автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Научное обоснование выбора и разработки методов упрочняюще-отделочной обработки для обеспечения износостойкости деталей машин

На правах рукописи

* и . • * 1 ^

УЛАШКИН Анатолий Петрович

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА И РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ УПРОЧНЯЮЩЕ-ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических паук

Работа выполнена в Хабаровском государственном техническом университете

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор

A.М. Дальский

Заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор О.А. Горленко

доктор технических наук,'профессор

B.М. Смелянский

Ведущее предприятие: Комсомольское - на - Амуре авиационное

производственное объединение

Защита состоится" 12 " октября 1998 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д.063.28.01 Брянского государственного технического университета по адресу: 241035, г. Брянск, бульвар им. 50-летия Октября, 7, БГТУ, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета.

Автореферат разослан" 9о" с^Зиу 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

При открытой рыночной экономике решение задачи развития машиностроительного производства требует повышения качества и конкурентоспособности выпускаемых изделий. Одним из путей обеспечения качества машин является повышение эксплуатационных показателей их деталей, в значительной гтегени определяемых параметрами качества повермю-стного слоя (ПКГ1С). Многочисленные исследования показали, что до 70 % причин выхода из строя машин и механизмов связано с износом узлов трения. Отсюда вытекает одно из направлений улучшения качества мании - повышение износостойкости их деталей за счет применения технологических процессов изготовления и восстановления, позволяющих создавать оптимальные для условий эксплуатации значения ПКПС.

В виду того, что износ зависит от большинства функциональных параметров качества поверхностного слоя, представляет интерес технологическое управление комплексом этих параметров, определяющих износостойкость, включая геометрические, механические, физические, химические и структурные свойства. Для технологического управления ПКПС в промышленности широкое применеиие находят различные методы упрочяякхце-отделочной обработки (УОО), втом числе и .для повышения износостойкости деталей пар трения.

Имеющиеся исследования по УОО посвящены, как правило, изучению отдельных групп методов, поэтому отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору наиболее подходящих методов из всей совокупности известных. Кроме этого, при использовании УОО значительные трудности представляет одновременное технологическое управление большим количеством ПКПС, определяющих износостойкость деталей.

Представленные в настоящей диссертационной работе исследования направлены па решение актуальной проблемы, имеющий важное наро^ня-хозяйствгннае значение — ипо повышение износостойкости деталей машин и механизмов технологическими методами УОО путем шуиимг обоснования выбора известных или разработки ковах методов и решение проблемы технологического управления необходимым комплексом ПКПС с мшимапъньши затратили.

Цель работы.

Повышение износостойкости и надежности деталей машии, работающих в условиях граничного трения и износа за счет разработки научно обоснованного подхода к выбору известных или созданию новых метолов УОО путем технологического управления значениями

ПКПС, определяющими износостойкость конкретных деталей, в той числе и с использованием комплекс пых параметре» (обобщенных переменных) ПКПС.

Объекты исследования.

. Сопряжения деталей машин, технологического оборудования и оснастки, работающие в условиях; трения скольжени» (например, подшипники скольжения, пары трения железнодорожных вагонов, штеки и поршни гидроцилиццров, направляющие скольжении станков, быстроизнашивающиеся детали энергетического оборудования и др.), а также технологические методы УОО (поверхностное пластическое деформирование, 'злектрочехаинческое упрочнение, химико-термическая обработка, обработка инструментами для упрочняющего резания и др.) применительно к повышению износостойкости конкре тных деталей

Методология и методы исследований.

Методологической основой работы является системный подход к шучанию и описанию процессов, происходящих при взаимодействии поверхностей в процессе трения скольжения, и процессов формирования функциональных параметром качеств! поверхностного слоя при изготовлении и восстановлении деталей, а также в процессе их изнашивания.

Теоретические исследования базируются на основных, положениях технологии машиностроения, теоретических основах технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин, теории контактного взаимодействия поверхностей деталей, молеку-лярно-механической теории грения и изнашивания, теории пластической деформации металлов, а также на аппарате диффера щиальиого и интегрального исчислений.

Экспериментальные исследовании базируются на теории планирования экспериментов, корреляционном« множественном регрессионном анализе и на широком использовании вычислительной техники.

При выполнении работы применяются современные методы исслемьат.ия ПКПС, а также показателей характеризующих износостойкость.

.Авзгор защищает

Решение научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, которое-заключается в научно обоснованном выборе существующих или в определении требований к разработке новых методоз УОО для обеспечения и повышенна износостойкости деталей машин. Это решение;базируется на разработке:

1. Научных основ выбора методов УОО для обеспечения износостойкости деталей, работающих в условиях граничного трения и износа.

2. Методологии обеспечения износостойкости деталей при различных методах УОО с использованием обобщенных переменных ПКПС, определяемых на базе теории моделирования трибологических задач, на основе чего получены и экспериментально проверены обобщенные переменные Сх, Ящспс и Х,„ позволяющие решать проблему повышения износостойкости поверхностей деталей конкретных пар трения.

3. Сформулированного и экспериментально подтвержденного критерия определения условий граничного трения при контактировании поверхностей в условиях скольжения со смазкой.

4. Теоретически установленных и экспериментально проверенных зависимостей для определения параметров шероховатости и высоты волнистостн при вибрационном накатывании

5 Теоретических зависимостей для определения оптимальной формы и размеров смазочных каналов на поверхностях подшипников скольжения.

6 Нового подхода к назначению ПКПС, изменяющихся по поверхности деталей, работающих в условиях неравномерного износа, с использованием обобщенных переменных, позволяющего добиваться повышения равномерности износа в начальный период работы узлов трения.

7. Новых конструкций устройств и способов УОО ППД, позволяющих на универсальном и специальном оборудовании получать требуемые закономерно изменяющиеся по поверхности обрабатываемых деталей ПКПС, а также для обработки плоских поверхностей и отверстий, позволяющих реализовывать процесс резания с одновременным упрочнением поверхностного слоя. Новых конструкций устройств для высокопроизводительного образования на поверхностях трения масляных карманов, для УОО ППД винтовых поверхностей и зубчатых колес, а также новых конструкций узла уплотнения и штока гидроцилиндра, обеспечивающих повышенные эксплуатационные показатели.

8. Нового подхода к оценке эффективности инвестиционных вложений в создание и внедрение технологий для изготовления и восстановления изнашивающихся деталей машин.

Научная новизна работы состоит в разработке следующих методологических и теоретических положений:

1) научно обоснованного подхода к выбору методов УОО поверхностей деталей, работающих в условиях трения скольжения и износа, основанного на оценке возможностей технологического управления ПКПС. оказывающими существенное влияние на износостойкость;

2) впервые предложенного технологического управления износостойкостью поверхностей деталей машин с использованием обобщенных переменных ПКПС, полученных с использованием методов теории моделирования трибологических задач, и в исследовании взаимосвязи обобщенных переменных с интенсивностью изнашивания;

3) в установлении возможности вынесения части процесса приработки поверхностей деталей пар трения на стадию финишной обработки, для чего предложен новый способ обработки, позволяющий осуществлять УОО ПГ1Д с одновременным срезанием выступов микронеровностей.

Практическая ценность работы.

Наибольшую практическую ценность представляют следующие результаты выполненных исследований:

- методика выбора известных или определения требований к разработке новых методов УОО для повышения износостойкости деталей машин, работающих в условиях граничного трения, основанная на определении влияния ПКПС на износостойкость в различных условиях и на оценке возможностей методов по обеспечению соответствующих параметров;

- разработанные на уровне изобретений новые способы и устройства для УОО деталей машин, а также усовершенствованные конструкции отдельных деталей пар трения, позволяющие повысить их износостойкость;

- методика оценки эффективности внедрения различных технологий повышения износостойкости с применением принципов разработки бизнес-планов, учитывающая характер деятельности предприятия на. котором планируется их применение, а также дополнительные факторы, позволяющие реализовать предусмотренные действующим законодательством льготы в налогообложении и меры государственной поддержки научных исследований;

- теоретические зависимости для определения параметров шероховатости и высоты волнистости при вибрационном накатывании;

- зависимости для определения оптимального угла наклона и размеров поперечного сечения смазочных каналов на поверхностях подшипников скольжения, работающих в условиях граничного трения;

- методика установления закономерно изменяющихся по поверхности деталей пар трения значений обобщенных переменных ПКПС, обеспечивающая повышение равномерности изнашивания.

Исследования и разработки автора осуществлялись в процессе выполнения заданий по разделу 2.20 "Разработка гибких технологий управления эксплуатационными свойствами поверхностей деталей машин, работающих в местных условиях" региональной НТП Минобразования России "Дальний Восток России" на 1993 - 1996 гг. и разделу 1.16 "Разработка технологий изготовления и восстановления быстроизнашивающихся деталей оборудования добывающих и перерабатывающих отраслей региона" данной программы на 1997 - 2000 гг.; по разделу 4.2 "Создание системы реализации научно-технической продукции" региональной НТП Министерства по науке и технологиям РФ "Дальний Восток" на 1996 - 2000 годы, а также по НТП Минобразования России "Конверсия и высокие технологии" на 1997 - 2000 гг. по разделу "Производственные технологии", проект "Использование техногенного сырья от утилизации вооружений и военной техники в дальневосточном регионе для изготовления композиционных металлических материалов и восстановления быстроизнашивающихся деталей оборудования добывающих отраслей". Часть исследований проводилась в рамках межвузовской НТП "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", подпрограмма №26 "Разработка аппаратно-программного комплекса системы управления качеством поверхностного слоя деталей машин" на 1992 - 1995 гг.

Реализация результатов работы.

