автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Теоретические и технологические основы высокоинтенсивной комбинированной обработки деталей

О

' БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК 621.9:621.8:621.7+536.75

ХЕЙФЕЦ Михаил Львович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ <.

05.03.01 - Процессы механической и

физико-технической обработки, станки и инструмент 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск 1997

Работа выполнена b Полоцком государственном университете

Научные консультанты:

Официальные оппоненты:

- академик HAH Беларуси , доктор технических наук, профессор ПИ. Ящерицы» (Президиум HAH Беларуси)

- доктор технических наук, профессор Ф.И. Пантелеенко (Полоцкий государственный университет)

- доктор технических наук, профессор М.Г. Киселев, (Белорусская государственная политехническая академия)

- доктор технических наук, профессор В.И. Ходырев,

(Могилевский машиностроительный институт)

- доктор технических наук, профессор З.П. Шульмаи.

(Институт тепло-и массообмена HAH Беларуси)

Оппонирующая

организация: — Научно-нсследовательский институт порошковой

металлургии с опытным производством Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой металлургии.

1997 г. в 1400 часов На

Защита диссертации состоится заседании совета по защите диссертаций Д 02.05.03 государственной политехнической академии по адресу: 220027. пр. Ф. Скорины, 65, корп. 1, ауд. 202.

в Белорусской

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан ¿>'-^'^--'-¿1997 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций Д 02.05.03, канд. технических наук, доцент

В.И. Клспзонич

©Хейфец М.Л., 1997

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Современные требования к деталям машин таковы, что традиционные методы обработки часто не позволяют эффективно получать необходимые значения параметров качества поверхностей. В результате все шире применяются высокоинтенсивные методы, в основу которых положено использование концентрированных источников энергии и вещества (плазменных и электродуговых, ионных и электронных), формообразующих инструментов (режущих и деформирующих) и их различных сочетаний . в процессах комбинированной обработки.

При высокоинтенсивной комбинированной обработке поверхностный слой детали поглощает в короткое время значительное количество энергии, которая аккумулируется в нем, образуя неравновесные диссипативные структуры. Обладающие высокой энергией неустойчивые структуры самопроизвольно стремятся к состоянию с меньшей свободной энергией. С течением времени структуры переходят в более устойчивое состояние термодинамического равновесия, при котором свободная энергия поверхностного слоя минимальна. Аккумулированная структурами В1гутренняя энергия уменьшается, а связанная энергия системы (представляемая произведением температуры на энтропию) возрастает. Происходящие при этом в поверхностном слое процессы наследственности и самоорганизации путем наложения и совместных действий, внесенных и трансформированных потоков энергии и вещества ведут к образованию комплекса структур.

Управление Процессами поглощения энергии и вещества, при послойном прохождении высокоинтенсивных, воздействий, дает возможность создавать требуемые в эксплуатации структуры и "конструировать" поверхностные слои, повышающие прочность и износостойкость Детали. Устойчивость образования структур определяется диффузией компонентов и энергетическим состоянием как самих структур, так и их поверхностей раздела. Поэтому для послойного разграничения свойств Материала детали требуется рассматривать устойчивые при внешних воздействиях поверхности раздела слоев - технологические барьеры.

В результате создается возможность Сквозной оценки и управления Свойствами материала детали на различных структурных уровнях При формировании требуемых значений параметров качества обработки, что определяет необходимость выполнения данной работы и ее актуальность.

Связь с крупными научными программами и темами. Работа Выполнена в соответствии с программой, утвержденной решением Комиссии Президиума Совета Министров Республики Беларусь по вопросам 1<аучпо-технического процесса (протокол № 5 (123) от 1 декабря 1993 г.); проектом "Самоорганизация поверхностных явлений при интенсивной обработке и зкс-

плуатации изделий" (Т96-105), поддержанным Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований; в рамках республиканских научно-технических программ "Матсриал-30" (раздел 2); "Инструмент" (раздел 4.04); "Триботехника" (раздел 2.06); программ фундаментальных исследований "Поверхность", "Машиностроение".

Цель и задачи исследования: создание теоретических и технологических основ интенсификации процессов механической и физико-технической обработки, базирующихся на наследственности и самоорганизации поверхностных явлений при управлении формированием структур и фаз, повышающих прочность и износостойкость деталей машин.

Указанная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработать концепцию повышения качества и производительности поверхностной обработки, заключающуюся в "конструировании" структур и фаз технологическими воздействиями, посредством использования наследственности и самоорганизации поверхностных явлений.

2. Сформировать структуры и фазы, образующие: зону термодеформационного упрочнения при измельчении зерна, повышении плотности покрытия в процессе ротационного резания хромоникелевых наплавок с плазменным электродуговым нагревом; зону диффузии основы легирующими элементами быстрорежущих сталей в процессе электромагнитной наплавки с поверхностным деформированием. Провести: анализ формирования поверхностных, конвекционных течений, создающих ячеистые структуры в процессе электроннолучевого оплавления титановых сплавов с покрытиями; анализ релаксации и диссипации ионных потоков, образующих интерметаллидные фазы в процессе имплантации с осаждением хрома на быстрорежущую сталь.

3.Разработать математическую модель, описывающую структурные изменения и фазовые переходы в процессах термомеханической, физико-химической и лучевой обработки, для определения критериев (Ре, Кс, Мг, Сг, И) формирования структур и фаз поверхностных слоев.

4.Установить закономерности совместных тепловых и деформационных воздействий при формировании геометрических (Яа, Яг, Ятах, Бт, 5 , (р, г*) и физико-механических (НЯС3, НУ, <Х|, оц, О, р*) параметров, обеспечивающих прочность и износостойкость (Б„, со) поверхностным слоям покрытий, для оптимизации (V, V , Б) черновой и чистовой обработки.

5.Определить особенности взаимовлияния термодеформационных и электрофизических процессов, при использовании плазменных и электродуговых ротоков, зависящих от пространственных и временных (Ц т) факторов, свойств инструментальных'и обрабатываемых материалов (X , ц*) для управления об-рашыми связями между I еомётрическими н фтнко-механическими парамет-

рами качества.

6.Выявить механизмы взаимодействия с поверхностью электронных и ионных потоков при изменении структуры зерен и внутреннего строения кристаллов для ограничения интенсивности потоков энергии, определения состава компонентов вещест ва и количества технологических воздействии

7.Создать процессы: ротационного резания с плазменным электродуговым нагревом хромоникелсвых покрытий, электромагнитной наплавки быстрорежущих сталей с поверхностным деформированием, обеспечивающие исключение ряда операции термической и механической обработки и повышение в 1,5. .2 раза износостойкости упрочненных деталей.

Методы исследований. Работа выполнена на основе структурно-энергетического подхода к поверхностным явлениям, физико-химического анализа процессов высокоинтенсивно'й комбинированной обработки и с использованием фундаментальных положений термодинамики, физики твердого тела, механики жидкости и газа, электродинамики, квантовой механики. В работе применялись современные экспериментальные методы изучения поверхностного слоя: оптическая мегаллофафия, рентгеноструктурный, микрорентгеноспек-тралг.ный анализ, растровая электронная микроскопия. Планирование экспериментов, обработка и анализ полученных данных проводились на ЭВМ с использованием методов математической статистики.

