автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение качества финишной обработки основы и хромовых покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники

На правах рукописи

Пименова Оксана Владимировна оозо55719

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ОСНОВЫ И ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза-2007

003055719

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Скрябин Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Спицын Иван Алексеевич

доктор технических наук Алексеев Андрей Николаевич

Ведущая организация Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Пензенская государственная технологическая академия»

Защита состоится 16 февраля 2007 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА».

Автореферат разослан 16 января 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.П. Уханов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. На сегодняшний день в агропромышленном комплексе России наблюдается резкое уменьшение единиц машинно-тракторного парка. Парк основных видов техники продолжает стареть, срок эксплуатации машин и оборудования возрастает.

Наиболее распространенной причиной выхода деталей и рабочих органов машины из строя является износ рабочих поверхностей. Однако большинство деталей имеют остаточный ресурс и могут быть использованы повторно после проведения сравнительно небольшого объема работ по их восстановлению. Стоимость восстановления значительно ниже стоимости изготовления. В связи с этим ставятся задачи, направленные на повышение качества ремонта, за счет совершенствования технологии восстановления деталей машин.

Одним из перспективных способов восстановления деталей является применение гальванических покрытий. В ремонтной практике для восстановления деталей, которым необходима высокая износостойкость, чаще всего применяют хромирование. Качество гальванических покрытий зависит от технологии обработки деталей до нанесения покрытия, технологии нанесения покрытия и технологии обработки деталей после его нанесения.

Качество поверхности подложки и покрытия определяется финишными операциями, где окончательно формируются физико-механические характеристики поверхностного слоя материала детали. Поэтому актуальным направлением в процессе подготовки поверхности деталей под гальванопокрытие и при обработке самих покрытий является совершенствование финишных операций.

Применение эффективной операции финишной обработки поверхностей деталей под гальванопокрытие и обработки покрытий, обеспечивающей получение требуемой шероховатости поверхности, способной повысить производительность процесса, а также степень механизации и автоматизации, является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение качества финишной обработки основы и хромовых покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственных машин применением схемы камерной обработки.

Объект исследовании. Технологические операции финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненными мелкодисперсными абразивными средами до нанесения гальванического покрытия и после его нанесения.

Предмет исследования. Показатели качества и производительность финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненными мелкодисперсными абразивными средами.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных законов динамики относительного движения применительно к единичной абразивной частице, законов механики сплошных сред и молекулярной физики граничного трения, теории упругости и

пластичности, теории вероятности и математической статистики, а также научных положений технологии машиностроения.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях в соответствии с действующими ГОСТ, с использованием аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ программами MathCAD, Excel.

Научная новизна работы заключается в:

- получении аналитических зависимостей по определению основных технологических параметров для камерной обработки плоских поверхностей при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники гальваническими покрытиями;

- получении уравнений регрессий, устанавливающих взаимосвязь технологических факторов с качественными характеристиками поверхности и производительностью финишной камерной обработки;

- определении количественных оценок физико-механических свойств покрытий в зависимости от финишной механической обработки основы и покрытий.

Практическая ценность работы заключается в создании научно-обоснованных рекомендаций по применению камерной финишной обработки плоских поверхностей до и после нанесения гальванического покрытия, позволяющих повысить качественные показатели поверхности и производительность процесса.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненной абразивной средой внедрены на ОАО «СКБТ» г. Пенза и на ОАО Ремонтный завод "Колышлейский" Пензенской области. В результате обеспечен рост производительности процесса восстановления деталей, повышено качество финишной обработки и получен экономический эффект при внедрении разработанной финишной операции обработки.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской научно-практической конференции «Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении» (Пенза 2005 г., Приволжский дом знаний), Международном симпозиуме «Надежность и качество - 2005» (Пенза, 2005 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского государственного университета 2004 - 2005 гг. и на расширенном заседании кафедры ремонта машин ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» в 2006 г.

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 10 печатных работах, из них три без соавторов, одна в издании, рекомендуемом «Перечнем...» ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка литературы из 118 наименований. Работа содержит 155 е., 40 рис., 14 табл. и приложение на 5 с.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

- аналитические зависимости по определению основных технологических параметров для камерной обработки плоских поверхностей при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники гальваническими покрытиями;

- уравнения регрессии, устанавливающие взаимосвязь технологических факторов с качественными характеристиками поверхности и производительностью финишной обработки;

- количественные оценки физико-механических свойств покрытий в зависимости от финишной механической обработки основы и покрытий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и представлена общая характеристика работы.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведен анализ современного состояния вопроса восстановления изношенных деталей сельхозтехники. Одним из перспективных способов восстановления изношенных деталей является применение гальванических покрытий. В целях компенсации износа и упрочнения детали наиболее часто применяют хромирование. Изучением процесса электролитического осаждения хрома занимались Ваграмян А.Т., Соловьева З.А., Богорад Л.Я., Черкез М.Б., Лайнер В.И., Кудрявцев Н.Т., Ямпольский A.M. и другие ученые, внесшие значительный научный вклад в данную область знаний. Рассмотрены работы Шлугера М.А., Молчанова В.Ф., Петрова Ю.Н. и других отечественных и зарубежных авторов, труды которых посвящены фундаментальным разработкам способов восстановления изношенных деталей электролитическим хромированием.

Технология, сочетающая правильно выбранный состав электролита вместе с режимами электролиза для нанесения покрытий с эффективными методами предварительной и последующей обработки поверхности, гарантирует получение покрытий высокого качества.

К числу методов финишной обработки, получивших широкое распространение в последние годы, следует отнести обработку свободным инструментом. В настоящее время широко известны работы по теоретическому и экспериментальному исследованию процесса обработки свободным абразивом В.Н. Кащеева, П.И. Ящерицына, А.Н. Мартынова, В.А. Скрябина и других ученых, которые могут служить базой для решения различных производственных задач.

В диссертационной работе обоснована необходимость и возможность применения камерной абразивной обработки деталей со статическим уплотнением обрабатывающей среды сжатым воздухом через эластичную

оболочку, что позволяет вести эффективную обработку плоских поверхностей.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Исследовать возможность применения схемы камерной обработки плоских поверхностей статически уплотненной абразивной средой для предварительной обработки основы и последующей обработки гальванических покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники.

2. Теоретически и экспериментально обосновать выбор рациональных технологических параметров и условий камерной обработки плоских поверхностей деталей.

3. Определить влияние способа обработки основы и покрытий на их физико-механические свойства.

4. Оценить экономическую эффективность предлагаемого способа обработки плоских поверхностей статически уплотненной абразивной средой.

Во втором разделе «Предварительная обработка плоских поверхностей деталей под гальваническое покрытие» изложена сущность предлагаемого способа обработки основы и покрытий абразивной средой, уплотненной внешним давлением.

Схема установки, в которой реализован способ с рабочей подачей обрабатываемой детали при неподвижном корпусе установки, представлена на рисунке 1.

деталей уплотненной средой: 1 - часть рабочей камеры нижняя; 2 -деталь; 3 - уплотнение; 4 - механизм кривошипно-шатунный; 5 - часть рабочей камеры верхняя; 6 - среда абразивная; 7 - эластичная стенка рабочей камеры верхняя; 8 - емкость герметичная; 9 - эластичная стенка рабочей камеры нижняя; 10- емкость герметичная; 11 -узел закрепления разъемных частей камеры; 12- каретка

В рассматриваемом способе обработки уплотненный абразивный слой выполняет роль режущего инструмента. Режущий инструмент в этом случае формируется автоматически из свободных абразивных частиц, которые находятся в составе суспензии, путем уплотнения их в слой или эластичный

брусок. При этом абразивные частицы находятся в состоянии плотной упаковки и копируют форму обрабатываемой поверхности. Следовательно, сам инструмент в этом случае создается, профилируется в самом начале финишной операции технологического процесса в результате контактирования уплотняющихся абразивных частиц и обрабатываемой поверхности. Свободный абразив в состоянии поставки и даже абразивная суспензия, приготовленная на его основе, вне рассматриваемого метода обработки не являются инструментом и не несут всей необходимой информации для исследования.

В данном способе, при обработке деталей в уплотненной абразивной среде в качестве режущего инструмента применяют сухие или влажные (абразивная суспензия) абразивные порошки в уплотненном и напряженном состоянии.

