автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение герметичности неподвижных разъемных металлических соединений

На правах рукописи

Ерёменкова Ирина Викторовна

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ НЕПОДВИЖНЫХ РАЗЪЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Специальность: 05.02.08. «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск 2005

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные технологические системы» Брянского государственного технического университета.

Научный руководитель -

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор А.Г. СУСЛОВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Н.М. СУЛТАН-ЗАДЕ

кандидат технических наук, доцент

А.Н. ПРОКОФЬЕВ

Ведущая организация ОАО НИИ «Изотерм», г. Брянск

Защита диссертации состоится «27» декабря 2005 г. в 16.00 часов в учебном корпусе № 2, ауд. 220 на заседании диссертационного Совета Д 212.021.01 в Брянском государственном техническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета (241035, г. Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7).

Автореферат разослан 25 ноября 2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета,

доктор технических наук, доцент

А.В. ХАНДОЖКО

/лъ&г

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

> Актуальность Шмы. В ряде изделий (особенно в авиакосмической технике) необходимо обеспечивать высокую герметичность металлических - соединений без промежуточного тела. При этом утечка в соединении будет определяться его конструкцией, а так же качеством сопрягаемых поверхностей деталей, которое обеспечивается технологией их изготовления. Поэтому возникла необходимость в рассмотрении всех возможных путей технологического обеспечения герметичности металлических соединений.

На основании анализа состояния технологического обеспечения герметичности неподвижных разъемных металлических соединений были сделаны следующие выводы:

1)в технической и справочной литературе отсутствуют данные о возможностях технологических методов обработки в обеспечении герметичности металлических соединений;

2) отсутствуют зависимости, определяющие влияние условий обработки поверхностей сопряжения на герметичность соединения.

Поэтому не представляется возможным научно обоснованно на стадии технологической подготовки производства выбирать методы и режимы обработки контактирующих поверхностей, обеспечивающие необходимую герметичность соединений.

Часть работы выполнялась при финансовой поддержке в форме фанта Федерального агентства по образованию (НИР - грант "Создание автоматизированной системы нормализованного определения герметичности неподвижных соединений", номер государственной регистрации № 0120.0 507134); и гранта Президента Российской Федерации, № 40.300.21.0716-НШ от 09.04.2003г. для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ Российской Федерации.

Целью работы является технологическое обеспечение требуемой герметичности неподвижных разъемных металлических соединений за счет условий обработки.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать нормализованный метод определения влияния технологии на

герметизирующую способность неподвижных соединений.

2. Спроектировать и изготовить установку для оценки герметичности

соединений.

3. Провести теоретические и экспериментальные исследования:

- Установить взаимосвязь величины утечки (натекания) с качеством поверхностного слоя контактирующих деталей.

- Определить возможности методов обработки контактирующих поверхностей в обеспечении качества поверхностного слоя, которое необходимо для достижения требуемой герметичности.

- Установить взаимосвязь величины утечки (натекания) с условиями обработки контактирующих поверхностей.

- Определить возможности методов о^ра^ед^р,,, требУемой герметичности соединения.

БИБЛИОТЕКА С. Пек 9» МОДасг

Методика исследований. При выполнении работы использовались научные основы технологии машиностроения и уплотнительной техники, теория контактирования твердых тел, механика жидкости и газа. Эксперименты проводились с применением метода планирования экспериментальных исследований и созданного нормализованного метода определения влияния технологии на герметичность соединения.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Реализация двухступенчатого метода (конструкторского и технологического) обеспечения герметичности неподвижных разъемных металлических соединений.

2. Реализация одноступенчатого метода технологического обеспечения непосредственно герметичности неподвижных разъемных металлических соединений.

Научная новизна.

1. Получены теоретические зависимости утечки (натекания) герметизирующих металлических соединений от условий обработки контактирующих поверхностей деталей.

2. Впервые реализовано одноступенчатое технологическое обеспечение непосредственно герметичности неподвижных разъемных металлических соединений.

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается результатами экспериментальных исследований, также расчетами и определением герметичности реального соединения.

Практическая значимость.

1. Разработан нормализованный метод определения влияния технологии на герметизирующую способность неподвижных соединений.

2. Установлены возможности методов обработки в обеспечении герметичности соединений.

3. Разработана методика технологического обеспечения герметичности неподвижных разъемных металлических соединений на стадии технологической подготовки производства.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава БГТУ в 2002, 2005 гг.; научно-технической конференции вузов приграничных регионов славянских государств, Брянск, 2002 г.; на Международной научно-технической конференции «Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение», Брянск, 2003 г.; на 5-й Международной научно-технической интернет-конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения "ТесЬпо1о£у-2004", Орел, 2004 г.; на Международной научно-технической конференции "Менеджмент качества продукции и услуг", Брянск, 2004 г.; на 5-й Международной научно-технической конференции «Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла», Брянск, 2005 г.

Публикации. По теме работы опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, библиографического списка и приложений, содержит 150 страниц печатного текста, 21 рисунок и 35 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приводятся основные аспекты герметологии, обосновывается выбор объекта исследования. Рассматривается процесс герметизации (на основе графа, который предложили JI.C. Пинчук и Б.Г. Кармугин). Отражаются выводы различных авторов по влиянию факторов на герметичность, таких как силовой фактор (В.М. Алексеев, В.Д. Продан, П.М. Огар, Д.Ф. Гурьевич, Б.В. Кармугина, Г.Г. Стратиневский, Д.А. Мендельсон, Т.М. Башта - о влиянии контактного давления); конструкторский фактор (Майер, Швайгер, В.М. Голубев о влиянии ширины контакта); физико-механические свойства материалов. Дается обоснование возникновения неплотности соединения. Анализируется влияние эксплуатационных факторов на величину утечки. Для определения сближения контактирующих поверхностей, параметров межповерхностного зазора и массопереноса герметизируемого вещества рассматриваются возможные методы описания рельефа поверхности, методы моделирования межповерхностного пространства, а так же влияние режимов массопереноса вещества через герметизирующий контакт.

