автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности технологических операций изготовления и контроля деталей с учетом направлений их обработки и эксплуатации

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Седерации Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет им. Й. Э. Баумана

ДЛЯ СЛужеОНОГО ПОЛЬоОВЕКИЯ ' ' Экз.- N

На правах рукописи " УДК [621.9+620.170].013:621.39: 534

Гаврилов Сергей Анатольевич

• ПОШПЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРЛСШ • ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КС!: ГРОЛЯ ДЕТЛ"ЕЯ С УЧЕТОМ ' НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ОБРАБОТКИ И ЭгЕЕПУ^ДОИ

05.02.08 - Технология машиностроения 05.02.11 - Мзтоды контроля и диагностики ъ У£ашшост1)оенш1

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мэскаа - 1993

> А

Работа выполнена в Московском государственном технической университете им. Е Э. Баумана

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Барзов Александр Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Тутнов Игорь Александрович, Институт атояой энергии иы. И. Е Курчатова, ведущий научн. сотрудник, начальник лаборатории;

кандидат технических наук, доцент Шип Владимир Викторович

Ведущее предприятие:

Научно-производственное объединение "Техномаш" (Москва. 3-й проезд Марьиной Рощи, д. 40)

?>:ц

в МГТУ

Защита диссертации состоится __

на . заседании специализированного Совета K053.1S.09 им. Е 3. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская, 6.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Е Э. Баумана

Ваш отзыв на автореферат в двух экзем-лярах. чатью, просим направлять по указанному адресу.

?авереннь» пе-

Авторефсрат разоелгл

1. ■

Ученый секретарь Специализированного Совота доктор технически:: наук, профессор

Подписано к печати . Объем 1 п. - Тирах 100 чкз.

У 04. (995

Шшш

_;ЗаУз И У-*''

Ротапринг'ШТУ им. Н.Э: Баумана

. ' 'а. .•> •

ОШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повыаение эффективности технологичен-. ких операций путем оптимизации процессов изготовления изделий, внесения КНОУ-НОУ, а следовательно, за счет кглнимальиых капительных затрат, чрезвычайно важно для крупного инновационного производства, особенно в отраслях специального машиностроения. Этому способствует разработка новых общих методических принципов совершенствования технологических процессов, реализуй"нх в ряде последовательных операций в виде закочченннх технических решений, объ-е, ленных единым концептуальным подходом. Одним из современных методических принципов совершенствования операционных технологических процессов (ОТП) является их рациональное проектирование с учетом технологически и эксплуатационно наследуемых Факторов. Среди последних недостаточна изучена роль неявных, скрытых (ректоров, одним из которых является соотношение направлений обработки и эксплуатации вдоль траекторий обработки поверхности детали, кли так называемый кинемзти ьский фактор (К-5). Вероятно* образование анизотропии эксплуатационных свойств, на- чикер, шооосгейкости, в П1 ^тиеоположных направлениях вдоль линии оСрал . ки и экеп-ууе.та-ции является предпосылкой совершенствования оп^р-чций о^р^бот^н, сборки, контроля и эксплуатации деталей углоз трения, работчдаях преимущественно в однонаправленном режиме. Отсутствие соответствующих теоретических и экспериментальных данных и возмс.чность реализации результатов исследования КФ в ряде операционных процессов без значительных издержек свидетельствует о важности и актуальности задачи повышения э<*<!мктивности технологических операций изготовления и контроля деталей с учетом направлений их. обработки и эксплуатации.

Цель работы состоит в разработке методик повышения эффекгад-кости технологических операций изготовления и контроля деталей с учетом направлений их обработки и эксплуатации.

Методы исследования. Теоретические исследования прог-лени о учетом основных положений технологии машиностроения, кинетической теории прочности, трибоанализа и триОомонитсринга, теории реэн-ния, вероятностей и математической статистики. Математическое моделирование осуществлено на ЭВМ с использованием алгоритмического языка "50РТРАН". Экспериментальные исследования проводились в да-

бораториях МГТУ им. Н. Э. Баумана, стендах КБ диагностического контроля и основного производства ШЛО "Салют". В качестве исследовательских оборудования и аппаратуры использовались машина трения Шкода-Савина, токарню! станок 1К62, нрофилограф-профилометр "Калибр-201", микроскоп РЧИ-1Ц, самопишущий прибор В338-6П и прибор регистрации акустической эмиссии "Экспресс-Д-02", единично выпускаемый лабораторией технологической диагностики ЫГТУ.