В уплотненной абразивной среде между зернами отсутствует жесткая связка, в отличие от шлифовальных кругов. Однако благодаря сильным фрикционным связям абразивная среда обладает достаточно высокой прочностью и жесткостью и представляется как целостный инструмент.

В качестве абразивных порошков могут использоваться практически любые абразивные материалы, твердость которых выше твердости обрабатываемой детали. Наибольшее применение получил электрокорунд нормальный марок 14А, 15А, а также электрокорунд белый марок 24А, 25А зернистостью от 125 до М7.

Абразивное зерно, находящееся в обрабатывающей среде, при контакте с обрабатываемой поверхностью выступает в роли отдельного режущего элемента. Поэтому режущие свойства всего инструмента в целом во многом зависят от характеристик отдельных зерен.

Конкретное абразивное зерно в зависимости от материала абразива и его зернистости имеет определенные геометрические параметры: радиус округления р и угол ф между гранями, образующими вершину абразивной частицы.

Внедрение вершины абразивного зерна в металл поверхности детали зависит от приложенной к зерну нагрузки, физико-механических свойств материала детали и величины радиуса округления вершины абразивной частицы. Известно, что характер деформации металла при микрорезании зерном зависит от соотношения глубины царапания h и радиуса округления вершины зерна р. В зависимости от соотношения этих параметров при абразивном воздействии на обрабатываемую поверхность имеет место упругое деформирование, пластическое деформирование и микрорезание. Микрорезание стабильно обеспечивается во всех случаях, когда (h / р) Si.

Кроме того, необходимо отметить, что при обработке деталей в уплотненной абразивной среде свойства рабочей среды зависят не только от параметров отдельных зерен, но и от характера взаимодействия между ними. Отдельное абразивное зерно должно прочно закрепляться между другими абразивными зернами. В противном случае при взаимодействии с обрабатываемой деталью зерно не будет скользить, а будет перекатываться по поверхности детали, не удаляя при этом микростружку.

Основными параметрами, определяющими качество формируемой поверхности при камерном способе обработки, являются: давление, прикладываемое к эластичной оболочке камерного устройства, зернистость абразивной среды, а также соотношение радиальных размеров обрабатываемой детали и эластичной оболочки. Установлено, ч.то при определенных соотношениях вышеуказанных параметров резко снижается производительность обработки. Следует обеспечить такую величину усилия, прижимающего абразивные частицы к поверхности детали, чтобы она не превышала определенной величины, вызывающей поворот абразивных частиц.

Сила, действующая на единичное абразивное зерно, необходимая для формирования требуемой шероховатости поверхности по Скрябину В.А.

Р -К'НВ

2--Je

где а и с - соответственно большая и малая полуоси абразивного зерна в виде эллипсоида вращения, м; HB - твердость материала детали МПа; Ra - требуемая шероховатость поверхности детали, м.

Давление, которое необходимо подвести к эластичной оболочке камерного устройства, согласно известным соотношениям теории упругости, определяется следующим образом

Р = -г---А-:-(2)

/•„_ \ 3/2 _

^J .(с + а- 0,67л/^), (1)

Ü -R\ • 4 sin ф1

~ L2 + {(1 + v)/(l - v)}Rf ■ 4 sin2 ф,

где L - длина плоского участка детали, м; ф[ - геометрический угол, град; R¡ — радиус наружной образующей уплотненного абразивного слоя (приведенный радиус эластичной оболочки камеры давления; диапазон изменения 0,3...0,5 м), м; v - коэффициент Пуассона; 5 -элемент площади обрабатываемой поверхности, м2.

При финишной абразивной обработке важное значение имеет характер распределения давления по поверхности контакта детали с обрабатывающей средой.

В общем случае, выражение для определения распределения давления по линии контакта детали и абразивной среды имеет вид:

х +1

. i . .i

4ц cos2 па »jfr - а)Г° (b -1)Г° f'{t)dt |

n t — t(\

7г(х + 1 Xi,-0)^(6-/0)

P0 cosua

' )r

где_Д/) - функция, определяющая профиль детали; г - абсцисса точки оси ОХ на поверхности контакта детали с абразивным слоем, м; аЬ — линия контакта

поверхности детали с обрабатывающей средой, м; Р0 - нормальная сила, приложенная к детали на единице ее длины, Н/м;

1 ^ (. х-Л А. + Зц а = -• агйд к-- >х =-—,

п л х + 1; ^ + ц

где - X, ц — постоянные Ламе.

Рациональные условия обработки будут у деталей, радиальные размеры которых по отношению к радиальным размерам эластичной оболочки находятся в следующих пределах: 0,2 < < 0,32. При соотношении

радиальных размеров, превышающих величину 0,32, увеличивается вероятность поворота абразивных частиц относительно поверхности детали, вследствие чего обработка детали практически прекращается.

Оценку производительности процесса обработки незакрепленным абразивом производили по совокупному съему металла режущими зернами в зоне контакта, или по характеристикам микрорезания одного единичного зерна, моделируя для него реальные условия шлифования.

Для определения теоретической величины съема металла при обработке плоских поверхностей деталей в статически уплотненной абразивной получена зависимость:

& = р(1 -ен)РЦ(Ь0 + 2ри)(И0 -рм) + • у • Ку ■ Кш ■ Кж, (4)

где р - плотность обрабатываемого материала, кг/м3; е„ - коэффициент навалов; V - скорость резания, м/с; /ц - время цикла обработки деталей, с; Ьп и }ц -соответственно ширина и глубина царапины, оставляемой единичным микровыступом абразивного зерна с исходным микрорельефом на исследуемом материале в средней части абразивного слоя, м; рм - радиус округления микровыступа, м; ^ - суммарное число зерен, контактирующих с поверхностью обрабатываемой детали; у - коэффициент, учитывающий поворот абразивных частиц; Ку - коэффициент, учитывающий то, что при поворотах абразивных частиц часть металла выпадает из впадин субмикронеровностей, увеличивая их режущую способность; Кш -коэффициент, учитывающий влияние исходной шероховатости обрабатываемой поверхности; Кж - коэффициент, учитывающий влияние жидкой фазы абразивной суспензии.

Таким образом, по известным характеристикам процесса микрорезания единичным зерном, физико-механическим свойствам обрабатываемого материала, а также по режимам резания и времени обработки можно дать оценку его производительности, а, следовательно, определить припуск на механическую обработку.

В третьем разделе «Производительность и качественные характеристики обработки деталей под гальваническое покрытие хромом» исследовано влияние различных факторов на качество получаемой поверхности и на производительность процесса обработки.

В работе дано описание лабораторной установки, на которой проводились исследования влияния технологических факторов и условий обработки на производительность процесса и шероховатость обработанных под гальванопокрытие поверхностей.

Производительность обработки оценивалась по величине массового съема металла с единицы площади обрабатываемой поверхности и измерялась путем сравнения массы детали до и после обработки.

Взвешивание образцов производилось на микроаналитических весах АДВ - 200М с точностью до 0,0001 г.

Измерение высоты неровностей поверхности производилось по параметру - Яа на профилометре модели 283 завода "Калибр".

Исследование производительности процесса камерной обработки и шероховатости обработанных поверхностей осуществлялось с использованием методики многофакторного планирования эксперимента.

Анализ результатов теоретических исследований и априорной информации позволил выделить следующие факторы, влияющие на производительность процесса и шероховатость обработанных поверхностей деталей: скорость резания V величина подводимого давления сжатого воздуха Р (Х2); время обработки / (Л"з); зернистость абразивной среды 2 (Х4).

На основе поисковых опытов и ранее выполненных исследований нами приняты следующие интервалы варьирования основных независимых факторов: скорость резания - от 0,094 до 0,276 м/с; величина подводимого давления сжатого воздуха - от 0,05 до 0,15 МПа; время обработки - от 2 до 8 мин; зернистость абразивной среды - от 0,4 до 1,25 мм.

В результате обработки экспериментальных данных получена линейная математическая модель, устанавливающая связь величины весового съема металла с технологическими режимами и условиями обработки: <7 = 4,734 - 15,0868Г - 47,8729Р - 0,9871?-2,38252 + + 156,4615 УР+4,0956 VI + 8,2627л + 24,72Р2 +0,6443/7, (5)

где <7 - величина весового съема металла, мг/см2; V -- скорость резания, м/с; Р - подводимое давление воздуха, МПа; / - время обработки, мин.; 2- зернистость абразивной среды, мм.