Описываются методы определения герметичности: качественный, количественный и метод индикаторных сред. Обосновывается применение критерия удельной утечки. Дается обзор методов контроля. Анализируются наиболее значительные элементы существующих установок исследования герметичности. Приводятся расчетные методы определения величины утечки, основанные на различных моделях межповерхностного зазора: плоская щель или эквивалентный зазор, пористое тело. Рассматривается метод нахождения величины эквивалентного зазора Е. Майера и Н.Б Демкина. Анализируется модель пористого тела, где определение утечки сводится к определению проницаемости на основе теории Козени-Кармана (теория гидравлического радиуса), в котором размеры капилляров абстрагируются и определяется некоторая постоянная. Значение этой постоянной характеризует неплотность межповерхностного контакта. Анализируются расчетные методы описывающие рельеф с помощью опорной кривой (Н.Б. Демкин) и стандартизованных параметров качества поверхностного слоя (H.H. Ильин, В.А. Николаев, А.Г. Суслов).

Анализируются пути обеспечения герметичности на стадии конструкторско-технологической подготовки производства, одно- и двухступенчатым решением задач, стоящих перед конструктором и технологом. Выявляются этапы, вызывающие сложности в осуществлении этих задач и намечаются пути их решения. Анализируются накопленный опыт по выбору технологических методов, инструмента и влияние режимов обработки на качество поверхностного слоя деталей.

Анализ результатов данных работ позволяет сделать выводы:

1) в технической и справочной литературе отсутствуют данные о возможностях технологических методов обработки в обеспечении герметичности металлических соединений;

2) отсутствуют зависимости, определяющие влияние условий обработки поверхностей сопряжения на герметичность соединения;

3) существующие в литературе отдельные данные по технологическому обеспечению герметичности металлических соединений несопоставимы, так как использовались различные методики при проведении экспериментов. Во второй главе изложена общая методика проводимых исследований:

приводятся основные методы описания процесса образования плотного стыка и расчет утечек через него.

Представлена общая схема разработанного нормализованного метода определения влияния технологии на герметизирующую способность неподвижных соединений (рис. 1).

Описываются разработанные формы контактирующих поверхностей и схемы контакта (рис. 2), которые соответствуют реальным соединениям; конструкции образцов; экспериментальная установка (рис. 3), позволяющая полностью реализовывать нормализованный метод.

Рис. 1. Структурная схема метода нормализованного определения влияния технологии на герметизирующую способность неподвижных соединений

Приведен ориентировочный расчет минимальной и максимальной нагрузки (табл. 1), которая прикладывается к образцам. Нагрузка определена по зависимостям контактного давления от нагрузки и геометрической площади контакта. Для соединений с линейным контактом расчетные зависимости получены путем преобразования формул Герца по определению контактного

давления цилиндрических тел с радиусами Г1 и г2, в частности с г2=оо (контакт с плоскостью). Обосновываются ограничения установки по возможностям создания нормальной нагрузки на контактирующие поверхности соединения, откачки объема, образуемого соединением. Описываются математический аппарат, используемый при планировании эксперимента и анализе получаемых данных, средства, используемые при определении микрогеометрических параметров исследуемых поверхностей.

Рис. 2. Формы контактирующих поверхностей и схемы их контакта а - плоская поверхность; б, г, д - конусная поверхность; в, е - торовая (сферическая) поверхность; 1 - контакт «плоскость-плоскость»; 2 - контакт «плоскость-конус»; 3 - контакт «плоскость-тор»; 4 - контакт «конус-конус»; 5 - контакт «конус-сфера».

Таблица 1

Расчетные уравнения нагрузок для определения герметичности неподвижного соединения

Контакт Минимальная нагрузка Н Максимальная нагрузка Ытв, Н Лк/А

Плоскость с плоскостью °тИт А °Втт-А ё? 4

Плоскость с •вину •зипр

конусом 0,02 Епр 0,02 Ещ,

Плоскость с аттт2'я"(1к- Я Овтт2-*'^- Я

тором 0,02 -Епр 0,02 Епр

Конус со •эта 2 °втт яЧс-К •эта ёг+гЯ-вша

сферой 0,02-Епр 0,02-Епр

Конус с •вта Ов-тЛя^К-К •эта <12

конусом 0,02-Епр 0,02-Епр

Щ-

¡к-• ■

ч О

ООО

¥

"•аве*»1»

Рис. 3. Установка нормализованного метода определения влияния технологии на герметизирующую способность неподвижных соединений

Третья глава посвящена выводу теоретических зависимостей величины утечки (натекания) от качества поверхностного слоя герметизирующих соединений, определению возможностей методов обработки и теоретическому установлению взаимосвязи герметичности с условиями обработки.

Систему микрокапилляров, образованных в контакте в результате приложения герметизирующей нагрузки, представили в виде пористого слоя. Геометрические параметры неровностей контактирующей поверхности определялись с помощью профильной оценки. Толщину пористого слоя принимали с учетом шероховатости, волнистости и макроотклонения поверхности.

