поверхностей при механической обработке деталей трибосопряжений.

1.3 Обзор методов создания маслоудерживающего микрорельефа на наружных поверхностях тел вращения.

1.4 Постановка задач исследования формирования плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами при многоцелевой обработке тел вращения.

Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОСКОВЕРШИННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ДВУХПЕРЕХОДНЫМ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ.

2.1 Экспериментальное определение условий формирования поверхностей без следов микрорельефа предшествующей обработки.

2.2 Разработка математической зависимости силы выглаживания для управления формированием поверхности без следов предшествующей обработки.

2.3 Теоретическое обоснование выглаживания плосковершинных поверхностей закаленных деталей цилиндрическим индентором.

2.4 Выводы.

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО

ПРОФИЛИРОВАНИЯ СМАЗОЧНЫХ МИКРОВПАДИН НА

ПЛОСКОВЕРШИННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИНСТРУМЕНТОМ НА

ОСНОВЕ ХОН-БРУСКА.:.

3.1 Модель инструмента и кинематика деформирующего профилирования смазочных микровпадин на плосковершинной поверхности.

3.2 Математическая модель силы деформирующего профилирования смазочных микровпадин на плосковершинной поверхности.

3.3 Математические модели маслоемкости плосковершинной поверхности со смазочными микровпадинами.

3.4 Конструкция и применение инструмента для деформирующего профилирования смазочных микровпадин.

3.5 Выводы. '

Глава 4. ОЦЕНКА МАСЛОЕМКОСТИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ ФИНИШНОЙ

ОБРАБОТКЕ.

4.1 Определение фактической маслоемкости поверхности после переходов финишной обработки тестового образца методом сканирующей микроскопии.

4.2 Определение расчетной маслоемкости поверхности на основе оптической профилометрии. Проверка адекватности математических моделей маслоемкости поверхностей с рельефом смазочных микровпадин.

4.3 Определение физико-механических свойств плосковершинной поверхности методами микродюрометрии и рентгеноструктурного анализа.

4.4 Выводы.

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФИНИШНЫХ

ПЕРЕХОДОВ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ МНОГОЦЕЛЕВОЙ ОБРАБОТКИ

ДЕТАЛЕЙ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ.

5.1 Методика определения режимов и параметров инструмента для двухпереходного выглаживания плосковерпшнных поверхностей.

5.2 Методика определения режимов и параметров деформирующего профилирования смазочных микровпадин и полирующего выглаживания.

5.3 Эффективность технологии многоцелевой обработки детали типа «коленчатый вал» с многопереходным формированием плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами.

5.4 Выводы.

Важнейшими проблемами, стоящими перед обществом, являются повышение производительности труда и качества его результатов. Эффективным способом повышения производительности, качества и гибкости производства являются современные технологии, основанные на многоцелевой обработке сложных и высокоточных деталей. Обработка деталей трибосопряжений за один установ позволит обеспечить создание высоконадежного оборудования и машин во всех отраслях промышленности.

Первостепенной проблемой эффективного применения: многоцелевых станков является отсутствие инновационных технологий финишнои обработки. Особенно актуально создание технологического и инструментального обеспечения финишных переходов для: формирования плосковершинных поверхностей деталей трибосопряжений, состоящих из совокупности участков с относительно малой шероховатостью (плато) и смазочных микровпадин (СМВ). Плосковершинные поверхности с маслоудерживающим микрорельефом формируются в настоящее время на металлорежущих станках с применением сложной оснастки или на специальном оборудовании.

В связи с этим теоретическое обоснование и инструментальное обеспечение эффективной технологии формирования плосковершинных поверхностей с микрорельефом смазочных микровпадин на финишных переходах многоцелевой обработки высокоточных деталей тр:ис€5осопряжении из закаленных сталей (коленчатые валы, плунжеры и др.) является актуальной проблемой.

Целью диссертационной работы является повышение э ф фективности изготовления деталей трибосопряжений на токарно-фрезерных центрах за счет теоретического обоснования и инструментального обеспечения многопереходного формирования плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами.