Проверка адекватности полученной модели производилась по критерию Фишера. Полученное уравнение адекватно описывает эксперимент (Рд = 2,87; Рт = 3,2).

Графические зависимости, соответствующие полученному уравнению приведены на рисунке 2.

Полученные зависимости величины съема металла от режимных параметров имеют практически линейный характер в исследуемом диапазоне, что свидетельствует о стабильности протекающего процесса обработки, и показывают постоянство режущей способности абразивной среды в течение длительного промежутка времени.

ч.

s

i, мнн

0,125 0,15 P, МП a

Ч.

О,<¡94 О. IBS 0,2Гб 0.4 0,3 1,2

V.M/C Z,MU

в) <?)

Рисунок 2 - Зависимости удельного весового съема металла: а - от времени обработки t (условия обработки V =0,185 м/с; Р = О,1 МП a; Z = 0,8 мм); б - от величины подводимого давления воздуха Р (условия обработки: V = 0,185 м/с. м/с; t = 5 мин; Z — 0,8 мм); в - от скорости резания V (условия обработки; И - 0,1 МПа; 2 ~ 0,Н мм; i- 5 мин); ? ~ от зернистости абразивной среды Z (условия обработки; Р ~ 0,1 МПа; V™ 0.18$ м/с; f = 5 мин)

о, мг/смг

я .

< ■■■

При исследовании влияния технологических факторов на шероховатость обработанных поверхностей было установлено, что линейного приближения недостаточно для математического описания объекта исследования с необходимой точностью, поэтому было принято решение о построении модели в виде полинома второй степени.

После обработки результатов проведенных опытов было получено следующее уравнение регрессии в натуральных значениях факторов для случая, когда Х} = 0 и Л"4 = 0

Нв~ 1,315-2,096У-8.244Р-4,308УР + 27.2Р2 + 0,966V2. (6) Графическое изображение поверхности отклика от взаимодействия скорости резания и величины подводимого давления (рисунок 3, а) показывает, что данная поверхность отклика имеет минимум в области эксперимента при

К=0,2...0,25 м/с.

Уравнение регрессии в натуральных значениях факторов для случая, когда Х2 ~ 0 и Х4 = 0 имеет вид

=1,703 - 2,527V-0,418* + 0,042/2 + 0,966К2. (7)

а)

б)

в) г)

Рисунок 3 - Поверхность отклика для шероховатости обработанной поверхности: а - от взаимодействия скорости резания и величиной подводимого давления: б- от взаимодействия времени обработки и скорости резания: в - от взаимодействия величины подводимого давления сжатого воздуха и зернистости абразивной среды, г - от взаимодействия величины подводимого давления и времени обработки

Графическое изображение поверхности отклика от взаимодействия скорости резания и времени обработки (рисунок 3, б) показывает, что интенсивное снижение шероховатости происходит только после первых 2-4 мин обработки и далее высота неровностей практически не изменяется. При времени обработки 4-6 мин достигается требуемая шероховатость поверхности. Уравнение регрессии для случая, когда Х\ = 0 и Х^ - 0 имеет следующий

вид

Ка =2,005 - 9,04/>- 3,1652+ П,2Рг + 2Ъг

(8)

Из графического изображения поверхности отклика от взаимодействия зернистости абразивной среды и величины подводимого давления сжатого воздуха (рисунок 3, в) видно, что данная поверхность отклика имеет минимум в области эксперимента при Ъ = 0,6.. 1,С мм.

Уравнение регрессии б натуральных обозначениях факторов для случая, когда Х\ = 0 и Ха = 0 имеет вид

=1,398 - 5,04Р- 0,338? - 0,8Л + 21,2Рг + 0,042г2. (9)

Графическое изображение поверхности отклика ОТ взаимодействия величины подводимого давления и времени обработки (рисунок 3, г) показывает, что данная поверхность отклика имеет минимум в области эксперимента при Р= 0,1...0,15 МПа.

В результате экспериментальных исследований выявлено, что наибольшее влияние на производительность обработки и на шероховатость обработанных поверхностей оказывает величина подводимого сжатого воздуха, поэтому выбору значений данного параметра следует уделять наибольшее внимание.

Существенное влияние на производительность и качество обработанных поверхностей оказывает состав рабочей жидкости.

В состав рабочей жидкости обязательно должны входить поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые благоприятно влияют на производительность и качество обработки. Однако содержание ПАВ в составе рабочей среды должно ограничиваться, поскольку высокая концентрация их приводит к слипанию абразивных зерен и замедлению их обновления в зоне контактирования. Производительность обработки при этом резко падает.

Для оценки производительности обработки поверхности детали выступами микрорельефа абразивного зерна определялась толщина смазочной пленки в зоне контакта зерна с обрабатываемой поверхностью

где Гк - максимальная адсорбция моль/см2, М - молекулярный вес адсорбируемого вещества, г/моль; с!- плотность адсорбируемого вещества, г/ см3.

Предельную адсорбцию Гк определяли графически (рисунок 4), используя уравнение изотермы адсорбции Лэнгмюра.

ис

Рисунок 4 - Изотерма адсорбции

Проведенные исследования показали, что при камерной обработке плоских поверхностей в статически уплотненной абразивной среде, параметры микровыступов абразивного зерна на порядок выше по сравнению с суммарной

толщиной защитной пленки, что исключает явление «всплывания» абразивных зерен во время обработки и обеспечивает заданную производительность и качество обработки.

Важным показателем, определяющим эксплуатационные свойства детали, является микротвердость поверхностного слоя. Результаты исследований изменения микротвердости поверхностного слоя в результате обработки статически уплотненным незакрепленным абразивом представлены на рисунке 5.

1 - микротвердость исходной поверхности; 2 - микротвердость поверхности, обработанной уплотненной обрабатывающей средой (У = 0,1 м/с; Р - 0,08 МПа; / = 6 мин; абразив 14А125)

Низкие температуры и умеренный наклеп за счет пластической деформации от абразивного воздействия обеспечивают повышение микротвердости поверхностного слоя. Повышение микротвердости оказывает положительное влияние на износостойкость поверхностей при трении, усталостную прочность, контактную выносливость и коррозионную стойкость деталей.

На основании анализа результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации по выбору рациональных значений технологических режимов и условий, обеспечивающих эффективность обработки плоских поверхностей деталей статически уплотненным абразивом.

В четвертом разделе «Исследование кинетики электроосаждения хрома и некоторых физико-механических свойств хромированных плоских поверхностей после их обработки» приведены результаты исследования кинетических закономерностей электроосаждения хрома и некоторых физико-механических свойств покрытий.

Равномерные полублестящие мелкокристаллические покрытия электролитическим хромом получали путем осаждения из универсального электролита [ГОСТ 9.302 - 88]. Хромирование образцов проводили при температуре электролита 55°С и катодной плотности тока 30-70 А/дм2, при этом толщина слоя хрома составляла 0,15 мм.

Исследование кинетических закономерностей электроосаждения металлов проводили в соответствии с методикой, описанной в работах Ваграмяна А.Т. и Соловьевой З.С. на потенциостате - гальваностате «1РС-РЛО». Потенциал электрода измерялся относительно хлорсеребряного электрода сравнения ЭВЛ-1М и пересчитывался по водородной шкале.

Зависимости изменения потенциала от времени осаждения (ср - т) при электроосаждении хрома (рисунок 6) показывают, что предварительная механическая обработка оказывает влияние на начальную стадию образования покрытия.

-900 --------------------

-1000 - \..................-

-1100 -------------

.1мо.-_--------------

-1300 -------

¡•ЙО _I /3 -----------

-1500 - ^-----------------------

р

В,мВ .1600 ----

Рисунок 6 - Зависимость изменения потенциала от времени при осаждении хрома на поверхность предварительно обработанную: 1 - фрезой (И„ = 1,6 мкм): 2 - шлифовальным кругом (Яа = 0,63 мкм); 3 - незакрепленным абразивом (Яа = 0,16 мкм)

Из рисунка 6 видно, что в начале электролиза происходит уменьшение потенциала катода, что говорит о затруднении, связанном с образованием кристаллических зародышей чистого хрома. Уменьшение шероховатости приводит к смещению потенциала катода в область менее отрицательных значений. При плотности тока 30 А/дм2 через 20 с после включения тока потенциалы катодов обработанных фрезой, шлифовальным кругом и незакрепленным абразивом соответственно равны - 1519 мВ, - 1454 мВ, - 1339 мВ.