Научная новизна полученных результатов:

> обосновано использование для анализа процессов "конструирования" и формирования поверхностных слоев деталей уравнения Гиббса (Ф=(К+П)-С), позволившее установить взаимовлияние последовательных и параллельных воздействий потоками вещества и энергии на обрабатываемую поверхность; это дало возможность создавать структуры и фазы, образующие зоны термоде&ор-мааионного упрочнения, диффузионного и конвективного легирования, ионного модифицирования;

разработана математическая модель, описывающая структурные изменения и фазовые переходы в процессах термомеханнческой, физико-химической и лучевой обработки, которая позволяет по термодинамическим критериям (Ре, Ке, Мг. (¡г, К1) определять последовательность процессов образования структур и фаз при увеличении мощности (Р\\ Ш, д) воздействий;

описаны величиной и положением технологических барьеров услопные' поверхности раздела структур и фаз для послойною формирования физико-ме: анических свойств (НУ, 0|, оц, О, С}) поверхностей, которые обеспечивают им прочность и износостойкость (5Н, г«); технологические барьеры определяют граничные условия процессов механической и физико-технической обработки по глубине поверхностного слоя;

установлена цикличность состояний в процессах формирования структур I фаз поверхностных слоев, обусловленная переходом объемной вязкости тех-(ологической среды через ротационную в динамическую (С, -> ц -» т]); определены типы устойчивости (НУ, ПЦ, НС), позволившие выявить стадии структу-эообразования и виды изнашивания поверхностей в зависимости от интенсивности нагрева и скорости формообразования (I, V) и оптимизировать но термодинамическим критериям (Ре, Яе*, Рг*) термомеханическую обработку;

определены механизмы действия обратных связей между геометрическими (11а, Бт) и физико-механическими (НУ, НКСЭ) параметрами поверхностных слоев - положительной при формировании н отрицательной при упрочнении поверхностей деталей-и обеспечено управление потоками энергии и вещества посредством обратных связей для оптимизации нестабильных показателей процесса (К, О) по парамеграм производительности (V, Б) и качества (5,„ е«) физико-химической обработки;

разработаны методы ограничения мощности и количества воздействий на поверхность путем использования технологических барьеров; методы управления посредством организации обратных связей и методы оптимизации комбинированных воздействий потоками вещества и энергии, позволяющие проектировать высокоэффективные процессы механической и физико-технической обработки.

Практическая значимость полученных результатов заключается в:' • разработанных способах высокоинтенсивной комбинированной обработки деталей при деформировании и резании вращающимся инструментом нагретой поверхности (а с. № 1685610), при резании с нагревом и подачей сма-зочно-охлаждающей технологической' среды ротационным инструментом (а с. № 1717286), при резании нагретой до оплавления поверхности ротационным резцом (а с. № 1748955) и др.;

рекомендациях по выбору потоков энергии и проектированию инструментов и оснастки для повышения производительности комбинированной обработки и качества поверхностного слоя при нанесении покрытий, термообработке, резании и деформировании;

методиках определения технологических барьеров, расчета структурной устойчивости состояний рабочей зоны технологической системы, выявления обратных связей между параметрами процесса, применяемых при проектировании высокоинтенсивной комбинированной обработки деталей;

статистических зависимостях производительности и качества обработки износостойких покрытий, устанавливающих оптимальные режимы ротационного резания с плазменным нагревом, электродуговой наплавки проволоки с упрочняющей ротационной обработкой, электромагнитной наплавки с новерхно-

стным пластическим деформированием, магнитно-абразивного полирования;

рекомендациях по назначению рационального маршрута обработки, обеспечивающего увеличение в 2...3 раза производительности восстановления и повышение в 1,5...2 раза износостойкости поверхностей деталей, упрочненных покрытиями на хромоннкелевой и железной основе.

Результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки студентов машиностроительных специальностей вузов Республики Беларусь.

Экономическая значимость полученных результатов. Годовой экономический эффект от внедрения результатов работы на Вяземском заводе графиковых изделий (НПО "Ссюзуглерод") при ротационном точении электродов в 1990 г. составил б тыс. руб.. Па заводе "Измеритель" г. Повоголоцка (Министерство общего машиностроения СССР) при использовании пакета прикладных программ по проектированию режущего инструмента в 1990 г. - 19 тыс. руб. На Полоцком авторемонтном заводе (НПО "А1ромашремонт") при ротационном резании износостойких покрытий на гильзах цилиндров двигателем, ротационной обработке, совмещенной с наплавкой проволоки при восстановлении распределительных валов,в 1990 г.' И тыс. руб. и при использовании металлорежущих инструментов и штампов, упрочненных ионной имплантацией с осаждением покрытая, в 1995 г. - 624 млн. руб. На Полоцком районном агропромышленном объединении при восстановлении электромагнитной наплавкой с пластическим деформированием поверхностей валов глубинных насосов в 1993 г.-116 млн. руб.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает создание теоретических и технологических основ высокоинтенсивной комбинированной обработки деталей, включающих:

1: Концепцию повышения качества и производительное™ поверхностной обработки, заключающуюся в "конструировании" структур и фаз посредством использования наследственности и самоорганизации поверхностных явлений при последовательных и параллельных воздействиях потоками энергии и вещества. Структуры и фазы формируют зоны термодеформационного упрочнения, диффузионного и конвективного легирования, ионного модифицирования, которые обеспечивают прочность и износостойкость поверхностным слоям.

2. Математическую модель, описывающую структурные изменения и фазовые переходы в процессах термомеханической, физико-химической и лучевой обработки, устанавливающую последовательность формирования структур и фаз при увеличении мощности (14', 111, с]) воздействий, используя термодинамические критерии (Ре, Ие, Мг, Сг, К1).

3. Методики расчета структурной устойчпгости состояний рабочей зоны технологической системы и» изменениям силы фц^'ообрязовянич поверхности,

определения начальных условий процессов формирования поверхностных слоев - величиной потока энергии, граничных условий - величиной и положением технологических барьеров.

4. Циклические зависимости состояний рабочей зоны (НУ, ГИД, НС) в процессах формирования структур и фаз поверхностного слоя от интенсивности нагрева и скорости формообразования (I, V), обусловленные переходом объемной вязкости технологической среды через ротационную в динамическую (С,

И -> П)

5. Обратные связи между геометрическими (Иа, Бгп) и физико-механическими (НУ, Ш1СЭ) параметрами поверхностных слоев - положительные при формировании поверхности, связанные с разрушением материала, и отрицательные при упрочнении, обусловленном структурообразовани-ем в поверхностном слое.

6. Методы ограничения мощности и количества воздействий на поверхность путем использования технологических барьеров; методы управления посредством организации обратных связей и методы оптимизации комбинированных воздействий потоками вещества и энепгии, основанные на анализе наследственности и самоорганизации поверхностных явлений.

7. Маршруты обработки и режимы операций, целесообразные с позиций технологической наследственности и самоорганизации поверхностных явлений: наплавка проволоки с упрочняющей ротационной обработкой или электромагнитная наплавка порошка с поверхностным пластическим деформированием, ротационное резание с плазменным нагревом и (или) алмазное шлифование, магнитно-абразивное полирование.

Личный вклад соискателя. Решена актуальная научно-техническая проблема - сформированы теоретические предпосылки "конструирования" структур и фаз на основании наследственности и самоорганизации поверхностных явлений, позволяющие проецировать процессы высокоинтенсивной комбинированной обработки деталей. При выполнении рабогы соискателем:

• проведены исследования процессов поверхностного пластического деформирования и ротационного упрочняющего резания сталей и сплавов, износостойких покрытий на железной и хромоникелевой основе; механической обработки жаропрочных сплавов, высокопрочных наплавок с электродуговым плазменным нагревом; оплавления нанесенных покрытий и наплавки проволоки с упрочняющим резанием, деформированием и др., что обеспечило создание методов оптимизации комбинированных воздействий;

обработаны результаты экспериментов по плазменному напылению и оплавлению хромоникелевых порошком, электромагнитной наплавке порошков инструментальных сталей и ферропорошков, магнитно-абразивному полпрова-

*

шпо износостойких, высокопрочных покрытий и др., что позволило разработать методы управления обратными связями;

проанализированы экспериментальные данные по электроннолучевому нагреву поверхностей титановых сплавов с гальваническими хромоникелевыми, детонационными па кобальтовой и никелевой связках покрытиями; ионной имплантации с осаждением хрома на поверхности инструментальных сталей, и др., что дало возможность предложить методы ограничения меткости и количества воздействий.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на 64 научно-технических конгрессах, симпозиумах, конференциях и семинарах, в том числе на 29 международных: International simposiiim ott the tribology of friction materials: YAROFRI-91 (Yaroslavl, 199!), Soviet - American conference "New materials and technologies in tribology" (Minsk, 1992), 6-th International congress on tribology: EUROTRIB'93 (Budapest, 1993), Seminar "Nonlinear phenomena in complex systems" (Polotsk, 1993, 1994, Minsk,

1995), "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1994), ' Компьютерные технологии в промышленности" (Киев, 1994), "Отделочно-упрочняющая технология в машиностроении" (Минск, 1994), "Износостойкость машин" (Брянск, 1994, 1996), "Оснастка-94,95" (Киев, 1994, 1995), "Прогрессивная техника и технологии машиностроения" (Севастополь, 1995), "Лазерные и физвко-техннческне методы обработки материалов" (Алушта, 1995), "Циклы природы и общества" (Ставрополь, 1995), "Совершенствование процессов финишной обработки в машнно- и приборостроении, экология и защита окружающей среды" (Минск, 1995), "Технология-96" (Новгород, 1996) и "Машиноведение-96" (Гомель,

1996), "Современные проблемы машиностроения и научно-технический прогресс'' (Севастополь, 1996), "Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии" (Москва, 1996) и др.