Определяя коэффициент проницаемости, приняли допущение. Оно заключается в том, что объем металла в пористом слое обусловлен разностью между общим объемом пористого слоя и объемом пор в рассматриваемом пористом слое. В результате преобразований при подстановке коэффициента проницаемости в выражение расчета утечки по методу теорий фильтрационного потока через пористое тело ввели безразмерный коэффициент, характеризующий плотность контакта. На основании изложенных рассуждений получили зависимость утечки через пористое тело. Рассмотрев влияние режимов течения различных сред и приняв допущение о границах их изменения, получили расчетные значения утечки для жидких сред и газовых сред.

Для жидких сред утечка (мм3/с), рассчитывается по выражению

О я • dK - Ар • U • [(Hmax+ Wz + Rz)-yKf 12-Ц-/

где Др - перепад давления, вызывающий движение среды, МПа; dK> ^ - размеры контакта, мм; ц - коэффициент динамической вязкости среды, характеризующий скорость движения среды, МПа-с; Нтах - макроотклонение (погрешность формы), мм; Wz - средняя высота волн, мм; Rz - средняя высота неровностей поверхности, мм; ук - нормальное контактное сближение поверхности, мм.

Для газов, находящихся под действием давления больше 0,1 МПа (ламинарный режим течения), утечка (г/с), определяется выражением:

О _ * • ¿к • М ■ (р? - Р2 )• [(Нmax+ Wz + Rz)- укf yJ 0,024 • ц • f - R • Т

где М - молекулярная масса герметизируемого вещества; R - газовая постоянная; Т - температура газа.

Для газов, находящихся под действием давления меньше 0,1 МПа, (молекулярный режим течения), натекание (мм3-МПа/с), определяется выражением:

Полученные зависимости позволяют оценивать герметизирующую способность как одной поверхности, так и контакта двух поверхностей.

Далее описан способ, позволяющий определить возможность метода обработки поверхности в получении герметичности. Данный способ опирается на имеющиеся данные по возможностям методов обработки в обеспечении параметров поверхностного слоя плоских и цилиндрических (наружных и внутренних) поверхностей деталей машин. Подстановкой табличных значений параметров неровностей поверхности в полученные зависимости определяются возможности методов обработки в обеспечении герметичности.

Для того чтобы оценивать возможности методов обработки любого соединения, имеющего свою конструкцию, размеры и эксплуатационные характеристики, предлагается следующее:

1) сведение всех трех полученных зависимостей (1-3) к одной эквивалентной;

2) выделение расчетных и выбираемых из таблиц значений.

В результате получена следующая эквивалентная зависимость:

где составляющая В характеризует эксплутационные условия; С - высоту пористого слоя до приложения нагрузки, О - нормальное контактное сближение без учета геометрии контакта и нагрузки (при наличии в соединении взаимного смещения герметизирующих поверхностей вместо О принимается О'), р учитывает геометрию контакта и нагрузку, в характеризует влияние на герметичность плотности контакта.

Табличные составляющие определяются, следующим образом:

(¿т^В^С-Ъ ?)* О,

(4)

(5)

(6)

н ' — - \ . .

V я-М

С = Н шах+ \Уг + Иг мм

Вга = 0,042 • 106 • Г'К'Т • Др • и, мм-МПа/с

я-М

(7)

,мм

(8)

0,4 ■ я • Яг • Wz • Ншах

■ Нцо • Бш, мм/МПа (9)

О' = Б • (2 • л/1+7* -1), мм/МПа

Рассчитываемые составляющие:

И

Ож=Ог=^-К' (12)

К'

Оп^у.мм"' (13)

В данной главе также рассмотрены существующие теоретические зависимости взаимосвязи качества поверхностных слоев с методами и условиями их обработки. При их подстановке в полученные зависимости (1-3) -герметичности от качества поверхностного слоя - выявляются теоретические взаимосвязи герметичности с условиями обработки.

В четвертой главе излагаются результаты исследований. Экспериментально подтверждена полученная теоретическая зависимость натекания от качества поверхностного слоя. Получены эмпирические зависимости величины натекания с условиями обработки для методов обработки: торцовое точение, обтачивание, растачивание, например для коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т при точении получена следующая зависимость:

1,95 Ю-5

£0,04 _ у0,«0 ^0,12 ' ч'Т)

где Б - подача на оборот (0,05...0,3 мм/об), V - скорость резания (100... 150 м/мин), I - глубина резания (0,1 ...0,3 мм).

Таким же образом были получены эмпирические зависимости параметров качества поверхностного слоя с условиями обработки. Эти зависимости предназначены для накопления базы данных существующих зависимостей, а так же расчета герметичности соединения, путем подстановки в полученные уравнения величины утечки (натекания), которая, в свою очередь, определяется параметрами качества поверхностного слоя.

В пятой главе рассмотрена реализация результатов исследований на реальном соединение при одно- и двухступенчатом методах технологического обеспечения герметичности.

При обеспечении требуемой герметичности С) (мм3 МПа/с) свыше 10"4 трубопроводного соединения с шаровым ниппелем по ГОСТ 24485-80 (рис. 4) на предприятиях приняты следующие методы обработки герметизирующих поверхностей: растачивание, обтачивание, шлифование и притирка.

Результаты исследований позволили определить оптимальные методы и условия обработки сопрягаемых поверхностей данного соединения: внутренняя коническая поверхность - растачивание (подача 8=0,1 мм/об, скорость резания У=100 м/мин, глубина резания 1=0,8 мм), наружная сферическая поверхность -точение (подача 8=0,1 мм/об, скорость резания У=100 м/мин, глубина резания 1=0,34 мм).