Научные представления о плосковершиншой поверхности с маслоудерживающим микрорельефом созданы в работах И.В. Крагельского, И.Х. Чеповецкого, Э.В. Рыжова, А.М. Дальского, А.Г. Суслова, Д.Н. Гаркунова, Ю.Г. Шнейдера, Л.Г. Одинцова, А.П. Моргунова, Н.Ь.Соз1а, Ь-ваШа и других. Современные представления о параметрах, физико-механических и эксплуатационных свойствах данных поверхностей определяются технологиями их получения, методами и средствами исследований.

Плосковершинные поверхности деталей трибосошряжений в настоящее время создаются методами алмазно-абразивной обработки на специальном оборудовании.

Наиболее полно разработаны научные основы процесса плосковершинного хонингования. При двухопераздионном хонинговании формируются поверхности, микрогеометрия которых имеет плосковершинность 60.80% с шероховатостью ^¿г=(0,02.1,25) мкм, и образуются риски для размещения смазки с глубиной и шириной соответственно (2,5. 10) мкм и (15. 80) мкм [72]. На первой операции применяются алмазные хон-бруски средней зернистости 125/100.250/200. Использование на второй операции брусков на эластичных связках позволяет устранить заусенцы по краям выступов смазочных микрокарманов. Проведенные исследования износостойкости плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами позволили установить оптимальную глубину микровпадин на закаленных сталях в пределах 3.7 мкм [72]. При этом маслоемкость поверхности достигает 1,3 мкм3/мкм2, что обеспечивает увеличение задиростойкости на порядок.

Однако плосковершинные поверхности после хонингования и других методов алмазно-абразивной обработки шаржированы абразивными частицами, имеют прижоги и практически не упрочняются.

В настоящее время для получения плосковсршинньк поверхностей используются методы поверхностного пластического деформирования (ППД). б

В результате обработки поверхности обкатыванием, накатыванием, выглаживанием и другими методами в поверхностном слое достигается высокий уровень благоприятных сжимающих остаточных напряжений, значительно повышается его микротвердость.

Преимущества применения методов ППД и, в частности, алмазного выглаживания поверхностей деталей рассмотрены в работах Д.Д. Папшева, Л.А. Хворостухина, В.М: Смелянского, В. Пшибыльского, В1М. Торбило, Ь.ваЫа, W.Koszela, Р.Радл^ив, Б.1: БИои, С.Н. СИиагщ и других.

Новые возможности повышения качества поверхностей деталей трибосопряжений несомненно открываются. при использовании высокотехнологичных токарно-фрезерных центров. Современные технологии, многоцелевой обработки конструкционных сталей- обеспечивают шероховатость поверхности после точения с Яа<0,3 мкм: Благодаря созданию Кузнецовым В.П. и Горгоцем В.Г. быстросменного специального инструмента-[44] и научных основ динамики выглаживания [8, 28] на поверхностях стальных деталей при многоцелевой обработке обеспечивается нанометровый диапазон параметров шероховатости (7?я<100 нм). Однако при применении алмазного выглаживания для формирования плосковершинного микрорельефа без следов микрорельефа предыдущей обработки на закаленных сталях, что необходимо для создания микрорельефа смазочных микровпадин, принципиальным является вопрос об управлении силой выглаживания и, соответственно, глубиной внедрения- индентора. При назначении силы выглаживания, обеспечивающей полное исключение следов предшествующей обработки, необходимо также учитывать упругое восстановление и изменение размера выглаживаемой поверхности.

В настоящее время разработан ряд математических моделей силы выглаживания [39, 40,43, 61, 70, 87, 88], которые однако не учитывают подачу инструмента, шероховатость обрабатываемой поверхности после предшествующей обработки и упругое восстановление выглаживаемой детали из закаленной стали.

Для нанесения на плосковершинную поверхность микрорельефа смазочных микровпадин при многоцелевой обработке высокоточных деталей трибосопряжений рассмотрены варианты использования методов вибронакатывания, виброобкатывания, двухпереходного резания и обкатывания, выглаживания [9, 37, 39, 40, 42, 63, 69, 77, 79]. Однако^для нанесения смазочных микровпадин на многоцелевых центрах из-за сложности« создания быстросменного инструмента и недостаточной производительности рассмотренных процессов предложено реализовать создание инструмента на основе хон-брусков. В основу инструмента положен патент [46]. Таким образом, основные задачи работы посвящены созданию теоретических основ плосковершинного выглаживания и деформирующего профилирования микрорельефа смазочных микровпадин специальным инструментом с хон-бруском.

