автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Определение значений параметров технологического процесса получения металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме

На правах рукописи

Лаврпщев

Александр Викторович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРИОГО ПОКРЫТИЯ СПОСОБОМ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ В ВАКУУМЕ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2006

Работа выполнена в Сибирском государственном аэрокосмнческом ушюерстсте имени академика М.Ф. Рсшстнсва

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Кудымов Владимир Иванович - кандидат технических наук, профессор Лубнин Михаил Алексеевич

Ведущая организация: Красноярским государственный технический

Затита состоится «_» янпярч года в 12-00 на ■заседании диссертационного

совета ДС 2 Т 2.023.01 при Сибирском государственно^ ^рики^ш-^ко»! ушширентегс имени академика М.Ф. Решетяева Министерства образования и науки Российской Федерации по адресу: 660014, г. Красноярск, лр. имени газеты Красноярский Рабочий, 31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф.Решетнева

Автореферат размещен на официальном сайте СйбГАУ: mwv.sibsau.ru

Автореферат разослан ^_»декабря 2006 года.

Смирнов Николай Анатольевич

университет

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Е. Михеев

/Яг?/

з

Актуальность работы. Полимерные и металлопотшерные покрытия как конструкционные материалы широко используются в ракетно-космической технике как антифрикционные, износостойкие, защитные покрытия. Многие узлы агрегатов работают в экстремальных условиях - при высоких динамических и статических нагрузках: в частности в элементах щелевых и торцовых уплотнений агрегатов подачи двигателей летательных аппаратов. Одним из наиболее слабьк звеньев в совокупности проблем обеспечения требуемого технического уровня машин является недостаточный ресурс гарантированной работоспособности.

Перспективными направлениями совершенствования конструкций деталей опор скольжения и уплотнений, являются применение конструкционных армированных композиционных материалов, полученных.современными технологическими способами из порошковых смесей, автоматизация технологических процессов, повышение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей с помощью покрытий.

Производство деталей опор скольжения и уплотнений требует предварительного решения задач, связанных с обеспечением высокой удельной прочности и износостойкости.

Постоянно возрастающие технико-эксплуатационные требования к материалам и покрытиям деталей и элементов машин и аппаратов имеют определяющее значение при автоматизации технологических процессов, так как необходимо предварительное прогнозирование физико-механических свойств конструкционных материалов и покрытий с целью гарантированного обеспечения эксплуатационных характеристик. Кроме того, программная реализация управления технологическими процессами возможна только на основе формального и алгоритмического аппаратов.

На решение обозначенного комплекса проблем направлены действующие федеральные и отраслевые программы фундаментальных научно-исследовательских и прикладных опытно-конструкторских работ, в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации, что _ несомненно подтверждает актуальность и практическую значимость исследований представленных в настоящей диссертационной работе.

Работа выполнена в рамках тематического плана НИР Сибирского государственного аэрокосмического университета и Научно-исследовательского института систем управления, волновых процессов и технологий (1998 - 2005 гг.); в рамках федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2004 гг.», проект № 09-705; региональной научно-технической программы «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов», проект № 407.

Основные результаты исследований внедрены в ФГУП «Красноярский машиностроительный завод», АО РЖД «Красноярский ЭВРЗ».

Результаты научных разработок широко используются в учебном процессе в Сиб-ГАУ при подготовке специалистов по специальностям «Технология машиностроения», «Электронное машиностроение», «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование» в преподавании дисциплин, связанных с конструкторской подготовкой студентов машиностроительных специальностей («Детали машин», «Основы конструирования машин». «Прикладная механика», «Теория механизмов и машин». «Машины низкотемпературной техники»).

Цель работы. Разработка алгоритма выбора значений основных параметров технологического процесса получения антифрикционного мет-аллопо л «мерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести обзор и комплексный анализ современных публикаций по результатам исследований в области технологий получения металлополимерных покрытий из порошковых материалов.

2. Модернизировать методику исследования и экспериментальное оборудование для определения физико-механических свойств металлополимерных покрытий.

3. Провести исследования влияния основных параметров технологического процесса диффузионной сварки на физико-механические свойства покрытия,

4. Построить экспериментально - теоретические модели, определяющие влияние основных технологических параметров на физико-механические свойства покрытий.

5. По результатам экспериментально - теоретических исследований разработать алгоритм и программное обеспечение выбора основных параметров технологического процесса получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, металлографический и термографический анализы, электронная и оптическая микроскопия, методы теории подобия и теория размерностей, методы статистики и планирование эксперимента.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит в следующем:

- установлено, что для увеличения прочности соединения необходимо совмещать процессы порошковой металлургии и диффузионной сварки;

- определена облаоть изменения величины основных технологических параметров (степень разрежения в камере сварки, величина и градиент нагрузки, температура и время изотермической выдержки), обеспечивающая требуемые эксплуатационные характеристики металлополимерного покрытия;

- построена математическая модель, связывающая величину основных технологических параметров с физико-механическими свойствами покрытия;

- разработан алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по основным технологическим параметрам;

- разработан алгоритм обеспечения автоматизированного выбора основных параметров для управления -технологическим процессом получения антифрикционного ме-таллополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель, связывающая основные технологические параметры с физико-механическим и свойствами покрытия, обоснованные рекомендации по выбору величины технологических параметров процесса получения металлополимерного покрытия, позволяют на этапе проектирования принимать конструктивные и технологические решения по обеспечению высоких эксплуатационных свойств покрытий, требуемой долговечности и надежности опор скольжения. Разработан технологический процесс получения метал л ополи мер иого покрытия 1« порошков фторопласта, мягких металлов (медь, никель), графита. Выполне-

ние технологического процесса достигается алгоритмической и программной реализацией выбора величины основных параметров для управления технологическим процессом получения металлополимерных покрытий с прогнозируемыми физико-механическнмн свойствами.

На защиту выносятся:

- результаты исследований физико-механических параметров полимерного покрытия.. содержащего порошки фторопласта и мягких металлов — металлополимерной композиции на стали;

- база данных области возможных вариаций основных технологических параметров (степень разрежения в камере сварки, величина и градиент нагрузки, температура, время выдержки), обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики металлопо-лимерного покрытия;

- формальные модели, связывающие величину параметров технологического процесса с физико-механическими свойствами покрытий;

- алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по значениям основных технологических параметров;

- алгоритм обеспечения выбора основных параметров для управления технологическим процессом получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме;

- программное обеспечение выбора основных параметров для технологического процесса получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: Третьей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2001), на отчетной конференции Научно-технической программы «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники» (Москва, 2001). на Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2002), на Международных научно-практических конференциях САКС-2002, САКС-2003 (Красноярск, 2002, 2003), научно-технических семинарах по машиноведению и технологии машиностроения в Сибирском государственном аэрокосмическом университете. Красноярском государственном техническом университете. Научно-исследовательском институте систем управления, волновых процессов и технологий (1990-2006 гг.).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 20 работ, в том числе 5 авторских свидетельств на изобретения. 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех разделов, выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Объем работы 148 страниц, в том числе 45 рисунков. 12 таблиц. Список литературы включает 122 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, поставлены цель и задачи исследований. показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первом разделе проведен обзор п анализ опубликованных результатов исследований и технологических разработок по теме диссертации. Отражены конструктивные особенности опор скольжения с полимерным» покрытиями. Проведен анализ методов и особенностей технологий получения металлополимерных покрытий.