Это дает возможность снизить себестоимость изготовления соединения как минимум на 66%.

Рис. 4. Трубопроводное соединение по ГОСТ 24485-80; штуцер по ГОСТ 21856-78; ниппель по ГОСТ 23355-78

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В работе решена актуальная научно-техническая задача технологического обеспечения герметичности соединений за счет условий обработки.

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты и сделать выводы:

1. Теоретически и экспериментально установлена взаимосвязь герметизирующей способности поверхностей соединения с условиями их обработки.

2. Разработан нормализованный метод определения влияния технологии на герметизирующую способность поверхностей деталей, обработанных различными методами.

3. Создана экспериментальная установка, позволяющая реализовывать нормализованный метод по установлению влияния условий обработки поверхности детали на ее герметизирующую способность.

4. Определены возможности технологических методов обработки в обеспечении герметичности различных конструкций соединений.

5. Полученные теоретические и эмпирические зависимости герметичности металлических неподвижных соединений от технологических методов обработки контактирующих поверхностей позволят научно обоснованно назначать методы их обработки для обеспечения герметичности.

6. При лезвийных методах обработки в большинстве случаев увеличение скорости резания и глубины резания приводит к увеличению герметичности, а увеличение подачи к ее уменьшению.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ерёменкова И.В. Влияние параметров поверхностного слоя на расход рабочей среды через стык контактирующих поверхностей//57-я студенческая научно-техническая конференция. - Брянск: БГТУ, 2002. - С.20-23.

2. Ерёменкова И.В. Обеспечение герметичности разъемных неподвижных соединений, применяемых для изоляции агрессивных сред// Молодежная

научно-техническая конференция вузов приграничных регионов славянских государств. - Брянск; 2002. - С.105-106.

3. Ерёменкова И.В. Влияние качества поверхностей на герметизирующую способность разъемных неподвижных соединений с линейным контактом типа «металл-метапл»//56-я научная конференция преподавательского состава. — Брянск; 2002. - С.68-69.

4. Ерёменкова И.В. Нормализованный метод определения герметичности неподвижных разъемных соединений//Международная научно-техническая конференция «Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение». - Брянск;2003. - С.73-75.

5. Ерёменкова И.В. Достижение нормативного уровня качества герметизирующих металлических неподвижных разъемных соединений// Международная научно-техническая конференция «Менеджмент качества продукции и услуг». - Брянск: БГТУ, 2004. - С.136-137.

6. Ерёменкова И.В. Определение массопереноса герметизируемой среды с различными физико-молекулярными состояниями через зону контакта металлических соединений//57-я научная конференция преподавательского состава. - Брянск: БГТУ, 2004. - С.96-97.

7. Ерёменкова И.В. Исследование герметизирующей способности контактирующих поверхностей металлических соединений, обработанных различными технологическими методами //5-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла». - Брянск: БГТУ, 2005. - С.67-69.

Ерёменкова Ирина Викторовна

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ НЕПОДВИЖНЫХ РАЗЪЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 22.11.05.

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Офсетная печать. Печ. л. 0,81. Уч - изд. л. 0,81. Т. 100 экз. Заказ 643 Бесплатно.

Брянский государственный технический университет 241035, г. Брянск, бульвар 50летия Октября, 7, тел. 54-90-49 Лаборатория оперативной типографии БГТУ, ул. Институтская, 16.

í

? 4

Р 246 1 1

РНБ Русский фонд

2006-4 25691

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ.

1.1. Герметичность.

1.2. Методы определения и контроля герметичности.

1.3. Технологическое обеспечение герметичности.

Выводы.

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методика теоретических исследований.

2.2. Методика экспериментальных исследований.

2.2.1. Нормализованный метод определения влияния технологии на герметичность неподвижных соединений.

2.2.2. Математический аппарат, используемый при проведении экспериментов.

2.2.3. Методы и средства, используемые для определения микрогеометрических параметров образцов.

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЗАИМОСВЯЗИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ С КАЧЕСТВОМ ПОВЕРХНОСТНОГО

СЛОЯ СОЕДИНЕНИЙ И УСЛОВИЯМИ ИХ ОБРАБОТКИ.

3.1. Установление взаимосвязи герметичности с качеством поверхностного слоя сопрягаемых деталей.

3.2. Определение возможностей методов обработки в обеспечении герметичности.

3.3. Установление взаимосвязи герметичности с условиями обработки поверхностей сопряжения.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Расчет параметров, используемых при проведении и анализе результатов эксперимента.

4.2. Полученные эмпирические зависимости величины утечки (натекания) с условиями обработки.

4.3. Сравнение значения утечки (натекания), полученного расчетным методом по теоретическим зависимостям, со значением, полученным в ходе эксперимента.

4.4. Полученные эмпирические зависимости качества поверхностного слоя герметизирующих соединений из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т с условиями их обработки.

Глава 5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В

ТЕХНОЛОГИИ РЕАЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ.

5.1. Исходные данные.

5.2. Решение задачи двухступенчатым методом.

5.3. Решение задачи одноступенчатым методом.