Микротвердость хромового покрытия толщиной 0,15 мм определяли на приборе ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н.

При механической обработке покрытий из электролитического хрома, полученного при различных условиях электролиза, микротвердость поверхности снижается по сравнению с микротвердостью необработанной поверхности покрытия. Это можно объяснить тем, что хромовое покрытие всегда находится под действием сильных растягивающих напряжений, и дополнительно воздействуют напряжения, вызываемые абразивным зерном. Отметим, что при механической обработке покрытий незакрепленным абразивом микротвердость покрытий снижается на меньшую величину.

Пористость покрытия определялась методом наложения фильтровальной бумаги. Размер пор определяли на микроскопе МИМ-7 при увеличении 500 крат.

Исследование пористости осадка показало, что обработка покрытия незакрепленным абразивом приводит к ее увеличению. Это можно объяснить тем, что в ходе механической обработки покрытия происходит съем металла,

) 10 20 30 40 50 60

\----------------

^_/' ----

7

что приводит к раскрытию пор. Причем диаметр пор уменьшается. После шлифования хромированной поверхности абразивным кругом 24А25СМ2К5 с режимами V,ф = 35 м/с, Ул„ = 35 м/мин, поперечная подача 0,01 мм/дв.ход, продольная подача 0,98 мм/мин средний размер пор уменьшается на 60%, а после обработки в статически уплотненной абразивной среде - на 30%. Уменьшение размеров пор в данном случае объясняется, очевидно, частичным заглаживанием их в процессе обработки, сопровождающейся пластическим деформированием металла поверхностного слоя и «затеканием» этого металла в поры.

Прочность сцепления покрытия с основой определялась методом отрыва конических штифтов с нормально приложенной силой. Толщина хромового покрытия составляла 0,1 мм. Значение прочности сцепления с основой определяли из соотношения силы отрыва к площади отрыва.

В результате экспериментальных исследований получены значения прочности сцепления покрытия с основой при различных методах ее обработки (таблица 1).

Таблица 1 - Прочность сцепления основы с хромовым покрытием

Способ механической обработки основы Прочность сцепления, МПа

Фрезерование 280

Шлифование 360

Обработка незакрепленным абразивом 410

Вид механической обработки поверхности подлежащей хромированию, в значительной степени оказывает влияние на величину прочности сцепления с основным металлом. На поверхности обработанной незакрепленным абразивом прочность сцепления выше на 12 - 14 % по сравнению с обработанной шлифованием. Высокая адгезия покрытий, осажденных на поверхность, обработанную незакрепленным абразивом, достигается за счет того, что после обработки поверхность будет более ровной, и хром, осаждаемый на такую основу, будет воспроизводить ее структуру.

Кроме того, поверхность, обработанная свободным абразивом имеет сжимающие остаточные напряжения, а осажденный на нее хром -растягивающие. При осаждении хромового покрытия на основу внутренние напряжения частично компенсируются, что повышает прочность сцепления первых слоев покрытия с материалом основы.

Исследование износостойкости покрытия проводили весовым методом при различной удельной нагрузке на контакт на специальной установке.

После механической обработки хромовых покрытий износостойкость повышается в среднем на 12 - 16%. Объяснить это можно уменьшением силы трения после механической обработки, что связано с увеличением площади соприкосновения трущихся поверхностей.

В пятом разделе «Технология восстановления деталей, экономическая эффективность применения предлагаемого камеуного способа обработки» представлен технологический процесс восстановления маслосъемных колец дизельного двигателя марки ЯМЭ-238НБ гальваническими покрытиями с

применением предлагаемого способа обработки. Экономический эффект от внедрения технологического процесса восстановления маслосъемных колец дизельного двигателя марки ЯМЗ-2Э8НБ гальваническими покрытиями с применением предлагаемого способа обработки с годовой производственной программой 40 тыс. штук составляет 240 тыс. руб. Результаты внедрения подтверждены соответствующими документами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что наиболее эффективным вариантом финишной обработки при восстановлении плоских поверхностей гальваническими покрытиями является камерная обработка мелкодисперсными абразивными средами, при этом шероховатость поверхности основы за один переход уменьшается с Ra= 1,25...0,8 мкм до Ra = 0,16 - 0,08 мкм; микротвердость поверхностного слоя основы увеличивается на 8 - 10 % на глубине 30 - 50 мкм с формированием остаточных сжимающих напряжений до 450 - 550 МПа.

2. Получены уравнения регрессии, анализ которых показал, что основным фактором, влияющим на шероховатость обработанной поверхности и на производительность обработки, является давление подводимого к камерной оболочке сжатого воздуха, которое составляет от 0,05 МПа до 0,15 МПа в зависимости от состояния исходной поверхности и твердости материала детали. Данные экспериментальных исследований были подтверждены расчетным значением давления по аналитической зависимости в соответствии с разработанной методикой.

3. Установлено влияние механической обработки основы на начальную стадию образования покрытия. Данные лабораторных исследований кинетических закономерностей процесса электроосаждения показывают, что уменьшение шероховатости поверхности приводит к смещению потенциала катода в область менее отрицательных значений. Так, при плотности тока 30 А/дм2 через 20 с после включения тока потенциалы катодов обработанных фрезой, шлифовальным кругом и незакрепленным абразивом соответственно были равны - 1519 мВ, - 1454 мВ,- 1339 мВ.

4. Выполнены исследования физико-механических свойств покрытий, которые показали, что механическая обработка основы и покрытий приводит к их изменению, а именно:

- микротвердость покрытий снижается при механической обработке покрытий абразивными кругами на 9 - 11%, а при обработке покрытий незакрепленным абразивом - на 4 - 6 %;

- пористость осадка увеличивается, а размер пор уменьшается при шлифовании покрытия абразивным кругом на 60%, а при обработке покрытия незакрепленным абразивом на 30%;

- износостойкость покрытий повышается в среднем на 12-16%.

- прочность сцепления основы, обработанной незакрепленным абразивом и абразивным кругом, с хромовым покрытием составляет соответственно 410МПа и 360 МПа.

5. Экономический эффект от применения предложенной технологии восстановления поршневых колец дизельного двигателя 5IM3 - 238 НБ (программа ремонта составляет 40 тыс. штук в год) с использованием предлагаемого способа финишной обработки основы и покрытия за счет повышения производительности обработки и снижения приведенных затрат составляет 240 тыс. рублей. Исследования восстановленных деталей, показали, что предполагаемый ресурс их работы повышается в 1,2... 1,4 раза.

РЕКОМЕНДАЦИИ

При камерной обработке плоских поверхностей под гальванопокрытие и при обработке самих покрытий уплотненным внешним давлением абразивом рекомендуется:

- использовать в качестве абразивного материала электрокорунд нормальный и белый марок: 12А, 14А, 24А, 25А и другие, зернистостью от 200 до М7;

- с целью обеспечения высокой режущей способности абразивной среды ее объемную влажность назначать в диапазоне 20...22%;

- в качестве составляющей абразивной среды использовать жидкости следующего состава: 1 - 2 % тринатрийфосфата, остальное - вода; 0,5 - 1 % кальцинированной соды, остальное - вода; 0,5... 1,0 % нитрита натрия, остальное - вода; 0,5... 1,0 % карбоната кальция, остальное - вода; 1,0... 1,5 % полиэтиленового эфира (ОП-7, ОП-Ю), остальное - вода; 1,0...1,5 % триэтаноламина, остальное - вода;

- в состав рабочей жидкости вводить добавки поверхностно-активных веществ: 0,5...1,0 % калиевого мыла; 1,0...1,5 % олеиновой кислоты; 1,5...3,5 % эмульсола Э2;

- режимы обработки выбирать согласно таблице 2.