Конструкции узлов трения, технологии изготовления таких покрытий отражены в работах A.A. Кутькова, В.М. Шестакова, Е.В, Зиновьева, A.B. Чичикадзе. Ю.В. Савии-ского, А.Л. Левина, М.М. Бородулина. А.К. Пугачева, O.A. Рослякова, В. Суровяк, С. Худзиньски, Д.Т Гаевика и др. Работоспособность опор скольжения зависит от объемной и поверхностной прочности поверхности трения. Наилучшие свойства покрытий наблюдаются при толщине от долей миллиметра до 1-2 мм. Управление свойствами покрытия на этапе изготовления позволит управлять процессом трения и изнашивания.

Для расчета интенсивности изнашивания конструкционных материалов существует ряд методов, разработанных И.В. Крагельским, B.C. Комбаловым, М.Н. Добычк-иым. Эти методы учитывают нагруженность фрикционного контакта, физико-механические и технологические свойства поверхности и предназначены для установившегося режима сухого трения. Ю.Н. Дроздовым, А.Н. Ветровым и другими авторами предложен метод расчета износа и '[рения с помощью критериальных уравнений, записанных в виде комплексных критериев. Аналогичные уравнения получены IO.A. Евдокимовым, В.И. Колесниковым, А.И. Тетериным, Э.Д. Брауном, A.B. Чичинадзе для различных трибосопряжсний. Данные критериальные уравнения удобны тем, что достаточно хорошо описывают процесс изнашивания в определенном диапазоне значений основных влияющих параметров и легко могут быть получены экспериментальным путем для любого узла трения. По этой же методике можно получить и критериальное уравнение зависимости прочности металлополн мерного покрытия от технологических параметров процесса изготовления покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Армированные композиционные материалы, используемые для производства покрытий. представляют собой металлические или неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.); при этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиций. Основным методом производства армированных композиционных материалов в настоящее время является метод пропитки армирующих волокон расплавом матрицы. Такой метод накладывает определенные ограничения на материалы матрицы и армирующих волокон - материал матрицы должен быть плавким и армирующее волокно должно выдерживать температуры плавления матрицы без ухудшения своих свойств. Если же материал матрицы не образует расплава или расплав имеет большую вязкость (например. порошки фторопласта, мягких металлов, графита), то этот метод становится неприменимым. В этом случае целесообразно совмещать процессы диффузионной сварки и порошковой металлургии, как отмечено в работах Н.Ф. Казакова, В.Н. Казакова, В.Г. Новикова, Л.Г. Семичевой, Ю.М. Тарнопольского, В.Н. Кестельмана и др.

В процессе изготовления узлов трения представляется возможным оценить вклад каждого параметра модели в формирование эксплуатационных показателей изготавливаемого элемента. Это требует наличия математических моделей процессов объемного.

поверхностного разрушения н базы данных объемной и поверхностной прочности, три-ботехнических свойств конструкционных и смазочных материалов.

Проведен аналитический обзор существующих баз данных и знаний в организации систем принятая решений при проектировании новых конструкций и создании новых материалов. Опыт создания баз данных в России и за рубежом показывает, что все проблемы прочности или трибологии невозможно охватить одной базой данных - требуется система из нескольких баз.

Определена цель и поставлены задачи исследования.

Во втором разделе описаны методики проведения исследований. Приведены сведения об экспериментальном и технологическом оборудовании для реализации процесса диффузионной сварки материалов в вакууме. Описаны конструкции испытательных стендов и методика проведения исследований износостойкости металлополимерных покрытий, получаемых способом диффузионной сварки в вакууме. Приведены характеристики измерительных приборов и оборудования, использованного в работе. Описана методика статистической обработки результатов измерений и проведен анализ точности.

С целью совмещения технологических процессов прессования, спекания, сварки с сохранением полезных противоизносных и антифрикционных свойств фторопласта и порошков мягких металлов был выбран способ изготовления покрытия методом диффузионной сварки в вакууме.

Способ реализован с помощью установки А306.04 с радиационным нагревом в вакууме (1,3 ... 0,13 Па). Сварка производилась в вакуумной камере путем нагрева с одновременным сжатием свариваемых деталей. В комплект установки входят: вакуумметр ВИТ-2, потенциометр КСП-4 с термопарой хромель - алюминий, нагружающее устройство. Смесь порошков помещается в приспособление для сварки, устанавливается в нагружающее устройство внутри радиационного нагревателя. В процессе исследований были определены значения основных технологических параметров: скорость нагрева смеси порошков, величина сжимающего усилия, температура спекания материала, время изотермической выдержки, скорость охлаждения в приспособлении и на воздухе.

На рисунке 1 представлена схема совмещенного диффузионного процесса сварки.

Исследовались прочностные и адгезионные характеристики получаемых материалов на цилиндрических образцах. Общий вид приспособления и образцов приведен на рисунке 2.

В процессе исследований были выявлены значения основных параметров процесса сварки и их влияние на прочностные и триботехнические характеристики. В качестве основы покрытий использовались порошки фторопласта Ф-4Д (ГОСТ 14906-80), Ф-4МБ (ОСТ 6400-80), Ф-40 (ОСТ 6402-80). Наполнителем служили порошки меди ПМ1 (ГОСТ 4960-75), силицнрованного природного графита и серебристого графита.

Экспериментальные исследования охватывали опоры скольжения с покрытиями на поверхностях плоской и цилиндрической формы. При исследовании прочности образцов использовались прессы и разрывные машины (Р-0.5) нейтральной заводской лаборатории, Исследования триботехнических параметров проводились на специальных стендах для исследования работоспособности конструкционных и смазочных материалов в условиях скольжения (рисунок 3). Для измерения параметров шероховатости использовался профнлограф-профилометр завода «Калибр» модели 201.

Параметры физико-механического состояния покрытия определяли на косых шли-фач образцов на приборе ПМТ-3.

Структурные параметры поверхностного слоя исследовались световым и электронным микроскопами (МБИ-15. УЭМВ-100Л).

IXiU

if rtlvvjrtf IWiilJrf

4

a.)

6.)

а) приспособление в собранном виде; Рисунок I - Схема совмещенного процесса фор- б) детали приспособления

мовокпя, спекания и диффузионной сварки ме- Рисунок 2 - Приспособленке для диффуэи-таллофторопластового покрытия ониой сварки покрытия

Исследования износостойкости конструкционных материалов и покрытий выполнены планированием многофжторных экспериментов. Интервалы и уровни варьирования факторов определены на основе проведения предварительных одпофакторных экспериментов. Средние значения выходных параметров определялись по результатам не менее пяти измерений в параллельных опытах. Величина износа определялась методами вырезанных лунок и весовым с использованием аналитических весов ВЛД-200.

Для математических моделей изнашивания, зависимости прочности покрытия от технологических параметров, в качестве аппроксимирующих выражений использованы полиномы второго - пятого порядков. Адекватность моделей проверялась по критерию Фишера.

а - общий вид машины трения; б, г - верхний образец; в - нижний образец с покрытием Рисунок 3 - Машина торцевого трения

Для обработки результатов эксперимента разработаны вычислительные приложения для персонального компьютера, а также использовались возможности MathCad. Maple. Statistica. Excel.

В третьем разделе изложены результаты исследований влияния технологических параметров процесса диффузионной сварки на качество полимерных покрытий, получаемых из порошковых материалов. Основными критериями оценки качества являются прочность сцепления с подложкой, механическая прочность и износостойкость покрытия. Предложены пути повышения механической прочности и износостойкости покрытий. Приведены результаты исследований с влиянием полярности поляризации на три-ботехнические характеристики антифрикционных покрытий. Используя методы планирования эксперимента и наименьших квадратов получены математические модели прочности и износостойкости металлополимерного покрытия.