5.4. Экономический эффект от использования результатов исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВВЫВОДЫ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Практически во всех отраслях техники, где необходимо разделение сред с различными свойствами и (или) параметрами, встает проблема герметизации. Обеспечение требуемого уровня герметичности усложняется из-за влияния большого числа внешних факторов. Гидро- и пневмосистемы станков, машин, технологических установок, силовых приводов работают в сложных условиях. В широком диапазоне могут изменяться температура и давление герметизируемой среды. В некоторых условиях работы утяжеляются из-за химической агрессивности применяемых сред (кислот, щелочей и т.д.). В большинстве соединений абсолютной герметичности добиться практически невозможно. Даже в таких системах, как космический корабль или скафандр космонавта, допускается определенный уровень негерметичности. В некоторых системах требуется и должна быть обеспечена очень высокая степень герметичности. С развитием техники повышаются требования к устройствам, обеспечивающим надежную герметичность [4, 89, 95]. По данным [52], при эксплуатации, например, гидравлических систем самолетов число отказов, связанных с потерей герметичности, составляет 2/3 всех отказов. Около 60% выхода из строя узлов ракетных двигателей также связанно с уплотнительными соединениями.

Обеспечение герметичности сложилось в обособленную науку, имеющую собственные методологии и инструменты. Основные задачи и методы решения которой изложены в работах, ставших классическими монографиями и справочниками, Г.А. Голубева, А.В. Чичинадзе, JI.A. Кондакова, Г.В. Макарова, Х.Х. Вахтера, Э. Майера, Р.Х. Уоринга. Многие из них требуют анализа и переосмысления с учетом тенденции современной техники, новейших достижений физических, химических и других наук.

В настоящее время, на производстве, распространена реализация двухступенчатого решения задачи обеспечения практически всех эксплуатационных свойств деталей машин. На первом этапе решение этой задачи заключается в определении конструктором размеров, применяемых материалов, качества обрабатываемых поверхностей. А на втором этапе технолог назначает методы и режимы обработки, обеспечивающие установленные конструктором параметры изделия. В связи с непрерывным повышением требований, вызванных увеличением диапазонов рабочих параметров, усложнением технологических процессов, предъявляются все более жесткие требования к качеству, надежности продукции, выпускаемой машиностроительными предприятиями. В сложившихся рыночных отношениях немаловажную роль играет конкурентоспособность продукции и сроки ее поступления на рынок, что приводит к необходимости сокращения времени проектирования и изготовления. В результате вышеизложенных тенденций развития производства находит свое место и одноступенчатое решение задачи технологического обеспечения эксплуатационных свойств выпускаемой продукции.

Поэтому, технологическое обеспечение герметичности металлических соединений является АКТУАЛЬНОЙ ЗАДАЧЕЙ.

Решение данной задачи осуществляется двумя путями. Первый путь заключается в определении параметров поверхностного слоя сопрягаемых деталей, обеспечивающих заданное значение герметичности, а затем выборе методов и условий обработки, обеспечивающих заданные параметры поверхности (двухступенчатый метод). Второй путь заключается в выборе метода и условий обработки, обеспечивающих заданное значение герметичности (одноступенчатый метод). Оба метода позволяют обеспечивать герметичность в заданных пределах ее изменения на стадии конструкторско-технологической подготовки производства.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является технологическое обеспечение требуемой герметичности неподвижных разъемных металлических соединений за счет условий обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач. 1. Разработать нормализованный метод определения влияния технологи на неподвижных соединений.

2. Спроектировать и изготовить установку для оценки герметичности соединений.

3. Провести теоретические и экспериментальные исследования.

3.1. Установить взаимосвязь величины утечки (натекания) с качеством поверхностного слоя герметизирующих соединений.

3.2. Определить возможности методов обработки герметизирующих поверхностей в обеспечении качества поверхностного слоя, которое необходимо для достижения требуемой величины утечки (натекания).

3.3. Установить взаимосвязь величины утечки (натекания) с условиями обработки герметизирующих поверхностей.

3.4. Определить возможности методов обработки в обеспечении требуемой величины утечки (натекания).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

При выполнении работы использовались научные основы технологии машиностроения и уплотнительной техники, теория контактирования твердых тел, механика жидкости и газа. Эксперименты проводились с применением метода планирования экспериментальных исследований и созданного нормализованного метода определения влияния технологии на герметичность соединения.

Часть работы выполнялась при финансовой поддержке в форме гранта Федерального агентства по образованию (НИР - грант "Создание автоматизированной системы нормализованного определения герметичности неподвижных соединений", номер государственной регистрации № 0120.0 507134); и гранта Президента Российской Федерации, № 40.300.21.0716-НШ от 09.04.2003г. для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ Российской Федерации.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Реализация двухступенчатого метода (конструкторского и технологического) обеспечения герметичности неподвижных разъемных металлических соединений.

2. Реализация одноступенчатого метода технологического обеспечения непосредственно герметичности неподвижных разъемных металлических соединений.

3. Нормализованный метод определения влияния технологии на герметичность неподвижных соединений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Получены теоретические зависимости утечки (натекания) герметизирующих металлических соединений от условий обработки контактирующих поверхностей деталей.

2. Впервые реализовано одноступенчатое технологическое обеспечение непосредственно герметичности неподвижных разъемных металлических соединений.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ подтверждается результатами экспериментальных исследований, также расчетами и определением герметичности реального соединения. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ.

1. Разработан нормализованный метод определения влияния технологии на герметизирующую способность неподвижных соединений.

2. Установлены возможности методов обработки в обеспечении герметичности соединений.

3. Разработана методика технологического обеспечения герметичности неподвижных разъемных металлических соединений на стадии технологической подготовки производства.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава БГТУ в 2002, 2005 гг.; научно-технической конференции вузов приграничных регионов славянских государств, Брянск, 2002 г.; на Международной научно-технической конференции «Контактная жесткость.

