автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение сопротивления контактному выкрашиванию гетерогенным деформационным упрочнением статико-импульсной обработкой

На правах рукописи

БАРИНОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНТАКТНОМУ ВЫКРАШИВАНИЮ ГЕТЕРОГЕННЫМ ДЕФОРМАЦИОННЫМ УПРОЧНЕНИЕМ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ

Специальности 05.02.08 - «Технология машиностроения»

05.03.01 - «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ии¿4Г4055

Орел, 2009

003474055

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения и конструкторско-технологическая информатика» Орловского государственного технического

университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Киричек Андрей Викторович

Научный консультант:

доктор технических наук Соловьев Дмитрий Львович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Горленко Александр Олегович

кандидат технических наук, профессор Лебедев Валерий Александрович

Ведущее предприятие: «Воронежский механический завод» - филиал ФГУП

«Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева»

Защита состоится "30" июня 2009 г. в 12 часов на заседании диссертационно Совета Д 212.182.06 при Орловском государственном техническом университете адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государстве ного технического университета

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять в диссе тационный совет в двух экземплярах.

Автореферат разослан " 22 " мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.182.06 кандидат технических наук

Ю.В. Василенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Выход из строя огромного числа деталей машин, работающих в условиях контактно-усталостного нагружения, происходит вследствие появления локальных выкрашиваний на их рабочих поверхностях. К таким деталям относятся зубчатые колеса, элементы подшипников качения, червячных, гипоидных, винтовых, цепных и глобоидальных передач, направляющих и шлицевых соединений, кулачковых механизмов и т.д. Резервы повышения их долговечности заключаются в технологическом обеспечении рационального состояния поверхностного слоя, воспринимающего циклические контактные нагрузки. Для этого широко используют упрочняющую обработку, которой создают поверхностный слой с высокой твёрдостью и большой толщиной. Достаточно хорошо зарекомендовал себя упрочненный поверхностный слой, в котором чередуются участки высокой и низкой твёрдости — гетерогенной структурой.

Исследованиями Иванова Г.П., Куманина В.И. доказана высокая эффективность применения для снижения сопротивления контактному выкрашиванию гете-рогенно упрочненной структуры поверхностного слоя, создаваемой поверхностной ТО или ХТО. Вместе с тем для упрочнения деталей машин широко используется упрочнение ППД, которое обладает рядом достоинств по сравнению с другими способами упрочнения: низкая энергоемкость, плавность перехода упрочненного поверхностного слоя к неупрочненному металлу и др. Исследованиями А.Ю. Албага-чиева, А.П. Бабичева, М.А. Балтер, В.Ф. Безъязычного, В.Ю. Блюменштейна, В.М. Браславского, М.С. Дрозда, A.A. Ершова, A.B. Киричека, Ю.Р. Копылова, В.А. Лебедева, М.М. Матлина, A.A. Михайлова, Л.Г. Одинцова, Н.В. Олейника, Д.Д. Папшева, В.В. Петросова, Э.В. Рыжова, В.И. Серебрякова, А.Г. Суслова, Ю.И. Сидякина, В.М. Смелянского, Д.Л. Соловьёва, Г.В. Степанова, М.А. Тамар-кина, В.П. Федорова, Л.А. Хворостухина, П.А.Чепы, Д.Л. Юдина и др. установлена высокая эффективность применения упрочнения ППД для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин, в том числе контактной выносливости. Однако возможности формирования гетерогенной структуры и ее влияния на контактное выкрашивание не исследовались. Это связано с тем, что традиционные способы обработки ППД имеют ограниченные возможности варьирования глубиной и степенью упрочнения поверхностного слоя.

Новый способ ППД - статико-импульсная обработка (СИО) за счет ряда дополнительных конструктивно-технологических параметров позволяет воздействовать на упрочненную поверхность управляемыми ударными импульсами, которые могут формировать в широком диапазоне требуемую глубину и степень упрочнения. Возможности СИО позволяют создавать как равномерно, так и гетерогенно упрочненный слой.

Таким образом, установление взаимосвязи между параметрами статико-импульсной обработки, получаемой в результате гетерогенной структурой поверхностного слоя, и его сопротивлением контактному выкрашиванию является актуальной задачей.

Цель работы: повышение сопротивления контактному выкрашиванию деталей машин технологическим обеспечением гетерогенной структуры в процессе деформационного упрочнения статико-импульсной обработкой. ,

^ ц

\ I /

Задачи исследования:

1. Провести анализ влияния параметров статико-импульсной обработки на п казатели качества поверхностного слоя.

2. Разработать методику экспериментального исследования равномерно упрочненного поверхностного слоя, полученного статико-импульсной обработкой.

3. Разработать методику исследования износа гетерогенной структуры п действием циклических контактных нагрузок.

4. Разработать теоретическую модель процесса статико-импульсного форм рования гетерогенной структуры упрочненного материала с применением информ ционных технологий и метода конечных элементов.

5. Доработать алгоритм и методику расчета технологических, конструктивн технологических и отдельных конструктивных параметров СИО с целью выявлен режимов, обеспечивающих требуемые параметры гетерогенной структуры.

6. Экспериментально оценить технологические возможности статик импульсного формирования гетерогенно упрочненной структуры, путем построен и исследования эпюр микротвердости и анализа равномерности упрочнения.

7. Провести экспериментальные исследования влияния гетерогенного упро» нения статико-импульсной обработкой на сопротивление контактному выкрашив нию.

8. Разработать технологические рекомендации по гетерогенному упрочнени статико-импульсной обработкой.

Научная новизна.

1. Определена связь между параметрами гетерогенной структуры материал характеризующими размер, количество и процентное соотношение твердых и мя ких составляющих, с одной стороны и сопротивлением контактному выкрашивани - с другой. Выявлены параметры гетерогенности упрочненной структуры: относ тельная опорная твердость Lm и относительное количество локальных упрочне ных участков на базовой длине А'^,.

2. Установлена технологическая возможность создания гетерогенн упрочненной структуры с различными параметрами гетерогенности в процессе ст тико-импульсной обработки. Гетерогенное упрочнение статико-импульсной обр боткой с технологическими режимами, обеспечивающими коэффициент перекрыт пластических отпечатков в диапазоне 0,35<К<0,45, обеспечивает повышение сопр тивления контактному выкрашиванию в 3...6 раз.

3. Разработана конечно-элементная модель процесса статико-импульсно формирования гетерогенной структуры материала в программе Deform 3D, вкл ценная в доработанную методику расчета технологических и конструктивн технологических параметров, а также отдельных конструктивных параметров об рудования.

Практическая ценность работы заключается в определении режимов стат ко-импульсной обработки, обеспечивающих создание гетерогенно-упрочненн структуры и повышение сопротивления контактному выкрашиванию; в разработ технологических рекомендации по технологическим и конструктивн технологическим параметрам статико-импульсной обработки при создании гетер генно-упрочненной структуры; в разработке метода и конструкции стенда для испь таний на сопротивление контактному выкрашиванию деталей машин.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на второй международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» DFMN-2007, в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, (г. Москва, 2007 г.); на VIII международной научно-технической конференции «Технология-2007», Технологический университет, Хельсинки, Финляндия (г. Хельсинки, 2007г.); на XXIX-XXXII молодежных научно-технических конференциях "Гагаринские чтения", МГАТУ, (г. Москва, 2003-2006 г.г.); на X Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе» «Технология - 2008» (г. Орел, 2008г.); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава (Муром, 2003-2009 г.г.).

Диссертация выполнялась при поддержке гранта РФФИ № 09-01-99005 «Исследование закономерностей формирования гетерогенных механических свойств материала волной деформации и его долговечности в условиях локальных циклических контактных нагрузок».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и библиографического списка. Работа изложена на 166 страницах, содержит 12 таблиц, 69 рисунков, и список литературы из 107 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований по применению гетерогенной структуры для повышения сопротивления контактному выкрашиванию рабочих поверхностей деталей машин, работающих в условиях контактно-усталостного изнашивания.