Научная новизна работы заключается в

- разработке классификации проявлений кинематического фактора и задач его анализа во временном цикле. существования деталей от ранних операций обработки до эксплуатации;

- проведении теоретического анализа влияния направления обработки на износостойкость поверхностных слоев детали с помощью математической модели, учитывающей наследственные изменения свойств матерк.ла, температурное и напряженное состояния его локальных объемов в окрестности пятен фактического контакта ¿онтр-поверхиостей, активную роль волн акустической эмиссии и ориентированную структуру ыикроповреждений, сформированных предшествующим нагрунением материала; •

- осуществлении экспериментальных исследований влияния соотношения направлений обработки и эксплуатации нэ изгэсостойкость поверхности, а также вначения различных технологических и эксплуатационных факторов для проявления материалом анизотропии износостойкости в противоположных направлениях;

- теоретическом и экспериментальном изучении свявей параметров акустической эмиссии с износостойкостью и состоянием поверхностей трения в условиях их нагруяэния в противоположных направлениях, которые . могут быть положены в основу соответствующего .методического обеспечения.

Практическая ценность работы заключается в разработке инженерных экспресс-методик, . позволяющих на основе анализа кинематического ({актора повысить эффективность технологических операций

- механической обрг.Зотки и ..сборки элементов узлов трения, работающих в ре.чиые преимущественно однонаправленного нагрухения путем выбора рациональных направлений обработки или ориентации деталей по результатам кратковременных испытаний поверхности трения истиранием ее в противоположных направлениях вдоль линий технологических рисок, регистрации и сравнения возникающих при этом

сигналов акустической эмиссии;

- контроля состояния рабочих поверхностей пар трения, включающего приведение пары трения в относительное движение и выявление дефектности поверхностей трения вследствие питтинга, задиров, поломок или износа путем сравнения сигналов акустической эмиссии, измеренных при эксплуатационном и реверсном направлениях относительного движения. Практическая ценность настоящей методики подтверждена актом производственных испытаний на МЫЛО "Салют", позволившим определить газотурбинные двигатели с дефэктнши роликоподшипниками.

Реализация в промышленности. Разработанная методика контроля■ состояния рабочих поверхностей пар трения испытана в производственных условиях ЫШЮ "Салют". В. акте испь..аний отмечена результативность предложенного метода и возможность его использования.в производственных и полигонных условиях после метрологической и аппаратной доработки.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу были представлены на научно-практической конференции "Прогрессивная технология обработки маложестких деталей" (Тольятти, 1387 г.) и республиканской конференции "Актуальные проблемы машиностроения" (Алма-Ата, 1989 г.).

Публисации. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 6 печатных работах, получено 6 авторских свидетельств.

Структура и объем работа Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений, она содержит 222 страницы, из которых на 135 изложен основной машинописный текст, иллюстрирована 83 рисунками, имеет 1 таблицу, список литературы из 105 наименована и приложения па 6 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение раскрывает соде& .ание проблемы, предпосылки ее ре-пения, актуальность, испольэуею» понятия, основные положения, выноспи» на защиту, определяет научную новизну и практическую ценность диссертационной работ

В первой главе с помощью анализа литературных источников рассмотрены пути повышения эффективности операционных технология

изготовления и контроля деталей, б частности, значение учета влиянии наследуемых факторов, в том числе кинематического . Для его изучения рекомендованы методы технологической диагностики.

Под кинематическим фактором технологической операции (экс-илуа ¡лии) в работе понимает влияние направлений внешних воздействий на деталь, обусловленных ее ориентацией, на выходные эксплуатационно-технологические характеристики детали.

Фактическое исчерапание возможностей развития традиционных технологий за счет наложения дополнит*.лъных физических воздействий и оптимизации ■ режимов в пределах одной операции привело к поиску оптимальных сочетаний режимов и условий проведения последовательных операций на основе наследственного подхода, сформулированного для технологических процессов в трудах А. М. Дальского и П. И. Яиерицына, а для режимов эксплуатации - Ю. Е Скорыниным. Наследование режимов ОТП и их последовательности, конструктивных форы заготовок, особенностей технологического оснащения и других условий обработки или эксплуатации осуществляется, в основном, через материал деталей, а также макро- и микрогеометрические паррчетры их поверхностей. Причем указано, что кроме положительно и отрицательно влияющих на качество деталей наследуемых факторов существуют скрытые или неявные наследуемые факторы , определяющие степень соответствия условий обработки условиям эксплуатации, в отношении которых должна производиться оптимизация или стабилизация. Одним из них является кинемати" >ский фактор.