Опубликованное гь результатов. По теме диссертации опубликовано 145 печатных работ (1330 страниц), в том числе: 2 учебных пособия (в соавторстве), I монография, 67 статен (из них 18 без соавторов, 21 в международней печати), 75 тезисов докладов на конференциях (из них 34 на международных), 3 авторских свидетельства СССР на изобретения.

Структура I) объем диссертации. Диссертация содержит введение, общую характеристику работы, шесть глав, выводы, список использованных источников и приложение (отдельная часть). Включает 198 страниц текста, 61 иллюстрацию, 48 таблиц, библиографию из 301 наименования и приложение ка 75 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. »"нстемный анализ высокопитсисиппых комбинированных

методов обработки

В настоящее время методы обработки рассматриваются с системных позиций как последовательности преобразований вещества, энергии и энтропии в материальных и информационных подсистемах, направленные на изменение точности и качества поверхностей и физико-механических свойств детали.

Для анализа путей интенсификации процессов формирования структур и фаз поверхностных слоев деталей в обрабатывающей системе выделялись нестабильные переменные (температура, давление, сила тока, магнитная индукция и др.), которые подчиняют себе развитие, эволюцию стабильных в данном процессе параметров. Такой подход позволял рассматривать любую структуру как самостабилнзирутощнйся энергетической обусловленностью комплекс.

При эволюции структур чередование переходов системы из устойчивого в неустойчивое состояние сопровождается сменой масштабного уровня процесса поглощения, диссипации энергии. Поэтому для классификации процессов высокоинтенсивной комбинированной обработки рассматривался комплекс 8К показателей точности и качества формирования поверхности (рис. 1) в зависимости от уровня концентрации энергии в технологическом диапазоне плотностей мощности от 102 до ]09 Вт/см2 для типовых источников (1-12).

По виду обработки в классификации выделены термомеханические, физико-химические и лучевые процессы. Согласно начальным и граничным условиям технологические операции подразделяются на: Г) разделение на заготовки; 1Г) нанесение покрытий; ИГ) термообработку; IV') резание и V') деформирование, а стадии эксплуатации на: 1") приработку; И") установившееся изнашивание и 111") разрушение.

Проведенный анализ точности формирования поверхностен при увеличении мощности воздействий позволил выделить три основных этапа. Па первом этане точность не возрастает вследствие опережающего роста обьемной зоны тепловыделения (I) по сравнению с увеличением концентрации энергии. На следующем этапе точность минимальна в результате формирования поверхности по разбросанным в большом объеме концентраторам напряжений, образованным множеством локализованных зон тепловыделения (II), на которые распалась объемная зона. На последнем этапе точность увеличивается в процессе фокусирования локализованных зон тепловыделения в единое пятно lili) с опережающим ростом напряжений. На стадиях эксплуатации, наоборот, за снижением интенсивности изнашивания поверхности следует его повышение (см рис. I).

Рис.1. Распределение по точности и качеству формирования поверхностей методов обработки (I -V) и стадий эксплуатации (I -III ) в зависимости от уровня концентрации энергии (1-Ш) для типовых источников: 1 -тепловыделение при разрушении; 2 - индукционный нагрев; 3 - газовое пламя; 4 - плазменная дуга; 5 - тепловыделение при трении; б -злектроконтактный подогрев; 7 - сварочная дуга; 8 - искровой разряд; 9 -тепловыделение в процессе приработки; 10 - электронный, ионный луч; II -непрерывный лазер; 12 - шшульсно-периодический лазер (штриховыми линиями обозначены редко используемые в технологических процессах диапазоны мощности типовых источников)

Системный анализ позволил наметить пути повышения эффективности процессов формирования поверхностных слоев. Рекомендовано Источники с плотностью мощности до 30 кВт/см2 применять для объемной термообработки и формоизменения, при нанесении слоев и резании труднообрабатываемых материалов глубиной более 1 мм. Источники с плотностью мощности до 6000 кВт/см2 использовать в сочетании с режущими и деформирующими инструментами, при нансссыш износостойких покрытий и поверхностной термообработке на глубину до } мм. Показано, что применение источников с плотностью мощности до 1000 МВт/см2 наиболее перспективно на всех рассмотренных технологических операциях.

Г лава 2. Наследственность и самоорганизации в рабочей зоне технологической системы .

Изучение явлений наследования свойств и состояний поверхностных слоев, формируемых в процессах высокоинтенсивной комбинированной обработки, проводилось на основании физико-химического анализа, с использованием топологических моделей - геометрических образов соотношений: состав - свойство системы.

Предложенные Н.С.Курнаковым для физико-химического анализа принципы: I) непрерывности свойств; И) соответствия системы геометрическому образу были дополнены для открытой технологической системы согласно теореме Прнгожина - Гленсдорфа условиями: I) ds*<0 - эволюции,- И) ds*=0 - стационарности; III) ds'>0 - устойчивости.

а* - de'/dt = у* / Т, где о - производство энтропии е во времени j; у - функция диссипации; Т -абсолютная температура.

Это позволило в соответствии с I принципом использовать для анализа при высокоинтенсивных воздействиях в открытых обрабатывающих системах, с учетом диссипации vy потоков энергии и вещества, уравнение Гиббса

К+П-Ф-С-0,

где К - число компонентов - веществ, достаточных для определения состава любой ' фазы; П - число переменных налагаемых полей - параметров (температуры, давления, электрических, магнитных и др.); Ф - число однородных фаз - частей системы, отличающихся по составу и термодинамическим свойствам; С - число термодинамических степеней свободы - независимых переменных (скорости, мощности, интенсивности и т.п.), которые можно изменять без нарушения числа фаз в системе.

Согласно II принципу рассматривалось соответствие слагаемых уравнения Гиббса н формулы Эйлера для геометрического образа обрабатывающей системы

В+Г-Р-Х=0,

где В - число вершин; Г - число граней; Р - число ребер; X - эйлерова характеристика многогранника

X = Сн+1=2(1-с!о),

здесь Сп - число связных кусков, составляющих граф; (1() - число дырок, впадин (1/2) и выступов (-1/2) многогранника. Св и (1о используются для выделения групп взаимозависимых параметров в обрабатывающей системе.

Анализ соответствия степеней свободы С технологической системы числу связных кусков Сп, дырок с1о, впадин и выступов геометрического образа позволил провести исследование возможных переходов системы из одного стационарного состояния в другие с позиций их эволюции и устойчивости, согласно условиям 1-Ш теоремы Пригожина - Гленсдорфа (табл.1).

Таблица 1

Анализ соответствия степеней свободы С числу связных кусков С„, _дырок (1р, впадин и выступов_

С=Х

Г- О 1 "2 3 • '4

Св=Х-1

-1

0

1 2 3

(1о=1-Х/2

1

1/2 ■ : о -1/2 - -1

Исследование процессов формирования структур и фаз Ф при увеличении числа компонентов К и налагаемых полей П по топологической модели позволило сформировать концепцию повышения качества и производительности поверхностной обработки. Концепция заключается в "конструировании" структур и фаз поверхностных слоев последовательным и параллельным совмещением высокоинтенсивных воздействий.

При последовательном совмещении термодинамические состояния системы имеют нечетное число степеней свободы С=1;3;..., а при параллельном -четное С=0;2;4;... . Чувствительно зависимая от начальных условий рабочая зона технологической системы при числе степеней свободы С^З переходит в неустойчивый режим, стабилизация которого достигается снижением числа степеней свободы С<2. Переход от последовательных воздействий к параллельным и параллельно-последовательный переход при введении и удалении компонентов и полей, в результате самоорганизации процессов высокоинтенсивной обработки сопровождаются образованием дополнительных (термодеформационных, диффузионных, ячеистых и др.) структур и фаз.