В первой главе проведен анализ параметров качества поверхностного слоя, влияющих на контактно-усталостное нагружение рабочих поверхностей деталей машин. Выявлены основные технологические способы изменения состояния поверхностного слоя: термообработка, химико-термическая обработка, поверхностное пластическое деформирование, позволяющие обеспечивать поверхностный слой с высокой твердостью на большой глубине. Глубина упрочненного слоя должна перекрывать опасную точку, где могут зарождаться усталостные трещины. На глубину залегания опасной точки влияют условия эксплуатации, силовые и геометрические параметры контакта, в частности размеры пятна контакта рассматриваемых сопряженных поверхностей. В локальной опасной области необходимо создавать упрочненную структуру с чередованием твердых и вязких участков, которые с увеличением глубины плавно переходят в более равномерно упрочненный подслой.

Установлено, что наиболее перспективными технологическими методами, позволяющими снижать контактно-усталостный износ, являются методы поверхностного пластического деформирования, обеспечивающие высокую твердость на большой глубине, с плавным переходом от упрочненной к неупрочненной поверхности.

Установлена перспективность создания чередующихся участков высокой и низкой твердости - гетерогенной структуры, повышающей сопротивление контактно-усталостному разрушению, методом поверхностного пластического деформиро-

вания статико-импульсной обработкой, позволяющей за счет расширенного набо технологических факторов управлять равномерностью упрочнения на большой гл бине (до 6...8 мм) изменением формы ударных импульсов.

Во второй главе описаны оборудование для проведения экспериментальнь исследований и методика проведения эксперимента.

Для проведения исследований использовали плоские заготовки размер 160x160x20 мм из углеродистой качественной стали 45 ГОСТ 1050-74. Упрочнен проводилось на установке статико-импульсной обработки при энергиях удара А= и 70 Дж с частотой ударов 8 Гц и с режимами, соответствующими изменению коэ фициента перекрытия в диапазоне 0 <К< 0,9. В качестве инструмента при упрочн нии использовались стержневые ролики диаметром 10 мм и шириной 15 мм.

После упрочнения, в целях устранения влияния шероховатости поверхно на исследования сопротивления контактному выкрашиванию, рабочие поверхно образцов были отшлифованы.

Образцы исследовались на сопротивление контактному выкрашиванию с п мощью специально разработанной технологической оснастки (рис.1) для сверлил ных или вертикально-фрезерных станков. Оснастка позволяет одновременно иссл довать сопротивление контактному выкрашиванию двух поверхностей. Констру цией оснастки предусмотрено несколько рядов шаров, что позволяет формирова на поверхности образцов одновременно следы нескольких дорожек качения.

1- конус; 2- оправка; 3- образец верхний; 4- образец нижний; 5- сепаратор; б-шары; 7- шайба; 8- болт центральный; 9- гайка; 10- болты; II- плита; 12- стол станка; 13- болты крепления плиты /4-шпиндель станка; 15- образцы плоские.

За одну из основных характеристик, позволяющих оценить долговечность о разцов после упрочнения, было принято сопротивление контактному выкрашив нию, позволяющее качественно и количественно сравнить величину выкрашивани на упрочненной поверхности относительно неупрочненной.

где и суммарная площадь выкрашиваний соответственно на упрочненно и неупрочненном участке, мм2, 5Д и 5д0 - площадь дорожки катания контртел (ш ров) соответственно на упрочненном и неупрочненном участке, мм2.

Сопротивление контактному выкрашиванию Д1 является комплексным пар метром, учитывающим изменение в процессе испытаний размеров следов дороже

катания шаров, и площадь возникших на них выкрашиваний, что позволяет оценивать долговечность деталей машин, работающих в условиях контактной усталости.

После испытаний на сопротивление контактному выкрашиванию образцы разрезались по дорожкам, упрочненным статико-импульсной обработкой, вдоль направления подачи. Из вырезанных образцов изготовлялись шлифы, и измерялась микротвердость на приборе ПМТ-3 по сетке с определенным шагом по глубине и в направлении подачи, для выявления чередования твердых и мягких составляющих. Было выполнено более 8500 измерений микротвердости.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований технологических возможностей статико-импульсной обработки по созданию гетерогенной структуры.

Статико-импульсная обработка обладает множеством технологических и конструктивно-технологических параметров, которые оказывают влияние на формирование в поверхностном слое гетерогенной структуры (рис. 2).

■и г*

р ¡х

и

■1)

с. 3

ь

и о Ч о» 2 а

я

н С

О» ^

о к 2 д

а а и

и £ 3

о ~ г «

о *

К о

« и с

-=> Статическое поджаше

Энерпм удара

Частота ударов

Подача

Форма н размеры бойка п волновода

Форш н размеры инструмента

Комплексные технологические

_ _п;фаметр^1:__

р-е>|Коэффгы~ Размер циент ¡тшаспме-перекры- [ ского от-

пга, К

I печатка, I к

Конструкция оборудования

Степень упрочнения

Глубина упрочненги

Равномерность упрочнения

Конструктивные элементы ударной системы

Настроечные параметры ударной системы

Рис. 2. Взаимосвязь технологических и конструктивно-технологических параметров СИО с параметрами упрочненного слоя и конструктивными параметрами оборудования

К ним относятся: энергия ударных импульсов, геометрические параметры бойка и волновода, величина предварительного статического поджатая инструмента к упроченной поверхности, форма и размеры инструмента, подача, частота и скважность импульсов. Взаимосвязь между параметрами СИО и гетерогенной структурой можно установить через комплексные технологические параметры: размер пластических отпечатков <5 и коэффициент перекрытия К.

Размеры единичных отпечатков 8 при СИО зависят: от энергии ударных импульсов, формы и размеров инструмента, физико-механических свойств упрочненного металла, формы и размеров бойка и волновода, которые, в свою очередь, определяют форму ударного импульса, позволяющего передавать необходимое количество энергии для деформации.

Коэффициент перекрытия отпечатков К является характеристикой, связывающей размеры отпечатка с кратностью деформирующего воздействия

г^ л X ^

К = 1------X =--(21

3' /60' к '

где X - расстояние между центрами отпечатков, мм; / - частота ударов, Гц; 5 - сю рость подачи заготовки относительно инструмента, мм/мин; <5 - характерный разме отпечатка, мм.

Если К= 0, т.е. х = 5 - край одного отпечатка граничит с краем другого; есл О < К < 1, когда х < 5 - отпечатки перекрываются; при К = 1 происходит многокргг ное вдавливание инструмента в одно и то же место.

Для экспериментальных исследований технологических возможностей стгт ко-импульсной обработки при создании гетерогенно упрочненной структуры был: проведены измерения микротвердости образцов по глубине упрочненного слоя и { направлении подачи ролика на расстоянии, соответствующим трем отпечаткам рс лика (рис.3). Установлено, что в зависимости от коэффициента перекрытия, мож быть получен упрочненный поверхностный слой с любой равномерностью на гл\ бине до 4.. .5 мм и более.

К=0

Распределение твердости по поверхности детали, мм

К=0,375

К=0,7

Рис.3. Влияние коэффициента перекрытия отпечатков К на равномерность упрочнения СИО (энергия удара А=56 Дж, 8- размер единичных отпечатков, X - расстояние между центрами отпечатков, сталь 45, исходная твердость НУ=2000 МПа) В результате проведенных исследований полученных эпюр было установлен что различная равномерность упрочнения поверхностного слоя будет характериз ваться размерами и количеством полученных твердых и мягких участков. Для ха рактеристики размеров твердых и мягких участков и шага их чередования введен параметры гетерогенности упрочненного поверхностного слоя: относительна опорная твердость ¿^ и относительное количество локальных упрочненных участ ков на базовой длине Л^ .