Проведено опытно-промышленное внедрение технологии УОО пары трения балка-подвеска тележки рефрижераторной секции на ПО "Брянский машиностроительный завод". Методика выбора методов УОО, а также технология обкатывания штоков гидроцилиндров роликами внедрена на Шкмановском машиностроительном заводе "Кранспецбурмаш" с экономическим эффектом 120 млн. рублей. Данная технология передана также на Оренбургское ПО "Гидропресс". Технология борирования поверхностей колес тягодутьевых машин передана на ПО "Дальэнергомаш", г. Хабаровск. Узел уплотнения по а. с. № 1158809 внедрен на ПО "Салаватнефтеоргсинтез". Инструмент для чистовой и упрочняющей обработки по а. с. № И 99600 внедрен на Шестнадцатом государственном подшипниковом заводе.

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на международных, всесоюзных, республиканских и региональных семинарах и конференциях, в том числе на Всесоюзной конференции "Технологическое управление качеством обработки и эксплуатационными свойствами деталей машин" (Киев, 1980), Международном семииаре "Сверхтвердые материалы" (Киев, 1981), Международном конгрессе "ЕВРОТРИБ-81" (Варшава, 1981), Всесоюзной научно-технической конференции "Использование методов поверхностно-пластического деформи-

рования материалов в машиностроении" (Владимир, 1981), Региональной научно-технической конференции "Совершенствование методов, инструментов, оборудования, техпроцессов и их проектирование при обработке деталей машин" (Омск, 1983), 5-й Международной конференции "Триботехника - 87" (Бухарест, 1987), 1-м советско-китайском симпозиуме "Актуальные проблемы научного и технологического прогресса в дальневосточном регионе" (Хабаровск, 1991), Всесоюзной научно-технической конференции "Надежность технологического оборудования, качество поверхности, трение и износ" (Хабаровск, 1991), Российской научно-технической конференции "Проблемы создания и эксплуатации технологического оборудования и гибких производственны* систем" (Хабаровск, 1992), 2-м Международном симпозиуме "Проблемы научного и технологического прогресса в дальневосточном регионе" (Харбин, 1992), Международном научно-практическом семинаре "ТРИБОЛОГ-10М - СЛАВЯНТРИБО-1" (Рыбинск, 1993), 3-м российско-китайском симпозиуме "Актуальные проблемы научного и технологического про1 ресса в дальневосточном регионе" (Хабаровск, 1993), Региональной научно-технической конференции по межвузовской региональной НТП "Дальний Восток России" (Хабаровск, 1995), Региональной научно-технической конференции "Машиностроительный и приборосгроительный комплексы ДВ" (Комсомольск-на-Амуре, 1996), 2-й Международной научно-технической конференции "Износостойкость машин" (Брянск, 1996), 5-м международном симпозиуме "Актуальные проблемы научного и технологического прогресса в дальневосточном регионе" (Хабаровск, 1997).

В полном обьеме диссертация доложена и одобрена на кафедре «Автоматизированные технологические системы» Брянского государственного технического университета, на кафедре «Технологическая информатика и информационные системы» Хабаровского государственного технического университета и на заседании технологической секции Брянского государственного технического университета.

Публикации. Основные результаты выполненных в диссертации исследований опубликованы в 65 работах, в том числе 1 монографии, 4 отчетах по законченным научно-исследовательским работам, защищены 24 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Без соавторов опубликовано 18 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа выполнена на 365 страницах машинописного текста, включая 85 рисунков и 27 таблиц. Список использованной литературы содержит 388 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 4

Во введении обоснована актуальность работы, приведена ее цель и задачи, изложены научная новизна и практическая значимость, а также основные результаты, достигнутые в ходе теоретических и экспериментальных исследований, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу состояния проблемы выбора упрочняюще-отделочных методов обработки для повышения износостойкости поверхностей деталей машин, а также анализу возможностей этих методов по управлению параметрами качества поверхностного слоя.

На основе анализа работ ряда ведущих отечественных и зарубежных ученых Алексеева П.Г., Аскинази Б.М., Бабичева А.П., Балтера М.А., Баумана В А , Безъязычного В.Ф., Белова В.А., Вельского Е.И., Браславского В.М., Голего Н.Л., Дальского A.M., Дорожкина H.H., Евдокимова В Д., Елизавегина М.А., Жукова A.A., Коваленко В С., Лахтина Ю.М., Ля-хович Л.С., Маталина A.A., Папшева Д.Д., Подураева В.Н., Полевого С.Н , Проскурякова Ю.Г., Рыжова Э.В., Сильмана Г.И., Смелянского В.М., Суслова А.Г., Фрумина И.И., Харчен-кова B.C., Хасуй А., Хворостухина Л.А., Шнейдера Ю.Г., Ящерицина П.И. и др., посвященных исследованию различных методов упрочняюще-отделочной обработки установлено, что существующие методы позволяют решать задачи повышения износостойкости деталей пар трения, работающих в различных условиях изнашивания за счет управления ПКПС, определяющими износостойкость. В результате обзора сведены в единую таблицу данные о возможностях отдельных методов по управлению параметрами шероховатости, волнистости, макроотклонения, физико-химического состояния поверхностного слоя. Ниже приведен фрагмент данной таблицы для одной из групп методов УОО (табл. 1). Установлено, что отсутствуют обоснованные рекомендации по выбору из всей совокупности существующих методов обработки, наиболее подходящих для обработки поверхностей конкретных деталей пар трения. Большинство методов УОО решают проблемы управления только частью требуемых ПКПС, особенно для пар трения, в которых значительной влияние на износостойкость оказывают показатели точности обработки, макро и микрогеометрические отклонения. Это требует применения методов УОО в сочетании с другими финишными методами обработки, а также использования комбинированных или разработки новых методов для конкретных деталей пар трення, позволяющих обеспечивать управление всеми ПКПС, имеющими влияние на износ.

Таблица

Аналщ возможностей методов упрочняюще-отделочной обработки по управлению _ПК'НС для повышения износостойкости поверхностей_ __

Параметры~~~~~" --- качества поверхностного слоя~~~~— Накатывание, обкатывание Выглаживание Вйброна-каты&аиие и вибро-выпчажи- 08 НИв Калибрование ,дорно-взние Центро-бежно-ударное упрочнение

Геометрические и микрогеометрические параметры Шероховатость Ртах ♦ * ф ф

* * * ф *

Р!а * * * *

Яр * * *

1р » * * *

Эсп * * * ф

Б * * * *

Волнистость \Л/г * ф * * ♦

\лл> . * * * * *

Зтл * * * * *

Погрешность формы Нтах + + + + +

нР + + + +

Физико- химическое состояние поверхностного слоя Параметры твердости поверхн. слоя и„ * * *

Н„, * * * *

11„ * * * * *

Остаточные напряжения СГ ост * ф ф *

О ост + + + + +

^ ОСТ + + + + +

Структура и фазовым состав I, * * + *

рЭ * * 4 * ф

СУ * * + * *

16 * * + * ф

а, Ь, с + + 0 + +

а> Р. 7 + + 0 + +

Химический состав с (х) 0 0 0 0 0

с(ф) 0 0 0 0 0

Характеристики взаимодействия со средой Поверхн. взаимодействие с жидкостью Он. ^23, Си 0 0 0 0 0

0 + + + + +

Пористость поверхностного слоя п.й.п 0 0 0 0 0

* - позволяет управлять в значительной степени; ^ - позволяет упраачять незначительно; О-не позволяет управлять.

На основании анализа выполненных ранее работ в области трения и износа рассмотрены различные варианты классификации видов износа и узлов трения, ранее предложенные Дж. Бравелом и К. Стронгом, Бринелем, Д.Н. Гаркуновым Л.К. Зайцевым, В Н. Константине-ску, Б.И. Костецким, ИВ. Крагельским, Р.Дж. Лефевром, В.Ф. Лоренцом, Д. Павелеску, М.

Петерсоном, АС. Прониковым, Э. Рабиновичем, М.М. Хрущевым, И.В. Крагельским, Г. Флейшером и др., и выбран наиболее подходящий для оценки влияния ПКПС на износостойкость. Установлены группы ПКПС, определяющие износостойкость для конкретных видов износа (см. табл. 2).

Обзор выполненных исследований показал, что необходима разработка научно-обоснованного подхода к выбору оптимальных методов УОО из совокупности подходящих с точки зрения управления необходимым набором ПКПС для обеспечения износостойкости с учетом экономических требований, технологических и конструкторско-технологических ограничений по применению соответствующих методов в конкретных парах трения, а также необходима методика установления технологических режимов для выбранных методов упрочнения с цельк) обеспечения требуемых значений ПКПС, что особенно важно при необходимости одновременного управления большим количеством параметров.

Таблица 2.

ВЛИЯНИЕ ПКПС НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ИЗНОСА

Виды износа Геометрические и микрогеометрические ПКПС ПКПС, характеризующие физико-химическое состояние поверхностного слоя Поверхностное взаимодействие с жидкостью Пористость поверхностного слоя

Шероховатость Волнистость Погрешность формы Параметры твердости поверхностного слоя Остаточные напряжения Структура и фазовый состав Химический состав

Усталостный * * * * * 7 * 0 0

Абразивный + 0 0 * 0 * + 0 +

Смятие ♦ * * ♦ 0 * 0 0

Кавитационный # 0 0 0 0 * * * ?