Объектом исследования являются процессы и инструменты формирования плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами при многоцелевой обработке высокоточных деталей трибосопряжений на токарно-фрезерных центрах.

Предмет исследований - установление закономерностей формирования ¥ плосковершинного микрорельефа со смазочными микровпадинами выглаживанием и деформирующим профилированием инструментом на основе хон-бруска при многоцелевой обработке высокоточных деталей трибосопряжений.

Основными проблемами, требующими теоретического решения, являются обоснованное назначение силы выглаживания для получения микрорельефа без следов предшествующей обработки и силы деформирующего профилирования смазочных микровпадин на плосковершинных поверхностях трибосопряжений.

Методы и средства исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов технологии машиностроения, математического моделирования, триботехнологии. 8

Экспериментальные исследования проведены на основе использования методов высокоразрешающей сканирующей микроскопии (электронный микроскоп Tescan MIRA 3 LMU), микродюрометрии (микротвердомер Leica VMHT), рентгеноструктурного анализа (дифрактометр Shimadzu XRD-7000) и оптической профилометрии (ЗБ-профилометр WYKO NT1100). Тестовые образцы и детали обрабатывались на токарно-фрезерных центрах MULTUS В-300W и MacTurn 350 (OKUMA, Japan).

Достоверность и обоснованность теоретических исследований и моделирования подтверждена экспериментами, проверкой адекватности модели маслоемкости плосковершинной поверхности и внедрением результатов в промышленности.

Автор защищает:

1. Метод формирования плосковершинных поверхностей двухпереходным выглаживанием при многоцелевой обработке высокоточных' деталей трибосопряжений.

2. Метод деформирующего профилирования смазочных микровпадин на. плосковершинной поверхности инструментом на основе хон-бруска.

3. Методику оценки адекватности математической модели маслоемкости плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами на основе экспериментального определения фактической маслоемкости с помощью сканирующей микроскопии и применения пакета программ двух- и трехмерного анализа изображений МеХ фирмы Alicona Imaging GmbH.

4. Методику расчета режимов и выбора параметров инструмента для выглаживания и деформирующего профилирования плосковершинных поверхностей со смазочным микровпадинами при многоцелевой обработке деталей трибосопряжений.

Научная новизна:

1. Установлена математическая зависимость силы выглаживания от наибольшей высоты неровностей профиля, твердости и упругого восстановления обрабатываемой поверхности, подачи и радиуса индентора инструмента, позволяющая управлять формированием поверхности без следов микрорельефа предшествующей обработки.

2. Определена математическая зависимость силы деформирующего профилирования смазочных микровпадин на плосковершинной поверхности зернами хон-бруска инструмента.

3. Установлены математические модели маслоемкости плосковершинной поверхности с регулярным и нерегулярным рельефом смазочных микровпадин.

Практическая ценность:

1. Создан и. запатентован инструмент для деформирующего профилирования смазочных микровпадин на станках с ЧПУ (патент РФ на полезную модель №91307 «Мультиинденторный деформирующий формирователь смазочных микрокарманов»).

2. Получены номограммы, устанавливающие связь радиуса И' угла поворота оси цилиндрического индентора с требуемым значением наибольшей высоты неровностей плосковершинной поверхности и величиной подачи инструмента.

3. Определены режимы финишных переходов выглаживания и деформирующего профилирования смазочных микровпадин на поверхностях высокоточных деталей из цементированной» закаленной стали 20Х при? многоцелевой обработке на токарно-фрезерных центрах.

4. Разработана и внедрена, технология^ обработки^ деталей типа «коленчатый вал» на токарно-фрезерных центрах с формированием на финишных переходах плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами.

Реализация полученных результатов:

Результаты выполненной работы внедрены и приняты к использованию в ООО «Предприятие «Сенсор» (г.Курган), ОАО «Станкотехника» (г.Тула), ЗАО «Нижневартовскремсервис» (г.Нижневартовск).