Таблица 2 - Рекомендуемые значения режимных параметров

Способ Твердость мате- Давление Скорость Время

обработки риала детали, МПа воздуха Р, МПа резания V, м/с обработки t, мин

1 2 3 4 5

Камерная 200... 1000 0,05...0,075 3...4

обработка плоских 1000...3000 0,075...0,10 0,1...0,25 4...6

поверхностей 3000... 8000 0,075...0,15 6...8

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Скрябин В.А. Влияние технологических факторов и условий обработки на производительность процесса и шероховатость обрабатываемых под гальванопокрытие поверхностей / В.А. Скрябин, Ю.П. Перелыгин, О.В. Чернышева // Техника машиностроения. - М.: «Вираж-центр», 2006. № 3. - С. 24-29.

Публикации в других изданиях:

1. Чернышева О.В. Влияние предварительной обработки основы на физико-механические свойства гальванических покрытий / О.В. Чернышева, Ю.П. Перелыгин, В.А. Скрябин. - Деп. В ВИНИТИ 18.03.2005, №362 - В2005. - 8с.

2. Чернышева О.В. Предварительная обработка плоских деталей под гальванопокрытие // Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении: Сб. материалов II Всероссийской науч.-прак. конф- Пенза: Приволжский дом знаний, 2005- С. 45 - 46.

3. Скрябин В.А. Контактные взаимодействия мелкодисперсной обрабатывающей среды с поверхностью плоских деталей при камерном способе абразивной обработки / В.А. Скрябин, О.В. Чернышева // Машиностроитель. -М.: Изд-во "Вираж-центр", 2005. № 8. - С. 43 - 46.

4. Скрябин В.А. Обрабатывающие среды, используемые при камерном способе обработки плоских деталей / В.А. Скрябин, О.В. Чернышева // Машиностроитель. - М.: Изд-во "Вираж-центр", 2005. № 11. - С. 31 - 33.

5. Скрябин В.А. Особенности обработки плоских деталей уплотненными мелкодисперсными средами / В.А. Скрябин, О.В. Чернышева // Надежность и качество: труды Международного симпозиума. - Пенза: Изд-во, 2005. - С. 261.

6. Чернышева О.В. Определение толщины смазочной пленки в зоне контакта абразивных зерен при обработке деталей уплотненным абразивом / О.В. Чернышева, Ю.П. Перелыгин, В.А. Скрябин // Успехи современного естествознания - М.: Изд-во "Академия естествознания", 2005. №9. - С. 13-16.

7. Чернышева О.В. Определение производительности финишной обработки плоских длинномерных деталей под гальванопокрытие // Вестник ДИТУД. - Димитровград.: Димитровградовский инст-т технологии, управления и дизайна, 2005. № 2(24). - С. 46 - 50.

8. Чернышева О.В. Динамические характеристики уплотненной абразивной среды при финишной обработке плоских длинномерных деталей под гальванопокрытие / О.В. Чернышева, В.А. Скрябин // Вестник ДИТУД: науч,-произв. журн. - Димитровград.: ДИТУД УлГТУ, 2006. № 1(27). - С. 79 - 82.

9. Чернышева О.В. Изучение свойств хромовых и никелевых покрытий до и после их обработки // Успехи современного естествознания - М.: Изд-во "Академия естествознания", 2006. №7. - С. 79.

Ю.Скрябин В.А. Влияние технологических факторов и условий обработки на производительность процесса и шероховатость обрабатываемых под гальванопокрытие поверхностей / В.А. Скрябин, Ю.П. Перелыгин, О.В. Чернышева // Техника машиностроения. - М.: «Вираж-центр», 2006. № 3. - С. 24-29.

Подписано к печати 28 декабря 2006 г. Формат 60x84 1/16 Бумага писчая белая. Печать методом ризографии.

Тираж 100 экз. Усл. печ. л. - 1,0.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ИП Поповой М.Г.

Свидетельство №5551.

440600, г. Пенза, ул. Московская, 74, к. 302. Тел. (841-2) 56-25-09.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Основные способы восстановления деталей.

1.2 Особенности электроосаждения хрома.

1.3 Влияние механической обработки основы и покрытия на его физико-механические свойства.

1.4 Механическая обработка плоских поверхностей до и после хромирования.

1.5 Задачи исследования.

Выводы.

2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

ПОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ.

2.1 Характерные особенности камерной обработки плоских поверхностей под гальванопокрытие.

2.2 Основные свойства уплотненной абразивной среды.

2.3 Теоретические исследования контактного взаимодействия мелкодисперсной обрабатывающей среды с поверхностью обрабатываемой детали.

2.4 Определение теоретической производительности камерной обработки.

Выводы.

3 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

ПОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ХРОМОМ.

3.1 Влияние состава обрабатывающей среды на качество поверхности детали, подготовленной к гальванопокрытию

3.1.1 Роль смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при обработке деталей абразивными средами.

3.1.2 Обрабатывающие среды, используемые при камерном способе абразивной обработки.

3.1.3 Толщина смазочной пленки в зоне контакта абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью.

3.1.4 Выбор состава СОЖ при камерной обработке деталей под гальванопокрытие.

3.2 Влияние технологических параметров и условий обработки на производительность процесса и шероховатость обработанных под гальванопокрытие поверхностей.

3.2.1 Оборудование, аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований.

3.2.2 Исследование производительности обработки деталей статически уплотненным абразивом.

3.2.3 Исследование влияния технологических факторов и условий обработки на шероховатость обработанных поверхностей деталей.

3.3 Микротвердость и остаточные напряжения в поверхностном слое деталей.

3.4 Рекомендации по выбору технологических режимов и условий обработки деталей уплотненным абразивом.

Выводы.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ХРОМА И НЕКОТОРЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ХРОМИРОВАННЫХ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ПОСЛЕ ИХ ОБОРАБОТКИ.

4.1 Исследование кинетики электроосаждения хрома.

4.2 Методы исследования физико-механических свойств покрытий.

4.3 Результаты исследования физико-механических свойств покрытий.

Выводы.

5 ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ,

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО КАМЕРНОГО СПОСОБА ОБРАБОТКИ.

5.1 Назначение поршневых колец.

5.2 Технология восстановления деталей.

5.3 Экономическая эффективность применения камерного способа обработки.

Выводы.

В агропромышленном комплексе Российской Федерации работает в настоящее время около одного миллиона тракторов, более полутора миллионов автомобилей и значительный парк различных сельскохозяйственных машин. Однако за период 1990 - 2004 гг. парк основных видов техники в сельскохозяйственных предприятиях России резко уменьшился. Так на конец 1990 г. в сельхозпредприятиях и организациях имелось 1366 тыс. тракторов, а на конец 2004 г. - лишь 581 тыс., или в 2,4 раза меньше. Парк зерноуборочных комбайнов составил соответственно 407,8 тыс. и 143,5 тыс. шт., или сократился в 2,8 раз. Существенно уменьшилось число и других машин. Сохраняется тенденция старения машинно-тракторного парка (МТП), возрастает срок эксплуатации машин [1,2, 3, 4].

Наиболее распространенной причиной выхода деталей и рабочих органов машины из строя является износ рабочих поверхностей. При поступлении деталей в капитальный ремонт лишь некоторые, наиболее простые и недорогие в изготовлении, утрачивают работоспособность полностью и требуют замены. Большинство деталей имеют остаточный ресурс и могут быть использованы повторно после проведения сравнительно небольшого объема работ по их восстановлению.

Восстановление деталей имеет большое значение. Стоимость восстановления значительно ниже стоимости изготовления. Затраты на восстановление деталей, даже в условиях современных ремонтных предприятий, составляют в зависимости от конструктивных особенностей и степени изношенности деталей от 10 до 50% от стоимости новых деталей [5]. При этом чем сложнее деталь и, следовательно, чем дороже она в изготовлении, тем ниже затраты на ее восстановление.

Экономическая эффективность восстановления деталей по сравнению с их изготовлением объясняется рядом причин. При восстановлении детали значительно сокращаются расходы на материалы и полностью исключаются затраты, связанные с получением заготовок. Кроме того, происходит экономия топливно-энергетических и трудовых ресурсов за счет повторного, а в отдельных случаях и многократного использования изношенных деталей, восстанавливаемых на производственной базе ремонтных предприятий.

В связи с этим ставятся задачи, направленные на повышение качества ремонта, за счет совершенствования технологии восстановления деталей машин.