Эрозионный 0 0 0 * 0 * + 0 0

Адгезионный + + + * 0 * * + 7

Избир. перенос * * * * 0 0 * * 0

Водородный 0 0 0 * ♦ * * 0 0

Окислительный + + + + 0 ♦ * # +

Фреттинг-коррозия * 0 * * 0 0 * * 0

Химический и электрохимический + + + * 0 * * 0 0

Усталостный термомэханиче- ский 0 0 0 0 0 * 0 0 0

Трещинообразо-вание 0 0 * + 7 * * 0 0

* - оказывает основное влияние; + - оказывает влияние в определенных условиях; О - не влияет; ? - отсутствует информация о влиянии

Задача выбора методов УОО для повышения износостойкости любой пары трения имеет несколько решений, то есть, может быть реализована с применением различных технологических процессов даже при одних и тех же конструктивных решениях и сочетаниях материалов пар трения. В связи с этим требуется обоснование подходов к определению оптимального пути решения проблемы с учетом всей совокупности факторов, действующих в конкретных производственных, технических и экономических условиях.

Отмеченные выше обстоятельства предопределили цель данной работы, для достижения которой необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методику выявления комплекса ГЖПС, оказывающих определяющее влияние на износостойкость для конкретных условий работы пар трения.

2. Научно обосновать принципы выбора существующих, создания новых или модернизированных методов УОО, а также определить пути решения задачи технологического управления ПКПС, обеспечивающие уменьшение объема экспериментальных исследований путем минимизации количества рассматриваемых параметров или введением новых критериев, оценивающих состояние поверхностного слоя.

3. Разработать обобщенные критерии оценки ГЖПС и провести исследования по определению оптимальных значений отдельных ПКПС или их обобщенных критериев, необходимых для обеспечения износостойкости.

4. Исследовать отдельные методы УОО для установления теоретических и экспериментальных зависимостей влияния режимов обработки на единичные параметры и обобщенные критерии ПКПС.

5. Теоретически и экспериментально обосновать выбор оптимальных конструктивных параметров некоторых элементов поверхностей деталей пар трения (смазочные каналы, карманы и др.), формирующихся при реализации отдельных методов УОО.

6. Теоретически и экспериментально обосновать выбор оптимальных методов УОО для обеспечения износостойкости конкретных деталей с созданием новых конструкций устройств или новых способов обработки.

7. Определить методику выбора наиболее эффективного использования инвестиционных вложений в создание и внедрение методов УОО для повышения износостойкости.

Вторая глава посвящена анализу исследований по оценке влияния ПКПС деталей машин на их износостойкость.

По данным исследований отечественных и зарубежных ученых Аверченкова В.И, Алексеева П.Г., Безъязычного В.Ф., Бутенко В.И., Горленко O.A., Дальского A.M., Дунин-Барковского И.В., Дьяченко П.Е., Маталина A.A., Папшева Д.Д., Проникова A.C., Проскурякова Ю.Г., Рыжова Э.В., Суслова А.Г., Тихомирова В.П., Тотай A.B., Федорова В.П., Харчен-кова B.C., Хворостухина Л.А., Шнейдера Ю.Г., Ящерицина П.И., Whitehous D.F. и др., посвященных изучению технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин, для повышения износостойкости необходимо управлять многими ПКПС, причем значительное влияние на данное эксплуатационное свойство оказывают параметры микрогеометрии, в том числе и направление неровностей. Известно, что в процессе трения устанавливается равновесная шероховатость, зависящая только от условий трения. Достижение при финишной обработке параметров микрогеометрии, близких к эксплуатационным значениям позволяет снизить величину износа в начальный период работы. Кроме микрогеомст-рии на формирование оптимального состояния поверхностного слоя влияют показатели микротвердости, микроструктуры и дислокационной структуры материала, а также других физико-химических параметров. Из оказывающих наибольшее влияние на износостойкость выделяются свойства материалов пары трения о„, стт, Е, HB; размеры и точность контактирующих деталей; геометрические параметры рабочих поверхностей - макроотклонения И™,*, Нг, волнистости Wz, Wp, Smu, шероховатости Ra, R„ Rm„, Rp, Sm, S, tp; субшероховатости - R„j, а также взаимного положения (направления) геометрических параметров неровностей поверхности при контактировании; физико-химических свойств поверхностных слоев Н^,, u„, а^., е, I,, рд. В работах Виттенберга Ю.Р., Горленко O.A., Демкина КБ., Крагельского И.В., Комба-лова B.C., Рыжова Э.В., Суслова А.Г., Greenwood I.A. и др. рассматривается возможность решения задачи повышения износостойкости с использованием комплексных параметров качества поверхностного слоя.

На базе выбранной ранее классификации сопряжений по условиям изнашивания и видам износа поверхностей деталей машин установлено влияние различных групп ПКПС на износостойкость и предложена методика выбора методов УОО для конкретных деталей пар трения, которая позволяет установить возможные варианты обработки из всех существующих методов повышения износостойкости, а также исключить из рассмотрения те методы, которые не обеспечивают управления всеми ПКПС, определяющими износостойкость для рассматриваемых деталей.

Таблица 3.

Рекомендуемые группы основных ШСПС1, создаваемых при УОО и определяющих по_вышение износостойкости в зависимости от условий трения и изнашивания

Трение без смазки

Трение смазываемых поверхностей

Твердые смазочные слои

Жидкие и консистентные смазки (граничная смазка)

Состав групп ПКЛС которые необходимо учитывать при УОО дополнительно помимо приведенных _ниже для различных классов и видов условий изнашивания и видов износа_

ПР

пж

1 класс сопряжений* (допустимый износ меньше значений макро- и микрогеометрнческнх

отклонении)

1-й вид соггряжений по условиям изнашивания'1'

Виды износа

Уста- Абра- Смя- Кани- Адге- Избира- ^до- Оксили- Фр1Л- Хими- Устало- Тре-

лост- зивный тие I ани- опций зион- тель- род- ТСЛ ЬНЫЙ ТКШ- чески!! стный щн-

ный онный ный ный ный хорро- И ТГС1 терчо- Н1ХХ>

пере- Ч1Ы Т)Ч>- мечапи-

нос ЧИ.МИ- чсскнР. шшие

ческии

МО, МО, МО, МО, МО, МО, МО, МО, мо. МО, МО,

во, во, во, во, во. ВО, во, во. во, ВО, ш, во,

111, ш, ш, ш, ш, ш, ш, ш, ш, СФ ш,

ТВ, гв, ТВ, ТВ, ХС, ТВ, СФ, ТВ, ТВ, СФ,

он, СФ, СФ СФ, пж СФ, ХС, ХС СФ, ХС

ХС ХС ХС ХС ПР ХС

2-й вид сопряжений по условиям изнашивания*

МО, МО, МО, МО, МО, МО, МО, МО, МО, МО, МО,

во, во, во, во, во, во, во, во, во, во, ш, во,

ш, 111, 111, III, 111, 111, ш, III, III, СФ ш.

ТВ, ТВ, ТВ, ТВ, ХС, ТВ, СФ, ТВ, ТВ, СФ,

он, СФ, СФ СФ, пж СФ, ХС, ХС СФ, ХС

ХС ХС ХС ХС ПР ХС

3-й вид сопряжений по условиям изнашивания*

111, 111, ш, 111. ТЕ, III, ш, ТВ, ш. Ш, 111, СФ СФ,

ТВ, ТВ, ТВ, СФ, хс: ТВ, ХС, СФ, СФ, ТВ, ТВ, ХС

он, СФ, СФ ХС, СФ, нж ХС ХС, ХС СФ,

ХС ХС нж ХС ПР ХС

4-й вид сопряжений по условиям изнашивания*

Виды износа

Усталостный Абразивный Смятие Кави- тацион- ный Ор<'ЧИ-онный Адгеаи -онный Ийи-ри ie.ii.- ИЫЙ перекос Водородный Оксили-тельНЫЙ Фрет- тинг-коррозия Химический И ТК'К" тро-химический Ус га/кь С1НЫЙ термомеча ки-чсский Трещи-нообра-чование

ТВ, ТВ, ТВ, СФ, ТВ, ТВ, ХС, ТВ, СФ, ТВ, ТВ, СФ СФ,

он, СФ, СФ ХС, ХС СФ, пж СФ, ХС, ХС СФ, ХС

ХС ХС пж ХС ХС ПР ХС

* Кчассы и виды сопряжений приняты в соответствии с кшссификси/ией Проникова А. С.

1 Условные обозначения групп ПКПС: МО - параметры макроогклонения, ВО - параметры волнистости, Щ -параметры шероховатости; ТВ - параметры поверхностной твердости; ОН - параметры ослатомных напряжений; СФ - параметры структурного и фазового состава, ХС - химический состав; ПЖ - параметры поверхностного взаимодействия с жидкостью, ПР - пористость.

Окончание табл. 3.

2 класс сопряжений (допустимый итог больше значений макро- и мирогеометричсских

отклонений)

Группы параметров МО, ВО, Ш оказывают влияние на изнашивание в начальный период работы

лзр трения, их влияние соответствует видам изнашивания е; 1 -м классе сопряжении

Виды износа

Ус ю- А<"ра- С'митиг Каии- Эрози- 1Ьби- ^до- ОкСИД!- <]>рег- Хими- Усгало- Трещи-

Н1ХЛ - эипиый ТН1 тон- онный очшли раге;п,- родный гиш- ческий С'ШЫЙ нооора-

ный ный ный перекис ный кчрр«'- И Ч.1СК-•гр.ь \имм-ческий юрмо- ме\<ши- ч<-ч.кии

ТВ, ТВ, ТВ, СФ, ТВ, ТВ, хс, ТВ, СФ, ТВ, ТВ, СФ СФ,

он, хс СФ, хс СФ хс, пж хс СФ, хс пж СФ, хс хс, ПР ХС СФ, хс хс

В табл. 3 приведена классификация изнашивающихся сопряжений работающих в условиях трения скольжения с учетом видов сопряжений и видов изнашивания и даны рекомендации по выбору групп ПКПС, управление которыми может быть рекомендовано при применении методов УОО для повышения износостойкости.