Глава 3. Исследование процессии тсрмомеханнческон обработки

Формирование поверхностных слоев в процессах термомеханической обработки рассматривалось с позиций микро- и мезосконического подходов. Состояния рабочей зоны технологической системы были описаны балансом илот-юсти среды р, плотности импульса ру и плотности внутренней энергии ре в шде уравнений гидродинамического поля

|£ + У(ру)=0; -Э-(ру) + У(руу) + У- Р = рРП1' дополненных уравнением баланса локальной плотности энтропии рс*

'Э Э?

:(ре ) + V (pe v) + V Fe = o ,

где Р - тензор давления; Fm - массовая сила; Fq - плотность теплового потока; Fj - нпотность диффузионного потока: Fe - плотность потока энтропии.

Решение уравнений баланса в отсутствие дополнительных источников энергии и вещества при постоянных ненулевых скоростях и других составляющих режима обработки предполагает, что найдутся составляющие вращения в потоке движущейся технологической среды

' ' С7 * * *

v = vxv = rotv , так как div( rot v )-0.

Поэтому в процессах термомеханической обработки, согласно закону сохранения импульса pv = Рт, рассматривались не только составляющие Px.Py.Pz силы Р , но и Мху, Myz момента М формообразования поверхности. Так проекция момента Му в направлении оси Y , перпендикулярной обрабатываемой поверхности, определяется

|Му| = СМ|РХ х Pz| = CMPXPZ = CMMXZ,

где См - коэффициент пропорциональности между составляющей силы формообразования и перемещением кромки инструмента под действием и в направлении этой составляющей.

В соответствии с Рг.Рх, и Mxz состояние формируемого слоя описывалось параметрами напряжений: в направлениях главного движения - az, дополнительного перемещения кромки инструмента - ах и с учетом взаимосвязи этих движений - о^.

Экспериментальное исследование процессов резания, шлифования и деформирования поверхностного слоя показало, что при обработке без дополнительных перемещений кромки инструмента целесообразно рассмйфивать составляющие силы сог ласно соотношению

Р -с (V '

1 z.y.x j

где t - глубина срезаемого, толщина формоизменяемого слоя; S - скорость пода-чн инструмента; СР = const - коэффициент пропорциональности.

При обработке инструментом с дополнительным перемещением кромки целесообразно использовать составляющие момента формообразования

Mra,>7..xy=CMtS0'7.

Напряженное состояние поверхностного слоя в соответствии с проекциями сил н моментов рационально описывать

<Tz=C„=const, C7x7=C„-S"° 3. Полученные соотношения с позиций макроскопического подхода позволили определить для термомехавической обработки, критерии процессов формирования поверхностного слоя.

tsO.7 = J§v_ = _J_vt__ = _vt_ = vt = , S°-\ (CCT/ox2)(v/S) e(v/S) v*

где v =e(v/S) = (o2/oxz)(v/S), е - соотношение трансляционных и ротационных составляющих напряженного состояния; Re* =Рё / Рг" - критерий Рейнольд-са; Ре = vt / о - критерий Пекле; Рг = v'/о) - критерий Прандгля; ш - коэффициент температуропроводности.

Внутреннее трение в движущейся среде описывается формулой тд = -\>род = ~r)d v / dii = - r^grad v,

где ад и тд- динамические нормальные и касательные напряжения; v - коэффициент кинематической вязкости; T|=vp - коэффициент динамической вязкости. При сжатии и расгяжении среды возникают добавочные нормальные напряжения

= -?0/р) • dp= v,

где С,- коэффициент объемной вязкости. Поэтому при наличии составляющей *

вращения v в потоках движущейся среды добавочные касательные напряжения предложено описывать соотношением

то =-(°xZ/0z)(S/v)rot v* = -(У v*)rot v* = -urot v*

где ц* = l/v- коэффицнеит ротационной вязкости.

Изучение процессов формирования термодинамических структу|> при возрастании скорости обработки по предложенным критериям с использованием топологической модели позволило в дополнение к существующей классификации выделить ряд стадий струкгурообразования (табл.2).

Для исследования устойчивости формирования параметров качества обработки по A.M. Ляпунову были рассмотрены малые изменения составляют!»' сил и моментов формообразования поверхности.

Таблица 2

Изменения составляющих напряженного состояния е, описывающих вязкость V*

Стадии I II III IV V VI VII

Скорость V VI < Vn < Vni < Viv < Vy < VVI < Vvu

Напряженное состояние е

•I

az ' TyZ yz °z 1

Вязкость V* Объемная С, Ротационная p Динам. T)

I - хрупкое разрушение материала опережающей трещиной; II - компактиро-вание частиц разрушения; III - вихревое образование застойных структур; IV -пластическое течение материала; V - волновое образование складок; VI - расслоение материала адиабатическими сдвигами и VII - формирование фазы расплавленного материала.

Расчеты показали, что возможны два типа равновесных состояний: неустойчивый узел (НУ) и неустойчивое седло (НС). При режиме НУ динамические параметры рабочей зоны технологической системы удаляются от положения равновесия. Система совершает апериодические самовозбуждающиеся движения, которые переходят в устойчивые автоколебания предельного цикла (ПЦ) В режиме НС при малых отклонениях динамические параметры системы удаляются от положения равновесия в заданных направлениях. Всегда существуют два новых стабильных состояния, к которым приближается система. Эгн состояния могут слиться, расширив диапазоны своего существования, при использовании дополнительных перемещений инструмента.

Анализ процессов образования термодинамических структур и иследова-ние устойчивости формирования параметров качества поверхности показали возможность использования режимов НУ при черновой обработке и позволили рекомендовать режимы НС для чистовой обработки

Оптимизация термомеханической обработки проводилась для самою неустойчивого параметра технологической системы - дополнительного перемещения инструмента (табл. 3), так как для описания квазистатических фазовых переходов доскиочно использовать одну аепепь свободы.

Таблица 3

Оптимизация обработки инструментом с дополнительным перемещением кромки

Термодинамические факторы Кинематический коэффициент K=V/V Обработка

Черновая Чистовая

Работа формообразования (действие) К = (sin ©„sin Vo +COS ß„COS CÜ„ COS \)/o)/Vo 1,51 3,96

Сила формообразования Р=с1А1/(1Ьр К3 + го-К2 + So-K + qo = 0, где r0 = 3sin Cün-0.5 So = sin C0n (2 sin ffin-l) + COS ß„ COS Шп- Ctg l|/0-(2-sin Q)„ +1)+1 qo = -sincün ± 2 cos ßH- coscün-ctg yo-o.5 . 0,65 ' 0,75

Удельная работа формообразования Ау=(М„/Я,51)(у11/,\')=0„К„ , K=sincüncos\(/o±cosß„coscünsinvjio 0,90 0,76

Kd = (sin üvcos yo ± cos ß„cos cünsm yo)/yo 1,51 3,96

Температурные градиенты егас1Та _ 3 Рс цгас!Тг 2 г уРе^ K(llF2\ 4 fflr St ("gradT^2 V 1 9 <ad LRrarccos(l-t/Rr) lgradTrj 0...0.19

V, - скорость дополнительного перемещения кромки инструмента; V - скорость главного движения; Ьр - путь формообразующей кромки инструмента; Яг - радиус кромки инструмента; Уа - скорость движения обрабатываемого материала,- Ио - критерий Фурье; соп - угол поворота оси инструмента относительно Б; уо- угол контакта кромки инструмента с деталью; р„ - угол наклона плоскости кромки инструмента отностительно V; Ь - растояние от пятна нагрева до кромки инструмента.

Расчеты и эксперименты показали, что оптимизация кинематического коэффициента К по предложенным термодинамическим критериям (Ре,Ке ,Рг ) обеспечивает самоорганизацию процессов в рабочей зоне технологической системы.