Одним из перспективных способов восстановления деталей является применение гальванических покрытий. В настоящее время разработана большая номенклатура гальванических покрытий, которые могут придавать поверхностям деталей машин различные физико-механические свойства, существенно отличающиеся от свойств основного материала детали и тем самым обеспечивать заданную коррозионную стойкость, износоустойчивость, контактную жесткость деталей. В ремонтной практике для восстановления деталей, которым необходима высокая износостойкость, чаще всего применяют хромирование [6].

Электрохимически осаждаемые хромовые покрытия обладают высокой твердостью, износостойкостью, отражательной способностью. Известно, что такие показатели, как прочность сцепления покрытий с основой, равномерность покрытия зависят, прежде всего, от качества подготовки поверхности подложки. Кроме того, необходимо отметить, что большое влияние на физико-механические свойства покрытий оказывает их последующая обработка. Таким образом, надежность работы деталей с гальваническими покрытиями будет зависеть от технологии обработки деталей до нанесения покрытия, технологии нанесения покрытия и технологии обработки деталей после его нанесения.

Качество поверхности подложки и покрытия определяется финишными операциями, где окончательно формируются физико-механические характеристики поверхностного слоя материала детали. Поэтому актуальным направлением в процессе подготовки поверхности деталей под гальванопокрытие и при обработке самих покрытий является совершенствование финишных операций.

К числу методов финишной обработки, получивших широкое распространение в последние годы, следует отнести обработку свободным инструментом. В настоящее время широко известны работы по теоретическому и экспериментальному исследованию процесса обработки свободным абразивом В.Н. Кащеева, П.И. Ящерицына, А.Н. Мартынова, В.А. Скрябина и др., которые могут служить базой для решения различных производственных задач.

Применение эффективной операции финишной обработки поверхностей деталей под гальванопокрытие и обработки покрытий, обеспечивающей получение требуемой шероховатости поверхности, способной повысить производительность процесса, а также степень механизации и автоматизации, является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение качества финишной обработки основы и хромовых покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственных машин применением схемы камерной обработки.

Возможности данного способа обработки не могут быть полностью реализованы без глубоких и четких представлений о физической природе взаимодействия абразива с обрабатываемым материалом. Кроме того, требуют особого внимания вопросы интенсификации данного процесса обработки. Решение данных задач позволит разработать эффективные условия обработки основы и покрытия.

Объект исследований. Технологические операции финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненными мелкодисперсными абразивными средами до нанесения гальванического покрытия и после его нанесения.

Предмет исследований. Показатели качества и производительность финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненными мелкодисперсными абразивными средами.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных законов динамики относительного движения применительно к единичной абразивной частице, законов механики сплошных сред и молекулярной физики граничного трения, теории упругости и пластичности, теории вероятности и математической статистики, а также научных положений технологии машиностроения.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях в соответствии с действующими ГОСТ, с использованием аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ программами MathCAD, Excel.

Научная новизна работы заключается в:

- получении аналитических зависимостей по определению основных технологических параметров для камерной обработки плоских поверхностей при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники гальваническими покрытиями;

- получении уравнений регрессий, устанавливающих взаимосвязь технологических факторов с качественными характеристиками поверхности и производительностью финишной камерной обработки;

- определении количественных оценок физико-механических свойств покрытий в зависимости от финишной механической обработки основы и покрытий.

Практическая ценность работы заключается в создании научно-обоснованных рекомендаций по применению камерной финишной обработки плоских поверхностей до и после нанесения гальванического покрытия, позволяющих повысить качественные показатели поверхности и производительность процесса.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненной абразивной средой внедрены на ОАО «СКБТ» г. Пенза и на ОАО Ремонтный завод "Колышлейский" Пензенской области. В результате обеспечен рост производительности процесса восстановления деталей, повышено качество финишной обработки и получен экономический эффект при внедрении разработанной финишной операции обработки.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту;

- аналитические зависимости по определению основных технологических параметров для камерной обработки плоских поверхностей при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники гальваническими покрытиями;

- уравнения регрессии, устанавливающие взаимосвязь технологических факторов с качественными характеристиками поверхности и производительностью финишной обработки;

- количественные оценки физико-механических свойств покрытий в зависимости от финишной механической обработки основы и покрытий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что наиболее эффективным вариантом финишной обработки при восстановлении плоских поверхностей гальваническими покрытиями является камерная обработка мелкодисперсными абразивными средами, при этом шероховатость поверхности основы за один переход уменьшается с Ra = 1,25.0,8 мкм до Ra = 0,16 - 0,08 мкм; микротвердость поверхностного слоя основы увеличивается на 8 - 10 % на глубине 30 - 50 мкм с формированием остаточных сжимающих напряжений до 450 - 550 МПа.

2. Получены уравнения регрессии, анализ которых показал, что основным фактором, влияющим на шероховатость обработанной поверхности и на производительность обработки, является давление подводимого к камерной оболочке сжатого воздуха, которое составляет от 0,05 МПа до 0,15 МПа в зависимости от состояния исходной поверхности и твердости материала детали. Данные экспериментальных исследований были подтверждены расчетным значением давления по аналитической зависимости в соответствии с разработанной методикой.

3. Установлено влияние механической обработки основы на начальную стадию образования покрытия. Данные лабораторных исследований кинетических закономерностей процесса электроосаждения показывают, что уменьшение шероховатости поверхности приводит к смещению потенциала катода в область менее отрицательных значений. Так, при плотности тока 30 А/дм через 20 с после включения тока потенциалы катодов обработанных фрезой, шлифовальным кругом и незакрепленным абразивом соответственно были равны - 1519 мВ, - 1454 мВ, - 1339 мВ.

4. Выполнены исследования физико-механических свойств покрытий, которые показали, что механическая обработка основы и покрытий приводит к их изменению, а именно:

- микротвердость покрытий снижается при механической обработке покрытий абразивными кругами на 9 - 11%, а при обработке покрытий незакрепленным абразивом - на 4 - 6 %;

- пористость осадка увеличивается, а размер пор уменьшается при шлифовании покрытия абразивным кругом на 60%, а при обработке покрытия незакрепленным абразивом на 30%;

- износостойкость покрытий повышается в среднем на 12-16%.

- прочность сцепления основы, обработанной незакрепленным абразивом и абразивным кругом, с хромовым покрытием составляет соответственно 410МПа и 360 МПа.

5. Экономический эффект от применения предложенной технологии восстановления поршневых колец дизельного двигателя ЯМЗ -238 НБ (программа ремонта составляет 40 тыс. штук в год) с использованием предлагаемого способа финишной обработки основы и покрытия за счет повышения производительности обработки и снижения приведенных затрат составляет 240 тыс. рублей. Исследования восстановленных деталей, показали, что предполагаемый ресурс их работы повышается в 1,2. 1,4 раза.

1. Драгайцев В.Н. Техническая оснащенность сельского хозяйства России // Экономика сельского хозяйства России, 2005. - № 11.-С. 15-17.

2. Северный А.Э. Экономика и организация технического сервиса в АПК. В кн.: Научно-технический прогресс и новые формы хозяйствования в АПК на современном этапе. // Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции. М.: РИМА, 1997. -С. 17-21.

3. Черноиванов В.И. Состояние и перспективы технического сервиса в АПК Российской Федерации. М.: ГОСНИТИ, 1993. - 67 с.

4. Курчаткин В.В. Надежность и ремонт машин / В.В. Курчаткин, Н.Ф. Тельнов и др. М.: Колос, 2000. - 776 с.

5. Воробьев JI.H. Технология машиностроения и ремонт машин: Учебник. М.: Изд-во Высшая школа, 1981. - 342 с.

6. Спицын И.А. Новые технологические процессы восстановления деталей гальваническими покрытиями / И.А. Спицын, И.Г. Голубев. М.: ФГНУ Росинформагротех, 2001. - 48 с.

7. Ачкасов К.А. Прогрессивные способы ремонта сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1984. - 271 с.

8. Воловик E.JI. Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос, 1981.-351 с.

9. Схиртладзе А.Г. Технология ремонта подъемных кранов: учебное пособие / А.Г. Схиртладзе, В.А. Скрябин и др. Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2005. - 206 с.

10. Батищев А.Н. Восстановление деталей гальваническими покрытиями: Учебное пособие. -М.: ВСХИЗО, 1991. 72 с.