Проведенный анализ состояния вопроса по выполненным ранее работам позволяет рекомендовать состав параметров качества поверхностного слоя, по которым наиболее целесообразно осуществлять выбор методов УОО и оптимизировать параметры выбранных технологических процессов для обеспечения их износостойкости.

Методика выбора известных методов УОО заключается в анализе условий работы конкретной пары трения, отнесении ее к определенному виду и классу сопряжений, после чего можно определить требуемые группы ПКПС, которые необходимо обеспечивать для повышения износостойкости. Далее, исходя из возможностей методов УОО по управлению соответствующими ПКПС, выбирают подходящие методы обработки. Если таковых нет, то определяется состав требований к разработке новых технологий. Используя данные, приведенные в табл. 3, а также сведения, пример которых показан в табл. 1, были оценены возможности существующих методов УОО управлять износостойкостью конкретных деталей.

Сопоставление информации из данных таблиц дает возможность принять решение о выборе методов обработки для конкретных пар трения. Предварительный анализ таблиц показывает, что для многих пар трения отсутствуют методы УОО, которые позволяют одновременно управлять всеми требуемыми группами ПКПС. Это означает, что проблема обеспечения износостойкости в большинстве случаев должна решаться с использованием комбинаций существующих методов УОО и финишной обработки, или путем создания новых методов обработки, в том числе и комбинированных.

Приведены примеры выбора методов УОО конкретных деталей пар трения, для которых на основании практического опыта известны способы повышения износостойкости. Показано, что в результате применения предложенной методики можно выбрать как известные методы УОО, так и целый ряд других, дающих аналогичный эффект и ранее не использовавшихся для данных деталей. В то же время ряд методов УОО исключается из рассмотрения, в том числе и отдельные из рекомендованных ранее, как не обеспечивающие управления всем необходимым комплексом ПКПС.

В данной главе из обзора выполненных ранее исследований также установлено, что задачу обеспечения износостойкости поверхностей при использовании методов УОО можно решать путем выбора отдельных определяющих ПКПС, влияние которых является преобладающим для данного узла трения, однако увеличение количества определяющих параметров пропорционально увеличивает трудоемкость.экспериментальных исследований при отработке оптимальных условий осуществления технологического процесса.

В третьей главе описано использование обобщенных переменных ПКПС для технологического управления износостойкостью.

Показано, что существующая в теории моделирования трибологических задач методика определения обобщенных критериев подобия может быть применена для установления обобщенных переменных ПКПС, которые применимы для анализа результатов экспериментальных исследований по использованию методов УОО для повышения износостойкости поверхностей деталей. В этом случае исследования проводятся относительно одной комплексной характеристики, представляющей совместное влияние свойств поверхностного слоя на износостойкость в конкретных рассматриваемых условиях. Такие обобщенные переменные могут быть получены дня любой изнашивающейся детали одним из методов, применяемых в теории подобия и моделирования.

С учетом принятых ограничений при выборе объектов исследований на базе положений теории упрутогидродинамической смазки и теории контактного взаимодействия при скольжении получено выражение для критерия, определяющего условия существования граничного трения:

V Р )

тах

Е

гдеЛ'= ---г, I'- и /' - модуль упругости и коэффициент Пуассона; р - номинальное давле-

У1 + "2

ние; у = ———, у,и V, - скорости относительного перемещения поверхностей; г] и а - динамическая вязкость и пъезокоэффициент вязкости базового масла, входящего в состав смазки,

К

при температуре входа в контакт; Нх =---—, и - приведенные радиусы кривизны

"и — "гх

поверхностей в направлении скольжения с учетом ради}'сов кривизны контактирующих поП, Л,.

верхпостей, а также выступов шероховатости и волнистости; К, = ~ ' "

- приведенные радиусы кривизны в направлении, перпендикулярном скольжению, определяемые аналогично Л'г; К» - среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости; У/, - средняя высота волнистости; Ншач - наибольшая высота макроотклонения; Н(„, - поверхностная микротвердость; Бт - средний шаг профиля шероховатости по средней линии.

Проведенная экспериментальная проверка подтвердила работоспособность преложенного критерия.

Для условий граничного трения с использованием метода умозрительно-логических построений на базе теории контактного взаимодействия при трении, предложенной Сусловым А Г. и молекулярно-механической теории трения Крагельского И.В. с использованием аппарата интегрального и дифференциального исчисления было получено выражение для обобщенной переменной, позволяющей характеризовать равновесное состояние поверхностей фения: С -(/г/ (Г,,2 Н„2 Г*4-----, (2)

\ р ' р / р

а также выражение для определения оптимального значения данной переменной, соответст-

0,25 г„4

вующего минимальной интенсивности изнашивания; С = ——-----——г^-, (3)

л' 9 аГ <тт'р

где Яр, 1УГ Нр - высота сглаживания профилей шероховатости, волнистости и макроооткло-нения; К - степень наклепа; V - параметр степенной аппроксимации начального участка опорной кривой профиля шероховатости; р- коэффициент упрочнения молекулярных связей под действием сжимающих напряжений; р - номинальное давление; р- средний радиус кривизны выступов шероховатости; г„ - сдвиговое сопротивление при зкхтраполяции нормального давления к нулю; «/ - коэффициент гистерезисных потерь при трении.

Были также получены выражения для теоретического определения интенсивности изнашивания на базе молекулярно-механической теории трения и износа И В. Крагельского, включающие в себя значения полученной обобщенной переменной и позволяющие с удовлетворительной точностью рассчитывать величину износа, что подтверждено экспериментальной проверкой.

Предложена методика выявления обобщенных переменных для конкретных деталей пар трения с использованием метода корреляционного и регрессионного анализа экспериментальных результатов. На базе данной методики получено выражение обобщенной переменной для оценки износостойкости пары трения, "диск - колодка", изготовленной из стали 45 ГОСТ 1050-74, при работе с маслом И-12А ГОСТ 20799-75 в условиях граничного трения:

где А',,Х2, А',,А'4 ,Л'5,Х6 - безразмерные значения параметров качества поверхностного слоя, соответственно Кта(, аг> /?, атих.

Экспериментально установлена существующая взаимосвязь между значениями полученной обобщенной переменной и интенсивностью изнашивания рассматриваемой пары трения.

На примере анализа влияния ПКПС на процессы распространения смазки в условиях граничного трения скольжения с малыми скоростями при наличии смазочных каналов или микрокарманов, когда явления, происходящие в контакте, могут быть описаны уравнениями, определяющими значение коэффициента трения на базе молекулярно-механической теории трения и контактное сближение шероховатых поверхностей при скольжении, а также зави-

Ър = д/о,3 1 э(.\Г, - 0,85)2 + 0,429(Х2 - 1,41)' + 0,323(а'3 - 1,32)' +

+

+ 0,53( Л'4 - 2)2 + 0,385(Л'; - 1,258)2 + 0,461( А'6 - 1,26)2 , (4)

симостями, описывающими

"1

капиллярные явления в контакте, была сделана по-

5 6 7 1г

№ опытов

пытка получения оооощен-ной переменной способом интегральных аналогов. Однако полученные зависимости являются слишком

Рис. 1. Изменение значений интенсивности изнашивания 1Ь х 10"6 и обобщенной переменной лщ.-пс х 101 для результатов эксперимента.

громоздкими и неудобными для практического ис-

пользования, что позволяет рекомендовать способ интегральных аналогов для выявления обобщенных переменных в наиболее простых случаях трения и износа, определяемых каким либо одним физическим процессом.

На примере пары трения "балка-подвеска" тележки рефрижераторной секции была выявлена обобщенная переменная ПКПС с использованием метода анализа размерностей;

где Н/> - радиус кривизны выступов волн. Экспериментально установлена взаимосвязь значений данной переменной и интенсивности изнашивания (см. рис. 1).

Предложен алгоритм решения задачи технологического управления износостойкостью с использованием обобщенных переменных ПКПС (см. рис. 2)

Четвертая глава работы посвящена теоретическому обоснованию выбора оптимальных микрогеометрических параметров поверхностей деталей пар трения, получаемых с использованием методов УОО.

Проведены исследования по установлению оптимального угла наклона и размеров поперечного сечения смазочных каналов, образуемых на поверхностях радиальных подшипников скольжения, работающих в условиях граничного трения. На основании учета прохождения смазки через различные зоны подшипника с использованием зависимостей для расчета подшипников скольжения, положений теории упруго-гидродинамической смазки и дифференциального исчисления получены зависимости для определения оптимальных размеров и направления смазочных канавок на поверхности втулки подшипника. При этом установлено, что глубина и ширина канавки должна выбираться из соотношения:

а угол наклоьа смазочных каналов к оси подшипника должен быть переменным по ширине втулки и может быть определен из соотношения:

Л ПКПС —

I „ - 1,5 „

I к г ки л

(5)

(6)

1(1.-Ь)

.ель: Разработка новых, или выбор и использование существующих методов УОО I для управления комплексом параметров качества поверхностного слоя для | обеспечения износостойкости деталей пар трения !

|2[ Классификация I влияния параметров | | качества ;

I поверхностного слоя | ! на износостойкость ' { при различных условиях работы | деталей \

Выбор определяющих параметров. их 1 комплексов или 6 обобщенных переменных для обеспечения ' И1 Hi.4X4.TOfl кости

I

1_.