Относительная опорная твердость представляет собой отношение сумм! длин участков с одной определенной степенью упрочнения на рассматриваемо; глубине к базовой длине, на которой проводится измерение (рис.4)

г =

дя

м

и

'дну

(3

где Ь - глубина уровня на котором определяется относительная опорная твердост мм; ДН - степень упрочнения участков для которых определяется относительна опорная твердость, %; - длина ¡-го участка со степенью упрочнения ДН на ра сматриваемом уровне, мм; Ь - базовая длина, т.е. расстояние вдоль упрочненной п верхности, на котором определяется относительная опорная твердость, мм; п''ш - к

личество локальных упрочненных участков, шт; ] - порядковый номер участка со степенью упрочнения ДН, (]=1... п^ ).

Относительное количество локальных упрочненных участков на базовой длине Д^ представляет собой отношение количества локальных упрочненных участков п^ со степенью упрочнения АН к базовой длине Ь, на которой производится измерение

<,=4^- (4)

Ь

^ДЯ, *-*

< и и 1/ 4 ф-

Рис.4. Схема определения относительной опорной твердости Ь1^

Параметр позволяет оценить относительную длину всех твердых участков на определенном уровне глубины упрочненного слоя, а параметр А^ оценить их количество на базовой длине.

В результате проведенного анализа распределения относительной опорной твердости и относительного количества локальных упрочненных участков в поверхностном слое при различной равномерности упрочнения (рис.5, рис.6), было выделено несколько интервалов, устанавливающих взаимосвязь режимов СИО через коэффициент перекрытия К с параметрами гетерогенной структуры.

100'

Iй ■ %

70 60 50' 40' 30 20' 10 О'

:

Ш: _

¡и

Л/1

2,

£

■

-г-

Е

л

с,-

0,5 1 1,5

100'

и %

2'5а)3

4,5 Ь.

_1 1 " \ 1

Л 10-2С '/о >

"1 \ \

II ■" ■'

1 * "Г

Щ£Ш \ Л

^_1 1/1 \

.......1

ЬаЩ -I И и. А

Ч ■ Н

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Ь, мм 5,5 В)

__ ...... .... не ГТа 20%

1 -IV ..... к

г - 'рШ \ Ч

60-70% \

®у

70-80% ■■■■ Р*"

0,5 1 1,5 2 2,5 ^ 3 3,5 4 4,5 Ь, мм 5,5

Рис.5. Зависимость относительной опорной твердости по глубине Ь упрочненного поверхностного слоя при энергии удара А=56Дж от коэффициента перекрытия отпечатков К: а) К=0; б) К=0,25; в) К=0,375; г) К=0,7 (сталь 45, исходная твердость НУ=2000МПа)

Рис.6. Зависимость относительного количества локальных упрочненных участков N1^ со степенью упрочнения 50... 60% по глубине упрочненного слоя h

от коэффициента перекрытия отпечатков 0<К.<0,5 '

При К<0,25 формируется гетерогенно упрочненная структура, имеющая круп ные N¿,=0,5...0,85 шт/мм твердые участки с высокой, но ниже максимальной, ст пенью упрочнения 30...60%, расположенные на значительном расстоянии друг о друга =40...60%.

При 0,25<К<0,5 формируется гетерогенно упрочненная структура с наибол шей неравномерностью упрочнения, имеющая мелкие твердые участки, относител:] ное количество которых достигает N^, =3,2 шт/мм с высокой, но ниже максим ал ной степенью упрочнения 40...60%, расположенные на близком расстоянии друг о друга 1^=70... 80%.

При 0,5<К<0,7 упрочненная структура становится более равномерной, по скольку при =70...80%, относительное количество твердых участков снизилос N¿,=1,7... 1,9 шт/мм.

При 0,7<К<0,9 упрочненная структура на глубине до 0,5 мм состоит из твер дых участков с максимальной или близкой к ней степенью упрочнения, относитель ное число которых N¿,=2,2...2,5 шт/мм и расстояние между ними может изменять

ся в широком диапазоне =40.. ,90%. Структуру, полученную при К<0,9, можн' считать практически равномерно упрочненной.

В четвертой главе разработана теоретическая модель процесса получения ге терогенной структуры статико-импульсной обработкой, с применением информаци онных технологий, основанных на методе конечных элементов, позволяющая назна чать рациональные технологические и конструктивно-технологические параметр*, статико-импульсной обработки, а так же конструктивные параметры оборудования.

Установлено, что существующие методики назначения режимов СИО не по зволяют при расчете учесть параметры гетерогенной структуры.

Выбрана программа Deform 3D, в которой на основе метода конечных элементов можно рассчитать пластическую деформацию в поверхностном слое и построить эпюру распределения микротвердости по глубине, что позволяет рассчитывал гетерогенную структуру в процессе моделирования СИО (рис.7).

При моделировании были приняты следующие граничные условия: заготовку имеет пластический тип материала, и она жестко закреплена на столе; материаль для инструмента и стола недеформируемые; передача тепла не учитывается.

О 1 2 3 4 5 L, мм 7 О 1 2 3 4 5 L, мм 7

Рис.7. Зависимость напряженного состояния поверхностного слоя от коэффициента перекрытия отпечатков при моделировании статико-импульсной обработки в программе Deform 3D: 1 - инструмент - стержневой ролик; 2 - заготовка из стали 45; 3 - конечно-элементная сетка.

В результате моделирования установлена адекватность вычисления в Deform 3D размеров пластических отпечатков, максимальной степени и глубины упрочнения и относительной опорной твердости.

Модель процесса статико-импульсного формирования гетерогенной структуры материала в программе Deform 3D, была введена в методику расчета параметров СИО (рис.8).

Алгоритм рассчитывается следующим образом:

1. Вводятся исходные данные для расчета:

- конструктивные параметры СИО: длина Lt и диаметр d\ волновода, плотность pi и скорость а\ распространения ударной волны в волноводе;

- диапазон настроечных параметров генератора импульсов: рабочее давление жидкости ри min, рн тах, и расход жидкости, поступающей на гидродвигатель генератора импульсов Qmin, Qmax;

- диапазон конструктивно-технологических параметров СИО: профильные радиусы кривизны инструмента Rnгаах, ÄUmi0, R2im», Ri\mim

- диапазон технологических параметров СИО: энергия ударов Ау max, Ау min; частота ударов/тт,/т\п', коэффициент перекрытия Ктах\ максимальная скорость подачи заготовки относительно инструмента Smax;

- характеристики обрабатываемого материала: исходная микротвердость HV0, модуль упругости Е и коэффициент пуансона

- требуемые параметры качества поверхностного слоя: твердость AHV3, глубина упрочненного слоя AV3, относительная опорная твердость Lhm 3;

2. Вводятся начальные данные для расчета: отношение длин п= 1 и поперечных сечений r= 1 бойка и волновода, Rn= Я, !mjn, R2,= R2tmm, К= Ктт, Ау=Ау min,/=/max .

3. Исходя из длины и диаметра бойка и отношений п, г, определяются длина и диаметр волновода ¿2, d2.

4. Исходя из геометрических размеров и плотности материала, определяется масса бойка т\

5. Сравнивается энергия удара Ау с максимально допустимой. Если текущее значение Ау будет превышать максимально допустимую Аутах для данного устройства, тогда переходим в блок исходных данных, где выбирается другое ударное устройство с большим значением максимальной энергии удара, которая может быть увеличена за счет конструктивных параметров СИО: размеров бойка и соответствующих элементов ударного устройства.