Анализируя методы изучения наследуемы:-. фактороЕ., сделан вывод о том, "то более п элективными для производственного применения ! силу своей ¡жспрессности являются методы, основанные на косвенном контроле выходных параметров по физическим параметрам, характеризующим энергетику процессов обработки и эксплуатация. В результате рассмотрения физических методов, в частности, методов сило-моментных характеристик, анализа стружки и г^одуктов износа, радиоактивк_х > идикаторов, электросопротивления, три-* Оо-ЭДС, термсметрирозашга и термографии, вибрационных, шумовых и ачусто-эмиссионных, последние выделены Г к наиболее технологичные и быстро развивающиеся г,- отечественной и зарубежной практике. Упругие высокочастотны* сс лны сустической эмиссии (АЭ) , непосредственно [¡о^ождакггся процессами разрушения и накопления поврежден-ности и активно влияют на. них.

.! ■ ' ' ' ' .' •

Согласно обзора публикаций, раскрывающих физико-технологг-чес кие механизмы влияния КФ на процессы обработки и эксплуатации, направления предыдущих эксплуатационно-технологических Еоздейст- . вий наследуются, в частности, через искривление,завал и вытягивание зерен контактных поверхностей в направлении указанных ¿содействий. Соответствующие экспериментальные исследования дефо; мац/Л при качении, скольжении и резании описали Гамуля Г. Я. , Крагель-ский И. Б., Bowden F. Р. , FMuney D. А. , Kewnian Р. Т. , Zum Gahr К. - К. , Кривоухов В. А. , Бобровский В. А. и другие ученые. Эксплуатационное характеристики обработанных поверхностей в продольном и поперечном направлениях, особенности рельеф« типа "рыбья чеиуя" н ориентированной Формы питтинговых выкрашиваний исследовали Шнейдер Ю. Г., V.'ay S. и другие. Кз работ указанных вьше авторов следует вероятное образование анизотропии эксплуатационных свойств, в частности, износостойкости в противоположных направлениях вдоль линии обработки и эксплуатации. Еариация КГ в ходе кратковременных испытания при обработке, эксплуатации, сборке и.контроле с применением персногегигнкх методов технологической диагностики (наирикер, акустико-эмисснсяного) позволила бы повысить их эффективность.

Поэтому в настоящей работе исходя из поставленной цели исследований были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать структуру и механизмы щюявленил кинематического фактора обработки и эксплуатации при трении и изнапива-нки.

Е. Разработать физически обоснованную математическую модел:-влияния факторов обработки и эксплуатации, включая их направление, на износостойкость поверхностных слоез детали.

3. Осуществить экспериментамнух> проверку результатов моделирования процессов изнашивания с учетом направления эксплуатации.

4. Разработать практические рекомендации по использованию установленных взаимосвязей между фпзг.ко-механическими сеойутму.и, режимами и направлениями обработки и эксплуатации.

5. Разработать экспресс-методики повьгсения и контроля качества деталей на этапа;' изготовления и эксплуатации. Проплести апробацию результатов работы в промышленных уелоъиях.

. Бо второй главе описываются исподьзозаякне оборудование и аппаратура, тины образцов и подшипников, методические особенности-выполнения экспериментов и обработки опытных данных.

Изучение влияния КФ ка эксплуатационно-технологические параметры деталей было построено в трех аспектах.

Первая группа экспериментов была связана с исследование» влияния направления обработки, на износостойкость поверхности. Для этого на м-ашине трения Шкода-Савина övuia проведена серия износостойких испытаний образцо стали 45 в состояниях поставки и закаленном (HRC 48), сталей 40Х, ХН38ВГ и иагнлм* в состояниях поставки, поверхности которых были обработаны одним из следующих способов: торцевым точением, протягиванием, шлифованием или прокаткой (в ходе операции профилеровки). Образца., установленные в поворотных тисках, истирали твердосплавным роликом 30 х 2.5 мм из ВК8 в среде эмульсин 0,5% К2Сг04 при заданных усилии лодкима 20... 100 Н и временном цикле 123... 11000 об и стабильной частоте вращения 500 об/мин. Истирание обработанной поверхности осуществляли вдоль линий технологических рисок попеременно в противоположных направлениях. Дун-и износа измеряли микроскопом ЕМИ-1Ц, оценивали линейный износ, осуществляли его пересчет в объемный. О влиянии I® на износостойкость судили по статистической оценке относительной износостойкости поверхности в противоположных направлениях, равной в каждом акте испытаний отношению объемных ивносов.

Вторая часть экспериментальных исследований была направлена на определение диагностических признаков экспресс анализа влияния КФ на износостойкость и предусматривала регистрацию сигналов АЭ, возникающих в ходе износостойких испытаний образцов. £ я этого использовали аппаратуру регистрации A3 "Экспресс-Д-02", первичный пьезопреобразователь которой устанавливали на испытуемом образце. Выходные сигналы амплитуды и скорости счета АЭ записывали самопи-цгуЩ1.м прибором ¡1338-6П. Была найдена рациональная установи преобразователя. Полученные для различных соотношений направлений обработки и истирания осциллограмма сигналов АЭ сравнивали друг с другом и с результатами износостойких испытаний.