3| Физическая и математическая

МОДСЛЬ К1ИЯНИЯ

комплекса параметров

качества поверхностно IX) слоя на и шоеостойкоегъ для рапичных условий работы

Р

Классификация методов УОО по

возможностям \ правления ГШ 1С

Мегодика

ЧКОЦОМИЧССКОЮ

анализа

ОПТИМАЛЬНОСТИ

методов УОО

Функциональная зависимость для определения требуемых значений парам аров качества поверхностное слоя, их комплексов или обобщенных перемен них

СГ

Выбор или рачрпбч>тка методов УОО для обеспечения требуемой изноеостойкос г»

\

Математическая модель формирования параметров качества поверхностного слоя и их комплексов в процессах УОО

Выбранный или оовый метод УОО. требуемые значения 1Ж11С, их комплексов или

Рис. 2.

где ц>- относительный зазор подшипника; L и d - длина и диаметр подшипника; qm - коэффициент торцового истечения смазки из нагруженной зоны; % - относительный эксцентриситет подшипника; В и /г, - ширина и глубина смазочной канавки, b - ширина центральной канавки; К - расстояние от середины подшипника до рассматриваемой точки.

На основании данных исследований была разработана новая конструкция подшипника скольжения, защищенная авторским свидетельством № 1203255, а также новая конструкция устройства для создания необходимых параметров канавок по а. с. № 977138.

Выполнены теоретические исследования по определению оптимальных размеров и формы смазочных каналов на поверхностях плоских направляющих, работающих при малых скоростях скольжения. На базе зависимостей для определения капиллярного взаимодействия смазки с поверхностями, а также дифференциального уравнения движения жидкости в зазоре получены зависимости для определения глубины и ширины каналов на верхних поверхно-

OXOS0

стях направляющих: наибольшая глубина канала =-—, (8)

Р !(!>■-_

Ja cos©

соотношение между шириной и расстоянием между каналами х = —■ (")

( 2<tcosOV'S

На нижних поверхностях направляющих: наибольшая глубина канала hm = ^--—J ,(10)

8 4

^ 2 + 2 sin© - J ^ -t- ^ sin© + -- sin2 0

оптимальная ширина канала d2 =4--cos' 0----;--, (И)

pg l-2sin0-sin" 0

где ¡г - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; р- плотность жидкости; g - ускорение свободного падения;, d - расстояние между боковыми поверхностями; в- краевой угол смачивания жидкости; где г] - динамический коэффициент вязкости; ('„ - скорость скольжения.

Установлено, что для верхних поверхностей оптимальной является треугольная форма профиля канала, а для нижних - прямоугольная, или близкая к ней. Даны практические рекомендации по использованию технологических методов для получения оптимальных конструктивных параметров каналов.

Учитывая наличие взаимосвязи между значениями обобщенных переменных ПКПС и интенсивностью изнашивания, предложена методика назначения переменных по поверхности деталей пар трения параметров, позволяющая повысить равномерность износа деталей в период приработки, в частности получена зависимость для обобщенной переменной Сч:

К2

Сх = 0,63-(лС'о>0)05

яСвхрГЩ.

2,65 п

2

+ А,

(12)

где/(I.) - закон изменения интенсивности изнашивания по поверхности.

Проведена экспериментальная проверка, подтвердившая возможность повышения равномерности износа по данной методике.

В пятой главе приведены результаты теоретических исследований по определению отдельных параметров качества поверхностного слоя при вибрационном накатывании

Получены теоретические зависимости для определения высоты, структурных и шаговых параметров шероховатости при вибрационном накатывании, а также критерий разграничения случаев образования нового микрорельефа и системы канавок:

где Л/ - остаточная высота исходной шероховатости с учетом заполнения впадин при пластическом деформировании; Н2 - высота шероховатости, образующейся при рабочем перемещении инструмента относительно обрабатываемой поверхности; Л„- высота образующихся наплывов, появляющихся за счет смещения части материала в направлении обработанной поверхности; Л."" - шероховатость поверхности инструмента, копирующаяся на обрабатываемой поверхности.

где I1? -подача; с1, - диаметр обрабатываемой заготовки; е - половина амплитуды осцилляции деформирующего элемента; п, - частота вращения заготовки; па - частота осцилляции; {/} -дробная часть отношения < = «„/«,; 1Хост - радиус дна впадины профиля шероховатости, равный радиусу остаточной канавки после прохода деформирующего элемента.

Проведенная экспериментальная проверка полученных зависимостей подтвердила возможность их использования на практике.

Были также получены зависимости для определения высоты волнистости при вибронакатывании, учитывающие исходную волнистость, неравномерность распределения твердости, неравномерность шероховатости; волнистость, образующуюся из-за колебания величины рабочей подачи инструмента и дополнительных осцилляционных движений и волни-

Л. = Л,+/г2 + й „+/<."",

(13)

(14)

(15)

стость, возникающую из-за неравномерной пластической деформации. Результаты экспериментальной проверки полученных зависимостей показали, что средняя погрешность расчетов не превышает 37 %.

В шестой главе приведены результаты разработки и исследования новых и модернизированных методов УОО.

Разработан ряд новых конструкций устройств и способов для обработки поверхностей деталей с неравномерным износом, позволяющих в процессе обработки создавать закономерно изменяющиеся но поверхности ПКПС (а. с 621557, 653097, 738349, 774933, 977138, 1101339, 1191267).

Показано, что существует возможность вынесения части процесса приработки поверхностей деталей пар трения на стадию финишной обработки, для чего предложен новый способ обработки, позволяющий осуществлять УОО ГТПД с ¡1 |М < одновременным срезанием выступов микронеровностей. Раз-

работан ряд способов и устройств для обработки поверхностей деталей по предложенной схеме, (а. с. №№ 1085688, 1076259, 1172640, 1168341, 1206066). При использовании предложенного метода для обработки плоских поверхностей можно добиться эффекта, достигаемого шабрением. Физическая сущность нового метода обработки заключается в реализации процесса, аналогичного микрорезанию при трении, который может возникать в процессе контактирования поверхностей с относительным проскальзыванием. Схемы реализации обработки показаны на рис. 3. Установлена зависимость для определения режимов обработки по предложенным схемам:

Рис. 3.

/>>0,78-10-

(16)

где р - номинальное давление в контакте.

Разработан ряд высокопроизводительных устройств для нанесения системы смазочных канавок методами ППД (авт. св. 1199600, 1013239, 1298053), а также позволяющих снизить себестоимость изготовления приспособлений для нанесения канавок (авт. св. 1217634).

Разработан ряд новых специальных конструкций приспособлений. Для упрочнения боковых поверхностей ходовых винтов с переменным шагом создана специальная конструкция устройства для обкатывания роликами (а. с. 996045). Для обработки ППД боковых поверхностей зубьев цилиндрических зубчатых колес с созданием на них масляных карманов созданы устройства, реализующие принцип вибрационного накатывания (а. с. 900924) и принцип выдавливания канавок деформирующим элементом специальной формы (а. с. 1146125).

Седьмая глава посвящена экспериментальным исследованиям по использованию предложенных методик повышения износостойкости и разработке практических рекомендаций для упрочнения конкретных деталей пар трения.

Показано, что при использовании методов УОО ППД, существует возможность управления значениями обобщенных переменных и с использованием статистической теории планирования экспериментов получены эмпирические зависимости для обобщенной переменной С\ от режимов обработки, учитывающие влияние технолог ической наследственности:

при вибронакатывании С, =0,15-Ю'4 Т5ГТГ>

к а исх / о п0

при обкатывании шариком С„ = 0,24 -10^ С,^™ /^-«у ^'"Я0", при алмазном выглаживании С, = О^МО^С,^"0'71 ^ ,

при обкатывании роликом С, = 0,085го-42/>"о-17К-°',25"0-'6.

Проведены также исследования по надежности технологического управления при обкатывании шариком, которые подтвердили возможность надежного управления значениями обобщенной переменной Сх.

С использованием обобщенной переменной, полученной методом анализа размерностей, решена задача повышения износостойкости пары трения "балка - подвеска" тележки рефрижераторной секции на основе метода симплекс планирования. При этом была подтверждена возможность технологического управления величиной обобщенной переменной Я таге - По результатам этих исследований создана новая конструкция устройства для обработки поверхности шейки балки (а. с. № 952549).

Выполнены исследования по выбору метода УОО для повышения износостойкости поверхностей колес тяг одутьевых машин. На основании предложенной в работе методики был определен метод УОО поверхностей - борирование с использованием обмазок. Предложены составы и технология для диффузионного насыщения.

С использованием алгоритма обеспечения износостойкости путем выбора определяющих параметров была решена задача повышения износостойкости деталей уплотнитель-ных узлов гидроцилиндров за счет применения обкатывания роликами. При этом установлены зависимости для определения оптимальной высоты шероховатости с точки зрения обеспечения гидроплотности и износостойкости.

Разработаны новые конструкции отдельных деталей пар трения. В частности измерительный калибр (а. с. 1201665), имеющий на рабочей поверхности непрерывную канавку с переменными по длине параметрами. Достоинство данной конструкции в меньшей трудоемкости ее изготовления и повышении равномерности износа рабочей поверхности калибра в процессе эксплуатации. Аналогичные преимущества заложены в разработанную конструкцию штока гидроцилиндра (а. с. 1399549), на рабочей поверхности которого в местах, где скорость скольжения минимальна, нанесена система смазочных канавок, которая позволяет сохранять слой смазки в контакте с уплотнениями. Исходя из анализа условий работы узла уплотнения, работающего со штоками возвратно-поступательного движения была предложена новая конструкция узла (а. с. 1158809), отличительной особенностью которого является изготовление специальной формы опорной поверхности кольца. Применение новой конструкции узла позволяет в значительной мере уменьшить износ манжеты и ее усталостное разрушение

Восьмая глава посвящена изучению путей повышения эффективности затрат на создание и внедрение новых технологий для изготовления и восстановления изнашивающихся деталей.