11. Дасоян М.А. Технология электрохимических покрытий / М.А. Дасоян, И.Я. Пальшская, Е.В. Сахарова. Л.: Машиностроение, 1989.-391 с.

12. Михайлова А.А. Восстановление изношенных деталей / А.А. Михайлова, Р.А. Игнатьев, Р.Н. Ерохин, А.В. Горохов. М.: Россельхозиздат, 1973 - 85 с.

13. Основы ремонта машин. Под общей ред. проф., д.т.н. Петрова Ю.Н. М.: Колос, 1972. - 527 с.

14. Батищев А.Н. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники / А.Н. Батищев, И.Г. Голубев, В.П. Лялякин. М.: Информагротех, 1995. - 296 с.

15. Батищев А.Н. Пособие гальванотехника ремонтника. - М.: Агропромиздат, 1986. - 192 с.

16. Молодык Н.В. Восстановление деталей машин / Н.В. Молодык, А.С. Зенкин. М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.

17. Вороницын И.С. Исследование механических свойств хромовых покрытий, применяемых для упрочнения и восстановления деталей машин. Л., 1963.

18. Левин Л.И. Теоретическая электрохимия. М.: Металлургия, 1972.-543 с.

19. Левитский Г.С. Хромирование деталей и инструмента. М.: Машгиз, 1951.-235 с.

20. Wallace Yr., Augoustine J. Chromium plating from dilute electrolytes // Plate and Surface finish, 1980. №9. - P. 66 - 67.

21. Кудрявцев H.T. Электролитические покрытия металлами. M.: Химия, 1979.-С. 352.

22. Щлугер И.А. Ускорение и усовершенствование хромирования деталей машин. -М.: Машгиз, 1961.

23. Солодкова JI.H., Влияние концентрации хромовой кислоты на структуру и свойства хромовых покрытий / Л.Н. Солодкова, З.А. Соловьева // Физико-механические свойства гальванических и химических покрытий металлами и сплавами, 1986. С. 68 - 73.

24. Богорад Л.Я. Хромирование. Л.: Машиностроение: Ленинград, отд-ие, 1984. - 97 с.

25. Молчанов В.Ф. Скоростное хромирование. Киев: Техника, 1965.-250 с.

26. Бурдыкина Р.И. Комплексные соединения хрома (III). -Воронеж: Изд-во Воронеж., гос. техн. ун-та, 1996. 62 с.

27. Кудрявцев Н.Т., Бодров И.А. Труды МХТИ им. Менделеева. -1959, вып. 26.

28. Ваграмян А.Т. Физико-механические свойства электролитических осадков / А.Т. Ваграмян, Ю.С. Петрова. М.: Изд-во АН СССР, 1960.-206 с.

29. Чернышева О.В. Влияние предварительной обработки основы на физико-механические свойства гальванических покрытий / О.В. Чернышева, Ю.П. Перелыгин, В.А. Скрябин. Деп. В ВИНИТИ 18.03.2005, №362 - В2005. - 8с.

30. Михайлов А.А. Обработка деталей с гальваническими покрытиями. М.: Машиностроение, 1987. - 144 с.

31. Шлугер М.А. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник. М.: Машиностроение, 1985, т.1 - 240 с.

32. Шайдулин A.M. Морфолого-структурные аспекты подготовки поверхности перед нанесением износостойких покрытий // Износостойкие и антифрикционные покрытия. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1991-С. 106-112.

33. Ваграмян А.Т. Методы исследования электроосаждения металлов / А.Т. Ваграмян, З.А. Соловьева. М.: Изд-во АН СССР, 1960. -445 с.

34. Гинберг A.M. Повышение антифрикционных свойств металлических покрытий. М.: Металлургия, 1984. - 168 с.

35. Козлов И.П. Прочность сцепления и износостойкость хромовых покрытий, полученных из саморегулирующихся электролитов / И.П. Козлов, Л.И. Юрьев, Г.А. Борисов // Сборник научных трудов МИИ СП, т. XII, вып. 4, 1975.

36. Черкез М.Б. Хромирование и железнение. Л.: Машгиз. Ленинградское отделение, 1961. - 86 с.

37. Молчанов В.Ф. Эффективность и качество хромирования деталей. Киев: Техника, 1979. - 352 с.

38. Гинберг A.M. Гальванотехника: Справочник. М.: Металлургия, 1987.-735 с.

39. Грилихес С.Я. Полирование, травление и обезжиривание металлов. Л.: Машиностроение, 1971. - 128 с.

40. Спицын И.А. Повышение качества обработки износостойких покрытий: Обзор, информ. / Государственная комиссия Совета Министров СССР по продовольствию и закупкам. Информагротех: И.А. Спицын. М.,1991.-27 с.

41. Ящерицын П.И. Основы резания материалов и режущий инструмент / П.И. Ящерицын, М.Л. Еременко, Н.И. Жигалко. Мн.: Выш. школа, 1981.-560 с.

42. Скрябин В.А. Основы процесса субмикрорезания при обработке деталей незакрепленным абразивом. Пенза: Изд-во ПВАИУ,1992.- 120 с.

43. Богомолов Н.И. О работе трения в абразивных процессах / Труды ВНИИАШ. Л. Машиностроение, №1, 1965. - С. 60-68.

44. Гаркунов Д.Н. Триботехника, износ и безысносность. М.: Машиностроение, 2001.-614 с.

45. Пахалин Ю.А. Качественные показатели деталей машин и их технологическое обеспечение / Ю.А. Пахалин, Г.Ф. Тютиков и др. Пенза: Пенз. политехи, ин-т, 1996. - 56 с.

46. Hajra Choudhury S.K. Elements of workshop technology / S.K. Hajra Choudhury, A.K. Hajra Choudhury. Volum II. Machine tools. -Burdwan, 1991.-325 p.

47. Скрябин B.A. Обеспечение производительности и качества обработки деталей абразивными микропорошками: Учеб. пособие. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1994. 40 с.

48. Барон Ю.Н. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий из режущих инструментов. JL: Машиностроение, 1986. - 176 с.

49. Nancy B.F. A new look at mass finishing // American machinist, 1981.-№7.-P. 49-52.

50. Мартынов A.H. Основы метода обработки деталей свободным абразивом, уплотненным инерционными силами. Саратов: Изд-во: Сарат. Гос. техн. ун-та, 1981.-212 с.

51. Ящерицын П.И. Финишная обработка деталей уплотненным потоком свободного абразива / П.И. Ящерицын, А.Н. Мартынов, А.Д. Гридин. Минск: Наука и техника, 1978. - 221 с.

52. А.с. 1579740 СССР, МКИ В24В 31/08. Способ абразивной обработки деталей / А.Н. Мартынов, В.А. Скрябин, В.М. Федосеев. -Опубл. 23.07.90, Бюл. № 27.

53. А.с. 1678581 СССР, МКИ В24В 31/116. Способ абразивной обработки изделий / А.Н. Мартынов, В.А. Скрябин, В.А. Лемин, В.М. Федосеев, Г.В. Бабаджан. Опубл. 23.09.91, Бюл. № 35.

54. Пат. 1803308 РФ, МКИ В24В 31/104. Способ обработки деталей / В.А. Скрябин. Опубл. 23.03.93, Бюл. №11.

55. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Изд-во АН СССР, 1954. - 648 с.

56. Чернышева О.В. Предварительная обработка плоских деталей под гальванопокрытие // Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении: Сб. материалов II Всероссийской науч.-прак. конф-Пенза: Приволжский дом знаний, 2005 С. 45 - 46.

57. Корнараки В.В. Зависимость коэффициента трения и угла естественного откоса некоторых шлифовальных материалов от влажности / В.В. Корнараки, Р.А. Доманский // Абразивы: Экспресс-информация. М.: НИИАШ, 1981.-№ 9.-С. 16-19.

58. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение, 1987. - 212 с.

59. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Сарат. Гос. техн. ун-та, 1995. - 188 с.

60. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифовальных стальных деталей. -М.: Машиностроение, 1974. 278 с.

61. Маслов Е.Н. Теоретические основы процесса алмазной обработки материалов. В кн.: Обработка машиностроительных материалов алмазным инструментом. М.: Наука, 1966. - С. 14-29.

62. Маслов Е.Н. Теория шлифования металлов. М.: Машиностроение, 1974.-318 с.