Б третьем разделе экспериментальных исследований изучалась возможность безразборного контроля состояния подшипников качения механических систем, в Остности газотурбинных двигателей (ГТД), по сигналам АЭ, возникы.дам при их прокрутке в противоположных, направления"... Для зтого сначала были проведены подготовительные эксперименты" на модельной установки, состояний из подшипника (NN 303, 308}, напрессоваикс;'о на валу, закрепленном в патроне токар-

ö

по-винторезного станка 1К52 и поджима, связанного с преобразователем A3 и установленного в резце держат "'ле суппорта станка, устройством поперечной подачи которого осуществляли иагрул>"-ние подшипника. Яр;: прокрутке подшипника установлено частотное распределение сигнала, зависимости сигналов от усилия давления на подшипник, частоты вращения, наличия смазки и дополнительных границ раздела между преобразователем и подшипником.

Эксперименты пс контролю пар трения ГТД осуществлялись в КБ диагностического контроля МШО "Салют" применительно к межроторному подшипнику, обеспечение надежности которого являлось наиболее узким местом согласно эксплуатационной статистики отказов. Внутреннее кольцо указанного подшипника вручали в противоположных направлениях при неподвижном наружном. Для оценки чувствительности регистрируемых харагаернстик к состоянию поверхностей качения один из ГТД пгедьерителыю собирали с модедьннми подшипниками. !la поверхностях качения этих подшипников в секторе 120 градусов били искусственно нан^сенч мекгрснскрой деисты приблизительно симметричной формы, тек, "го у одного из подшипников величина и концентрации дефектов Сыт/ больше, чем у другого. ¡Три прокрутке подшипника регистрировали скорость счета и амплитуду A3, а такье частоту ерапеиия. Прокрутку осуществляли вручную, при этом для анализа сигналов ЛЭ использовали лишь те рехины вращения, при которых не наблюдалась "игра луфгсв" передач- агрегатов ГТД. !';юм? ГТД с модельными межроторнымк подшипниками прокрутку подаипиика и противополагает направлениях осуществляли таклг и для ГТД учебного стенда, снятого с самолета после эксплуатационной наработки.

В третьей главе приводится классификация проявлений и задач анализа КФ, с учетом КФ'разрабатывается математическая модель и осуществляется моделирование формирования поврелденностн поверхностных слоев материала деталей при их трении и изнашивании.

Сущность М любой технологической операции и эксплуатации заключается в направленности взаимодействия между заготовкой (деталью) и режущим инструментом (контробр&чцсм, средой, внепяич полем), характеризуемой Физическими векторными величинами соотпет-ствукэдих силовых нагрузок, процессов теплопередачи,злекярдае.гкит-нкх явлений и т, п. В результате формируется анизотропная структура, зависящая от г.ыбора направлений предыдущих и последуют« обработки и эксплуатации, а также их соответствия. При этом то яре-

ценном цикле существования деталей согласно разработанной классификации можно выделить задачи анализа К'!1 технологических операций (для последовательных технологических проходов и операций маршрута) , заключительной операции и последующей эксплуатации (для основной структурообразующей и сборочио/ операций), технического обслуживания (контрольных операций) и режимов эксплуатации.

Для решения наименее изученных задач, связанных с рациональным сочетанием эксплуатационного и технологического, в том числе кон-рольного, воздействий (и составляющих предмет изучения данной работы), разработана математическая модель формирования поврож-денности поверхностных слоев деталей трибосопряжений.

В качестве допущений модели принято представление о поверхностном ело*. как о плоском полупространстве со статичными во времени распределениями пятен контактных нормальных ч и касательных х нагрузок и температур, структура (диаметр й, расстояние и которых определяется ми..¿«геометрическими и упруго-прочноигныш параметрами. Не рассматриваются конкретные типы контртел, можмо-лекулярное взаимодействие между ними , а также химические и электромагнитные процессы, при этом микрогеометрические параметры поверхности в процессе трения и изнашивания, не изменяются,..