При определении эффективности применения новых технологий целесообразно осуществлять оценку вариантов по величине чистой прибыли, получаемой в результате инвестиций в новые технологии.

Определено, что путями оптимизации формирования чистой прибыли являются увеличение операционного дохода, снижение расходов при использовании заемных средств, снижение затрат на производство, снижение ставок налогов и прочих платежей.

При подготовке и внедрении новых технологий может быть реализовано четыре варианта стратегии повышения эффективности внедрения: сокращение сроков от вложения средств в новые технологии до получения реальной отдачи; применение эффективных форм вложения средств в новую разработку, сводящих к минимуму затраты на ее освоение; выне-

сение затрат на разработку и внедрение за пределы основного производства; использование необходимых комплектующих с требуемыми свойствами, поставляемых со стороны.

На основании проведенных исследований предложена схема финансового планирования эффективного внедрения новых технологий, включающая этап первоначального обоснования необходимости внедрения новой технологии, где выявляются пути возможного увеличения доходов при реализации нововведения; этап анализа различных вариантов новых технологий; разработку производственного плана и после этого разработку финансового плана, на основе которого оценивается эффективность предлагаемых вариантов новых технологий. Разработана программа для прогнозирования финансовых потоков по данной методике. Приведены примеры оценки эффективности внедрения УОО по всем рассмотренным вариантам практического повышения износостойкости.

В приложении приведены описания устройств и приспособлений, применявшихся при проведении исследований, табличные данные по результатам экспериментальных исследований, алгоритмы программ для ЭВМ и документы, подтверждающие внедрение результатов исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе осуществлено решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, заключающейся в повышении износостойкости машин технологическими методами путем научно обоснованного выбора известных и разработки новых методов УОО, а также в технологическом управлении одновременно большим количеством ПКПС за счет использования обобщенных переменных для данных параметров. Прирешении данной проблемы предложены;

1. Новый научно обоснованный подход к выбору методов УОО поверхностей деталей, работающих в условиях граничного трения, основанный на оценке их возможностей управлять ПКПС, оказывающими влияние на износостойкость.

2. Впервые предложено осуществлять технологическое управление износостойкостью деталей с использованием обобщенных переменных ПКПС, получаемых на базе методов теории моделирования трибологических задач, а также исследована взаимосвязь обобщенных переменных с интенсивностью изнашивания.

3. Установлена возможность вынесения части процесса приработки поверхностей при трении на стадию финишной обработки, для чего разработан новый способ обработки, по-

зволяющий осуществлять УОО ППД с одновременным срезанием выступов микронеровностей.

Наряду с этим получен ряд результатов, имеющих практическое значение, а именно:

- Предложена методика выбора известных или определения требований к разработке новых методов УОО для повышения износостойкости деталей, работающих в условиях граничного трения, основанная на определении влияния ПКПС на износостойкость конкретных деталей и на установлении возможностей методов УОО по обеспечению соответствующих параметров.

- Разработаны новые способы и устройства для УОО, а также новые конструкции отдельных деталей пар трения, позволяющие повысить износостойкость.

- Предложена новая методика оценки экономической эффективности при внедрении различных вариантов технологий повышения износостойкости, учитывающая особенности функционирования предприятий в современных условиях.

- Получены теоретические зависимости для определения параметров шероховатости и высоты волнистости, образующихся при вибрационном накатывании.

- Предложены новые зависимости для определения оптимального угла наклона и размеров поперечного сечения смазочных каналов на поверхностях подшипников и направляющих скольжения, работающих в условиях граничного трения.

- Предложена новая методика установления закономерно изменяющихся по поверхности деталей значений обобщенных переменных ПКПС, обеспечивающая повышение равномерности изнашивания.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Улашкин А.П. Выбор отделочно-упрочняющих методов обработки (для повышения износостойкости деталей машин). - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. тех. ун-та, 1998. - 103 с.

2. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Улашкин А.П. Технологическое управление параметрами шероховатости поверхностей деталей машин при обработке инструментами из сверхтвердых материалов. Тез. докл. Междунар. семинара "Сверхтвердые материалы", том II, Киев, 1981, с. 83 - 84.

3. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Улашкин А.П. Технологическое обеспечение комплексного параметра для оценки свойств поверхностей трения. Вестник машиностроения, № 9, 1981, с. 52 - 53.

4. Ryzhov E.V., Suslov A.G., Ulashkin А.P. The Complex Estimate of Sliding Surface Properties of Machine Parts. 3-d EVROTRIB Congress, Warshawa, 1981, p. 322 - 326.

5. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Улашкин А,П. Технологическое управление износостойкостью деталей машин методами отделочно-унрочняющей обработки ГТГЩ. Тез. докл. Все-союз. н.-тех. конф. "Использование методов поверхностно-пластического деформирования материалов в машиностроении", Владимир, 1981, с. 20 - 21.

6. Улашкин А.П. К вопросу формирования установившихся свойств поверхностного слоя при трении. В кн. "Отделочно-чистовые методы обработки в технологии машиностроения", Барнаул, 1981, с. 54 - 57.

7. Суслов А.Г., Улашкин А.П. Теоретическое определение параметров волнистости поверхностей деталей при механических методах их обработки. В кн. "Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей технологии в машиностроении". Межвуз. сб. науч. тр., Пермь, ПЛИ, 1983, с. 36 - 43:

8. Улашкин А.П. Критерий разграничения условий обработки вибронакатыванием. Известия ВУЗов. Машиностроение, № 9, 1983, с. 136- 139.

9. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Улашкин А.П. Теоретическое определение волнистости при отделочно-упрочняющей обработке. В сб. "Поверхностное упрочнение деталей машин и инструмента", Куйбышев, 1985, с. 41 - 44.

10. Улашкин А.П., Мулин Ю.И. Повышение износостойкости поверхностей с неравномерным износом в условиях граничного трения скольжения. The 5-th conference on friction, lubrication and wear "Tribotechnica'87", Bucuresti, 1987, p. 153 - 157.

11. Tudor A., Ulajkin A.P. Ctteva aspecte privind influença capilâritâçii asupra ungerii su-prafeçilor plane rugoase eu viteze mici de alunecarc. Studii si cercetiri de mecanicâ aplicatâ: Edi-tura Academiei RSR, Bucuresti. Tomu! 45. Nr. 1, 1986, p. 88 - 101. (румынский)

12. Улашкин А.П. Оптимальная форма смазочных каналов на плоских направляющих скольжения. В сб. "Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами деталей машин и механизмов", Брянск, БИТМ, 1982, с. 39 - 47.

13. Ulashkin A.P. The Automatic Control of the Surface Properties of Machine Parts in the Process of Finishing Metalworking. The 1-st Sov. Un. - China symp "The actual problems of the scientific and technological progress of the Far Eastern region on the base of Soviet Union - China direct cooperation", Khabarovsk, 1991, p. 159 - 161

14. Улашкин А.П. Оценка износостойкости поверхностей на стадии финишной механической обработки. Тез. докл. Всесоюз. н.-тех. конф. "Надежность технологического оборудования, качество поверхности, трение и износ", Хабаровск, 1991, с. 62 - 63.

15. Улашкин А.П. Комбинированный метод обработки для повышения надежности и долговечности деталей машин. В сб. "Проблемы повышения качества, надежности и долговечности деталей машин и инструментов", Брянск, БИТМ, 1991, с. 107 - 112.

16. Ulashkin Л.Р., Zaguzov A.V. The Analysis of Possibilities the Finishing Methods of Metal Working Processes on the Control of Exploitation Properties of the Machines Parts. The 3-d Russian - China Symposium "The actual problems of the scientific and technological progress of the Far Eastern region", Khabarovsk, 1993, p. 95 - 101.

17. Улашкин А.П., Загузов А.В. Приборы для комплексного контроля качества свойств поверхностного слоя деталей машин при финишной механической обработке. "Анализ и рациональное использование трибообъектов". Матер межд. Науч практ. семинара "ТРИБОЛОГ-ЮМ - SLA VYANTRIBO-1", Рыбинск, 1993, с. 108 - 115.

18. Ulashkin А.Р., Borisov M.V. The Complex Control Method Formalization for Surface Layers of Machine Parts. "The technical progress problems of the Far East region", Khabarovsk, 1993, p 57- 60.

19. Улашкин А.П. Разработка гибких технологий управления эксплуатационными свойствами поверхностей деталей машин, работающих в местных условиях. Тез. докл. per. н. - тех. конф. по итогам выполн. МРНТП "Дальний Восток России". "Машиностроительный и приборостроительный комплекс ДВ, проблемы конверсии", Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ. 1996, с. 3-4.

20. Кузьменко А.П., Кузьменко Н.А., Улашкин А.П. Разработка технологии обеспечения износостойкости деталей машин, работающих в экстремальных условиях добывающих отраслей. Тез. докл. 2-й Междунар. н.-тех. конф. "Износостойкость машин", Брянск, 1996, с. 66.

21. Oulas'nkin А.Р. Optimization of the Form of Lubricant Channels on the Surface of Radial Sliding Bearings. Proc. the 5-th International Simp. "The Actual Problems of the Scientific and Technological Progress of the Far Eastern Region", Khabarovsk, 1997, p. 178 - 185.

22. A c. 952549 СССР, М.Кл.' B24B 39/00. Устройство для накатывания галтелей/ А.П. Улашкин, В В. Фомичев, Н.Ф. Данякин, заявлено 07.01.81, опубликовано 23.08.82, бюлл. jY» 31. - 3 с. 2 ил.