Предварительными экспериментальными исследованиями выявлено, что при диффузионной сварке в вакууме основное влияние на технические свойства получаемого изделия оказывают следующие факторы: температуры сварки, давление на сварочный стык, время изотермической выдержки. Важными контролируемыми параметрами процесса являются скорость нагрева и охлаждения, степень разрежения в сварочной камере.

Результаты исследований покрытий на основе порошка фторопласта Ф-4МЕ с порошком меди показали (рис, 4), что наилучшими прочностными свойствами обладают покрытия, полученные при давлении на сварочный стык 10 МПа, температуре сварки ¿73 К и выдержке при данных условиях в течение 30 минут. Разработана циклограмма технологического процесса.

Извгарцичеаоя вьдоржна 1М0с

—_ —

-т^-вТЗК |

)

19, №з

е^Аор^а 13С0 с

Г

е —

Г-

—6ИЪ I

--

сю, к

I»

и

1=0 V 16

ь

Давление на стык 10 Ша

А

----«

--1

---- 1

-»— ЯП« (

--------- -в— ПИК 671К ■ 1

Рисунок 4 - Влияние на прочность соединения основных параметров процесса сварки

Проведение цикла исследований по определению влияния основных параметров технологического процесса на прочность покрытия и применение методов математической обработки результатов, аппроксимации результатов метолом наименьших квадратов. позволили построить математическую модель прочности покрытия:

<гв = 0,25 г - 0,4з| - 2,5.). (1)

V Р'-"'! ) \ РяПП! )

гдеX-2:11„- 1; )'= (Т- Т0)!ЛТ+ 1; / -длительность изотермической выдержки, с; (в - минимальное время выдержки, с; Г - температура сварки. К; Т0 - минимальная температура спарки, К; р - цавлеиие на енарочный стык. МПа; рти - атмосферное давление. МПа.

Вычисления по (1) показали хорошую сходимость с результатами экспериментальных исследований (рис. 5).

I

"I

—1 Рнсунок 5 - Сравнение экспери-т^ ментальных и расчетных данных

• (по формуле!) 15, Ша

Отдельными экспериментами также было установлено, что добавление медного порошка в металлополимерную композицию до 10 мае. % не оказывает существенного влияния на прочность получаемого покрытия; при 20 мае. % - прочность снижается на 5 -10 %.

Испытания покрытая на противоизносныс и антифрикционные свойства проводились на машине торцевого трения (см. рис. 3) при скорости скольжения 1 м/с и давлении 0.5 ... 2 МПа. Покрытие испытывалось в условиях смазывания пластичным смазочным материалом (ЦИАТИМ-201, ЛИТОЛ-24) в паре со стальным контртелом (сталь 45, НВ.С 36, Яа 1,25).

На триботсхнические свойства покрытия наибольшее влияние оказывают нагру-зочно-скоростные параметры (давление в контакте р. скорость скольжения), физико-механические свойства покрытия (предел прочности а„ и модель упругости £„), а также состав покрытия. Последний параметр характеризуется массовым содержанием наполнителя (порошка меди) в обшей массе компонентов покрытия (С».

На графиках рис. 6 представлены результаты исследований. Видно, что наилучшие триботехнические свойства имеют покрытия, содержащие 20 - 30 мае. % порошка меди.

Испытания металлополимерпых покрытий различного состава в разных нагрузоч-но-скоростных условиях показали их высокую работоспособность со смазочным материалом. а также возможность работы без смазывания при давлениях до 5 МПа.

Ввиду сложности и многофакторности процессов трения и изнашивания, характеризующихся многообразием управляемых, неуправляемых и неконтролируемых факторов. большим числом сложных корреляционных связей между факторами, существенной зависимостью свойств трущихся материалов от воздействия внешней среды и других факторов, целесообразно представлять процессы трения и изнашивания в виде полиномиальной модели.

Функциональная зависимость между интенсивностью изнашивания /у, и исследуемыми факторами имеет вид:

¡р{р, Е,„ а„. С/). (2)

1,05£.»9

и

№

Л 10 И М 40 50

содорилнно №ДН, %

О 10 го 90 40 50 00 содержание С

Рисунок 6 - Влияние содержания порошка меди С на интенсивность изнашивания Д, и коэффициент трения/металлополимерного покрытия при трении поехали 45 и смазывании ЦИАТИМ-201

В этом уравнении р - номинальное давление в контакте, МПа, Е„ - приведенный модуль упругости металлополимерной композиции, МПа. <т,„ - прочность металлополи-мерного покрытия, МПа, С/ - массовая доля фторопласта в металлополкмерной композиции.

В работах Б.А. Евдокимова, В.И. Колесникова, А.И. Тстсрина, Ю.Н. Дроздова, В.П. Когаева предлагается использовать безразмерные симплексы: р/рШи - критерий пагру-женности контакта; а„1Е„ - критерий механических свойств покрытия.

Подставив симплексы - критерии в уравнения (2); получим

где К - постоянная, отражающая влияние на процесс изнашивания неучтенных факторов.

Рассматривая эту функцию как ряд Тейлора, и, ограничившись только первым членом ряда, получим выражение для определения интенсивности изнашивания:

Определение неизвестных величин уравнения (4) проводилось с помошыо планирования эксперимента.

Экспериментальная проверка уравнения (4) показала удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных (рис. 7).

В четвертом разделе на основс проведенных исследований влияния различных параметров технологического процесса получения металлополимерных покрытий на физико-механические свойства покрытий позволили разработать программу выбора основных режимов технологического процесса.

(3)

(4)

hpl<?

/

/

1 \/

/! У

Рисунок 7 - Сопоставление теоретических и экспериментальных значений шпенсивностей изнашивания

Приводится описание алгоритмов определения основных технологических режимов от введенных необходимых <т,„ 4, условий работы, диапазона рабочих температур, требуемого состава материала. Выбор значений основных параметров технологического процесса производится по максимальной величине ия и расчетному значению интенсивности изнашивания //,. По разработанному алгоритму вычисляются текущие значения основных параметров технологического процесса. В случае недостаточной прочности соединения или превышения значения интенсивности изнашивания, производится корректировка технологических параметров в установленных пределах или замена материала покрытия.

Для системы поддержки принятия решений при проектировании технологических процессов разработаны информационные базы по существующим режимам диффузионной сварки полимерных материалов к подложкам различного типа, база трибо-технической информации. При создании информационной базы использовалась информация реферируемых изданий. Базы данных открыты для пополнения информации, Поиск информации производится по ключевым ссылкам и разделам. База информации реализована в программной оболочке тройного назначения: 1) для ввода и поиска информации в базе данных по полям, 2) для работы технолога - эксперта, для связи информационных полей по темам, технологиям, материалам, 3) информационной оболочки для работы, как в информационном режиме, так и в режиме вьшачн информационного массива для управления технологическим процессов.

Построенные модели и базы данных позволили создать алгоритм автоматизации технологического процесса диффузионной сварки с определением основных режимов, который представлен на рис, 8, Также разработан алгоритм автоматизации выбора основных режимов технологического процесса ДС, представленный на рис. 9.

Для реализации блока «формирования запроса» укрупненного алгоритма поиска была использована продукционная модель представления знаний - это модель, основанная на правилах, позволяет представить знания в виде предложений типа «если (условие), то (действие)». В результате работы алгоритма выводится массив информации, передаваемый в следующие модули алгоритма. Произведено информационное наполнение баз данных и установлены логические связи представления знаний.

Разработан программный пакет, реализован на платформе IBM PC совместимых машин. В пакете имеются информационная оболочка «Эксперт» для поиска вариантов при расчете основных режимов диффузионной сваркой в вакууме, оболочка для наполнения БД. 11рограчш работает в операционных системах Windows'95/98/2000/NT/XP.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в диссертации.