^ст=0,1 P„\ll

r=r+1 110.7

С начало

1 Конструктивные параметры СИО: Li,d\,pu Oi Ы1

Диапазон настроечных параметров генератора импульсов: Рн min, Рн max) Öniin» ömax /

Диапазон конструктивно-технологических параметров СИО: Лишаи Ällmm> ^2l„,aX, Ä21min /

Диапазон технологических параметров СИО: Ау шах» А у min »./max) ./min» iSmax, in, Ктах /

Характеристики обрабатываемого материала: HVo, Е, ц /

Требуемые параметры качества поверхностного слоя: AHV3,ftv„ Lkmi /

Ввод начальных данных:

«=1, 1=1, Дц= Ällmin, Rll= Ä21min, Ämi

/iy= Ay+\0

нет

нет

Рис. 8. Алгоритм расчета параметров СИО

К<к

-тах

ЛНУ>ДНУ:

Степень упрочнения 50-60%

вя

(окончание рис.8)

6. Исходя из энергии и массы бойка, определяется скорость удара V.

7. Исходя из размеров бойка, волновода, скорости удара определяется сила удара Рц, и вычисляется статическая составляющая нагрузки Рст.

8. Определяются профильные радиусы кривизны инструмента Л,,, Я2\.

9. Используя характеристики упрочняемого материала и размеры инструмента, рассчитывается коэффициент сопротивления внедрению к.

10. Исходя из критерия выбора формы ударного импульса, обеспечивающе наибольшую передачу энергии упрочняемой поверхности, определяются отношени длин и площадей поперечного сечения бойка и волновода.

11. Определяется размер пластического отпечатка 5 в результате моделирова ния процесса СИО в программе Deform 3D.

12. Сравнивается коэффициент перекрытия К с допустимыми значениями. Ее ли текущее значение К будет больше Ктах или меньше Kmjn, тогда необходимо уве личивать профильные радиусы кривизны инструмента.

13. Определяются значения скорости подачи заготовки относительно инстру мента S и частоты ударов f, необходимые для обеспечения заданного К.

14. Определяются в Deform 3D значения эффективных деформаций е по глу бине упрочненного слоя на базовой длине L.

15. Определяется из эпюр распределения е предел текучести от.

16. Определяется микротвердость HV по глубине. Учитывая значения исход ной твердости, определяется степень упрочнения по глубине AHV. При AHV > AHV переход к следующему блоку. Если нет, то необходимо увеличить коэффициент пе рекрытия К. При превышении К максимально допустимого значения необходим увеличить профильные радиусы кривизны инструмента. При превышении радиусо инструмента максимально допустимой величины необходимо увеличить энерги ударов Ау. При превышении Ау максимально допустимого значения необходимо вы брать ударное устройство с большим значением максимальной энергии ударов.

17. Рассчитывается глубина упрочненного слоя hv. При hv > hV3 переход к еле дующему блоку. Если нет, то подбор глубины осуществляется поочередным пере бором значений радиусов инструмента, энергии удара, конструктивных параметро генератора импульсов, по аналогии с п.16.

18. Определяется относительная опорная твердость . Сравнение получен ного значения относительной опорной твердости с заданным. При LhMr > Lh&ll, перехо к следующему блоку. Если нет, то подбор относительной опорной твердости опре деляется поочередным перебором значений радиусов инструмента, энергии удар конструктивных параметров генератора импульсов, по аналогии с п.16.

19. Рассчитывается давление рн и расход Q рабочей жидкости, используемо для ударного устройства. Если требуемый расход и давление больше максимальн допустимого для данного ударного устройства, то необходимо снижать частоту уда ров f и увеличивать скорость подачи заготовки относительно инструмента S.

20. Выходными данными алгоритма являются уточненные значения характе ристик качества поверхностного слоя ДНУ, Ьдн, LhMI, технологические и конструк тивно-технологические параметры СИО, конструктивные и настроечные параметр генератора механических импульсов, обеспечивающего процесс СИО.

В пятой главе приведены результаты исследования влияния технологически параметров деформационного гетерогенного упрочнения на сопротивление кон тактному выкрашиванию (рис.9).

В результате установлено, что наибольшее сопротивление контактному вы крашиванию 3...6 раз получено при гетерогенном статико-импульсном упрочнени с режимами, обеспечивающими значение комплексного технологического парамет ра - коэффициента перекрытия, в диапазоне 0,35<К<0,45.

С увеличением энергии удара происходит увеличение размеров твердых участков гетерогенно упрочненной структуры (на образцах с малой равномерностью упрочнения при 0<К<0,25), что приводит к повышению сопротивления контактному выкрашиванию в 2..2,5 раза.

При увеличении коэффициента перекрытия наблюдается снижение сопротивления контактному выкрашиванию за счет увеличения количества и площади выкрашиваний. Начиная с К> 0,6...0,7 на поверхности формируется равномерная структура, что способствует значительному снижению сопротивления контактному выкрашиванию вследствие перенаклепа и исчерпания ресурса пластичности металла, что сопровождается быстрым развитием микротрещин и отслоением металлических частиц.

0 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 К 0,9 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 К 0,9

Рис.9. Зависимость сопротивления контактному выкрашиванию Д1 от коэффициента перекрытия отпечатков К и энергии удара: — — — ■ энергия удара 56 Дж; энергия удара 70 Дж

Выявлено влияние условий эксплуатации при действии контактных циклических нагрузок: площади пятна контакта и окружной скорости качения шаров по плоской поверхности на сопротивление контактному выкрашиванию гетерогенно-упрочненных образцов статико-импульсной обработкой. Установлено, что увеличение размеров пятна контакта приводит к более равномерному распределению нагрузки на твердые и мягкие участки, сопротивление контактному выкрашиванию повышается. Уменьшение окружной скорости сопровождается уменьшением сопротивления контактному выкрашиванию. Проскальзывание при качении в большей степени негативно сказывается на сопротивлении контактному выкрашиванию равномерно и неглубоко упрочненного слоя, испытывающего сосредоточенные циклические нагрузки.

В шестой главе даны технологические рекомендации по созданию гетерогенно упрочненной структуры статико-импульсной обработкой и рассмотрено повышение контактной выносливости детали созданием гетерогенной структуры СИО.

Установлено, что для повышения сопротивления контактному выкрашиванию Д1 в 3...6 раз необходимо создание гетерогенной структуры в поверхностном слое при обработке с режимами обеспечивающими коэффициент перекрытия отпечатков в диапазоне 0,3<К<0,4. При этом обеспечивается формирование твердых участков со степенью упрочнения ДНУ=50-60%, имеющих относительную опорную твердость =50...80% с относительным количеством локальных упрочненных участков #¿,=1,9...3,2 шт/мм.

Значение комплексных технологических параметров соответствующих максимальным значениям Д1, обеспечиваются варьированием конструктивных и технологических параметров СИО. Выбор конкретных значений конструктивных и тех-

нологических параметров осуществляется либо экспериментально, либо с помощь разработанных алгоритма и методики расчета (рис.8).

С помощью разработанной методики расчета технологических параметров оп ределены рациональные режимы статико-импульсной обработки шлицев, позво ляющие сформировать гетерогенно упрочненный поверхностный слой S= 1999,2 мм/мин; f=17 Гц; А=15 Дж; Dp=5 мм; Ь=10 мм. Технико-экономическа эффективность применения статико-импульсного гетерогенного упрочнения шлице вой поверхности составляет 152,3%.

Общие выводы и результаты

1. В результате выполненного комплекса теоретико-экспериментальных ис следований решена задача технологического обеспечения сопротивления контакт ному выкрашиванию деталей машин созданием гетерогенной структуры в процесс деформационного упрочнения статико-импульсной обработкой.

2. Установлено, что статико-импульсная обработка является наиболее эффек тивной из методов ППД, позволяет управлять равномерностью упрочнения н большой глубине (до 6...8 мм) и формировать гетерогенную структуру из чередую щихся участков высокой и низкой твердости.