Глава 4. Исследование процессов фнзико-химической обработки

Послойное формирование структур и фаз в процессах физико-химической обработки исследовалось с позиций явлений технологической наследственности, устойчивости параметров качества и производительности высокоиитенсив-ной комбинированной обработки.

Воздействия высокоинтенсивными потоками энергии и вещества сообщают обрабатываемой поверхности импульсы, при этом скорость и ускорение их распространения фиксируются на всех участках прохождения импульсов. Так о скорости распространения энергии можно судить по распределению значений параметров упрочнения (рис.2, кривые 1), а вещества по концентрации легирующих элементов (рис.З)-по глубине поверхностного слоя. Величина энергии импульса пропорциональна площади, расположенной под кривой упрочнения, которую можно определить графическим интегрированием (рис. 2, кривые 2). Ускорение, то есть первая производная от скорости, получаемая графическим дифференцированием (рис. 2, кривые 3), характеризует величину и положение силы сопротивления проникновению импульса энергии в поверхностный слой. Поэтому вторую производную от импульса энергии по глубине поверхностного слоя - Э2(Рт)/ЭН2 (в соответствии с условием устойчивости Г.Цнглера - ЭР/Эу> О)* предложено рассматривать как технологический барьер.

п

Величиной и положением барьеров, описывающих условные поверхности раздела слоев, рекомендовано определять граничные условия при послойном формировании структур.

При упрочнении и разупрочнении барьеры располагаются по разные сю-роны от оси координат (рис. 2 б). Показано, что при достаточной близости технологических барьеров совместное действие механических и плазменных потоков в процессе упрочняющего ротационного резания с нагревом приводит к совмещению барьеров и термодеформационному упрочнению по всей глубине комбинированных воздействий (рис. 2 в).

В процессе электромагнитной наплавки с поверхностным пластическим деформированием упрочнение происходит на глубину, превышающую в 1,5... 2,0 раза толщину покрытия, и сопровождается диффузией легирующих элементов покрытия в основу (рис. 3 б).

Изучение трибоконтактных процессов при ротационном упрочняющем резании с плазменным электродуговым нагревом раскрыло преобладающие механизмы изнашивания и разрушения твердосплавного инструмента по мере увеличения интенсивност и дополнительного нагрева (табл.4)

а)

аНУ

20

г с со

1Ш1

ттн

-бет

-то -гст

г> гю Мят й ч

зо 60 30 ^■"■»-„120

---5

лНУ/аН

-ю

лНУ/аН Ч 2 3 / \

■и

0,6 • Л/

X (0 за ноу щ— _\<во 2Ю Н. мгм

Г /

1 ¡ЬУ

то

т-лн

■0,6 "ЪНУ/аН

Рш; 2. Зависимости распределения по глубине II поверхностного слоя игкрытня порошком ПГ-СР4 : 1 - изменении твердости ДНУ; 2 - общего \'п-»чнения £НУЛИ; 3 - скорости приращения упрочнения АНУ/Д11; п-э-ле роташганнот резания с плазменным ¡игреком ¡¡едостаточной (а), и у.'Ыточной (б) и рациональной (в) интенсивности

а> 5)

Рис. 3. Зависимости распределения Сг(а) и V(6) по глубине Н поверхностного слоя при электромагнитной наплавке порошком С-ЗОО(а) и при наплавке порошком Fe-V с поверхностным пластическим деформированием (б)

Таблица 4

Изменения составляющих напряженного состояния е, описывающих изнашивание и разрушение инструмента

Стадии I II III IV

Интенсивн. нагрева I Ii < 1п < 'ш < Iiv

Напряженное состояние е i 1 TyZ OyZ Oyz . rr TYZ

z ix г

Виды изнашивания Механотер-мическое Термоусталостное Механическое Усталостное при качении

Износ Ьиз, мм 0,1.... 0,2 0,3 ... 0,4 0,5 ... 0,7 0,8 ... 1,0

Разрушение Смятие, микросколы Трещины, выкрашивания Сколы (при потере прочности) Трещины, выкрашивания

.Отличие стадий структурообразования (габл.2 и табл.4) свидетельствует о более узком диапазоне изменения свойств инструментальных материалов по сравнению с обрабатываемыми под воздействием концентрированных потоков энергии. Анализ видов стружкообразования (табл.2) и изнашивания инструментов (табл.4) позволил рекомендовать использование дополнительного нагрева при ротационной обработке материалов твердостью свыше 45...50 НКСЭ.

Управление процессами формирования поверхностных слоев осуществлялось воздействиями концентрированных потоков энергии и вещества через сте-

пени свободы инструментов, частиц наносимого и удаляемого слоя, посредством использования обратных связей в рабочей зоне открытой технологической системы, значительно удаленной от состояния термодинамического равновесия.

Статистическая обработка экспериментальных данных (рис.4 а-д и 5 а-д), исследование значимости технологических факторов (рис.4 е и 5 е) и анализ обобщешшх схем физико-химических методов обработки (рис. 4 ж н -5 ж) позволили выделить положительные (рис.4 з) и отрицательные (рис.5 з) обратные связи при высокоинтенсивных воздействиях.

В тех случаях, когда необходимо в первую очередь выполнить требования по формированию геометрических параметров поверхности и по возможности обеспечить физико-механические свойства материала, как например при резании, шлифовании и полировании, в рабочей зоне технологической системы проявляется положительная обратная связь (рис,4). В случаях когда требуется прежде всего обеспечить физико-механические свойства материала и попутно сформировать рельеф поверхности, как например при нанесении покрытий, пластическом деформировании и накатке, в рабочей зоне технологической системы наблюдается отрицательная обратная связь (рис.5).

Для управления процессами формирования поверхностных слоев установлен порядок значимости технологических факторов, влияющих на комплекс параметров обработки в зависимости от свойств инструментальных и обрабатываемых материалов (табл. 5): для ротационного упрочняющего резания с плазменным нагревом - от теплопроводности X* износостойких покрытий; для электромагнитной наплавки с поверхностным пластическим деформированием - от магнитной проницаемости ц наплавляемых порошков.

Таблица 5

Порядок значимости технологических факторов, влияющих на комплекс параметров обработки, в зависимости от свойств материалов _

Порядок значимости факторов I И III IV V

Ротационное упрочняющее резание с плазменным нагревом (К^шДа.НЯСэ.бн)

хромоникелевых порошковых покрытий Х>8.. 10 Вт/(мК) 8-у-Ь

покрытий стальными проволоками Х*=36...40 Вг/(м-К)

'Электромагнитная наплавка с поверхностным деформированием((ЭДа,1ШСэ,Ео)

легированными фер-ропорошками "=7,0...9,0 мкГн/м 8 -► I -► В-. Р-► V 1-,

порошками инструментальных сталей ц" 2,0...4,0 мкГн/м 8 —* 1 -. Р -► V -► В

а)

Ь.>

ó)

a)

д)

ЦВМ 0,575 ЦЯО 0325

мм «мм Г "Я, %

(Я ■ар ■{ЦО

41,5 &JS

(И ■10,0 ■що

■4Я ■7,5 ■57/ ■ 0-

■ЦЯ -з,о ■5í¡¡ V

-гр ■52ß

■ 0 ■ 0 Щ ' к/

е)

'60 во reo 120 3, А «О SO 60 70 L,км (11 Ц2 0,3 Q9 f,8 2,7 5ß Ь:'s 0.05 OJO 0,15 iJISt,*»

а : l-S -—г>-|=3 -»- L—

S«: J—t

Ra : НЯС5

3*c)-

L —\v-~S

t t

SH : [Щ-3 H"s~l-~L —t

H-L-

Г-К 1 s-~b-I r1-

pRa: j 5 I—t

HíRCf^ L—t

^f* i Ra EP HRCj—J

Рис 4. Параметры обработки при ротационном упрочняющем резании с плазменным нагревом покрытия порошком ПГ-СР4 : I- кинематический коэффициент К; 2 - волнистность Sm; 3 - шероховатость Ra; 4 - твердость HRC, и 5 -упрочнение поверхностного слоя 5„ в зависимости от технологических факторов : силы тока плазменной дуги 1(а), расстояния от пятна нагрева до инструмента L(6), подачи инструмента S(b), скорости главного движения v(r) и глубины резания кд), схема значимости технологических факторов для различных параметров обработки (е), обобщенная схема процесса (ж) и схема организации положительной обратной связи (з)