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на IX международной научно-практической конференции в г. Ялте, 2009г.; XI ю международной научно-практической конференции в г. С.-Петербурге, 2009г.; IX международной научно-технической конференции в г. Ростове-на-Дону, 2010г.; V международной научно-технической конференции в г. Томске, 2010г.; международной научно-технической конференции в г. Кургане, 2010г.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, включая 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК России, 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений.

5.4. Выводы

Для реализации технологии многоцелевой обработки высокоточных деталей трибосопряжений с формированием плосковершинных поверхностей с рельефом смазочных микровпадин разработаны и научно обоснованы:

1. Методика определения режимов и параметров инструмента для финишных переходов формирования плосковершинных поверхностей с нерегулярным рельефом смазочных микровпадин.

2. Программа расчета в пакете МаШСас! режимов и параметров инструмента для деформирующего профилирования смазочных микровпадин по требуемым характеристикам маслоемкости и плосковершинности поверхности.

3. Многопереходная технология финишной обработки поверхностей трибосопряжений коленчатого вала компрессора на токарно-фрезерных центрах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе рассмотрены и обоснованы пути повышения эффективности изготовления высокоточных деталей трибосопряжений путем многоцелевой обработки с формированием на финишных переходах плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами. Для формирования плосковершинных поверхностей со смазочными микровпадинами разработаны теоретические основы и технологическое обеспечение многопереходного выглаживания и деформирующего профилирования:

1. Определена математическая зависимость силы выглаживания от наибольшей высоты неровностей профиля, твердости» и упругого восстановления обрабатываемой поверхности, подачи и радиуса индентора инструмента, позволяющая управлять формированием поверхности без следов микрорельефа предшествующей обработки.

2. Разработаны математические модели и получены номограммы, устанавливающие связь эквивалентного радиуса выглаживания и угла поворота оси цилиндрического индентора с требуемым значением-максимальной высоты неровностей плосковершинной поверхности и величиной подачи инструмента.

3. Запатентован и создан быстросменный инструмент на основе хон-брусков для деформирующего профилирования смазочных микровпадин на поверхностях деталей при обработке на станках с ЧПУ (патент РФ на полезную модель №91307 «Мультиинденторный деформирующий формирователь смазочных микрокарманов»).

4. Определена математическая зависимость силы деформирующего профилирования смазочных микровпадин зернами хон-бруска быстросменного инструмента от глубины их внедрения, твердости поверхностного слоя и геометрических параметров рабочей поверхности хон-бруска.

4. Разработана кинематическая схема деформирующего профилирования наклонных и пересекающихся смазочных микровпадин на цилиндрических поверхностях деталей при многоцелевой обработке на токарно-фрезерных центрах с ЧПУ.

5. Разработаны математические модели маслоемкости плосковершинной поверхности с регулярным и нерегулярным рельефом микровпадин треугольной и округлой формы.

7. Разработана методика определения расчетной маслоемкости поверхностей с различными» типами1 рельефа на основе* созданных математических моделей и- статистической обработки параметров реального рельефа, установленных по данным оптической компьютерной профилометрии участков поверхностей тестовых образцов.

8. Установлен' нормальный закон распределения параметров» ширины, глубины и шага нерегулярного рельефа смазочных микровпадин, формируемых деформирующим профилированием инструментом на основе хон-бруска.

9. Выполнена оценка фактической маслоемкости поверхностей после финишных переходов, многоцелевой обработки1 тестовых образцов методом' сканирующей микроскопии и компьютерной обработки трехмерного анализа изображений.

10. Создана методика оценки адекватности, математических моделей маслоемкости поверхностей с регулярным- и нерегулярным рельефом микровпадин треугольной и округлой формы, основанная на проверке сходимости расчетной и фактической маслоемкости.

11. Разработана методика расчета режимов и выбора параметров инструмента для многопереходной финишной обработки выглаживанием и деформирующим Профилированием плосковершинных поверхностей СО' смазочными микровпадинами на токарно-фрезерных центрах.