3. Разработано оборудование и методика проведения испытаний на сопротив ление контактному выкрашиванию образцов после статико-импульсной обработки различной равномерностью упрочнения.

4. Предложены параметры оценки степени гетерогенности структуры мате риала, характеризующие количество и процентное соотношение твердых и мягки

Th

составляющих: относительная опорная твердость L¡^ и относительное количеств локальных упрочненных участков на базовой длине N^,,.

5. Выявлены комплексные технологические параметры СИО: коэффициен перекрытия К и размер пластических отпечатков ё, связывающие ее единичные тех нологические и конструктивно-технологические параметры и параметры гетероген ности упрочнения.

6. Установлен диапазон значений коэффициента перекрытия 0,25<К<0,5 соо ветствующий наиболее выраженной гетерогенно-упрочненной структуре, котора характеризуется наличием твердых участков со степенью упрочнения 50...60°/ имеющих относительную опорную твердость 50...80%., и относительное коли чество локальных упрочненных участков на базовой длине N^ 1,7...3,2 шт/мм.

7. Установлено, что при коэффициенте перекрытия 0,35<К<0,45 сопротивл ние контактному выкрашиванию повышается в 3...6 раз за счет создания поверхно стного слоя с гетерогенной структурой.

8. Разработана теоретическая конечно-элементная модель процесса статик импульсного формирования гетерогенной структуры материала, включенная в дор ботанные алгоритм и методику расчета. Методика позволяет в автоматическом р жиме рассчитывать рациональные технологические и конструктивн технологические параметры СИО, а также отдельные конструктивные параметр оборудования, обеспечивающие требуемую гетерогенность упрочнения.

9. Разработаны технологические рекомендации по созданию гетерогенно структуры статико-импульсной обработкой. Выполнена производственная апроб ция метода на примере упрочнения шлицев, прогнозируемое повышение эконом ческой эффективности составляет 152,3%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Барниов C.B. Оценка уровня качества поверхностного слоя образцов, упрочнённых поверхностно-пластическим деформированием [Текст]/Кокорева О.Г., Баринов C.B., Ядров М.А. // Материалы 25 международной конференции и блиц - выставки «Композиционные материалы в промышленности», Киев, 2005. с. 75-77.

2. Баринов C.B. Механизм статико-импульсной обработки как комбинированный способ упрочнения поверхности [Текст]/ Кокорева О.Г., Баринов C.B. // Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии», посвященной 50-летию Липецкого государственного технического университета 11-12 мая 2006 г. Часть 1. - Липецк: ЛГТУ, 2006. - 295с, с.139-142.

3. Баринов C.B. Исследование технологических факторов статико-импульсной обработки при упрочнении поверхности [Текст]/Кокорева О.Г., Баринов C.B. // Российская академия естествознания, Журнал «Современные наукоёмкие технологии» №11, 2005.- с.51.

4. Баринов C.B. Повышение контактной выносливости деталей машин созданием гетеро-генно упрочненного слоя поверхностным пластическим деформированием [Текст]/Соловьев Д.Л., Киричек A.B., Игнатов С.Н., Баринов C.B. // «Деформация и разрушение материалов и наномате-риалов» DFMN-2007: Материалы Второй международной конференции 8-11 октября 2007 г., г. Москва, Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова, РАН, - Москва: -2007. - 735 е., с. 224-225.

5. Баринов C.B. Установка для испытаний на контактную выносливость плоских поверхностей деталей машин [Текст]/Киричек A.B., Соловьев Д.Л., Силантьев С.А, Баринов C.B. // Известия ОрелГТУ, серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». -2007. - №3-267. -167с., с. 98 - 103.

6. Баринов C.B. Повышение контактной выносливости деталей машин гетерогенным деформационным упрочнением статико-импульсной обработкой [Текст]/Киричек A.B., Соловьев Д.Л., Баринов C.B., Силантьев С.А. // Упрочняющие технологии и покрытия, №7(43), 2008, с.9-15.

7. Баринов C.B. Применение деформационного упрочнения статико-импульсной обработкой для повышения контактной выносливости деталей [Текст]/ Киричек A.B., Соловьев Д.Л., Баринов C.B. // Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки: Мат. межд. научн.-техн. конф., Ростов-на-Дону, ДГТУ, 2008. С.16-20. (252 е.).

8. Баринов C.B. Автоматизация расчетов упрочненного поверхностного слоя при поверхностной пластической деформации [Текст]// Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России. Мат. всероссийской межвузовской научн. конф., Т.2., Муром, МИВлГУ, 2009. С.55. (129 е.).

9. Положительное решение от 13.02.2008. на заявку на патент № 2008105582/02 МПК G 01 N 3/56. Способ комплексных испытаний на контактную выносливость поверхностей деталей машин. Степанов Ю.С., Киричек A.B., Соловьев Д.Л., Силантьев С.А., Баринов СВ., Афанасьев Б.И., Тарасов Д.Е., Фомин Д.С.

10. Положительное решение от 13.02.2008. на заявку на патент № 2008104592/02 МПК G 01 N 3/56. Устройство для испытаний на контактную выносливость поверхностей деталей машин. Степанов Ю.С, Киричек A.B.. Соловьев Д.Л., Силантьев С.А., Баринов C.B., Афанасьев Б.И., Тарасов Д.Е., Фомин Д.С.

11. Положительное решение от 13.02.2008. на заявку на патент № 2008105581/02 МПК G 01 N 3/56. Способ испытаний на контактную выносливость. Степанов Ю.С, Киричек A.B., Соловьев Д.Л., Силантьев С.А., Баринов СВ., Афанасьев Б.И., Тарасов Д.Е., Фомин Д.С.

12. Положительное решение от 13.02.2008. на заявку на патент № 2008105583/02 МПК G 01 N 3/56. Устройство для испытаний на контактную выносливость. Степанов Ю.С., Киричек A.B., Соловьев Д.Л., Силантьев С.А., Баринов СВ., Афанасьев Б.И., Тарасов Д.Е., Фомин Д.С.

Подписано к печати 18 мая 2009 г., Тираж 100 экз, объем 1,06 п.л., Заказ № 581/2, Типография ОрелГТУ, 302030 г. Орел, ул. Московская, 65

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Долговечность деталей машин, работающих в условиях контактно-усталостного нагружения.

1.2.Показатели качества поверхностного слоя деталей машин, определяющие долговечность при контактно-усталостном нагружении.

1.3.Технологические способы обеспечения сопротивления контактному выкрашиванию деталей машин.

1.4.Метод статико-импульсного упрочнения.

1.5.Цель и задачи исследований.

Выводы.

2. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 .Оборудование и материалы для статико-импульсной обработки

2.2. Методика создания упрочненного поверхностного слоя с различной равномерностью статико-импульсной обработкой

2.3. Оборудование для исследования сопротивления контактному выкрашиванию.

2.4. Методика испытаний на сопротивление контактному выкрашиванию.

2.5 Методика исследования микротвердости.

Выводы.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО

ГЕТЕРОГЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ.

3.1. Конструктивные, конструктивно-технологические и технологические параметры статико-импульсной обработки, формирующие гетерогенную структуру.

3.2. Техно логические рекомендации по обеспечению заданного коэффициента перекрытия статико-импульсной обработкой.

3.3. Экспериментальные исследования равномерности поверхностного слоя упрочненного статико-импульсной обработкой.

3.4.Параметры гетерогенности упрочненного поверхностного слоя

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА

СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ГЕТЕРОГЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ

4.1 .Анализ способов расчета эпюр микротвердости.

4.2.Методика определения микротвердости при помощи программы Deform 3D.

4.3.Исследование влияния коэффициента перекрытия на глубину и равномерность упрочнения.