5>

t)

1,50 f,25-Iß-0,15 ■

W op-0

1-5$ щ

500 750 т1250Р,Н OfiBOJS 0?Q SO SO 140 (20 Ü,A Щф? Oftü Q* Qfi 0,8 1,0 BJ*

а :

Ra: HRC3: e„ :

S = p rft:-i S—^ — P—Б

S V- —ß

3 S—v-

R ax

HfBCj

2

ü —p—в

3 Р -*-Ъ = s—v-

Рис.5. Параметры обработки при электромагнитной наплавке порошком Fe-V с поверхностным пластическим деформированием : 1- производительность нанесения слоя Q; 2 - шероховатость Ra: 3 - твердость HR С, -относительная износостойкость покрытия ео в зависимости от технологических факторов: усилия деформирования Р(а), подачи детали S(6), силы тока плазменной дуги 1(в), скорости главного движения v(r) и магнитной индукции В(д); схема значимости технологических факторов для различных параметров обработки (е), обобщенная схема процесса (ас) и схема организации отрицательной обратной связи (з)

Управление процессами формообразования и структурообразования в поверхностном слое показало, что условия для самоорганизации поверхностных явлений обеспечиваются созданием обратных связей между параметрами обработки посредством использования степеней свободы системы. Это позволяет по формообразующим движениям = и дополнительным перемещениям ин-сгрументов V, = К. ■ V оптимизировать комплекс параметров качества физико-химической обработки.

Глава 5. Исследование процессов лучевой обработки Структурообразование в поверхностных слоях при лучевой обработке рассматривалось с учетом химических реакций и физических превращений при фазовых переходах в рабочей зоне технологической системы. Для этого плотность среды была представлена суммой

К

¡=1

и с учетом реакций и превращений уравнения баланса были дополнены ДС- ' -

где К - число компонентов - веществ в физико-химической системе; М, - молекулярная масса ¡- го компонента; С, - концентрация ¡- го компонента; . -плотность диффузионного потока 1- го компонента; К0 - число протекающих реакций; У,г- стехномстрическни коэффициент 1- го вещества в г-н реакции; со, - скорость г- и реакции.

В уравнении баланса локальной плотности энтропии рБ плотность потока энтропии н производство энтропии были представлены соотношениями

1 ¡=1

VI

т

к

¡=1

1 -

* V у > ^р гп

• — Р„.Л7у + 1 Т 8 Т

к к

2>гзхо>г

¡ = 1 Г=1

где - химический потенциал ¡- го компонента; Рт| - массовая сила, действующая на й компонент; Р, - диссипативная часть тензора давления, описывающего вязкие силы.

На микроскопическом уровне потенциалы межатомного взаимодействия определялись на основе теории псевдопотенциала У. Харрисона.

Согласно условиям эволюции, стационарности и устойчивости, задаваемым производством энтропии а , течения и потоки в расплаве обрабатываемого материала при электроннолучевой, ионноплазменной обработке на макроскопическом уровне описывались критериями Мг - Марангонн. Си - Грасгофа и -

Релея. Движения нагретого расплавленного материала рассматривались во взаимосвязи с процессами, описывающимися критериями Ре - Пекле и Ке -Рейнольдса (табл.6).

Таблица 6

Изменение состояний поверхностных слоев в

процессах структурооразования_

Стадии I | 11 | III | IV | V

Критерии Ре-........♦ Мг ..........► вг -'1*1

Состояние поверхностного слоя 4 1 СО V Р СО V V V 1 V 1

Механизмы формирования структур Теплопроводность слоев и сред Турбулентность течений и потоков Термокапиллярные поверхностные течения Естественная конвекция потоков и слоев Пространственно-пернодичес-кие вихревые потоки

1 - характерный размер в направлении движения источника тепла; а - коэффициент поверхностного натяжения; (5 - коэффициент объемного расширения; у-ускорение свободного падения.

Для иследования стабильности формирования параметров качества при электроннолучевом оплавлении покрытий, в соответствии с определением технологического барьера, были рассмотрены изменения микротвердости по глубине поверхностного слоя при различных температурах термообработки. При этом значения параметров качества обработки сравнивались с количеством формируемых структур, характеризуемым относительной площадью модифицированной поверхности.

Исследование стабильности формирования параметров показало, что дня образования структур, упрочняющих поверхностный слой при лучевой обработке, необходимо ограничивать диапазоны продолжительности воздействий и мощности потоков энергии.

Выбор химических элементов, используемых для ионного модифицирования поверхностных слоев, о позиций конфигурационной модели вещества 1 Ф Самсомоиа выявил, чю химический состав компонентов должен ограничивайся элементами - унрочшислими или пластификаторами в зависимости от рели-, >» Iксп.туамшш опртншывасмой лепит.

Управление обработкой при ограничении состава и интенсивности комбинированных воздействий с учетом устойчивости оптимальных режимов формирования наследуемых структур и фаз позволяет получать рациональные ком-ношции модифицированных слоев.

Таким образом, рассмотренные методы ограничения мощности и количества воздействий на поверхность путем использования технологических барьеров, методы управления посредством организации обратных связей и методы оптимизации комбинированных воздействий потоками энергии п вещества дали возможность предложить методику проектирования процессов высокошпен-сивной комбинированной обработки.

Г лава 6. Разработка п внедрение процессов высокопнтенсшшон ¡- комбинированной обработки

Рассмотренные процессы термомеханической, физико-химической и лучевой обработки, использующие разнообразные потоки энергии и вещества, совмещающие различные операции и стадии, позволили рекомендовать последовательность этапов проектирования технологии и оборудования высокоинтенсивной комбинированной обработки.

I. Моделирование физико - химических превращений в рабочей зоне технологической системы: 1) выбор наследуемых структур и фаз, а также формирующих их воздействий потоками вещества и энергии; 2) исследование состояний наследуемых структур при поглощении и рассеянии потоков вещества и энергии; 3) определение рациональных положений и величин технологических барьеров; 4) анализ путей изменения технологических барьеров.

И. Проектирование технологических процессов высокоинтенсивной комбинированной обработки: 1) выбор способов обработки, источников энергии, инструментов и оснастки; 2) исследование возможностей источников и инструментов по изменению технологических барьеров; 3) составление маршрута обработки и прогнозирование стадий эксплуатации поверхностей деталей; 4) анализ путей совмещения технологических операций и стадий приработки.

III. Разработка оборудования и оснастки для высокоинтенсивной комбинированной обработки: 1) определение рациональных режимов операций обработки и стадий эксплуатации; 2) исследование возможностей совмещения операций; 3) анализ совместного использования инструментов и источников энергии; 4) выбор структурных и компоновочных схем гибких модулей для высокоинтенсивной комбинированной обработки. •

В соответствии с методикой разработаны процессы высокоинтенснвной комбинированной обработки и определены их оптимальные режимы (табл.7), назначен рациональный маршрут, обеспечивающий максимальную производительность обработке и износостойкость поверхностям деталей, упрочненным хромопнкслевымп и стальными покрытиями.

Таблица 7

Значения параметров качества поверхностного слоя деталей с износостойкими покрытиями при оптимальных режимах __е процессах высокоинтенсивной комбинированной обработки_

Покрытия Технологические факторы Параметры качества

V, Б, мм/об I, Ь,мм В, Ц мм Р, К 5га, На, НКСэ 6н,%

м/с *(А, мм) А * (х,с) Тл *(8,мм) Н *(<3,г/дм2) мм мкм *< Ее)

Ротационное упрочняющее резание с плазменным нагревом

ПГ-СР4 3.0 0.28 100 65 - 0,16 - 0,64 0,66 3,2 61,5 2,9

ПГ-ЮН-01 5,0 0.52 80 60 - 0,20 - 0,69 1,14 • 5.4 57,4 3.2

Нп-65Г 3,0 0.39 50 35 - - 0,20 - 0,77 1,16 7,7 53,6 8,2

Наплавка проволоки с упрочняющим ротационным резанием

Нп-ЗОХГС.А 0,01 4,00 1_._ __ 150 12 - | 1.00 - 0,72 4.00 9,8 - -

Электромагнитная наплавка с поверхностным пластическим деформированием

Ре-У 0,08 0,32 ПО - 1,1 - 1400 0,80' - 6.3 51,2 1,74'

Ре-Т1 0,03 0,32 140 - 0,8 - 1250 1,25' - 6.9 54,0 -

Р6М5К5 0,08 0,32 100 - 0,8 - 1350 0,51* - 6,2 50,7

Магшгтно-абразивное полирование

ПГ-СР4 3.0 1,5' - 75 1.1 0,8' - 1,10' 0,07 | -

А - амплитуда осцилгяций детали; величина зазора между деталью и полюсным наконечр;<ком.