Основные соотношения модели (1-6) рключаюс:

- условие прочности микрообъема кинетической теории С. II Буркова, объединенное с выражением суммирования повревденности Бейли и связывающее поврежденность со микрообъема в момент времени Ь с напряжением о , температурой Т и структурным состоянием , (1);

- расчет напряженного состояния, использующий известные принцип суперпозиции для учета нескольких (п-5) пятен контакта и решение контактной задачи, (2), а также выражение (3) максимального^ главного напрялкния б, , используемого в фэрмуле поврежден- . кости! ( В результате анализа полей растягивающих напряжений выбрана координата поверхности у0 для расчетов модели в одномэркой постановке: х»уаг); в

- температурный расч-т, . основанный на частном решении уравнения теплопроводности и методе конечных разностей (4);

- ^ номенологические, и вероятностные соотношения ;.ля ' параметров К акустической эмиссии, порождаемой контактным взаимодействием со скоростью у на поверхности и ростом микротрецин, и опред^.-кч;*;'! динамическую еоетаымюкую напряжений (6,0,3).

' оси = С0о+ |й(б,Т,Т!)с11 ,

I (п-1У2

®и(Х,У) = • У^У+к1 (2) < 6=б,(бц)+блэ (3)

Т(х,у) = [(Т(х ±дх,у) ,Т(х,у+ду)) (4)

Й »N(05,7,1) (5)

Свдэ-бдэСЙ) (б)

Исходными данными для модели являются контактные нормальные и касательные нагрузки, контурное давление, скорость трения и температура материала, ыикрсгеометрические и упругие характеристики, .оля начальной поврежденности со0 , математического ожидания и дисперсии структурного коэффициента и другие параметры. На выходе модели - временные зависимости износа поверхности и характеристики ЛЭ. Чувствительность модели к варьированию указанных параметров соответствует известным наблюдениям и свидетельствует о возможности использования настоящей модели для 1сачественного анализа факторов обработки и эксплуатации.

С учетом гипотезы кинетической теории прочности о роли ;.'.'!-кротревдн в макроразрупен.чях кокстругадаонних материалов предложен Феь.менологичэский механизм проявления КФ. Он основан на том, что согласно известным исследованиям при обработке или эксплуатации поверхности материала происходит деформация его структуры в направлении осуществляемого воздействия, причем границами деформированных ячеек структуры материала являются места повышенной концентрации' дефектов- иди ммсрэтрещии, имеющих прэимупдаственную ориентацию. При последующей контактном воздействии на поверхность главные растягивавдю напряжения б, согласно произведенным расчетам направлены в соответствии с направлением касательных нагрузок. №£ механики разрушения известно, чч ■> в окрестности трещшн наибольшая концентрация напряжений под действием внешней нагрузки возникает в ее острых верашах в случае растягивающих напряжений, перпендикулярных берегам трещины. Значит, в случае нагрузки, направленной против направления завала'структуры, трещину растягивает поперек большая составакявдгШ' 6\ , чем в случае совпадения указанных направлений. Следовательно; локальные перенапряжения 'С в каждой точке материала зависят от направления (являются тензорной величиной аналогично о ) тл в расчетах по данной модели при см«не направления вкегомх касательных нагрузок яа противоположное

необходимо учитывать возрастание "5 в поверхностных слоях.

Моделирование трения и изнашивания с учетом КФ показало , что интенсивность изнашивания,, а также энергетические параметры АЭ в поверхностных слоях выше в направлении, противоположном направлению предыдущего нагружэния. .Аналогично большие уровни АЭ дли люОой контактной скорости были получены для указанного обратного нанрарления при трении без изнашивания, что реализуемо при контроле поверхностей приведением ик в относительное двидан>.е. В силу статистического характера сигналов АЭ разница уровней АЭ при трении в противоположных направлениях с одной и той же надежностью определяется при меньших скоростях в случае большей анизотропности контролируемой поверхности.

Таким образом, расчеты показали, что в случае рационального выбора КФ смежных обработки и эксплуатации возможно повысить износостойкость рабочей поверхности материала, причем указанный выбор может быть осуществлен путем анализа сигналоь АЭ. Одновременно, вариация КФ при контрольных испытаниях может Сыть использована для оценки наработки (дефектности) поверхностей трения.

В четвертой главе описаны результаты экспериментальных исследований, подтверждайте выеоды моделирования и обосновывающие возможность повышения эффективности операций изготовления и контроля деталей рациональным выбором КФ.