63. Скрябин В.А. Способ обработки плоских деталей уплотненной средой / В.А. Скрябин, А.Е. Трошин, А.Н. Машков, С.В. Горохов // Информационный листок. Пенза: ПЦНТИ, 1997. -№109-97.

64. Скрябин В.А. Устройство для обработки несимметрических деталей в среде статически уплотненного абразивного слоя // Машиностроитель. -М.: Изд-во «Вираж центр», 1997. №3. - С. 14 - 16.

65. Тимошенко С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко, Д.Ж. Гудер. М.: Наука. Гл. ред. физ. -мат. лит, 1985. - 576 с.

66. Бронштейн И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, Г.А. Семендяев. -М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.-544 с.

67. Скрябин В.А. Контактные взаимодействия мелкодисперсной обрабатывающей среды с поверхностью плоских деталей при камерном способе абразивной обработки / В.А. Скрябин, О.В. Чернышева, // Машиностроитель. М.: Изд-во "Вираж-центр", 2005. № 8. - С. 43 - 46.

68. Скрябин В.А. Особенности обработки плоских деталей уплотненными мелкодисперсными средами / В.А. Скрябин,

69. О.В. Чернышева // Надежность и качество: труды Международного симпозиума. Пенза: Изд-во, 2005. - С. 261.

70. Жданович Г.М. Теория прессования металлических порошков. -М.: Изд-во Металлургия, 1969. 264 с.

71. Икрамов У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа. -М.: Машиностроение, 1987. 188 с.

72. Крагельский И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977.-522 с.

73. Рыбаков Ю.В. Обеспечение качества обработки сложнопрофильных деталей транспортных машин уплотненными мелкодисперсными средами: Монография / Ю.В. Рыбаков, В.А. Скрябин, О.Ф. Пшеничный. Пенза: информ.-изд-ий центр ПТУ, 2005 г. - 200 с.

74. Химач О.В. О силовых зависимостях при резании единичным зерном // Синтетические алмазы, 1972. № 6. С. 25 - 34.

75. Скрябин В.А. Методика расчета рациональных режимов обработки деталей уплотненным абразивом / В.А. Скрябин, Ю.В. Рыбаков // Технология металлов. М.: Изд-во Наука и технологии, 2000, №4. -С. 19-21.

76. Чернышева О.В. Определение производительности финишной обработки плоских длинномерных деталей под гальванопокрытие // Вестник ДИТУД. Димитровград.: Димитровградовский инст-т технологии, управления и дизайна, 2005. № 2(24). - С. 46 - 50.

77. Фролов К.В. Теория механизмов и машин / К.В. Фролов, С.А. Попов и др. М.: Высш. шк., 1987. - 495 с.

78. Худобин JT.B. Пути совершенствования технологии шлифования. Саратов: Приволжское книжное издательство, 1969. - 216 с.

79. Худобин JT.B. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при шлифовании.-М.: Машиностроение, 1971.-214 с.

80. Ящерицын П.И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов / П.И. Ящерицын, А.Г. Зайцев, А.И. Барботько. Минск: Наука и техника, 1976. - 328 с.

81. Кулаков Ю.М. Отделочно-зачистная обработка деталей / Ю.М. Кулаков, В.А. Хрульков. М.: Машиностроение, 1979. - 216 с.

82. Ящерицын П.И. Двойственная природа съема металла при обработке деталей абразивом, уплотненным центробежно-планетарным способом / П.И. Ящерицын, А.Н. Мартынов, А.В. Тарнопольский // Изв. АН БССР, Сер. физ.-техн. наук., 1980. № 1. С. 60 - 64.

83. Абразмон А.А. Поверхностно-активные вещества. Л.: Изд-во Химия, 1981.-300 с.

84. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Изд-во физ.-мат. лит., 1963. - 450 с.

85. Богомолов Н.И. Механизм действия поверхностно-активных веществ при тонкой абразивной обработке металлов. В кн.: Физико-химическая механика материалов. - Киев: Наукова думка, 1971. - № 1. -С. 28-30.

86. Старосельский А.А. Долговечность трущихся деталей машин / А.А. Старосельский, Д.Н. Гаркунов. -М.: Машиностроение, 1967. 394 с.

87. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Изд-во Химия, 1974.-352 с.

88. Гаркунов Д.Н. Виды трения и износа. Эксплуатационные повреждения деталей машин / Д.Н. Гаркунов, П.И. Корник. М.: Изд-во МСХА, 2003.-344 с.

89. Кисилев А.В. Экспериментальные методы адсорбции и хроматографии / А.В. Кисилев, В.П. Древниг. М.: Изд-во МГУ, 1973. -210 с.

90. Гороновский И.Т. Краткий справочник по химии / И.Т. Гарановский, Ю.П. Назаренко, Е.Ф. Некрич. Киев: Наукова думка, 1974.-800 с.

91. Рыжов Э.В. Контактная жесткость деталей машин. М.: Машиностроение, 1966. - 194 с.

92. ГОСТ 2789 73. Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения. - М.: Изд-во стандартов, 1974. - 24 с.

93. Марочкин В.Н. Исследование геометрии поверхности // Вопросы трения и проблемы смазки. М.: Изд-во Наука, 1968. - №2. -С. 161-172.

94. Рабинович В. Д., Краткий химический справочник / В.Д. Рабинович, Э.Я. Хавин. Л.: Химия, 1977. - 376 с.

95. Ящерицын П.И. Двойственная природа съема металла при обработке деталей абразивом, уплотненная центробежно-планетарным способом / П.И. Ящерицын, А.Н. Мартынов, А.В. Тарнопольский // Изв. АН БССР, Сер. физ.-техн. наук., 1980, №1. С. 60-64.

96. Скрябин В.А. Обрабатывающие среды, используемые при камерном способе обработки плоских деталей / В.А. Скрябин, О.В. Чернышева, // Машиностроитель. М.: Изд-во "Вираж-центр", 2005. № 11.-С.31-33.

97. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности). М.: "Легкая индустрия", 1974. - 262 с.

98. Ящерицын П.И. Планирование эксперимента в машиностроении / П.И. Ящерицын, Е.И. Махаринский. Минск: Вышэйш. школа, 1985 г. -286 с.

99. Адлер Ю.П., Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976-279 с.

100. Скрябин В.А. Методика выбора режимов и условий обработки уплотненной абразивной средой / В.А. Скрябин, О.В. Пшеничный. -Пенза: ПЦНТИ, 1999.-№ 128-99.

101. Вячеславов П.М. Методы испытаний электролитических покрытий / П.М. Вячеславов, Н.М. Шмелева. Л.: Машиностроение, 1977.-С. 87.

102. Хрущов М.М. Микротвердость, определенная методом вдавливания / М.М. Хрущов, Е.С. Беркович. М.: АН СССР, 1943. - С. 186.

103. Хрущов М.М. Приборы ПМТ-2 и ПМТ-3 для испытаний на микротвердость / М.М. Хрущов, Е.С. Беркович. -М.: АН СССР, 1950.—С. 62.

104. Ковенский И.М. Металловедение покрытий / И.М. Ковенский, В.В. Поветкин. М.»СП Интермет Инжиниринг», 1999. - 296 с.

105. Перелыгин Ю.П. Усовершенствование методов измерения переходного электросопротивления и толщины гальванических покрытий // Гальванотехника и обработка поверхности. 1993. - Т. 2. -№4.-С. 65-67.

106. Чернышева О.В. Изучение свойств хромовых и никелевых покрытий до и после их обработки // Успехи современного естествознания -М.: Изд-во "Академия естествознания", 2006. №7. С. 79.

107. ГОСТ 9.302 88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля.

108. Молдованов В.П. Производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания / В.П. Молдованов, А.Р. Пикман, В.Х. Авербух. -М.: Машиностроение, 1980. 199 с.

109. Беклешов В.К. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов. М.: Высшая школа, 1991. - 176 с.

110. Конкин Ю.А. Методические указания по определению себестоимости восстановления узла, агрегата, машины / Ю.А. Конкин, В.И. Осинов, Ю.В. Бурдуков. М.: МИИ СП, 1983.- 86 с.

111. Конкин Ю.А. Практикум по экономике ремонта сельскохозяйственной техники. М.: Агропромиздат, 1988. - 167 с.