23. А с. 977138 СССР, М.Кл.' В24В 39/02. Многорядный инструмент для образования микрорельефа/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 15.06.81, опубликовано 30.11 82, бюлл. № 44. - 2 с. ил.

24. A.c. 996045 СССР, М.Кл.3 В21Н 3/02. Устройство для обкатки/ В.А. Белов, А.П. Улашкин, заявлено 10.04.81, опубликовано 15.02.83, бюлл. № 6. - 4 с. 4 ил.

25. A.c. 1013239 СССР. М.Кл.3 В24В 39/00, В24В 39/02. Устройство для чистовой и упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, В.И. Довгий, заявлено 08.01.82, опубликовано 23.04.83, бюл. № 15. - 3 с. 2 ил.

26. A.c. 1085688 СССР, М.Кл.3 В23В 29/03. Устройство для чистовой обработки отверстий/ А.П. Улашкин, заявлено 27.01.83, опубликовано 15.04.84, бюл. № 14. - 3 с. 2 ил.

27. A.c. 1101339 СССР, М.Кл.1 В24В 39/00. Способ упрочнения поверхностей металлических изделий/ В.И. Довгий, Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 11.01.82, опубликовано 07.07.84, бюл. № 25. - 4 с. 3 ил.

28. A.c. 1076259 СССР, М.Кл.3 В23 Q 35/00. Устройство для обработки линейчатых поверхностей/ А.П. Улашкин, заявлено 14.02.83, опубликовано 28.02.84, бюл. №8. - 4 с. 3 ил.

29. A.c. 1146125 СССР, М.Кл.4 В21Н 5/02. Инструмент для пластического деформирования рабочих поверхностей зубчатой детали/' А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, заявлено

06.02.84, опубликовано 23.03.85, бюл. № 11. - 3 с.З ил.

30. A.c. 1172640 СССР, М.Кл.4 В23В 1/00. Способ обработки плоских поверхностей микрорезанием/ А.П. Улашкин, заявлено 09.01.84, опубликовано 15.08.85, бюл. № 30. - 3 с. 2 ил.

31. A.c. 1168341 СССР, М.Кл.4 В23В 29/03. Устройство для чистовой обработки отверстий/ А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, Ю.И. Шиморин, заявлено 20.01.84, опубликовано

23.07.85, бюл. № 27. - 3 с. 3 ил.

32. A.c. 1158809 СССР, М.Кл." F16 J 15/32. Узел уплотнения/ В.И. Довгий, Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 06.05.82, опубликовано 30.05.85, бюл. № 20. - 2 с. ил.

33. A.c. 1191267 СССР, М.Кл.4 В24В 39/00. Способ упрочпяюще-чистовой обработки/ А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, Ю.М. Шохеров, заявлено 12.06.84, опубл. 15.11.85, бюл. №42. -Зс.

34. A.c. 1199600 СССР, М.Кл.4 В24В 39/04. Инструмент для чистовой и упрочняющей обработки/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, A.B. Якуба, заявлено 26.04.83, опубл. 23.12.85, бюл. №47. - 4 с. 4 ил.

35. A.c. 1201665 СССР, М.Кл.4 G01B 3/26. Измерительный калибр/ Ю.И. Мулин,' А.П. Улашкин, A.B. Якуба, заявлено 30.11.83, опубликовано 30.12.85, бюл. №48. - Зс. 6 ил.

36. A.c. 1203255 СССР, М.Кл.4 F16 С 17/02. Подшипник скольжения/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 22.02.84, опубл. 07.01.86, бюл. № 1. - 4 с. 6 ил.

37. A.c. 1206066 СССР, M.IGi.4 В24В 37/04. Способ обработки плоских поверхностей/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, Ю.И. Шиморин, заявлено 28.06.83, опубл. 23.01.86, бюл. №3.-3 о. 3. п.

38. A.c. 1217634 СССР, М.Кл.4 В24В 39/04. Устройство для обкатывания/ А.П. Улашкин, ; .И. Мулин, заявлено 06.04.83, опубл. 15.03.86, бюл. № 10. - 3 с. 4 ил.

39. A.c. 1298053 СССР, М.Кл.4 В24В 39/02. Устройство для упрочняющей обработки/ А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, заявлено 25.11.85, опубл. 23.03.87, бюл. № 11. - 3 с. 2 ил.

40. A.c. 1399549 СССР, М.Кл.4 F16 J 1/08. Шток гидроцилиндра/ Ю.И. Мулин, АП. Улашкин, В.И. Довгий, заявлено 19.02.86, опубликовано 30.05.88, бюл. 20. - с. 10 нл. ^^

41. A.c. 1346336 СССР, М.Кл.4 В23В 1/00. Способ выглаживания па токарных станках/ Ю.И. Мулин, АГ. Суслов, А.П. Улашкин, заявлено 13.01.86, опубл. 23.10.87, бюл. № 39. - 2 с. ил.

42. А. с. № 900924, М. Кл.3 В21 Н 5/02. Устройство для вибрационного накатывания боковых поверхностей зубьев/ Э.В. Рыжов, А.Г. Суслов, АП. Улашкин, заявлено 11.03.79, опубл. 30.01.82, бюл. №4. - 5 с. 3 пл.

Научное издание

Улашкин Анатолий Петрович Автореферат

Подписано в печать 29.05.98. Форматб0х84 1/16.

Бумага писчая. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,86. Уч.-изд. л. 1,79. Тираж 100 экз. Заказ 115. Отдел оперативной полиграфии издательства Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 13£5

/Л /Л

4

■......1 ■

4 к- // ^

>о\

Хабаровский госу да рст^нрьщ те^ический университет

V ( \ >*•■ е

^ У'„0 СТЗГ П'ШЪ

.-» А Г

1'

наук к

На правах рукописи

Начальник угф&зления ВАК России

УЛАШКИН Анатолий Петрович

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА И РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ УПРОЧНЯЮЩЕ-ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

(Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Л >■ /

Хабаровск 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.........................................................................................................................................6

Глава 1. Анализ состояния и пути решения проблемы выбора упрочняюще-отделочных методов обработки для повышения износостойкости деталей машин..................................17

1.1. Анализ состояния вопроса по разработке и исследованию методов упрочняюще-отделочной обработки для обеспечения износостойкости деталей машин.......................17

1.2. Классификация методов упрочняюще-отделочной обработки, применяемых для повышения износостойкости металлических поверхностей...............................................34

1.3. Анализ возможностей методов упрочняюще-отделочной обработки по управлению параметрами качества поверхностного слоя для повышения износостойкости деталей машин..............................................................................................................................42

1.4. Обоснование выбора объектов исследования................................................................53

1.5. Классификация узлов трения..........................................................................................54

Выводы к главе 1......................................................................................................................62

ГЛАВА 2. Анализ влияния на износостойкость параметров качества поверхностного слоя деталей ................................................................................................................................63

2.1. Состояние вопроса............................................................................................................63

2.2. Анализ влияния на износостойкость параметров качества поверхностного слоя деталей, образуемых при упрочняюще-отделочной обработке поверхностей деталей конкретных узлов трения........................................................................................................75

2.3. Выбор определяющих параметров для обеспечения износостойкости.......................89

Выводы к главе 2.......................................................................................................................93

Глава 3. Использование обобщенных переменных ПКПС для технологического управления износостойкостью.............................................................................................................94

3.1. Теоретические основы выявления обобщенных переменных ПКПС..........................94

3.2. Использование метода умозрительно-логических построений для нахождения обобщенной переменной ПКПС для условий граничного трения и усталостного износа................................................................................................................................................97

3.2.1. Критерий существования условий граничного трения............................................97

3.2.2. Обобщенная переменная для условий граничного трения...................................102

3.3. Получение обобщенных переменных ПКПС на базе анализа экспериментальных результатов и метода экспертных оценок............................................................................113

3.4. Экспериментальная проверка использования обобщенной переменной ПКПС для оценки равновесного состояния поверхностей трения......................................................118

3.4.1. Методика проведения экспериментальных исследований....................................118

3.4.2. Исследование зависимости износостойкости от исходных значений ПКПС.....121

3.4.3. Обобщенная переменная для оценки влияния ПКПС на износостойкость, полученная на основании экспериментальных результатов.........................................................124

3.5. Получение обобщенных переменных ПКПС способом интегральных аналогов.....126

3.6. Получение обобщенных переменных ПКПС методом анализа размерностей.........134

3.7. Алгоритм решения задачи технологического управления обобщенными переменными ПКПС с использованием упрочняюще-отделочных методов обработки...............140

Выводы к главе 3....................................................................................................................143

Глава 4. Теоретическое обоснование выбора оптимальных микрогеометрических параметров поверхностей деталей, получаемых с использованием упрочняюще-отделочных методов обработки, для поверхностей деталей пар трения..................................................145

4.1. Определение оптимальных параметров смазочных каналов на поверхностях подшипников скольжения.....................................................................................................145

4.2. Определение оптимальных параметров смазочных каналов на поверхностях направляющих скольжения...................................................................................................154

4.3. Теоретическое обоснование назначения переменных параметров качества поверхностного слоя по поверхности деталей, работающих в условиях неравномерного

износа......................................................................................................................................163

Выводы к главе 4....................................................................................................................165

Глава 5. Теоретическое определение параметров шероховатости и волнистости при вибронакатывании.....................................................................................................................167

5.1. Критерий разграничения условий обработки вибронакатыванием...........................168

5.2. Теоретическое определение высоты шероховатости при вибрационном накатывании ...........................................................................................................................................169

5.3. Теоретическое определение шаговых и структурных параметров шероховатости при вибрационном накатывании..........................................................................................178