В результе-е серии износостойких испытаний на машине трения ИКода-Савина согласно раьее описанной методики для различных режимов изнашивания были получ» ш экспериментальные данные, статистически обработанные с надежностью 0,95 при величинах выборок 5 ... 37. Наибольшее значение анизотропии износостойкости в противоположных направлениях установлено для поверхности стали 45 в состоянии поставки, обработанной протягиванием (Иа 1,25), износостойкость которой в направлении обработки выше, чем в противоположном напра лении, и в зависимости от режимов истирания - до 29%. Роль КФ особенно велика при незначительных нагрузках (~40 Н) и цикле (~1С?об) эксплуатации при глубинах лунок износа до 8 мкм. Качественно аналогичные результаты получены при истирании образцов сталей Ш2В2ЕК№ и 45 (закаленной) , обработанных точением (На 0,5. ..0,9), Максимальное приращение износостойкости в направлении обработки составило около 21%, а наиболее устойчиво рассматриваемый аффект проявлялся до глубин порядка 2-3 мкм. Математи-

ческое ожидание приращения износостойкости для холодно катанного листа из лН38ВТ составило оки.го 9Х с тем ке знаком при глубине износа 7 мкм, что свидетельствует о единых механизмах влияния К>5 на операциях механической обработки и обработки давлением.

Установлено, что глубина резания не влияет на эф1>екты, связанные с КФ, в то .та время существенное значение имеет скорость обработка. Для пластичной стали Ш2Н2ВМФ износостойкость выше в направлении обработки при скоростях до 0,8 м/с, а для закаленной стали 45 - в диапазоне 0,75. ..1,05 м/с.

Анализ связи сигналов АЗ с зависимостью износостойкости обработанной поверхности от направления трения показал необходимость иимметричной установки преобразователя относительно зон истирания и обеспечения их равнокесткости, равенства диам< гров и идентичности угла и профиля линий обработки сравниваемых зон образцов, а т^к>© сравнения лишь последовательно полученных данных. С учетом этих методических ограничений установлена связь' с относительной износостойкостью статистических характеристик параметров АЗ: максимального значения переходного процесса (приработки) и среднего значения амплитуды нормального изнашивания и максимального значения скорости счета переходного процесса. Относи-те.'^ную износостойкость отражают отношения числа событий превышения значений указанных параметров для одного из направлений. Предложенный анализ сигналов АЭ позволяет лишь качественно оценить направление (наличие) анизотропии износостойкости, но этого достаточно для производственных целей. Длительность выборочных записей параметров ЛЭ мокзт не превышать 4-5 переходных процессов каждая.

Особенности регистрации сигналов АЗ с подшипниковых узлов, изучены на описанной модельной установке. Показано, что условия эксплуатации подшипника в основном влияют а сигналы АЗ диапазона частот 30 - 500 кГц. Установлена чувствительность амплитуды и скорости счета АЭ к усилию подкатиа, скорости вращения, смазке и загрязнению подшипника; При увеличении числа границ раздела вол-ювода подгатник-пъеэопреобразоватейь на одну величины регистрируемых сигналов уменьшается на - 10 дБ. Непротиворечивость уста-ювленных связей физическим представлениям о закономерностях «устического излучения позволили перейти к контролю подшипников 'ТД вариацией КФ.

Эксперименты по безразборному контролю межроторного подшипника ГТД проводились на ШЛО "Салют". Сигналы. АЭ. измеренные на ближайшей к подшипнику обечайке корпуса двигателя .обнаружили чувствительность к состоянию поверхностей модельных межроторных подшипников. При прокрутке подшипника с большими плотностью и размерами искусственных каверн на дорожке |сачения наблюдали большую миду..лцию и разброс значений регистрируемых сигналов. При этом помимо возрастания коэффициента вариации параметре- ДЭ отмэ- • чалм также возрастание нелинейности (вогнугости кривой) аависи-. мости уровней АЭ от частоты вращения . При прокрутке ГТД с модельными межроторкыми подшипниками в 'противоположных направлениях вращения отличий сигналов АЭ установлено не было, что объяснено отсутствием эксплуатационного текстурирования новы:', поверхностей качения модельных подшипников и в среднем симметричной формой нанесенных на них дефектов.

Скоростные зависимости сигналов АЭ, полученные при прокрутке межроторного подшипника двигателя, снятого с эксплуатации, отличаются сув'естЕенной нелинейность»;, онн не совпадают для противоположных направлений вращения. Важной особенностью указанных кривых является большие нелинейность и уровень значений параметров АЭ для направления вращения, противоположного рабочему. Это позволило сделать вывод о том, что при долговременном интенсивном нагружении подшипника в одном направлении вращения его контакные поверхности получают характерную приработку , отличающуюся анизотропией свойств. Изменение направления вращения при контроле со-.¡тояния поверхностей трения приводит к перераспределения нагрузок на структурные элементы материала и большему его динамическому возбуждению при тех же нагрузках. Шэтому вариация К!' при контроле подшипников методом АЭ позволяет определить их однонаправленную наработку и характерную дефектность.

Таким образом, ь результате экспериментального изучения влияния КФ на операциях обработки и контроля установлены, возможности повышения износостойкости обработанной поверхности путем выбора рационгаьных направлений обработки и эксплуатации, а также .эффективности контроля состояния поверхностей тренйя, предусматривающего вариацию направлений относительного движения контртел.