Износостойкость. Технологическое обеспечение», Брянск, 2003 г.; на 5-й Международной научно-технической интернет-конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения "Technology-2004", Орел, 2004 г.; на Международной научно-технической конференции "Менеджмент качества продукции и услуг", Брянск, 2004 г.; на 5-й Международной научно-технической конференции «Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла», Брянск, 2005 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме работы опубликовано 7 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, библиографического списка и приложений, содержит 150 страниц печатного текста, 21 рисунок и 35 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача технологического обеспечения герметичности соединений за счет условий обработки.

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты и сделать выводы:

1. Теоретически и экспериментально установлена взаимосвязь герметизирующей способности поверхностей соединения с условиями их обработки.

2. Разработан нормализованный метод определения влияния технологии на герметизирующую способность поверхностей деталей, обработанных различными методами.

3. Создана экспериментальная установка, позволяющая реализовывать нормализованный метод по установлению влияния условий обработки поверхности детали на ее герметизирующую способность.

4. Определены возможности технологических методов обработки в обеспечении герметичности различных конструкций соединений.

5. Полученные теоретические и эмпирические зависимости герметичности металлических неподвижных соединений от технологических методов обработки контактирующих поверхностей позволят научно обоснованно назначать методы их обработки для обеспечения герметичности.

6. При лезвийных методах обработки в большинстве случаев увеличение скорости резания и глубины резания приводит к увеличению герметичности, а увеличение подачи к ее уменьшению.

1. Аврущенко Б.Х. Резиновые уплотнения Ленинград: Химия, 1978.- 134с.

2. Алексеев В.М. Основы расчета неподвижных соединений на герметичность// Контактное взаимодействие твердых тел. Калинин: КГУ, 1984.- 42с.

3. Алексеев В.М., Покусаев B.C. Расчет металлических уплотнений на герметичность при высоких контактных давлениях/Фрикционный контакт деталей машин Калинин: КТУ, 1984. С. 17-29.

4. Аэров А.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работ аппаратов со стационарным и кипящем зернистом слое Ленинград: Химия, 1968.- 509с.

5. Бабкин В.Т., Зайченко А.А., Александров В.В. и др. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем М.: Машиностроение, 1977.- 173с.

6. Балла Т.М. Машиностроительная гидравлика М.: Машиностроение, 1971.- 276с.

7. Билик Ш.М. Макрогеометрия деталей машин М.: Машгиз, 1962.- 274с.

8. Бударин Л.И., Касаев К.С., Наумов В.Н. Химические методы испытания изделий на герметичность Киев: Наукова думка, 1991.- 201с.

9. ВНИИТЭМР. Овандер В.Б. Высоконадежные методы и средства герметизации гидро-пневмосмазочных систем в станкостроении М.: ВНИИТЭМР, 1986.-62с.

10. Гельфанд М.Л., Циценюк Я.И., Кузнецов O.K. Сборка резьбовых соединений. М.: Машиностроение, 1978.- 105с.

11. Голуб В.М. Повышение износостойкости и герметичности контактных колец пар трения торцовых уплотнений/Автореф. канд. тех. наук Гомель: ГНУ «Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого», 2000.- 22с.

12. ГОСТ 24485-80. Соединения трубопроводов резьбовые с шаровымниппелем.

13. Гурьевич Д.Ф. Основы расчета трубопроводной арматуры: 2-е изд. прераб. и допол. М.: Машиностроение, 1962.- 410с.

14. Данилин Б.С., Минайчев В.Е. Основы конструирования вакуумных систем -М.: Энергия, 1971.- 390с.

15. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей М.:1. Наука, 1970.- 227с.

16. Демкин Н.Б. Расход газа через стык контактирующих поверхностей/Известия Вузов М.: Машиностроение, 1976. - №6.-С.40-41

17. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин -М: Машиностроение, 1981.- 243с.

18. Деревяпш С.И. Исследование и разработка методов технологического обеспечения точности прецизионных соединений при их герметизации/Автореф. канд. тех. наук-М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1989.- 16с.

19. Динамика и прочность машин: Респ. маждувед. науч. тех. сб Вып. 37/Отв. ред. Богомолов С.И. Харьков: Харьк. гос. унив., 1983.- 120с.

20. Долгин Б.Р. Технологическое обеспечение герметичности уплотнений упругими металлическими кольцами при шлифовании их торцовых поверхностей/Диссертация, канд. тех. наук Новосибирск: НЭТИ, 1985.- 185с.

21. Допуски и посадки: Справ.: В 2-х т./Под ред. В.Д. Мягков, М.А. Палей: Машиностроение, 1982.- 543с.

22. Дроботов Ю.Б., Грешинков В.А., Бачегов В.Н. Акустические контакты течеискания-М.: Машиностроение, 1989.- 120с.

23. Ереско С.П. Математическое моделирование автоматизация проектирования и конструирование уплотнений подвижных соединений механических систем -Москва: Институт автоматизации проектирования, 2003.- 155с.

24. Ереско С.П. Модель базы данных конструктора уплотнительной техники/ С.П. Ереско, М.А. Незнамов/ Студент, наука и цивилизация: Сб. докл. Краевой научно-технической конференции, Красноярск: ФНТИ и ТМД, 1995.- С.91-92

25. Зайцев А.Г. Теория резания металлов: Учеб. пособ. для вузов. 4.2: Основы системологии процессов резания Воронеж: ВГУ, 1990.- 175с.

26. Заплетохин В.А. Конструирование соединений деталей в приборостроении: Справочник JL: Машиностроение, 1985.- 223с.