12. Экспериментально установлено, что многопереходное выглаживание и деформирующее профилирование поверхностей деталей из закаленной но цементированной стали 20Х обеспечивает формирование опорной поверхности с микронеровностями профиля Яа<0,04 мкм и микротвердостью 440.980 МПа на глубине до 20 мкм. При этом глубина смазочных микровпадин находится в пределах 4.7 мкм, маслоемкость поверхности

Л л достигает 1,305 мкм /мкм .

13. Разработана многоцелевая технология обработки деталей типа «коленчатый вал» с научно обоснованными режимами финишных переходов выглаживания и деформирующего профилирования, обеспечивающая снижение трудоемкости механической обработки в 4,8 раз и уменьшение станкоемкости технологии изготовления детали с 13 до 4 станков.

1. Г. A.c. №1310181 СССР, AI В24В39/00. Способ комбинированной обработки цилиндрических деталей/ В.А.Исаев (СССР). заявка 3893703/3127; заявлено 20.03.85; опубл. 15.05.87, Бюл.№18.//Открытия. Изобретения. — 1987. - №18. — С.54.;

2. A.c. №1466917 СССР, AI В24В39/04. Устройство для виброобкатывания/ Л.П.Бородин, Б.Н.Букин, Ю.Г.Шнейдер (СССР). заявка 4176246/31-27; заявлено 05.01.87; опубл. 23.03.89, Бюл.№11 У/Открытия. Изобретения. - 1989. - №11. - С.55.;

3. Бабичев А.П1 Хонингование.— Mi': Машиностроение, 1965:-97с.; 4. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М;Машиностроение, 1978: -129с:;5; Башков Г .П. . Выглаживание восстановленных деталей: — М:'.Машиностроение, 1979. -80с.;

4. Гаркунов Д;Н. Триботехника: Учебник для судентов втузов.-М.: Машиностроение, 1989:-328* е.;

5. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009. - 312 е.;

6. ГОСТ 25142-82 Шероховатость поверхности. Термины и определения.;

7. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей; М.: Наука, 1970.-227с.;

8. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. -М.: Изд-во АН СССР, 1962. -111с.;

9. Демкин Н.Б. Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: машиностроение, 1989. — 244с.;

10. Дьяконов В. VISSIM+MATHCAD+MATLAB визуальное математическое моделирование. — М.: Солон-Пресс, 2004. — 384 е.;

11. Жасимов Н. М. Управление качеством деталей при поверхностном пластическом деформировании. Алма-Ата: Наука, 1986. - 208 е.;

12. Зайцев С.А. Хонингование и суперфиниширование в автотракторостроении. М.: Машиностроение, 1985.- 80с.;

13. Иванов A.B. Технологическое обеспечение износостойкого микропрофиля поверхности цилиндров скважинных штанговых насосов алмазным хонингованием: Дисс. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук по спец-ти 05.02.08. Пермь: Пермский гос.техн.ун-т, - 2009. -138с.;

14. Инженерия поверхности деталей/ Под ред.А.Г. Суслова. — М.: Машиностроение, 2008. 320с.;

15. Качество изделий: Учеб.пособие.- 3-е изд / В.В.Клепиков, В.В.Порошин, В.А.Голов. М.: МГИУ, 2008. - 288с.;

16. Качество поверхности при алмазно-абразивной обработке / Э.В.Рыжов, А.А.Сагарда, В.Б.Ильицкий, И.Х.Чеповецкий. Киев: Наукова думка, 1979. -244с.;

17. Комбалов, B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ /B.C. Комбалов. М.: Наука, 1974. - 112 е.;

18. Костецкий Б.И., Носовский И.Г. Износостойкость и антифрикционность деталей машин. Киев: Техшка, 1965.- 206с.;

19. Крагельский И.В. Трение и износ .- 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение,!968. -480 е.;

20. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977. -526 е.;

21. Кугультинов С.Д., Ковальчук А.К., Портнов И.Н. Технология обработки конструкционных материалов. — М.: Изд-во МГТУ им! Н.Э. Баумана, 2008. 672 е.;

22. Кудояров Р.Г. Повышение, качества деталей при? алмазном хонинговании // СТИН. 2006. - №5. - С.26-31.;

23. Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Дмитриева О.В. Инженерияплосковершинного регулярного микрорельефа, поверхности при многоцелевой'обработке деталей // Вестник УГАТУ. 2009. - №4(33). - С. 113-115.;