4.4. Экспериментальная оценка адекватности рассчитанных в Deform 3D эпюр микротвердости.

4.5.Методика расчета технологических и конструктивно-технологических параметров статико-импульсной обработки, обеспечивающих гетерогенное упрочнение поверхностного слоя.

Выводы.

5. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ НА

СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТНОМУ ВЫКРАШИВАНИЮ

ГЕТЕРОГЕННО УПРОЧНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ.

5.1. Оценка сопротивления контактному выкрашиванию гетерогенно упрочненной поверхности.

-45.2. Влияние коэффициента перекрытия на сопротивление контактному выкрашиванию.

5.3. Влияние площади пятна контакта гетерогенно упрочненной поверхности и контртела на сопротивление контактному выкрашиванию.

5.4. Влияние окружной скорости контртела на сопротивление контактному выкрашиванию гетерогенно упрочненной поверхности.

Выводы.

6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1. Ориентировочный расчет необходимой глубины упрочнения для типовых деталей машин.

6.2. Технологические рекомендации по созданию гетерогенно упрочненной структуры статико-импульсной обработкой.

6.3. Повышение контактной выносливости шлицевого вала созданием гетерогенной структуры статико-импульсной обработкой.

6.4. Технико-экономический расчет эффективности применения статико-импульсной обработки для повышения сопротивления контактному выкрашиванию поверхностного слоя деталей машин.

Выводы.

Выход из строя огромного числа деталей машин, работающих в условиях контактно-усталостного нагружения, происходит вследствие появления локальных выкрашиваний на их рабочих поверхностях. К таким деталям относятся зубчатые колеса, элементы подшипников качения, червячных, гипоидных, винтовых, цепных и глобоидальных передач, направляющих и шли-цевых соединений, кулачковых механизмов и т.д. Резервы повышения их долговечности заключаются в технологическом обеспечении рационального состояния поверхностного слоя, воспринимающего циклические контактные нагрузки. Для этого широко используют упрочняющую обработку, которой создают поверхностный слой с высокой твёрдостью и большой толщиной. Достаточно хорошо зарекомендовал себя упрочненный поверхностный слой, в котором чередуются участки высокой и низкой твёрдости — гетерогенной структурой.

Исследованиями Иванова Г.П., Куманина В.И. доказана высокая эффективность применения для снижения сопротивления контактному выкрашиванию гетерогенно упрочненной структуры поверхностного слоя, создаваемой поверхностной ТО или ХТО. Вместе с тем для упрочнения деталей машин широко используется упрочнение ППД, которое обладает рядом достоинств по сравнению с другими способами упрочнения: низкая энергоемкость, плавность перехода упрочненного поверхностного слоя к неупрочнен-ному металлу и др. Исследованиями А.Ю. Албагачиева, А.П. Бабичева, М.А. Балтер, В.Ф. Безъязычного, В.Ю. Блюменштейна, В.М. Браславского, М.С. Дрозда, А.А. Ершова, А.В. Киричека, Ю.Р. Копылова, В.А. Лебедева, М.М. Матлина, А.А. Михайлова, Л.Г. Одинцова, Н.В. Олейника, Д.Д. Папшева, В.В. Петросова, Э.В. Рыжова, В.И. Серебрякова, А.Г. Суслова, Ю.И. Сидяки-на, В.М. Смелянского, Д.Л. Соловьёва, Г.В. Степанова, М.А. Тамаркина, В.П. Федорова, Л.А. Хворостухина, П.А.Чепы, Д.Л. Юдина и др. установлена высокая эффективность применения упрочнения ППД для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин, в том числе контактной выносливости. Однако возможности формирования гетерогенной структуры и ее влияния на контактное выкрашивание не исследовались. Это связано с тем, что традиционные способы обработки ППД имеют ограниченные возможности варьирования глубиной и степенью упрочнения поверхностного слоя.

Новый способ ППД - статико-импульсная обработка (СИО) за счет ряда дополнительных конструктивно-технологических параметров позволяет воздействовать на упрочненную поверхность управляемыми ударными импульсами, которые могут формировать в широком диапазоне требуемую глубину и степень упрочнения. Возможности СИО позволяют создавать как равномерно, так и гетерогенно упрочненный слой.

Таким образом, установление взаимосвязи между параметрами стати-ко-импульсной обработки, получаемой в результате гетерогенной структурой поверхностного слоя, и его сопротивлением контактному выкрашиванию является актуальной задачей.

Цель работы: повышение сопротивления контактному выкрашиванию1 деталей машин технологическим обеспечением гетерогенной структуры в процессе деформационного упрочнения статико-импульсной обработкой.

Задачи исследования:

1. Провести анализ влияния параметров статико-импульсной обработки на показатели качества поверхностного слоя.

2. Разработать методику экспериментального исследования равномерности упрочненного поверхностного слоя, полученного статико-импульсной обработкой.

3. Разработать методику исследования износа гетерогенной структуры под действием циклических контактных нагрузок.

4. Разработать теоретическую модель процесса статико-импульсного формирования гетерогенной структуры упрочненного материала с применением информационных технологий и метода конечных элементов.

5. Доработать алгоритм и методику расчета технологических, конструктивно-технологических и отдельных конструктивных параметров СИО с целью выявления режимов, обеспечивающих требуемые параметры гетерогенной структуры.

6. Экспериментально оценить технологические возможности статико-импульсного формирования гетерогенно упрочненной структуры, путем построения и исследования эпюр микротвердости и анализа равномерности упрочнения.

7. Провести экспериментальные исследования влияния гетерогенного упрочнения статико-импульсной обработкой на сопротивление контактному выкрашиванию.

8. Разработать технологические рекомендации по гетерогенному упрочнению статико-импульсной обработкой.

Научная новизна.

1. Определена связь между параметрами гетерогенной структуры матег риала, характеризующими размер, количество и процентное соотношение твердых и мягких составляющих, с одной стороны и сопротивлением контактному выкрашиванию - с другой. Выявлены параметры гетерогенности ти упрочненной структуры: относительная опорная твердость и относительное количество локальных упрочненных участков на базовой длине .

2. Установлена технологическая возможность создания гетерогенно-упрочненной структуры с различными параметрами гетерогенности в процессе статико-импульсной обработки. Гетерогенное упрочнение статико-импульсной обработкой с технологическими режимами, обеспечивающими коэффициент перекрытия пластических отпечатков в диапазоне 0,35<К<0,45, обеспечивает повышение сопротивления контактному выкрашиванию в 3.6 раз.

3. Разработана конечно-элементная модель процесса статико-импульсного формирования гетерогенной структуры материала в программе Deform 3D, включенная в доработанную методику расчета технологических и конструктивно-технологических параметров, а также отдельных конструктивных параметров оборудования.

Практическая ценность работы заключается в определении режимов статико-импульсной обработки, обеспечивающих создание гетерогенно-упрочненной структуры и повышение сопротивления контактному выкрашиванию; в разработке технологических рекомендации по технологическим и конструктивно-технологическим параметрам статико-импульсной обработки при создании гетерогенно-упрочненной структуры; в разработке метода и конструкции стенда для испытаний на сопротивление контактному выкрашиванию деталей машин.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на второй международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» DFMN-2007, в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, (г. Москва, 2007 г.); на VIII международной научно-технической конференции «Техно-логия-2007», Технологический университет, Хельсинки, Финляндия (г. Хельсинки, 2007г.); на XXIX-XXXII молодежных научно-технических конференциях "Гагаринские чтения", МГАТУ, (г. Москва, 2003-2006 г.г.); на X Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе» «Технология - 2008» (г. Орел, 2008г.); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава (Муром, 2003-2009 г.г.).