27. Запуный А.И., Фельдман Л.С., Рогаль В.Ф. Контроль герметичности конструкций Киев: Техшка, 1976.- 150с.

28. Захаров А.Е. Установление возможностей механических методов обработки в обеспечении контактной жесткости цилиндрических деталей с использованием разработанной автоматизированной системы научных исследований. Афтореф. к.т.н. Брянск, 2002, БГТУ -18с.

29. Ильин Н.Н., Николаев В.А. и др. Технология изготовления, сборкии испытаний уплотнительных устройств в автомобиле строения М.: МАИ, 1984.- 109с.

30. Ильин Н.Н., Николаев В.А., Суслов А.Г. Расчет герметичности разъемных неподвижных соединений пневмогидросистем/Вестник машиностроения М.: Машиностроение, 1985, №3. С.26-28.

31. Имбрицкий М.И. Краткий справочник по трубопроводам и арматуре: 2-е изд. перераб. и допол. М.: Энергия, 1969.- 352с.

32. Кармугин Б.В., Стратиневский Г.Г., Мендельсон Д.А. Клапанные уплотнения пневмо-гидроагрегатов М.: Машиностроение, 1983.- 151с.

33. Качество машин: Справ.: В 2-х т./Под ред. А.Г. Суслова М.: Машиностроение, Т.1, - 1995.- 253с.

34. Киреенко В.И., Шимановский В.М., Коршунов Д.А., Смирнов Ю.В. Висячие трубопроводные переходы Киев: Бущвельник, 1968.- 160с.

35. Киселев М.Г., Есьман Г.А., Филионова М.И., Самойлова М.С. Точность механической обработки, методы ее обеспечения, оценки и управления -Минск: УП «Технопринт», 2002.- 100с.

36. Коленко Е.А. Технология лабораторного эксперимента: Справ. Санкт-Петербург: Политехника, 1994.- 750с.

37. Кондаков JI.A. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем -М.: Машиностроение, 1982.- 215с.

38. Кононенко А.П., Голубов Ю.Н. Уплотнительные устройства машин и машиностроительного оборудования М.: Машиностроение, 1984.- 102с.

39. Королев Б.И. и др. Основы вакуумной техники М.: Энергия, 1975.- 414с.

40. Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. Герметизация. Уплотнения/Справочник «Инженерный журнал» М.: Машиностроение, 1999, №11/32. С. 18-26.

41. Краткий справочник нестандартного оборудования: В 2-х т./Под ред. В.И. Бакуменко М.: Машиностроение, Т.2, - 1997.- 526с.

42. Кузнецов Ю.И. Оснастка для станков с ЧПУ: Справ. М.: Машиностроение, 1983.-359с.

43. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики М.: МЭИ, 2000.- 386с.

44. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: 3-е изд. перераб. и доп. М.: Наука, 1970.- 904с.

45. Лоповок Г.С. Волнистость поверхности и ее измерение М.:1. Металлургия, 1983.- 184с.

46. Лыков А.В. Тепломассообмен: 2-е изд. перераб. и допол. М.: Энергия, 1978.- 478с.

47. Майэр Э. Торцовые уплотнения: Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1978.- 287с.

48. Марочник сталей и сплавов/Под ред. В.Г. Сорокина М.: Машиностроение, 1989.- 640с.

49. Метод определения нормальной контактной жесткости неподвижных стыков. Методические рекомендации. М: ВНИИМАШ, 1982. -18с.

50. Мостальгин Г.П., Толмачевский Н.Н. Технология машиностроения М.: Машиностроение, 1990.- 287с.

51. Набокин П.В. Повышение эффективности технологии сборки торцовых уплотнений вращающихся валов на основе вероятностей компенсации погрешностей взаимного расположения деталей/Автореф. канд. тех. наук -Саратов: СГТУ, 2002.- 15с.

52. Никитин Г.А. Щелевые и лабиринтные уплотнения гидроагрегатов М.: Машиностроение, 1982.- 135с.

53. Обработка металлов резанием: Справ./Под ред. А.А. Панова М.: Машиностроение, 1988.- 736с.

54. Общемашиностроительные нормативы времени на обслуживание рабочего места и подготовки заключительного времени для технологического нормирования станочных работ. Мелкосерийное и единичное производство -М.: Машиностроение, 1965.- 158с.

55. Огар П.М. Контактные характеристики и герметичность неподвижных стыков пневмогидротопливных систем двигателей летательных аппаратов/Автореф. докт. тех. наук Самара: СГТУ, 1997.- 39с.

56. Одинцов Л.Г. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием -М.: Машиностроение, 1981,- 160с.

57. Основы теории и проектирования уплотнений пневмогидроаппаратуры летательных аппаратов: Учеб. пособие/Под ред. A.M. Долотов, П.М. Огар, Д.Е. Чегодаев М.: МАИ, 2000.- 296с.

58. Палей М.А. , Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки/ Справ, в 2х томах -Ленинград: Политехника 1т. 1991. -576с.

59. Пикунов М.В., Десепри А.И. Металловедение М.: Металлургия, 1980. - С.255

60. Пинчук Л.С. Герметология Минск: Навука i тэхшка, 1992.- 216с.

61. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение машиностроительных материалов: Справочник 2-е изд. перераб. и допол. - М.: Машиностроение, 1994.- 496с.

62. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем М.: Машиностроение, 1977.- 423с.