Основные результаты н выводы но работе:

1. Рассмотрены и проанализированы основные факторы, влияющие на физико-механические свойства и работоспособность опор скольжения, произведена оценка степени их влияния. Установлено, что для увеличения прочности покрытия, состоящего из порошков фторопласта и меди, графита, необходимо совмещать процессы порошковой металлургии и диффузионной сварки. Наибольшее влияние на прочность металлополи-мерного соединения оказывают давление на сварочный стык, температура сварки и время изотермической выдержки. Основными параметрами, влияющими на износостойкость покрытия являются прочность материала покрытия, состав материала и нагрузочно-скоростпыс факторы.

2. Модифицировано специальное экспериментальное оборудование для исследования работоспособности опор скольжения машин с металлополимерными покрытиями. Разработаны методики испытаний и применены методы обработки результатов экспериментальных данных и степени их достоверности. На основе экспериментальных данных получены функциональные зависимости прочностных и триботехнических характеристик металлополимерных покрытий, позволяющие осуществлять оценку рабочих параметров опор скольжения.

3. Определена структура, установлены логические связи и произведено информационное наполнение баз данных области возможных вариаций основных технологических параметров (степень разрежения в камере сварки, величина давления на сварочный стык, температура, время изотермической выдержки), обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики мегаллополимерного покрытия.

4. Построены формальные модели, связывающие параметры технологического процесса и физико-механические свойства покрытий. Установлено, что наибольшая прочность соединения, содержащего 20 мае, % порошка меди достигается при величине давления на сварочный стык 10 МП а, температуре сварки 673К, времени изотермической выдержки 30 минут. Полученные покрытия имеют интенсивность изнашивания I/, = (6,,,8)-10"\ коэффициент трения 0,02 при скорости скольжения 1 м/с. давлении 2 МПа (смазочный материал - ЦИАТИМ-201).

5. Построен алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по основным значениям технологических параметров, что позволяет по величине прочности соединения прогнозировать износостойкость, надежность и долговечность опор скольжения.

6. Программно реализован алгоритм выбора основных параметров для управления технологическим процессом получения антифрикционного металл ополи мерного покрытия способом лифф\ тонной сварки в вакучме и на его основе разработан технологический процесс.

Начало

X

\ —

Взоддгкнъсс

успсзмя рз&эты. «лзтеризл подлс*х\ И тд.

' БД па

: катер тале я, саартасядом. \ слсссЗзи сгэрш

\\

\\

V \\

* 8ыд<тоннеда*»ь« I массива лэ оостдоу антифрикционного г мэтернэпа.

ВыЗср материала «подложки» и» условий

Определение состава ияти фрипдо н кого материала

8ыбор приспособления и 0$ртп ЦИ№ОСрамиы

процесса. Ручная корректировка массива удоолетеоряющнч уелсоияи.

у усгспкй ^ «Мюотствозан-Нет \ ия иодсивэ у риньо] спад*

12-1-

Выбор оптимального технологическою процесса осяоакых параметров ДО.

■ 1а ■

Кмгоскоока техноп процесса осчэеткоД

г и '

Управляющий ыедуль: вывода и передачи из улраоллют^й «едуль основных параметров технологического прайса.

Коней

Рисунок £ - Укрупненная схема алгоритма автоматизации гечиолопшеского процесса днффушонной сварки

К« ^ И

10

ПртэсДО

'^ЙАЙРЬЧИСОДЗ

Рисунок 9 - Схема алгоритма выбора основных параметров технологического процесса диффузионной еиарки

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работ*:

Издания, рекомендуемые списком ВАК:

1 Лаврнщев, A.B. Получение мегаллополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме / A.B. Лаврищев, H.A. Смирнов // Вестник СибГАУ. вып. 6. -2006.

2 Смирнов, H.A. Автоматизация выбора параметров технологического процесса получения мегаллополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме / H.A. Смирнов. A.B. Лаврищев // Вестник СибГАУ, вып. 6. - 2006.

Стать» и материалы конференций:

1 Lavrishchev, A, Features of diffusion welding technological processes for flying vehicles parts / V. Novikov, S. Prokopiev, L. Semicheva, A. Lavrishchev. - Second International Conference «Welding in shace and the construction of space vehicles by welding»: Kiev, 1994, p.30-32.

2 Лаврищев, A.B. Моделирование структуры многокомпонентного композиционного материала / H.A. Смирнов, A.B. Лаврищев, В.10. Кузнецов. - Вестник НИИ СУВПТ: Адаптивные системы моделирования и управления. - Красноярск: НИИ СУВПТ, 2000. - С. 188-201.

3 Лаврищев, A.B. Технологические методы повышения ресурса узлов трения аэрокосмической техники / H.A. Смирнов, A.B. Лаврищев, В.Ю. Кузнецов. - Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов: Материалы третьей всероссийской научно-практической конференции с международным участием: В 3 ч. Ч. 1: Красноярск: ИПЦ КГТУ. 2001. - С. 258.

4 Лаврищев, A.B. Поиск оптимальных технологических режимов получения полимерных материалов и покрытий с высокой износостойкостью / - Материалы отчетных конференций Научно-технической программы «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники». - М.: МИСИС, 2001.- С. 124-125.

5 Лаврищев, A.B. Технология получения и моделирование структуры металлопо-лимерных материалов I - Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: материалы всероссийской научно-технической конференции. Улан-Удэ: изд-во ВСГТУ, 2002. - С. 66-71.

6 Лаврищев, A.B. Технология получения мегаллополимериых покрытий и изделий / H.A. Смирнов. - САКС-2002: Сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. - Красноярск. СибГАУ. 2002. - С. 233-234

7 Лаврищев, A.B. Программная система «ExpoTeh vi.О» (Комплекс распределенных баз данных поддержки принятия решений для оптимального состава композиционных материалов) / H.A. Смирнов, A.B. Лаврищев. В.А. Кокоулин. - Компьютерные программы и инновации, № б, 2005.

S Лаврищев, A.B. Программная система «SiatCalc v2.3» (Комплекс распределенных баз данных учета деталей н запасных частей в предприятиях, разрабатывающих и эксплуатирующих сложные технические системы (на примере ОАО «Сибавиагсранс»)) ! H.A. Смирнов, A.B. Лаврищев, В.А. Кокоулин. - Компьютерные программы и инновации, № 6,2005.

9 Лаврищев, A.B. Программная система «BKDS vl.O» (Информационно-справочная система поиска, разработки и реализации технологического процесса диффузионной сварки в вакууме) I H.A. Смирнов, A.B. Лаврищев, В.А, Кокоулин. - Компьютерные программы и инновации. № 6,2005.

10 Лаврищев, А,В. Диффузионная сварка магнитопроводов из нержавеющей и электротехнической стали / C.B. Прокопьев, С.Н. Козловский, A.B. Лаврищев - Специализированный научно производственный журнал: Сварка в Сибири №1 (13) июнь 2005. - ЗАО «НПФ Плазмотроник» - Иркутск:, 2005. - С. 54 - 56..

Авторские свидетельства на изобретения:

1 Способ получения антифрикционных покрытий A.C. № 1533841 Опубл. в Б.И.

1990, № 25 / В.Г. Новиков, В.М. Лебедев, H.A. Смирнов, A.B. Лаврищев. Л.Г. Семичева.

2 Устройство для сдавливания A.C. № 1556849 Опубл. в Б.И, 1990, № 32 / В.Г. Новиков. A.B. Лаврищев.

3 Способ диффузионной сварки материалов A.C. № 1611648 Опубликовано в Б.И.

1991, № 261 В.Г. Новиков, НА. Смирнов, A.B. Лаврищев, Л.Г. Семичева.