В пятой главе приведены разработанные инженерные методики совершенствования операций изготовления и контроля деталей машин

и результаты промышленной апробации последней. Даны рекомендации по использованию и развитию результатов работы, аннотированы разработанные по материалам диссертации технические решения, признанные изобретениями.

Областью применения методики экспресс-выбора рациональных направлений обработки или ориентации элемента трения при сборке является технологическая подготовка операций мехобработки, прокатки и сборки, а также подготовка к эксплуатации и техническс обслуживание деталей нар трения. По вы пение эффективности перечис-• ленных операций и :>ксплуатации деталей достигается за счет повышения износостойкости их рабочих поверхностей.

Методика контроля состояния рабочих поверхностей пары трения позволяет обнаружить повреждения поверхностей подшипников качения в условиях пигтингового выкрашивания, задиров, поломок элементов, износа и термопластической деформации и может быть рекомендована К использованию так»:- и при контроле других трибосопряжений: подшипников с* мьжечия, зубчатых передач, ползунов.

ОО'ьектом применения обеих методик являются пары трения, работающие в режиме преимущественно однонаправленного нагружения. Обе методики предусматривают регистрацию возникающих при трении поверхностей сигналов АЗ: по их различию для противоположных направлений в пергой методике определяется направление большей износостойкости, а во второй - дефектность поверхности.

Методика контроля состояния рабочих поверхностей пар трения прошла апробацию в производственных условиях ММГО "Салют" для выявление ГТД с дефектными межроторными подшипниками. ГТД, снятые с самолетов, были установлены на транспортные тележки или стапели. В результате анализа сигналов АЭ, зарегистрированных в различных позициях установки преобразователя был сделан вывод о целесообразности измерения сигналов с корпус.* в отсутствие особых требований разрешения дефектности. Ручная прокрутка внутреннего кольца подшипника в противоположных направлениях ч^лд-аалась также с дискретным поворотом его внешнего кольца на четверть оборота,, что обеспечивало перераспределение интенсивности циклических контак-ных воздействий на дорожке качения й изменение полг -ения наиболее нагруженного ее участка.

В результате применения методики были выявлены ГТД, для которых при прокрутке подшипника в направлении, противоположном эк-

сплуцтационному, значения уровней параметров амплитуды и скорости счета АЭ превышали аналогичные при вращении в рабочем направлении. Дополнительным диагностическим признаком стало аналогичное несовпадение скоростных зависимостей АЭ для различных угловых положений невращаемого кольца. Выводы о дефектнс ги подшипников совпали о результатами параллельно разработанного специалистами завода виброакустического метода контроля и подтверждены при разборке двигателей. В снятых подшипниках обнаружены питтичг. приюти, износ, деформация и полоша элементов и поверхностей.

Таким образом, описанные в материалах диссертации теоретические и экспериментальные исследования, позволили разработать методическое обеспечение повышения эффективности операций взго- . товления и контроля деталей. Причем положительные результаты апробации методики контроля подшипников подтвердили практическую ценность выполненной'работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показано, что резервом повышения эффективности операционных технологических процессов является рациональный выбор кинематического Фактора, под которым понимают влияние направлений внешних воздействий на деталь и ее ориентации на эксплуатационног технологические параметры детали.

2. Разработана структурная схема проявления кинематического фактора, соглаыо которой указанный фактор присутствует при всех технологических операциях и эксплуатации, а выбор взанмонаправт ленности эксплуатационно-технологических воздействий особенно важен при анализе основной (заключительной) структурообразующей, а также сборочной и контрольной операций. -

3. Разработана математическая модель формирования поврежден-ности при контактном воздействии на поверхностные слои материала с учетом кинематического фактора.

4. Теоретически показана и экспериментально установлена зависимость износостойкости поверхности вдоль линий обработки от направления эксплуатационных нагрузок, Согласно проведенным экспериментальным исследованиям износостойкость вьвве в направлении обработки при точении до 21 X, протягивании до 29 X, прокатке до 9 х. Определены эксплуатационные и технологические факторы, вли-явдие на численные значения данного эффекта, это - усилие, время

и глубина изнашивания, а также скорость резания при точении соответственно.

5. В результате анализа сигналов АЗ, регистрируемых при изнашивании обработанной поверхности в противоположных направлениях, определены информативные параметры и статистические критерии, необходимые для экспресс-выбора рациональных направлений обработки и эксплуатации деталей . К информативным параметрам относятся уровни амплитуды и максимальные значения амплитуды и скорости счета АЭ переходного процесса.