24. Левин Б.Г., Пятов Я.Л. Алмазное хонингование отверстий. —М.-Машиностроение, 1969^—1:12с.;::

25. Зб; Маслов!,Е;Н!: Теоретические" основы? процесса- алмазной? 'обработки*' материалов; — Обработка машиностроительных; материалов, алмазными инструментами: — М.: Наука, 1966.;

26. Маталин А. А. Качество поверхности« ж эксплуатационные свойства деталешмашин; М1-Лп Машгиз; 1956. - 252!с.;:

27. Моргунов А.П., Масягин В.Б., Ревина И. В. Технологическое обеспечение прочности профильных неподвижных соединений. — м.: Технология машиностроения, 2004. — 298с.;

28. Одинцов Л!Р. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. — 328с.;

29. Орлов П.И; Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн.2. М.: Машиностроение, 1977. — 574с.;

30. Относительная площадь поверхности частично-регулярного микрорельефа при малой длине волны канавок/ А.П.Моргунов, В.П.Погодаев,

31. В.Б.Масягин // Новые материалы и технологии в машиностроении. — Брянск, 2005. Вып.З. - С.;

32. Папшев Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. - 152 е.;

33. Патент № 2162397 РФ, С2 МПК В23Р9/04, Р02П/20, В24В39/02, F16.n0/04. Способ изготовления гильзы цилиндра для поршневого двигателя и узел гильзы и поршня цилиндра/Питер Аллан БРАНД (БК); МАН Б ЭНД В

34. ДИЕСЕЛЬ А1С (БК). заявка 97117947/02; заявлено 27.03.1996; опубл.1162701.2001, Бюл.З, приоритет 27.03.1996// Изобретения. Полезные модели. — 2001. -№3(ч.П). С.310-311.;

35. Патент № 2339499 РФ, С2 МПК В24В39/00. Способ формирования на поверхности заготовок регулярного микрорельефа поверхностным пластическим деформированием/Е.С.Киселев, З.В.Степчева (РФ); ГОУ ВПО117

36. Ульяновский государственный технический университет» (РФ). — заявка 2007100839/02; заявлено 09.01.2007; опубл.27.11.2008, Бюл.№33, приоритет 09.01.2007// Изобретения. Полезные модели. 2008. -№33(ч.Ш). - С.745.;

37. Прогрессивные методы хонингования / С.И. Куликов, Ф'Ф.Ризванов, В.АРоманчук, С.В.Ковалевский. -М.: Машиностроение, 1983. — 135с.;

38. Пшибыльский В. Технология поверхностной пластической обработки. -М.: Металлургия, 1991.- 479с.;

39. Работоспособность алмазных кругов/ М.Ф.Семко, М.Д.Узунян, Ю.А.Сизый, М.С.Пивоваров. К.: Техшка, 1983. - 95с.;

40. Рыжов Э.В. Технологические методы* повышения износостойкости деталей машин. Киев: Наукова думка, 1984. - 272с.;

41. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Фёдоров!В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. -174с.;

42. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. — 300 е.;

43. Справочник инженера-технолога в машиностроении / П. Бабичев и др Ростов н/Д:Феникс, 2006.-541с.;

44. Стрек Я.М: Технология формирования многоуровневого микрорельефа поверхностей и следование их триботехнических свойств: Автореферат, дисс на соиск. уч.ст канд.тех .наук. Омск, ГОУ ВПО «ОмГТУ», 2006.- 18с.;

45. Суслов, А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. М'.: Машиностроение,2002.-684с.;

46. Суслов1 А.Г., Гуров Р.В., Тишевских Е.С. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием // Упрочняющие технологии^ покрытия. 2008. — № 9. — С. 20-21.;

47. Суслов А.Г., Федоров В.П., Горленко О.А И' др. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / Под общей ред. А.Г.Суслова. М.: Машиностроение, 2006. -448с.;

48. Тарасов С.Б. Что мы знаем о параметрах шероховатости Ra и Rz / С.Б.Тарасов, С.Н.Степанов // Станочный парк.-2009.-№11(66).-С.38-39 •