В случае когда необходимо обеспечить поверхности шерохова-' тость К а 3,2...6,3 мкм, предложены плазменное напыление порошков, наплавка проволок и последующая ротационная обработка с предварительным плазменным нагревом при твердости покрытия 58...62 НИСЭ или электромагнитная наплавка ферропорошка с поверхностным пластическим деформированием при 51... 54 НКСЭ. Затем, если удовлетворяет шероховатость Ка 0,4...0,8 мкм, - магнитно - абразивное полирование покрытия. В том случае, когда требуется шероховатость 11а 0,08...0,10 мкм, перед полированием поверхности рекомендовано алмазное шлифование до шероховатости Яа 1,25 мкм.

Внедрснче процессов высокоинтенсивной комбинированной обработки позволило при ротационном точении использовать как прямую, так и обратную подачи инструмента, совмещать операции наплавки и механической обработки, исключая при этом из технологического маршрута предварительное шлифование. Применение на производстве электромагнитной наплавки с поверхностным пластическим деформированием дало возможность исключить из технологического процесса восстановления детали ряд операций термической и механической обработки. Использование инструментов с ионно-вакуумными покрытиями позволило увеличить срок службы и сократить их потребление.

Экономический эффект от использования технологических рекомендаций и процессов высокоинтенсивиой комбинированной обработки за счет увеличения стойкости инструментов в десятки раз и повышения производительности финишных операций в 2...3 раза па ряде промышленных предприятий Беларуси и России составил но годам внедрения соответственно: 1990 - 36 тыс. руб; 19931 '6 млн.руб; 1995 - 624 млн.руб.

ВЫВОДЫ

1. На основании структурно-энергетического подхода предложено совмещать воздействия концентрированными потоками энергии и формообразующими инструментами для повышения эффективности процессов формирования структур, образующих зоны термодеформационного упрочнения, диффузионного и конвективного легирования, ионного модифицирования, повышающие прочность и износостойкость деталей. Рекомендовано источники с плотностью мощности до 30 кВт/см2 применять для объемной термообработки и формоизменения при нанесении слоев и резании труднообрабатываемых материалов глубиной более 1 мм, а источники с плотностью мощности до 6000 кВт/см2 использовать в сочетании с режущими и деформирующими инструментами при нанесении покрытий и поверхностной термообработке на глубину до 1 мм.

2. Показано на основе принципов физико-химическою анализа н условия устойчивости открытой системы применительно к топологической модели процессов обработки, что при последовательном совмещении воздействий состояния рабочей зоны технологической системы имеют нечетное число степеней свободы С=1; 3;..., а при параллельном - четное С=0; 2; 4;... Переход от последовательных бездействий к параллельным и параллельно-последовательный переход происходят при образовании дополнительных структур и фаз, но при числе степеней свободы С>3 система переходит в неустойчивый режим, стабилизация которого достигается снижением числа с.¿пеней свободы С<2 н стационарных состояниях. Предложено условные поверхности раздела слоев наследуемых структур, изолирующие открытую систему, описывать в тичнпо) и положением технологических барьеро., которые в соответствии с условием устойчивости определять производными импульса энергии по глубине поверхностного слоя, что дало возможность установить граничные условия процессов обработки.

3.Разработана математическая модель структурных изменении и фазовых переходов на микро-, мезо- и макроскопическом уровне в процессах термомеханической, физико-химической и лучевой обработки, позволяющая установить взаимосвязи и закономерности влияния основных технологических факторов на производительность и качество формирования поверхностей деталей. Определены последовательности процессов образования структур и фаз при увеличении мощности воздействий, описывающиеся термодинамическими критериями Ре-^Ие—>Мг—>Ог—Установлено, что при ротационном упрочняющем резании с плазменным электродуговым нагревом в зависимости от теплопроводности износостойких покрытий в порядке значимости при обработке следуют факторы: I—>8—>у-*Ь-М - для покрытий хромоннкелевыми порошками; 1—>Ь—>у—М - для покрытий стальными легированными проволоками. При электромагнитной наплавке с поверхностным пластическим деформированием в зависимости от магнитной проницаемости порошков по степени влияния располагаются факторы: £->/—>В->Р->у - для нанесения ферропорошков;

>Р—>В - для нанесения порошков инструментальных сталей.

4.Предложено на основе математической модели явления, происходящие при образовании структур и фаз в технологической среде, описывать совместным действием трансляционного и ротационного механизмов, а напряженное состояние поверхностного слоя определять чередованием параметров т5У-»Су-»

Теоретически и экспериментально установлены стадии структуро-образования при возрастании скорости обработки: хрупкое разрушение материала и комиактирование частиц разрушения, образование застойных структур, пластическое течение материала, образование складок и расслоение материала

адиабатическими сдвигами. Определены виды изнашивания и разрушения ротационного твердосплавного инструмента при увеличении интенсивности дополнительного нагрева: механотермический, сопровождающийся смятием и микросколами при фаскс износа Ь,п=0,1... 0,2 мм; термоусталостный, ведущий к растрескиванию и выкрашиванию при 11,„=0,3 ... 0,4 мм; механический, заканчивающийся сколами в результате потерн прочности лезвием при Ьш=0,5 ... 0,7 мм; усталостный при качении с выкрашиванием при !1,„=0,8 ... 1,0 мм. Исследование стадий структурообразования и видов изнашивания инструмента позволило рекомендовать использование дополнительного нагрева при ротационной обработке материалов твердостью свыше 45...50 НКСЭ.

5.Установлена цикличность состояний типа неустойчивый узел (НУ) и неустойчивое седло (НС) рабочей зоны технологической системы, обусловленная переходом объемной вязкости среды через ротационную в динамическую ¿¡—>р—>п при возрастании скорости обработки и интенсивности дополнительных воздействий. Рекомендовано режим типа НС, обеспечивающий стабилизацию состояний системы, применять для повышения точности и качества обработки. при формообразовании поверхностей деталей из титановых сплавов со скоростью главного движения 50...100 м/мин; с износостойкими стальными и хромоиикелевыми покрытиями со скоростью 150...200 м/мин. Режим типа НУ, приводящий к автоколебаниям предельного цикла, целесообразно использовать для упрочнения потоками энергии поверхностных слоев титановых сплавов с покрытиями при электроннолучевом нагреве с плотностью энергии до 3 кДж/см2; стальных и хромоникелевых покрытий при плазменном электродуговом нагреве - до 2 кДж/см2.

6.Разработаны методы ограничения мощности и количества воздействии на поверхность, управления обратными связями и оптимизации комбинированных воздействий в процессах высокоинтенсивной обработки. Ограничения необходимо накладывать на интенсивность потоков II энергии, состав компонентов К. и число комбинированных воздействий.(П+К) путем сокращения степеней свободы С, рациональное число которых определяется количеством фаз Ф и структур поверхностного слоя: С+Ф=(П+К). Поверхности раздела структур, образующих зоны упрочнения, описываются технологическими барьерами. Управление предложено осуществлять потоками энергии и вещества посредством организации обратных связей, между оптимизируемыми параметрами процесса, используя степени свободы системы: С=(П+К)-Ф. Положительная обратная связь проявляется в тех случаях, когда необходимо выполнить требования по формированию геометрических параметров и по возможности обеспечить физико-механические свойства материала: при резании, шлифовании, полировании. Отрицательная обратная связь наблюдается в случаях, когда требуется

обеспечить физико-механические свойства материала и попутно сформировать рельеф поверхности: при нанесении покрытий, деформировании, накатке. Оптимизацию воздействий через степени свободы системы рекомендовано проводить для самых неустойчивых параметров технологического процесса или структур поверхностного слоя: Ф=(П+К)-С. Показано, что оптимальное соотношение скоростей дополнительного и главного движений формообразования К=0,65...0,75 устанавливается в процессе самовращеиия инструмента автоматически, а минимальная энергоемкость процесса обеспечивается при соотношении скоростей К=1,5...4,0 посредством принудительного вращения инструмента.