4 Способ контроля качества сварного соединения A.C. Кг 1729719 Опубл. в Б.И.

1992, № 16 / В,Г. Новиков. Семичева Л.Г.. A.B. Лаврищев.

5 Способ диффузионной сварки A.C. № 1764903 Опубл. в Б.И. 1993. № 12 / В.Г. Новиков, Семичева Л.Г., A.B. Лаврищев.

Свидетельства официальной регистрации программ для ЭВМ:

1 Лаврищев, A.B. Программная система «ExpoTeh vl.O» (Комплекс распределенных баз данных поддержки принятия решений для оптимального состава композиционных материалов) Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3646. -ОФАП, 2004 / Н.А.Смирнов. A.B. Лаврищев. В.А. Кокоулин.

2 Лавришев. A.B. Программная система «SiatCalc v2.3» (Комплекс распределенных баз данных учета деталей и шасных частей в предприятиях, разрабатывающих и

эксплуатирующих сложные технические системы (на примере ОАО «Сибавиатранс^)) Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3653. - ОФАП 2004 / НА.Смириов, A.B. Лаврищев, В.А. Кокоулин,

3 Лаврищев. A.B. Программная система «BKDS vl.O» (Информационно-справочная система поиска, разработки и реализации технологического процесса диффузионной сварки в вакууме) Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3765. - ОФАП, 2004 / H.A. Смирнов, A.B. Лаврищев, В.А. ГСокоулин.

Лаврищев Александр Викторович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛ ОПОЛИ МЕРНО ГО ПОКРЫТИЯ СПОСОБОМ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ С ВАКУУМЕ

Автореферат

Подписано к печати 15.12.2006 Формат 60:< 84/16 Уч.-1Ш.л, 1.80. Тираж ШОэю. Заказ№6709

Отпечатано в л тюграфнн ЗАО «Луна-Река» 660021, г. Красноярск. \л. П. Железняка, 1-3. каб,')()?

1704

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

1.1. Основные понятия и определения.

1.2. Конструктивные и эксплуатационные характеристики опор скольжения с полимерными покрытиями

1.3. Методы и особенности технологий получения полимерных покрытий с наполнителями.

1.3.1. Характеристики полимерных покрытий.

1.3.2. Основные свойства полимерных материалов с наполнителями.

1.3.3. Технологии получения полимерных материалов и основные параметры технологического процесса, влияющее на параметры покрытий.

1.4. Методы автоматизации технологий полимерных покрытий.

Цель и задачи исследования.

2. МОДЕРНИЗАЦИЯ И СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И

ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ

2.1. Установка и приспособление для диффузионной сварки.

2.2. Физико-механические свойства применяемых материалов.

2.3. Оборудование для изучения триботехнических характеристик . 79 Выводы по разделу 2.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НА ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКРЫТИЙ

3.1. Влияние основных технологических параметров на характеристики покрытий.

3.2. Влияние состава металлополимерной композиции на характеристики покрытий.

3.3. Отработка комплексного критерия работоспособности. Разработка математической модели.

Выводы по разделу 3.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ

4.1. Исследование технологического процесса на математической модели

4.2. Построение и программная реализация алгоритма для определения области возможных вариаций технологических параметров, обеспечивающих требуемую работоспособность

4.3. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов

Развитие сложных механических систем в современных условиях привело к ужесточению требований качества, надежности и долговечности их функционирования.

Полимерные и металлополимерные покрытия как конструкционные материалы широко используются в ракетно-космической техники как антифрикционные, износостойкие, защитные покрытия. Многие узлы агрегатов работают в экстремальных условиях - при высоких динамических и статических нагрузках: в частности в элементах щелевых и торцовых уплотнениях агрегатов подачи двигателей летательных аппаратов.

Одним из наиболее слабых звеньев в совокупности проблем обеспечения требуемого технического уровня механических систем является недостаточная работоспособность механизмов и элементов исполнительных устройств типа направляющих, опор скольжения работающих в экстремальных условиях.

Перспективными направлениями совершенствования конструкций деталей опор скольжения и уплотнений, являются применение конструкционных армированных композиционных материалов, автоматизация технологических процессов, повышение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей с помощью покрытий.

Производство деталей опор скольжения и уплотнений требует предварительного решения задач, связанных с обеспечением высокой удельной прочности и износостойкости.

Постоянно возрастающие технико-эксплуатационные требования к материалам и покрытиям деталей и элементов машин и аппаратов имеют определяющее значение при разработке и автоматизации технологических процессов, так как необходимо предварительное прогнозирование физико-механических свойств конструкционных материалов и покрытий с целью гарантированного обеспечения эксплуатационных характеристик. Кроме того, программная реализация управления технологическими процессами возможна только на основе формального и алгоритмического аппаратов.

Важное место среди методов повышения долговечности и надежности подвижных сопряжений занимает управление этими свойствами на этапах проектирования и технологической подготовки производства. Возможность заранее прогнозировать триботехнические свойства при задании характеристик качества поверхностного слоя, обеспечиваемых методами механической и химической обработки или другими специальными способами подготовки поверхности фрикционного контакта, позволяет повысить надежность выпускаемых машин и оборудования. Решение этой проблемы затруднено из-за сложности математических моделей, связывающих показатели износа и трения с характеристиками качества поверхностного слоя, использования различных критериев описания процессов трения и изнашивания. Кроме того, решение это возможно только в условиях автоматизации технологических процессов производства.

Комплексная автоматизация всех этапов создания изделий - от проектирования до изготовления, контроля, испытаний является основным направлением научно-технического прогресса в современном машиностроительном производстве. Однако реальное состояние проблемы автоматизации таково, что автоматизированные системы для конструкторских, технологических, организационных и производственных целей развиваются в известной степени автономно.

Одним из перспективных направлений решения названной проблемы является совершенствование конструкций деталей, применение конструкционных армированных композиционных материалов, автоматизация технологических процессов, повышение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей с помощью защитных покрытий.

Обеспечение постоянно возрастающих требований различного рода к материалам и покрытиям конструкций сложных механических систем вызывают необходимость постоянной разработки технологий их изготовления и модельно-алгоритмического обеспечения для автоматизации технологических процессов.

Указанные вопросы имеют существенное значение при автоматизации процессов производства, так как необходимо предварительное моделирование физико-механических свойств конструкционных материалов с целью их анализа и оптимизации технологических процессов. Кроме того, программная реализация управления процессами производства конструкций механических систем возможна только на основе формального аппарата -моделей и алгоритмов.

Вопросами автоматизации механообрабатывающего производства и его технологической подготовки занимались такие видные ученые, как В.Ф. Безъязычный [3], A.M. Гильман [4], Г.К. Горанский [6], Н.М. Капустин [26], С.П. Митрофанов [41, 44, 45], Э.В. Рыжов и А.Г. Суслов [47, 48], В.Д. Цветков [59, 60] и многие другие.

В настоящее время в России и за рубежом активно разрабатываются методы и средства описания процессов трения, прогнозирования надежности и долговечности узлов трения. Большое внимание уделялось и уделяется параметрам шероховатости поверхности трения и влиянию ее на эксплуатационные свойства. Обширные теоретические и экспериментальные исследования на эту тему представлены в работах Н.Б.Демкина, И.В.Крагельского, Э.В.Рыжова [17, 18, 22, 23, 30, 31], а также зарубежными публикациями [32, 34, 35]. Современный этап развития триботехники характеризуется интенсивным переходом от накопленных фактических данных и качественных представлений о механизмах поверхностного разрушения при трении к развитию теоретических моделей количественного описания этих явлений. В работах И.В.Крагельского, М.Н.Добычина, В.С.Комбалова, А.В.Блюмена, Э.Д.Брауна, Ю.Н.Дроздова, Ю.А.Евдокимова,

А.В.Чичинадзе, В.И.Колесникова, А.И.Тетерина и других авторов [12, 18, 36, 37, 38, 39, 40, 42] предлагаются количественные модели процессов взаимодействия фрикционных пар, пригодные для проведения инженерных расчетов некоторых узлов трения.