6. Экспериментально подтверждено, что сигналы ЛЭ при вращении подшипника в противоположных направлениях зависят от направления предварительной эксплуатации подшипника. Показано, что, чем больие наработка и дефектность поверхностей качения, тем выше значения параметров амплитуды и скорости счета АЭ при вращении подшипника в направлении, противоположном эксплуатационному.

7. Разработанные принципы контроля поверхностей трения, предусматривающего изменение направления трения, апробированы в производственных условиях ШЛО "Салют". В итоге были выявлены ГТД с дефектными межроторными подшипниками, причем полученные результаты соответствовали результатам примененного на ШЛО виироакустического контроля. Указанные подшипники содержали питтинговые выкрашивания, износ, прижоги, деформацию и поломку элементов.

8. Разработаны инженерные методики совершенствования технологических операций обработки и сборки деталей и узлов трения путем экспресс-выбора рациональных направлений их обработки и эксплуатации, а также - операции контроля состояния поверхностей трения путем вариации направления трения при испытаниях. 1Ь результатам работы предложены новые технические решения, защищенные б авторскими сведетеЛоствами,

Основное содержание диссертации отражено в работах: . 1. Барзов А. А., Гаврилов С. А. Швыиение ресурса узлов трения методами эксплуатационно-технологической диагностики: Обзор. - М.: ЦНЙИТЭИТяжШа, 1991.- 40 с.- (Технология, экономика, организация производства и управления. Сер. 8. Bai.ll).

2. Ёараов А. А., Вдовин А. А., Гаврилов С. А. Математическое моделирование эксплуатационно-технологической наследственности// Известия вузов СССР. Машиностроение.-19В7.-И 11. -С. 6-11.

3. Диагностика состояния межооторного подшипника двигателя методом акустической эмиссии/ В. Е Крымов, А. А. Барзов, Д. А. Вдовин, ЕЕ. Яковлев, С. А. Гаврилов, Е. А. Аршинов// Авиационная промышленность.- 1991.- N 11.-С. 46-48.

4. Бврзов А. А.. Гаврилов С. А. Диагностика и оптимизация тех-нологичвилой поврежденное™// Технологическая диагностика процессов резания: Научно-технический сборник. -М.: Центр научно-технической информации "Поиск", 1938. -С. 41-48. -(ДСП). -( Технология. Технология машиностроения. Вып. 5).

5. Гаврилов С. А. Кинематический фактор обработки// Актуальные проблемы машиностроения: Труды республикам <ой конференции по проблемам машиностроения Казахстана на этапе перестройки 15-17 ноября 1989г.-Алма-Ата: Наука, 1989.-С. 110-111.

6. Гаврилов С. А. Методика диагностики износостойкости поверхности трения// Прогрессивная технология обработки маложестких деталей: Тезисы областной научно-практической конференции.-Тольятти, 1987.-С. 50-51.

7. А. с. 1370520 СССР, МКИ4 G01N3/56. Способ испытания пар трения на износостойкость/ А. А. Барзов,. А. А. Вдовин, С. А. Гаврилов. -N 4004790; Заявл. 13. 01. 86; Опубл. 30.01. 88 // В. И. -1988.- .! 4.

•• 8. A.c. 1515096 СССР, ЫКИ4 G01N3/56. Способ изготовления многозвенной пары трения с различной интенсивностью изнашивания/

B.C.Камалов, А.А.Барзов. А.А.Вдовин, С.А.Гаврилов. -N 4308260; Заявл. 18.09.87; Опубл. 15.10.89 // Е и. -1989. - N 38,

9. A.c. 1697469 СССР, МКИО Е01В2/00. Рельсовый путь / B.C.Камалов, А. А. Барзов,А. А. Едоьин, 0.А. Гаврилов.-N 4285285.-1991.-(ДСП).

10. Положит, реш. о выдаче А. с. по заявке N 4865763/27. Способ контроля подшипников качения/ А. А. Барзов, А. А. Вдовин,

C. А. Гаврилов и др.- Заявл. 11.09.90.-21.06.91.-(ДОП).

И. A.c. 1424475 СССР, ЫКШ G01N21/39. Способ определения физико-механических свойств материалов/ А.А.Бараов, A.A. Вдовин, О. В. Зарубина, С. А. Гаврилов, И. В. Бессонов. - N 4053011. г1988. - (ДСП).

12. A.c. 1603484 СССР, МКИ5 G01N3/66. Способ определения оптимальных условий обработки поверхностей тед трения/ А. А. Барзов, А. А. Вдсьин, С. А. Гаврилов. - N 4621226; Заявл. 16.12.88; Опубл. 23.11.90 // Ей.-1990.- N 43.

/