49. Технологические методы обеспечения надежности машин: Учеб. пособие / И.М Жарский, И.Л.Баршай, Н.А.Свидунович, Н.В.Спиридонов идр, , Мн.: Вышэйшая школа, 2005. - 299с.;

50. Технологическое обеспечение параметров^ поверхностей5 деталей* пар трения* и прочности неподвижных соединений" регуляризацией микрорельефа/А.П.Моргунов и др. М.: Технология машиностроения, 2006. -183 е.;

51. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. М.: Машиностроение, 1972 -105 е.;

52. Трение, изнашивание и смазка: Справочник / Под ред И.В.Крагельского иВ.В Алисина. М.Машиностроение, 1978. -4.1. -400с •

53. Триботехнология формирования поверхностей / И.Х.Чеповецкий С.А.Ющенко, АЛЗ.Бараболя и др.-Киев: Наукова думка, 1989.-232с.;

54. Фрагин И.Е. Новое в хонинговании.- М.: Машиностроение, 1980. — 96с.;

55. Хворостухин Л. А., Машков В. Н., Торпачёв В. А., Ильин Н. Н. Обработка металлопокрытий выглаживанием. М.: Машиностроение, 1981. -63 е.;

56. Чепа П. А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. Мн.: Наука и техника, 1981.- 128 е.;

57. Чеповецкий И.Х Основы финишной алмазной обработки. Киев: Наукова думка, 1980.-468с.;

58. Шнейдер Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства Л.:Машиностроение:, 1972.-240с.;

59. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник СПб.: Политехника, 1998.-414с.;

60. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. СПб.: СПбГИТМО(ТУ), 2001.-264с.;

61. Costa H.L., Hutchings I.M. Effects of die surface patterning on lubrication in strip drawing // J. of Materials Processing Technology. 2009.- №209. - C.1175-1180.;

62. Galda L., Dzierwa A., Pawlus P., Reizer R. Improvement of tribological properties of co-acting elements by oil pockets creation on sliding surfaces // J. Meccanica. — 2010.;

63. Galda L., Dzierwa A., Sep J., Pawlus P. The effect of oil pockets shape and distribution on seizure resistance in lubricated sliding // Tribological Letters. 2010. -Vol. 37.-P. 301-311.;

64. Galda L., Koszela W., Pawlus P. Surface geometry of slide bearings after percussive burnishing // Tribology Int. 2007. - Vol. 40. -P. 1516-1525.;

65. Galda L., Koszela W., Pawlus P., Reizer R. Improvement of tribological properties of co-acting elements by oil pockets creation on sliding surfaces //

66. Meccanica. 2010. - Vol.46. -P. 523-534.;120

67. Galda L., Pawlus P., Sep J. Dimples shape and distribution effect on characteristics of Stribeck curve // Tribology Int. 2009. — Vol. 42. — P. 15051512.;

68. Grabon W., Pawlus P., Sep J. Tribological characteristics of one-process and two-process cylinder liner honed surface under reciprocating sliding conditions // Tribology Int. 2010. - Vol. 43. -P. 1882-1892.;

69. Korzynski M. Modeling and experimental validation of the force-surface roughness relation for smoothing burnishing with a spherical tool // Int. J. of Machine Tools & Manufacture. 2007. - № 47. - P. 1956-1964.;

70. Koszela W., Pawlus P., Galda L. The effect of oil pockets size and distribution on wear in lubrication sliding. // Wear. 2007. — Vol. 263. —P. 15851592.;

71. Pawlus P., Galda L., Dzierwa A., Koszela W. Abrasive wear resistance of textured steel rings // Wear. 2009. - Vol.267. -P. 1873-1882.;

72. Reizer R., Galda L., Dzierwa A., Pawlus P. Simulation of textured surface topography during a low wear process // Tribology Int. 2010. — P. 1-11.;

73. Wagner K., Volkl R., Engel U. Tool life enchancement in cold forging by locally optimized surface // J. of Materials Processing Technology. — 2008. — Vol. 201.-P. 2-8.;

74. Shou F.J., Chuang C.H. Surface finishing of hardened and tempered stainless tool steel using sequential ball grinding, ball burnishing and ball polishing processes on a machining centre // J. of Materials Processing Technology. -2008. -205. P.249-258.