Хотя работы по разработке и внедрению автоматизированных систем технологической подготовки производства многими организациями и предприятиями, большая часть задач решена локально, как по охвату вопросов, так и по глубине проработки. Автоматизированы отдельные части технологической подготовки производства. Основной причиной, препятствующей комплексному решению задач автоматизации, является неразработанность сквозных алгоритмов инженерного операционного описания технологических процессов, отсутствие многих справочно-нормативных данных, отсутствие или недостаточно полное описание технологических и специальных свойств детали, как объекта проектирования технологического процесса.

Последнее означает, что для разработки и автоматизации технологических процессов необходимо создание баз и банков данных о технологических и служебных свойствах деталей. Одной базой данных невозможно охватить весь спектр таких свойств. Такая база данных была бы слишком громоздкой с большим временем обработки информации.

Учитывая вышесказанное, важными задачами при создании новых технологических процессов и автоматизированных систем управления технологическими процессами и производствами при создании узлов трения, является систематизация триботехнических данных и информации, выбор или разработка корректных математических моделей процессов трения и изнашивания, ускоренных методов проведения испытаний на трение и изнашивание.

Цель работы. Определение значений параметров технологического процесса получения металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести обзор и комплексный анализ современных публикаций по результатам исследований в области технологий получения металлополимерных покрытий производства материалов.

2. Модернизировать и усовершенствовать методику исследования, разработать экспериментальное оборудование для определения физико-механических свойств металлополимерных покрытий.

3. Провести исследования влияния основных параметров технологического процесса диффузионной сварки на физико-механические свойства покрытия.

4. Построить экспериментально - теоретические модели, определяющие влияние основных технологических параметров на физико-механические свойства покрытий.

5. По результатам экспериментально - теоретических исследований разработать алгоритм автоматизации и программное обеспечение выбора основных параметров технологического процесса получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы имитационного моделирования, аппарат математического моделирования, металлографический и термографический анализы, электронная и оптическая микроскопия, методы теории подобия и теория размерностей, методы статистики и планирование эксперимента.

На защиту выносятся:

- результаты исследований физико-химических процессов на границе раздела свариваемых материалов - металлополимерной композиции и стали;

- база данных области возможных вариаций основных технологических параметров (вакуум, величины и градиент нагрузки, температуры, времени выдержки) обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики металлополимерного покрытия; формально-аналитические модели, связывающие параметры технологического процесса и физико-механические свойства покрытий;

- алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по основным значениям технологических параметров;

- алгоритм обеспечения выбора основных параметров для управления технологическим процессом получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

- программное обеспечение выбора основных параметров для технологического процесса получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит в следующем:

- установлено, что для увеличения прочности соединения необходимо совмещать процессы порошковой металлургии и диффузионной сварки;

- определена область изменения величены основных технологических параметров (степень разрежения в камере, величина и градиент нагрузки, температура и временя изотермической выдержки), обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики металлополимерного покрытия;

- построена математическая модель, связывающая величину основных технологических параметров с физико-механическими свойствами покрытия;

- разработан алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по основным значениям технологических параметров;

- разработан алгоритм обеспечения автоматизированного выбора основных параметров для управления технологическим процессом получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме.

Практическая ценность. Разработанная математическая модель, связывающая основные технологические параметры с физико-механическими свойствами покрытия, разработанные и обоснованные рекомендации по выбору технологических параметров процесса получения металлополимерного покрытия позволяют на этапе проектирования принять конструктивные и технологические решения по обеспечению высоких эксплуатационных свойств покрытия, обеспечению требуемой долговечности и надежности опор скольжения. Автоматизация технологического процесса достигается алгоритмической и программной реализацией выбора, основных параметров для управления технологическим процессом получения металлополимерных покрытий с прогнозируемыми физико-механическими свойствами.

Реализация полученных результатов Работа выполнена в рамках тематического плана НИР Сибирского государственного аэрокосмического университета и Научно-исследовательского института систем управления, волновых процессов и технологий (1998 - 2005 гг.); в рамках федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2004 гг.», проект № 09-705; региональной научно-технической программы «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов», проект № 407.

Основные результаты исследований внедрены в ФГУП «Красноярский машиностроительный завод», АО РЖД «Красноярский ЭВРЗ».

Результаты научных разработок широко используются в учебном процессе в СибГАУ при подготовке специалистов по специальностям «Технология машиностроения», «Электронное машиностроение», «Холодильная, креогенная техника и конденцианирование» в преподавании дисциплин, связанных с конструкторской подготовкой студентов машиностроительных специальностей («Детали машин», «Основы конструирования машин», «Прикладная механика», «Теория механизмов и машин», «Машины низкотемпературной техники»).

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: Третьей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2001), на отчетной конференции Научно-технической программы «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники» (Москва, 2001), на Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2002), на Международных научно-практических конференциях САКС-2002, САКС-2003 (Красноярск, 2002, 2003), научно-технических семинарах по машиноведению и технологии машиностроения в Сибирском государственном аэрокосмическом университете, Красноярском государственном техническом университете, Научно-исследовательском институте систем управления, волновых процессов и технологий (1990 - 2006 гг.).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 20 работ, в том числе 6 авторских свидетельства на изобретения, 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех разделов, выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Объем работы 148 страниц, в том числе 45 рисунков, 12 таблиц. Список литературы включает 122 наименования.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность соавтору многих работ, Новикову Валерию Гавриловичу, чьи полезные советы, консультации и первоначальное руководство определили направленность исследовательских работ в области диффузионной сварки материалов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Рассмотрены и проанализированы основные факторы, влияющих на физико-механические свойства и работоспособность опор скольжения, произведена оценка степени их влияния. Установлено, что для увеличения прочности покрытия, состоящего из порошков фторопласта, графита, необходимо совмещать процессы порошковой металлургии и диффузионной сварки. Наибольшее влияние на прочность металлополимерного соединения оказывают давление на сварочный стык, температуры сварки и время изотермической выдержки. Основными параметрами, влияющими на износостойкость покрытия являются - прочность материала покрытия, состав материала и нагрузочно - скоростные факторы.

2. Модифицировано специальное экспериментальное оборудование для исследования работоспособности опор скольжения машин с металлополимерными покрытиями. Разработаны методики испытаний и применены методы обработки результатов экспериментальных данных и степени их достоверности. На основе экспериментальных данных получены функциональные зависимости прочностных и триботехнических характеристик металлополимерных покрытий, позволяющие осуществлять оценку рабочих параметров подвижных сопряжений.

3. Определена структура, установлены логические связи и произведено информационное наполнение баз данных области возможных вариаций основных технологических параметров (степень разрежения в камере сварки, величина давления на сварочный стык, температура, время изотермической выдержки), обеспечивающих требуемые эксплуатационные характеристики металлополимерного покрытия.

4. Построены формальные модели, связывающие параметры технологического процесса и физико-механические свойства покрытий. Установлено, что наибольшая прочность соединения, одержащего 20 мас.% порошка меди достигается при величине давления на сварочный стык ЮМПа, температуре сварки 673К, времени изотермической выдержки 30 минут. Полученные покрытия имеют интенсивность изнашивания 1ь=(6.8)х10"9, коэффициент трения 0,02 при скорости скольжения 1м/с, давлении 2 МПа (смазочный материал - ЦИАТИМ-201).