63. Проблемы современной уплотнительной техники//Сборник докладов Второй международной конференции/Под ред. В.Н. Прокофьева и JI.A. Кондакова М.: Мир, 1967.- 482с.

64. Продан В.Д. Техника герметизация разъемных неподвижных соединение -М: Машиностроение, 1991.- 160с.

65. Пуричамиашвили Ш.А. Влияние взаимного расположения следов механической обработки на перемещения в контакте соединений узлов машин/Автореф. канд. тех. наук Тбилиси: ГТУ, 1992.- 25с.

66. Режимы резания металлов: Справ.: 3-е изд. прераб. и допол./Под ред. Ю.В. Барановского М.: Машиностроение, 1972.- 407с.

67. Резание и инструмент:Респ. межвед. науч. -техн. сб. Вып.34/Отв. ред. П.Р. Родин Харьков: Вища школа, 1995.- 153с.

68. Рид Р., Дж. Праусниц, Т. Шервуд Свойства газов и жидкостей: 3-е изд. перераб. и доп. JL: Химия, 1982.- 591с.

69. Рыжов Э.В., Горленко А.О. Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами поверхностей -Тула: Тульский политехнический институт, 1980.- 96с.

70. Рыжов Э.В., Колесников Ю.В., Суслов А.Г. Контактирование твердых тел при статических и динамических нагрузках Киев: Наукова думка, 1982.-168с.

71. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин-М.: Машиностроение, 1979.- 173с.

72. Сейнов С.В. Трубопроводная арматура исследования. Производство. Ремонт М.: Машиностроение, 2002. -392с.

73. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т./Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова М.: Машиностроение, Т.1, - 1985.- 655с.; Т.2, - 1986.- 450с.

74. Справочник конструтора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 1: 5-е изд. перераб. и допол./Под ред. В.И. Анурьева, М.: Машиностроение, 1978.- 728с.

75. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т.: 5-е изд. прераб. и допол./Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова, А.Г. Суслова М.: Машиностроение, - Т.1. - 2001.- 910с.; Т.2. - 2001.- 944с.

76. Старков В.К. Дислокационные представления о резании металлов М.: Машиностроение, 1979.- 158с.

77. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин М.: Машиностроение, 1988.- 160с.

78. Суслов А.Г. Выбор, назначение и технологическое обеспечение параметров шероховатости поверхностей деталей машин Брянск: БГТУ, 1983.- 83с.

79. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин — М.: Машиностроение, 2000.- 317с.

80. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение контактной жесткости соединений М.: Наука, 1977.- 100с.

81. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей М.: Машиностроение, 1987.- 203с.

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

83. Суслов А.Г., Горленко О.А. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин М.: Машиностроение - 1, 2003.- 302с.

84. Технологическая диагностика гидравлических приводов/Под ред. Т.М. Башта- М.: Машиностроение, 1989.- 263с.

85. Технология изготовления деталей машин. T.III 3/А.М. Дальский, А.Г. Суслов, Ю.Ф. Назаров и др.; Под общ. ред. А.Г. Суслова. 2000. -840с.

86. Тихомиров В.П., Горленко О.А. Критерий герметичности плоских сопряжений/Ярение и износ. 1989. Т.10 №2. С.214-218

87. Трение изнашивание и смазка: Справ.: В 2-х т./Под ред. И.В. Крагельского- М.: Машиностроение, Т.1. 1978.- 400с.

88. Трибология и надежность машин. М.: Наука, 1990.- 144с.

89. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины: 4-е изд. перераб. и допол. Харьков: Харьковский университет, 1970.- 394с.

90. Уплотнения и уплотнительная техника: Справ.: 3-е изд. перераб. и допол./Подред. А.И. Голубева и JI.A. Кондакова, М.: Машиностроение, 1986.- 463с.

91. Федосьев В.И. Сопротивление материалов М.: Наука, 1979.- 559с.

92. Фельдман Э.Б, Румянцев О.В., Уйк Г.К. Исследование механизма работы двойного конического затвора сосудов высокого давления//Хим. и нефт. машиностроение. 1986. №7. С.26-30.

93. Хан ФузаильУрРахманов Повышение эффективности сборки прессовых соединений путем применения ультразвука/Автореф. канд. тех. наук Самара: СГТУ, 2002.- 19с.

94. Хильченко В.В., Ситников А.Е., Ананьевский В.А. Надежность трубопроводной пневмогидроарматуры. М.: Машиностроение, 1989.- 208с.

95. Чернин И.М. и др. Расчеты деталей машин: Справ.: 2-е изд. перераб. и допол. Минск: Вышэйшая школа, 1978.- 470с.

96. Шайдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. -М.:Гостоптехиздат, I960.- 250с.

97. Шатинский В.Ф., Гойхман М.С., Горлинский Р.Н. Иследование герметичности металлических уплотнений арматуры для жидких и газообразных сред// Химическое и нефтяное машностроение. 1975. №8. С. 33-34.

98. Экслер Э.И. О работе контактного металлического уплотнения//Химическое и нефтяное машиностроение. 1976. №2. С.5-8.

99. Якимов А.В. Абразивно-алмазнная обработка фасонных поверхностей ~ М.: Машиностроение, 1984.- 312с.

100. Claser /h. Eine Methode der naherungsweisen Bevechung der Dichtungskennwerte fur Metalldichtungen der HD-Nechnik anhand mechanischer Evasatzmodelle. 4 Int. Dichtungstag.

101. Demkin N.B., Izmailov V.V. Plastik contact under high norma pressure// Wear, jll.31, 1985, p. 391-402.

102. Брянский государственный технический университет