5.4. Теоретическое определение высоты волнистости при УОО ППД.............................180

5.5. Определение высоты волнистости при вибрационном накатывании........................186

Выводы к главе 5....................................................................................................................188

Глава 6. Разработка и исследование новых и модернизированных методов упрочняюще-отделочной обработки........................................................................................................189

6.1. Направления совершенствования способов упрочняюще-отделочной обработки ..189

6.2. Новые способы и устройства для повышения износостойкости поверхностей деталей с неравномерным износом..........................................................................................190

6.3. Новые способы и устройства для обеспечения износостойкости направляющих скольжения..............................................................................................................................197

6.4. Новые способы и устройства для создания на поверхностях трения системы смазочных канавок с улучшенными эксплуатационными характеристиками.......................206

Выводы к главе 6....................................................................................................................208

Глава 7. Опытно-экспериментальные разработки практического использования упрочняюще-отделочных технологий для деталей, работающих в условиях трения и износа ..209

7.1. Исследование возможности технологического управления значениями обобщенных переменных ПКПС при упрочняюще-отделочных методах обработки....................209

7.1.1. Методика проведения экспериментальных исследований....................................212

7.1.2. Зависимость обобщенной переменной от условий обработки при вибрационном накатывании.........................................................................................................................213

7.1.3. Зависимость обобщенной переменной от условий обработки при точении.......215

7.1.4. Зависимость обобщенной переменной Сх от условий обработки при накатывании шариком................................................................................................................................217

7.1.5. Зависимость обобщенной переменной Сх от условий обработки при алмазном выглаживании ...........................................................................................................................218

7.1.6. Зависимость обобщенной переменной Сх от условий обработки при обкатывании роликами...............................................................................................................................220

7.2. Выбор технологических методов повышения износостойкости пары трения балка-подвеска.............................................................................................................................221

7.2.1. Моделирование условий работы пары трения балка-подвеска тележки рефрижераторной секции......................................... ..........................................................221

7.2.2. Выбор технологических методов упрочняющей и отделочной обработки для повышения износостойкости пары трения...........................................................................223

7.3. Применение упрочняюще-отделочных технологий для повышения износостойко-

сти рабочих поверхностей колес тягодутьевых машин......................................................228

7.3.1. Характеристика условий работы изнашивающихся деталей................................228

7.3.2. Выбор методов упрочнения изнашивающихся поверхностей..............................229

7.3.3. Исследования по отработке составов паст и режимов диффузионного насыщения............................................................................................................................230

7.4. Повышение износостойкости поверхностей деталей уплотнительных узлов гидроцилиндров ...........................................................................................................................235

7.5. Исследование возможности применения упрочняюще-отделочных методов для повышения равномерности износа поверхностей деталей радиальных подшипников скольжения..............................................................................................................................242

7.6. Совершенствование и разработка технологического оснащения и конструкций

деталей для обеспечения износостойкости отдельных узлов трения...............................246

Выводы к главе 7....................................................................................................................248

Глава 8. Эффективность инвестиционных вложений в создание и внедрение новых упрочняюще-отделочных технологий для изготовления и восстановления изнашивающихся деталей............................................................................................................................249

8.1. Состав задач, решаемых при оценке экономической целесообразности применения упрочняюще-отделочных технологий..........................................................................252

8.2. Выявление технико-экономических факторов, определяющих эффективность использования новых технологий для повышения износостойкости...................................254

8.3. Определение резервов и новых факторов, обеспечивающих эффективность применения новых технологий в условиях рыночной экономики..........................................261

8.4. Методика финансового планирования и оценки эффективности внедрения технологий повышающих износостойкость...........................................................................267

8.5. Примеры определения эффективности внедрения упрочняюще-отделочной обработки поверхностей штоков гидроцилиндров.....................................................................272

Выводы к главе 8....................................................................................................................281

Заключение.................................................................................................................................282

Список использованной литературы.......................................................................................286

Приложение................................................................................................................................317

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Острый экономический кризис, в котором находилась наша страна в течение ряда лет и сменившая его фаза стабилизации экономики в ряде отраслей, ставят задачу развития машиностроительного производства, что при открытой рыночной экономике практически не возможно без решения проблемы повышения качества и конкурентоспособности выпускаемых машин. Одной из важных задач при обеспечении качества машин является повышение эксплуатационных показателей их деталей, которые в значительной степени определяются параметрами качества поверхностного слоя (в дальнейшем по тексту ПКПС). Многочисленные исследования показали, что до 70 % причин выхода из строя машин и механизмов связано с износом узлов трения. Отсюда вытекает одно из направлений улучшения качества машин - повышение износостойкости их деталей, что может быть обеспечено за счет применения технологических процессов изготовления и восстановления, позволяющих создавать оптимальные для условий эксплуатации значения ПКПС.

В виду того, что износ определяется большинством функциональных параметров качества поверхностного слоя, представляет интерес управление в процессе обработки комплексом этих параметров, определяющих износостойкость, включающим геометрические, механические, физические, химические и структурные свойства.

Широкое применение в промышленности находят различные методы упрочняюще-отделочной обработки (в дальнейшем по тексту УОО), позволяющие в широких пределах управлять состоянием и свойствами поверхностного слоя. Они применяются также для повышения износостойкости деталей пар трения.

Имеющиеся исследования по УОО посвящены, как правило, изучению отдельных групп методов, поэтому отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору наиболее подходящих методов из всей совокупности известных. Кроме этого, при использовании УОО значительные трудности представляет одновременное технологическое управление большим количеством ПКПС, определяющих износостойкость деталей.

Представленные в настоящей диссертационной работе исследования по научно обоснованному выбору известных и разработке новых методов УОО для повышения износостойкости поверхностей деталей машин, работающих в условиях граничного трения, основаны на определении влияния параметров качества поверхностного слоя изнашивающихся деталей на их износостойкость в различных условиях трения и износа, а также на оценке возможно-

стей рассматриваемых методов обработки по обеспечению соответствующих параметров. Данные исследования направлены на решение актуальной проблемы современного машиностроения - повышение износостойкости и надежности узлов трения машин технологическими методами.

Данная работа является продолжением исследований отечественных и зарубежных ученых Аверченкова В.И., Алексеева П.Г., Безъязычного В.Ф., Бутенко В.И., Горленко O.A., Дальского A.M., Дунин-Барковского И.В., Дьяченко П.Е., Маталина A.A., Папшева Д.Д., Проникова A.C., Проскурякова Ю.Г., Рыжова Э.В., Смелянского В.М., Суслова А.Г., То-тай A.B., Федорова В.П., Харченкова B.C., Хворостухина JI.A., Шнейдера Ю.Г., Ящерици-наП.И., Whitehous D.F. и др., посвященных изучению технологического управления параметрами качества поверхностного слоя деталей машин, а также работ Брауна Э.Д., Гаркуно-ва Д.Н., Демкина Н.Б., Добычина М.Н., Дроздова Ю.Н., Комбалова B.C., Крагельского И.В., Рыжова Э.В., Суслова А.Г. Тейбора Д., Тихомирова В.П., Чичинадзе A.B., Greenwood I.A., Moore D.F., Pavelescu D. и др. посвященных исследованию процессов контактного взаимодействия при трении и изнашивании.

Анализ работ Алексеева П.Г., Аскинази Б.М., Бабичева А.П., Балтера М.А., Баумана В.А., Белова В.А., Вельского Е.И., Браславского В.М., Голего H.JL, Дорожкина H.H., Евдокимова В.Д., Елизаветина М.А., Жукова A.A., Коваленко B.C., Лахтина Ю.М., Ляхо-вич Л.С., Маталина A.A., Папшева Д.Д., Подураева В.Н., Полевого С.Н., Проскурякова Ю.Г., Рыжова Э.В., Сильмана Г.И., Смелянского В.М., Суслова А.Г., Фрумина И.И., Харченкова B.C., Хасуй А., Хворостухина Л.А., и др., посвященных исследованию различных методов УОО показывает, что существующие методы позволяют решать задачи повышения износостойкости деталей пар трения, работающих в различных условиях изнашивания по видам сопряжений и видам износа за счет управления ПКПС, определяющими износостойкость в данных конкретных условиях трения и износа. В то же время отсутствуют обоснованные рекомендации по выбору из всей номенклатуры технологических процессов конкретных методов обработки, наиболее подходящих для конкретных условий работы пар трения. Большинство методов УОО решают только часть проблемы управления требуемыми ПКПС, особенно для пар трения, в которых значительной влияние на износостойкость оказывают показатели точности обработки, макро и микрогеометрические отклонения. Это определяет необходимость применения методов УОО в сочетании с другими финишными методами обработки, а также применения комбинированных методов обработки или разработки новых методов для

конкретных пар трения, позволяющих обеспечивать управление всеми ПКПС, имеющими влияние на характеристики изнашивания пары трения.

Анализ литературных источников показывает, что для большинства известных методов УОО отсутствуют полные данные по их возможностям управлять совокупностью ПКПС, которые приняты к рассмотрению в проведенном анализе. Что требует дополнительных исследований упрочняющих технологий по полному выявлению их возможностей.

Необходима разработка научно-обоснованного подхода к выбору оптимальных методов УОО из совокупности подходящих с точки зрения управления необходимым набором ПКПС для обеспечения износостойкости с учетом экономических требований, технологических ограничений соответствующих методов обработки, конструкторско-технологических ограничений в конкретных парах трения, а также необходима методика назначения технологических режимов для выбранных методов УОО с целью обеспечения требуемых значений ПКПС, что особенно затруднено необходимостью одновременного управления большим количеством параметров.

Задача выбора уп