5. Построен алгоритм определения эксплуатационных свойств металлополимерных покрытий по основным значениям технологических параметров, что позволяет по величине прочности соединения прогнозировать износостойкость, надежность и долговечность опор скольжения.

6. Программно реализован алгоритм выбора основных параметров для управления технологическим процессом получения антифрикционного металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме и на его основе разработан технологический процесс.

1. Аксенов А.Ф. Трение и изнашивание металлов в углеводородных жидкостях. -М.: Машиностроение, 1977. 152 с.

2. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физматгиз, 1963.-472 с.

3. Безъязычный В.Ф. Расчет режима обработки, обеспечивающего комплекс параметров поверхностного слоя и точность обработки//Справочник. Инженерный журнал. 1998.-№ 9.-С. 13-18.

4. Гильман A.M. Алгоритмическое проектирование технологических процессов/Л1роблемы кибернетики. М.: Физматгиз, 1960. - № 3. - С. 149-170.

5. Войнов, Б.А. Износостойкие сплавы и покрытия. М.: Машиностроение, 1980.- 120 с.

6. Горанский Г.К., Бендерева Э.И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. -М.: Машиностроение, 1981. 456 с.

7. Виноградов Г.В. Опыт исследования противозадирных и противо-износных свойств смазочных материалов // Методы оценки противозадирных и противоизносных свойств смазочных материалов. -М.: Наука, 1969.-С. 3-11.

8. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.

9. Казаков, Н. Ф. Диффузионная сварка в вакууме. М.: Машиностроение, 1976.-320 с.

10. Казаков, Н. Ф. Диффузионное соединение в вакууме металлов сплавов и неметаллических материалов / Н. Ф. Казаков, В. Н. Казаков // Сборник научных трудов 4 Межвузовской научно-технической конференции. -Москва, 1971.

11. И. Зиновьев, E.B. Полимеры в узлах трения машин и приборов / Е.В. Зиновьев, A.JL Левин, М.М. Бородулин, A.B. Чичинадзе М: Машиностроение, 1985-208 с.

12. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник. М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

13. Бартенев, Г.М. Трение и износ полимеров / Г.М. Бартенев, В.В. Лаврентьев Л.: Химия, 1972 - 240 с.

14. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев: Техника, 1970. -396 с.

15. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

16. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расче-тов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

17. Современные композиционные материалы. / Под ред. П.Крока и Л.Броумана, пер. с англ. М.: 1983 - 256 с.

18. Лахтин, Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева М.: Машиностроение, 1995 - 324 с.

19. Лебедев В.М., Ашейчик A.A. Влияние степени разрежения на процессы граничного трения в условиях вакуума // Известия вузов. Машиностроение. 1981. - № 5. - С. 52-55.

20. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981. - 244 с.

21. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.: Изд-во АН ССР, 1962,- 112 с.

22. Матвеевский P.M., Буяновский И.А., Лазовская O.B. Противозадир-ная стойкость смазочных сред при трении в режиме граничной смазки. М.: Машиностроение, 1978. - 192 с.

23. Носовский И.Г. Влияние газовой среды на износ металлов. Киев.: Техника, 1968.- 181 с.

24. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. М.: Машиностроение, 1976. - 228 с.

25. Поверхностная прочность материалов при трении/Б.И.Костецкий, И.Г.Носовский, А.К.Караулов и др. Киев: Техника, 1976. - 296 с.

26. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

27. Тарнопольский, Ю.М. Пространственно-армированные композиционныематериалы / Ю.М. Тарнопольский, И.Г. Жигун, В.А. Поляков М.: Машиностроение, 1992 - 237 с.

28. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970.-228 с.

29. Рыжов Э.В. Контактная жесткость деталей машин. М.: Машиностроение, 1968. - 194 с.

30. Barkfn P., Tuoshy E.I. A Contact Resistance Theory for Rough Hemispherical silver Contact in Air and in Vacuum. IEFE Traus., on Power, Apparatus and Systems, 1965. - V. PAS-84. - № 12. - P. 1132-1143.

31. Методологические проблемы науки и управление производством. /Дейнеко O.A. М.: «Наука», 1971 - С. 295.

32. Автоматизация управления предприятием. /Брудник С.С. М.: «Экономика», 1968 - С. 48.

33. Archard J.F. Friction between metal surfaces//Wear, 1986. V. 113. - № 1. - P. 3-16.

34. Блюмен A.B. К вопросу о кинетике процессов трения и изнашивания и методах ее аналитического описания// Расчетно-экспериментальные методы оценки трения и износа. М.: Наука, 1980. - с. 27-34.

35. Бойцов Б.В. Методы и средства обеспечения ресурса машин//Вестник машиностроения. -1991. № 3. - с. 9-10.

36. Dowson D., Taylor С.М. A Survey of Research on Tribology and Future Priorities. Wear. - 1985. - V. 106. - p. 347-358.

37. Евдокимов Б.А., Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М.: Наука, 1980. -228 с.

38. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе A.B. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.: Машиностроение, 1982.

39. Митрофанов С.П. Научная организация труда машиностроительного производства. Л.: Машиностроение, 1976. - 771 с.

40. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. - 223 с.

41. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969.- 159 с.

42. Организация группового производства/С.П.Митрофанов, В.А.Петров, В.А.Титов и др. JL: - Лениздат, 1980. - 288 с.

43. Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства/С.П.Митрофанов, Ю.А.Гульнов, Д.Д.Куликов и др. М.: Машиностроение, 1981.-287 с.

44. Сулейманов, И. Применение композиционных полимерных материалов в машиностроении / И. Сулейманов, И. Нурматов. Ташкент: «Фан», 1996 -48 с.

45. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. -176 с.

46. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение и повышение качества деталей. Разработка новых методов обработки//Справочник. Инженерный журнал. 1998. - № 9. - С. 9-13.

47. Усаков В.И., Никитин A.B. Обеспечение «тотального» качества на предприятиях группы SKFZ/Вестник машиностроения., 1995 №2. с38-43.

48. Усаков В.И. Полиструктурная технология проектирования механизмов приводов космических аппаратов//Автореферат дис. д.т.н. Красноярск, 1996.

49. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. 10-е изд., доп. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит, 1987. - 432 с.

50. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 208 с.

51. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. - 340 с.

52. Чихос X. Системный анализ в трибонике. М.: Мир, 1982. - 351 с.

53. Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Авдеев В.К., Тетерин А.И. Исследование влияния демпфирующей способности слоистых подшипников скольжения на надежность узла трения // В кн. Надежность машин. Ростов-на-Дону: РИСИ. - 1977. - Вып. 7. - С.81-86.

54. Колесников В.И., Рассохин Г.И., Тетерин А.И. Многофакторное исследование процесса изнашивания полимеров в тяжелонагруженном состоянии // Механика полимеров. 1978. - № 1. - С. 67-72.

55. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971. -312 с.

56. Иванов М.Н. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971. -332с.

57. Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М.: Машиностроение, 1972. - 240 с.

58. Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Минск: Наука и техника, 1979.-261 с.

59. Кленников С.С., Люминарский И.Е., Семин И.И. Расчетная модельволновых передаче учетом несимметрии нагружения элементов по волнам зацепления//Вестник машиностроения, 1993, №1. с. 21-26.

60. Шувалов С.А. Основные критерии работоспособностиволновых зубчатых передач//Вестник машиностроения, 1976, №11. с. 17-21.

61. Управление производством и кибернетика. /Думлер С.А. М.: «Машиностроение», 1969 - С. 424.