Диссертация выполнялась при поддержке гранта РФФИ № 09-0199005 «Исследование закономерностей формирования гетерогенных механических свойств материала волной деформации и его долговечности в условиях локальных циклических контактных нагрузок».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате выполненного комплекса теоретико-экспериментальных исследований решена задача технологического обеспечения сопротивления контактному выкрашиванию деталей машин созданием гетерогенной структуры в процессе деформационного упрочнения статико-импульсной обработкой.

2. Установлено, что статико-импульсная обработка является наиболее эффективной из методов ППД, позволяет управлять равномерностью упрочнения на большой глубине (до 6.8 мм) и формировать гетерогенную структуру из чередующихся участков высокой и низкой твердости.

3. Разработано оборудование и методика проведения испытаний на сопротивление контактному выкрашиванию образцов после статико-импульсной обработки с различной равномерностью упрочнения.

4. Предложены параметры оценки степени гетерогенности структуры материала, характеризующие количество и процентное соотношение твердых тк и мягких составляющих: относительная опорная твердость и относительное количество локальных упрочненных участков на базовой длине Nhm.

5. Выявлены комплексные технологические параметры СИО: коэффициент перекрытия К и размер пластических отпечатков <5, связывающие ее единичные технологические и конструктивно-технологические параметры и параметры гетерогенности упрочнения.

6. Установлен диапазон значений коэффициента перекрытия 0,25<К<0,5 соответствующий наиболее выраженной гетерогенно-упрочненной структуре, которая характеризуется наличием твердых участков со степенью упрочнения 50.60%, имеющих относительную опорную твердость 50.80%., и относительное количество локальных упрочненных участков на базовой длине N\H 1,7.3,2 шт/мм.

7. Установлено, что при коэффициенте перекрытия 0,35<К<0,45 сопротивление контактному выкрашиванию повышается в 3.6 раз за счет создания поверхностного слоя с гетерогенной структурой.

8. Разработана теоретическая конечно-элементная модель процесса статико-импульсного формирования гетерогенной структуры материала, включенная в доработанные алгоритм и методику расчета. Методика позволяет в автоматическом режиме рассчитывать рациональные технологические и конструктивно-технологические параметры СИО, а также отдельные конструктивные параметры оборудования, обеспечивающие требуемую гетерогенность упрочнения.

9. Разработаны технологические рекомендации по созданию гетерогенной структуры статико-импульсной обработкой. Выполнена производственная апробация метода на примере упрочнения шлицев, прогнозируемое повышение экономической эффективности составляет 152,3%.

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971. 282 с.

2. Александров В.М., Ромалис Б.Л. Контактные задачи в машино- ■ строении. М.: Машиностроение, 1986. 176 с.

3. Атопов В.И., Сердобинцев Ю.П., Славин O.K. Моделирование контактных напряжений. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.

4. Афонин А.Н., Киричек А.В., Апальков А.Г., Должиков Д.А. Моделирование процесса поверхностно-объемного пластического деформирования // Упрочняющие технологии и покрытия, №10, 2007, с.29-31.

5. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1974. 136 с.

6. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин., Машиностроение, 1968. 196 с.

7. Безбородько М.Д., Соломенко И. И. Влияние газовой среды на развитие питтинга // Вестник машиностроения, 1967, №9. С.39-43.

8. Белянин А.И. Выносливость рабочих поверхностей зубьев-при переменных нагрузках // Вестник машиностроения, 1957, № 12. С.23-26.

9. Богданов В.М., Горячев А.П. Моделирование процессов контактирования, изнашивания и накопления повреждений в сопряжении, колесо-рельс // Трение и износ. 1996, № 1. С. 12-26.

10. Богомолова Н.А. Практическая металлография. М.: Высшая школа, 1983. 78 с.

11. Богомолова Н.А., Гордиенко JI.K. Металлография и общая технология металлов. М.: Высшая школа, 1983, 270 с.

12. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. М.: Машиностроение, 1975. 160 с.

13. Браславский В.М., Бараз А.А. Деформационное упрочнение деталей машин. //Вестник машиностроения, 1983, № 7, с. 61-63.

14. Вашуль X. Практическая металлография. Методы изготовления образцов. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1988. 320 с.

15. Генкин М.Д., Рыжов М.А., Рыжов Н.М. Повышение надежности тяжелонагруженных зубчатых передач. М.: Машиностроение, 1981. 232 с.

16. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения, прочность и деформации при поверхностной закалке токами высокой частоты. Д.: Машиностроение, 1973. 144 с.

17. Головин Г.Ф., Казанский A.M., Кущ Э.В. Контактная выносливость сталей, закаленных токами высокой частоты. Промышленное применение токов высокой частоты. JI: Машиностроение, 1970. 190 с.

18. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001. 478 с.

19. ГОСТ 18296-72 Обработка поверхностным пластическим деформированием. Термины и определения М.: Издательство стандартов, 1972. 10 с.

20. ГОСТ 16504-74. Качество и продукция. Контроль и испытания. Основные термины и определения. М: Изд-во стандартов, 1975. 21 с.

21. ГОСТ 25.501-78 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на контактную усталость М.: Издательство стандартов, 1979. 94 с.

22. Дворянов П.А. Влияние неметаллических включений в закаленной стали марки ШХ15 на усталостное выкрашивание. «Подшипник», 1953, № 5. С.5-12.

23. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М., Машиностроение, 1971, 199 с.

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

25. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: в 2 т. М.: Финансы и статистика, 1986. 451 с.

26. Дрозд М.С., Матлин М.И., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластической деформации. М.: Машиностроение, 1986. 244 с.

27. Ермаков С.М., Бродский В.З., Жиглявский А.А., Козлов В.П., Малютов М.Б., Меласс В.Б., Седунов Е.В., Федоров В.В. Математическая теория планирования эксперимента. / Под ред. С.М. Ермакова. М.: Наука, 1983.-392 с.

28. Захаров С.М. и др. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса. М.: МИИТ, 2002. 408 с.

29. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов, М.: Металлургия, 1983, 352 с.

30. Зубчатые и червячные передачи. Некоторые вопросы кинематики, динамики, расчета и производства / Н.И. Кол чин. JL: Машиностроение, 1974, 352 с.

31. Иванов Г.П., Картонова JI.B., Худошин А.А. Повышение износостойкости деталей созданием регулярной гетерогенной макроструктуры // Строительные и дорожные машины, 1997, № 1. С. 33-34.

32. Казарновский Д.С., Свет И.С. Долговечность тяжелонагружен-ных шестерён //Вестник машиностроения, 1950, №1. С.20-26.

33. Картонова JI.B. Повышение долговечности деталей машин использованием материалов с регулярной гетерогенной структурой. Дис.канд. техн. наук. Владимир: ВлГУ, 1997. 170 с.

34. Киричек А.В. Комплексное обеспечение качества несоосных винтовых механизмов и тяжелонагруженных резьбовых деталей М.: ИЦ МГТУ СТАНКИН, 2002. 242 с.

35. Киричек А.В., Афонин А.Н. Резьбонакатывание. М.: Машиностроение, 2009. 250с.

36. Киричек А.В., Афонин А.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния резьбонакатного инструмента и заготовки методом конечных элементов // СТИН, №7, 2007, С.21-25.

37. Киричек А.В., Афонин А.Н., Соловьев Д.Л. Экспериментальные измерительные комплексы для исследования процесса нагружения материала волной деформации. // Известия ОрелГТУ. Машиностроение. Приборостроение. 2004. № 2. С. 63-67.

38. Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Деформационное упрочнение управляемыми ударными импульсами // Упрочняющие технологии и покрытия, №10, 2007, С.5-8.

39. Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Параметры упрочняющей статико-импульсной обработки // СТИН, № 2, 2005, С. 30-33.

40. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Баринов С.В., Силантьев С.А. Повышение контактной выносливости деталей машин гетерогенным деформационным упрочнением статико-импульсной обработкой // Упрочняющие технологии и покрытия, №7, 2008, С.9-15.

41. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием М.: Машиностроение, 2004. 288 с.

42. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Силантьев С.А, Баринов С.В. Установка для испытаний на контактную выносливость плоских поверхностей деталей машин // Известия ОрелГТУ, серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». №3, 2007. С. 98 103.

43. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М., Машиностроение, 1977. 232 с

44. Колесников Ю. В., Морозов К. М. Механика контактного разрушении, М.: Наука, 1989. 224 с.

45. Контактно-усталостные повреждения колес грузовых вагонов / С.М. Захаров. М.: Интекст, 2004. 160 с.

46. Коровчинский М.В. Распределение напряжений в окрестности локального контакта упругих тел при одновременном действии нормальных и касательных сил в контакте. М.: Машиноведение, 1967, № 6, с. 85-96.

47. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов. М.: Металлургия, 1990. 623 с.

48. Краткий справочник металлиста / Под общ. ред. А.Е. Древаля, Е.А. Скороходова. М.: Машиностроение, 2005. 960с.

49. Кудрявцев И.В. Основы выбора режима упрочняющего поверхностного наклепа ударным способом. Кн. 108. М.: ЦНИИТМАШ. 1965.

50. Кудрявцев И. В., Свешников Д. А. Нагрев упрочненных наклепом деталей для повышения их усталостной прочности. В сб. Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного наклепа. М., Машиностроение, 1965. 382 с.

51. Кудрявцев И.В.; Минков Я.Л.; Дворникова Е.Э. Повышение прочности и долговечности крупных деталей машин поверхностным наклепом. М.: Машиностроение, 1970. 314 с.

52. Куксенона Л.И., Лаптева В.Г. и др. Методы испытания на трение и износ: Справочное издание. М.: Интермед Инжиниринг, 2001. 152 с.

53. Лебедев В.А. Технология динамических методов поверхностного деформирования. Ростов-на-Дону.: Издательский центр ДГТУ, 2006. 183 с.

54. Леликов О.П. Валы и опоры с подшипниками качения. Конструирование и расчет. Справочник. М: Машиностроение, 2006. 640 с.

55. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М.: Машиностроение, 1979. 191 с.

56. Механика контактных взаимодействий / И.И. Воровин, В.М. Александров. М.: ФИЗМЛТЛИТ, 2001. 672 с.

57. Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. М.: Машиностроение, 1999. 544 с.

58. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.

59. Орлов А. В., Черменский О. Н., Нестеров В. М. Испытания конструкционных материалов на контактную усталость. М.: Машиностроение, 1980. 110 с.

60. Орлов А.В., Пинегин С.В. Остаточные деформации при контактном нагружении. М.: Наука, 1971. 62 с.

61. Павлов З.П. Выносливость рабочих поверхностей зубьев при переменной нагрузке // Вестник машиностроения, 1953, №3.

62. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М., «Машиностроение», 1978. 152 с

63. Патент № 2090342 РФ. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием / А.Г. Лазуткин,

64. A.В. Киричек, Д.Л. Соловьев. Бюлл. № 26, 1997.

65. Патент № 2090828 РФ. Противопульная гетерогенная броня из легированной стали для средств индивидуальной защиты и способ ее получения / Л.А. Кирель, О.М. Михайлова, С.А. Журавлев. Бюлл. № 26, 1997.

66. Патент № 2098259 РФ. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием / А.Г. Лазуткин, А.В. Киричек, Д.Л. Соловьев. Бюлл. № 34, 1997.

67. Патент № 2219271 РФ. Способ упрочнения сплава на основе железа / Г.А. Дорофеев. Бюлл. № 7, 2003.

68. Патент №1782243 РФ. Способ термообработки изделий/ А.П. Чейлях, Л.С. Малинов. Бюлл. № 46, 1992.

69. Патент №2047661 РФ. Способ обработки резьбового изделия /

70. B.C. Аванесов, Б.А. Авербух, Д.Г. Ашигян. Бюлл. № 6, 1995.

71. Петросов В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. М.: Машиностроение, 1977. 166 с.

72. Петрусевич А. И. Контактная прочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1970. 64 с.

73. Петрусевич А.И., Зубчатые и червячные передачи, Энциклопедический справочник «Машиностроение», т.2, Машгиз, 1948. 432 с.

74. Пинегин С. В., Орлов А. В. Влияние формы пятна контакта и размеров деталей на их прочность при качении. В кн.: Контактные задачи и их инженерные приложения (доклады конференции). М.: НИИМаш, 1969,. С. 274-284.

75. Пинегин С.В. Контактная прочность в машинах. М.: Машиностроение, 1965. 193 с.

76. Пинегин С.В. Контактная прочность и сопротивление качению. М.: Машиностроение, 1969. 244 с.

77. Пинегин С.В., Шевелев И.А., Гудченко В.М. Влияние внешних факторов на контактную прочность при качении. М.: Наука, 1972. 104 с.

78. Положительное решение от 13.02.2008. на заявку на патент № 2008105581/02 МПК G 01 N 3/56. Способ испытаний на контактную выносливость. Степанов Ю.С, Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Силантьев С.А., Ба-ринов СВ., Афанасьев Б.И., Тарасов Д.Е., Фомин Д.С.

79. Р 50-64-30-87. Расчеты и испытания на контактную прочность. Методы испытаний на контактную усталость М.: 1988. 122 с.

80. Расчеты на прочность в машиностроении / С.Д. Пономарев, B.JI. Бидерман, К.К. Лихарев и др. М.: Машгиз, Т.1, 1956. 884с.; Т.2, 1958. 974с.; Т. 3, 1959. 1118 с.

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

82. Сахонько И. М. Контактная выносливость закаленной стали в зависимости от геометрических параметров соприкасающихся тел. Институт машиноведения АН СССР, 1961.

83. Сахонько И. М., Колотенков И. В. Прочностные свойства закаленной подшипниковой стали. Труды ЭНИИПП, М., 1960.

84. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 300 с.

85. Соловьев Д.Л. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием Дисс. . докт. техн. наук. М: 2005. 375 с.

86. Соловьев Д.Л. Деформационное упрочнение способом статико-импульсного нагружения. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. № 10.

87. Сулима A.M., Евстигнеев М.И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1974. 256 с.

88. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.

89. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. 208 с.

90. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 2002. 684 с.

91. Ткачев В.Н. и др. Методы повышения долговечности деталеймашин. М.: Машиностроение, 1971. 272 с.

92. Трубин Г.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колёс. М.: МАШГИЗ, 1962, 404 с.

93. Ужик Г.В. О влиянии абсолютных размеров деталей машин на их прочность. Сб. «Вопросы расчета и конструирования деталей машин», Изд. АН СССР, 1942. 190 с.

94. Харрис У.Д., Захаров С.М. и др. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса. М.: Интекст, 2002. 408 с.

95. Хворостухин Л. А., Шишкин С.В. и др. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. М.: Машиностроение, 1988. 144 с.

96. Чепа П.А., Андрияшин В.А. Эксплуатационные свойства упрочненных деталей. Минск: Наука и техника, 1988. 192 с.

97. Шепеляковский К.З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве. М.: Машиностроение, 1972. 288 с.

98. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982. 248 с.

99. Brewe D.E., Hamrock B.J. Упрощенное решение задачи о деформациях при эллиптическом контакте двух упругих тел // Проблемы трения и смазки, 1977, № 4. С. 109-111.

100. Greenwood J.A. Формулы для площадок контакта Герца средней эллиптичности //Проблемы трения и смазки, 1985, Т. 107, № 4. С. 68-72.

101. Roxon by Копе.: Каталог. Финляндия: АО «Копе», 1984. 42 с.