62. Модели анализа данных и принятия решений. /Под. ред. Б.Г. Миркина, -Новосибирск: ИЭИОПП, 1985 С. 165.

63. Модели и алгоритмы программного метода планирования сложных систем. /Отв. ред. A.A. Петров. М.: ВЦ АН СССР, 1984 - С. 111.

64. Модели и алгоритмы АСУ. /П.С. Солтан и др. Кишинев: Штиинца, 1991 -с. 157.

65. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. /Под ред. Ю. С. Вальденберга. М.: «Статистика», 1979 - С. 185.

66. Автоматизированные системы управления непрерывными технологическими процессами и производствами. /Вальденберг Ю.С., Гильман A.C. М.: «Машиностроение», 1973 - С. 55.

67. Математическое моделирование непрерывных технологических процессов. /Грубов В.И. Киев: Изд-во Киевск. ун-та, 1971 - С. 179.

68. Моделирование, исследование и автоматизация инерционной сварки. / Кориков A.M. и др. Томск: ТГУ, 1994 - С. 155.

69. Модели и реализация перспективных элементов АСУ. / Глушкова В.И. и др.-Киев: ИК, 1993-С. 107.

70. Моделирование вычислительных систем и процессов. /A.M. Горько и др. -Пермь: ПГУ, 1995-С. 129.

71. Синтез оптимальных нелинейных систем управления. /Ван-Трис Г. М.: «Мир», 1989-С. 167.74. . Предварительная алгоритмизация непрерывных технологических процессов. /Грубов В.И. — «Управляющие системы и машины», 1988. № 6= С. 8—16.

72. Алгоритмизация объектов управления. /Кулик В.Т. Киев, «Наукова думка», 1993 -С. 363.

73. Автоматизированные системы управления производством на обогатительных фабриках. /Салыга В.И., Шелинский A.A. М.: ЦНИЭИуголь, 1979-С. 66.

74. Модели и алгоритмы управления производством. /Г.П. Выпов и др. -Донецк: ИЭП, 1989-С. 179.

75. Модели в системах обработки данных. /Отв. ред. И.А. Овсеевич. М.: Наука, 1994-С. 123.

76. Модели и алгоритмы исследования операций и их применение к организации работы в вычислительных системах. / Маматов Ю.А. и др. -Ярославль: ЯрГУ, 1989 С. 127.

77. Модели и алгоритмы математического обеспечения ЭВМ. /Ю.А. Маматов и др. Ярославль: ЯрГУ, 1991 - С. 150.

78. Предварительная алгоритмизация непрерывных технологических процессов. /Грубов В.И. — «Управляющие системы и машины», 1988. № 6-С. 8—16.

79. Волоконные композиционные материалы. /Под ред. Дж. Уитона и Э. Скала. М.: Металлургия, 1983 - С. 14-17, 20,88-89, 98,134.

80. Александров В.В. Развивающиеся структуры и проблемно-ориентированные среды. // Теоретические основы и прикладные задачи интеллектуальных информационных технологий. СПб: СПИИРАН. 1998, -с. 32-43.

81. Ерофеев A.A., Поляков А.О. Интеллектуальные системы управления. -СПб.: Изд-во СПбГТУ. 1999 264с.

82. Мельник, П.И. Технология диффузионных покрытий. Киев: Техника, 1983- 151 с.

83. Макаров, Ю. В. Твердые смазочные покрытия на основе синтетического дисульфида молибдена для работы в экстремальных условиях // Вестник машиностроения. 1981. № 12. С. 33—35

84. Буляков, И.М. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов / И.М. Буляков, В.В. Воробей. М.: МГТУ им. Баумана, 1998- 514 с.

85. Альтман, В. А. Порошковые композиционные материалы с твердой смазкой / В. А. Альтман, В. М. Валакина, Я. А. Глускин // Порошковая металлургия. 1980. № 3. С. 24—26.

86. Повышение качества поверхности и плакирование металлов: справочное издание. /Под ред. Кнаушнера А. М: Металлургия, 1989. - С. 368.

87. Ройх, И.Л. Защитные вакуумные покрытия на стали / И.Л. Ройх, Л.Н. Колтунова. М.: Машиностроение, 1971 - 285 с.

88. Ройх, И.Л. Нанесение защитных покрытий в вакууме / И.Л. Ройх, Л.Н. Колтунова, С.Н. Федосов М.: Машиностроение, 1981 - 368 с.

89. Кудинов, В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технологии, оборудование. / В.В. Кудинов, Г.В. Бобров. М.: Металлургия, 1989. - С. 432.

90. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики и пластмасс. М.: Машиностроение, 1966. -434 С.

91. Вайнштейн, В.Э. Сухие смазки и самосмазывающиеся материалы // В.Э. Вайнштейн, Г.И. Трояновская М.: Машиностроение, 1968. - 180 с.

92. Дроздов, Ю.Н. Противозадирная стойкость трущихся тел // Ю.Н. Дроздов, В.Г. Арчегов, В.И. Смирнов. -М.: Наука, 1981. 139 с.

93. Шестаков, В.М. Работоспособность тонкослойных полимерных покрытий. М.: Машиностроение, 1973 - 160 с.

94. Харламов Ю.А. Классификация способов газотермического напыление покрытий // Сварочное производство. 1987. №3. - С. 40-41.

95. Хасуй, А. Техника напыления-М.: Машиностроение, 1980.-293 с.

96. Вадас, Э. Изготовление и ремонт деталей машин с пластмассовым покрытием / Пер. с венг. С.П. Шевякова; Под ред. А.Л. Левина. М.: Машиностроение, 1986. - 320 с.

97. Гаевик, Д.Т. Подшипниковые опоры современных машин. М.: Машиностроение, 1985. - 248 с.

98. Кутьков, A.A. Износостойкие и антифрикционные покрытия. М.: Машиностроение, 1981 152 с.

99. Кострижицкий, А.И. Многокомпонентные вакуумные покрытия / А.И. Кострижицкий, О.В. Лебединский М.: Машиностроение, 1992, - 207 с.

100. Повышение качества поверхности и плакирование металлов: справочное издание. /Под ред. Кнаушнера А. М: Металлургия, 1989. - С. 368.

101. Кудинов, В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технологии, оборудование. / В.В. Кудинов, Г.В. Бобров. М.: Металлургия, 1989. - С. 432.

102. Виткин, А.И. Металлические покрытия листовой и полосовой стали / А.И. Виткин, И.И. Тейндл М.: «Металлургия», 1971 -494 с.

103. Гороховский, Г.А. Поверхностное диспергирование динамически контактирующих полимеров и металлов. Киев: «Наукова думка», 1972 -152 с.

104. Харламов, Ю.А. Классификация способов газотермического напыления покрытий // Сварочное производство, 1987. № 3, С. 40-41.

105. Патент РФ №209422, БИ. №30, кл. 6 В 29 С 67/20. 70/00, В 29 В 11/16, С 22 С 1/09. 1997119. . Волоконные композиционные материалы / Под ред. Дж. Уитона и Э. Скала. М.: Металлургия, 1983 - С. 14-17, 20, 88-89, 98, 134.

106. Патент РФ №2158779, Кл. С22С1/10, B22D19/14, БИ. 31, 2000

107. Патент РФ №1797603, Кл С04В35/71, С22С1/09, B22F3/26, БИ 7, 1993, С. 201.122. .Патент РФ № 1838441, Кл. С22С1/08, С22С1/09,С04В35/58, БИ 32, 1993. с. 276.123. .Патент РФ № 1838441, Кл. С22С1/08, С22С1/09,С04В35/58, БИ 32, 1993. с. 276.

108. Патент РФ №2080964, Кл. B22F3/26, С04В41/51, БИ 16, 1997.