7.В соответствии с разработанными методами на оптимальных режимах получены структуры комбинированного упрочнения при использовании концентрированных потоков энергии и высокопроизводительных инструментов. При ротационном резании хромоникелевых покрытий с плазменным элеюроду-говым нагревом сформированы поверхности со среднеарифметическим откл -пением профиля 1Ъ 3,2 мкм, упрочненные на 35 НУ в глубину до 150 мкм чу-' тем измельчения зерна и повышения плотности покрытия,- структура котот.ого представляет собой бориды и карбиды в матрице твердого раствора никеля. При электромагнитной наплавке порошков быстрорежущих сталей с пластическим деформированием получены поверхности с Г*а 6,3 мкм, микротвердость которых возросла на Нй=500 МПа в глубину до 300 мкм в результате закалки из жидкого состояния и диффузии легирующих элементов порошка в а- и у- железо, в связи с переходом остаточного аустенита в мартенсит и частичным распадом последнего с выделением дисперсных карбидов.

8. Обоснованы с позиций явлений технологической наследственности рациональные маршруты операций высокоинтенсивной обработки, обеспечивающие повышение износостойкости в 1,5 ... 2,0 раза деталям, упрочненным хро-моиикелеными и стальными покрытиями (по сравнению с эталоном - сталь 45 закаленная). Предложены плазменное напыление, наплавка и последующая ро-щпионная обработка с плазменным электродуговым нагревом при твердости покрытия 58...62 НКСЭ или электромагнитная наплавка с поверхностным пластическим деформированием при 51 ...54 1ШСЭ, обеспечивающие шероховатость поверхности Яа 3,2 ... 6,3 мкм. Магнитно - абразивное полирование формирует поверхность с шероховатостью 1*а 0,4 ... 0,8 мкм, а с предварительным алмазным шлифованием до 1?а 1,25 мкм обеспечивает шероховатость Яа 0,08..Л 10 м км-

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. А е.!717286 СССР, МКИ' В 23 В .1/00. Способ обработки резанием ротационным инструментом /Борисеико А.В., Кожуро JI.M., Хейфец М.Л. (СССР), №46!858!/08, Заявлена 12.12.88; Опубликовано 07.03.92, Бюл. №9, 2с.

2. А с.! 685010 СССР, МКИ1 В 23 В 1/00. Способ механической обработки вращающимся инструментом /Попок Н.П., Хейфец М.Л. (СССР),' №4712639/08; Заявлено 29.06.89; ОпуСшиковано23.10.9!,йач.ЛЩ9,Зс.

3. А с. 1748955 СССР, МКИ1 В 23 В 1/00. Способ токзрной обработки ротационным резцом /Борисенко А.П., Попок Н.Н., Хейфец М.Л. (СССР), №47^9062/08; Заявлено 05.03.90; Опубликовано23.07.92,Бюл.№27,Зс.

I Кожуро Л.М.. Медко B.C.. Хейфец М.Л. Характеристики качества поверхности высокопрочных наплавок при ротационном резании с плашенным нагревом Н Известия вузов. Машиностроение.~1990, 6,- С. 106 -111. . .

5. Borisenko A.V., Popok N.N., Kheifetz M.L. The combined methods of fractional parts and units surfaces forming // Proceedings of the International siinposium on the tribology of friction materials: YAROI'RI-9!.-Yaroslavl; 1991. Vol 11.-P.338 -343 • . '

6. Kheifetz M.L. Ways of increasing efficiency of procecces forming surfaces of' friction //. Proceedings of the International simposium on the tribology of friction matciials: YAROFRI-91.-YarosIa\l. 1991. Vol. H.-P344 - 349.

7. Борисенко А В., Данилов В.А., Хейфец M.JI. Совершенствование конструкций шпиндельных узлов ротационных резцов // Станки и инструмент. -1992, 1;-С. 4-7.

8. Яшерицын П.И., Борисснко А В., Хейфец М.Л. Синергетический подход к процессам резания металлов // Becni АН Беларуа. Сер. фп. - тэхн. навук. -1992. 1,-С. 48-53.

9. Яшерицын П.И.. Борисеико А.В., Попок Н.Н., Хейфец М.Л. Комбинированный метод обработки ротационным инструментом с нафсвом срезаемого слоя концентрированными потоками энергии // Доклады АН Беларуси.-1992гТ. 36, 5.-С. 429 - 432.

.10. Хейфец МЛ. Синергетический подход к процессам резания металлов // Известия ву юв. Машиностроение:-1992, 4-6.-С. 114 - 119.

11. Хейфец М.Л. Повышение эффективности процессов формирования поверхностей с позиций синергетическог'о подхода // Известия вузов. Машиностроение.-! 992, 7 - 9,-С. 121- 125.

12. Попек Н.Н., Хейфец М.Л. Обеспечение рациональных условий трибо-контакта при резании труднообрабатываемых материалов и покрытий // Трение и изпосН993:Т. 14, 3-С. 552 - 562.

.13. Popok N.N., Khcifct/. М L., Minevich A.A. Contact conditions and performance of rotary cutting tools // Proceedings of the 6th International congress on tribology: HUROTRIB'93. -Budapes., 19'i.\ Vol. lrP. 220 - 228.

14. Ящерицын П И., Деев Г.А., Кожуро Л.М., Хейфец М Л. Комбинированный метод электромагнитной наплавки с поверхностным пласгн'&ским деформированием // Доклады АН Беларуси. 1993. Т. .37, 4;-С. ! 14 - 117.

15. Хейфец М.Л. Исследование термодинамических неустойчивостей в процессах резания металлов. Сообщение I // Известия вузов. Машиностроение.-! 993, 10-12.-С. 109-115.

16. Шипко A.A., Кожуро Л.М., Хейфец М.Л. Оптимизация технологии'электромагнитной наплавки с поверхностным пластическим деформированием по износостойкости покрытия//Трение и износ. 1994. Т. 15, 1,-С. 117121.

17. Хейфец М.Л. Пути повышения эффективности процессов формировании поверхностей с позиций синергетики /7 Вестник машиностроения. I994.-A/2.-C. 22 - 25.

18. Klieifetz M.L., Kozhuro L.M., Senchilo I.A., Sl.ipko A.A. The design of combined treatment processes on the base of their self - organization // Non - linear phenomena in complex systems: Processing of third annual seminar.-Polotsk, 1994,-P. 397 - 401.

19. Ящерицын Г1.И., Борисенко A B , Медко B.C., Хейфец М.Л. Интенсификация процессов резания хромонлкелсвых сталей, сплавов и покрытий дополнительными тепловыми и механическими воздействиями /.' Becui АН Беларусь Сер. ф)3. - тэхн. навук-1994, 2С. 55 - 60.

20 Хейфец М.Л. Исследование термодинамических неустойчивостей в процессах резания металлов. Сообщение II // Известия вузов. Машиностроение.-! 994, 4-6;-С. 85 - 94.

21 Хейфец М.Л. Исследование термодинамических неустойчивостей в процессах резания металлов. Сообщение 111 .'/ Известия вузов. Машиностроение-1994, 7-9,-С. 121 - 126.

22 Хейфец М Л. Исследование термодинамических неустойчивостей в процессах механической обработки I. Общее решение математической модели // Инженерно - физический журнал.-1994. Т. 67, I-2-С. 141 - 145.

23. Хейфец МЛ. Исследование термодинамических неустойчивости! в процессах механической обработки. 2 Численное исследование устойчивости // Инженерно - физический журнал. 1994. Т. 67, 1-2,-С. 146 -153. Хейфец М.Л , Ящерицын 11.И. Организация и управление технологическими системами, использующими комбинированные воздействия // РАН. Проблемы машиностроения и надежности машин,-1994, 6; С. 66 - 76.

25. Ящерицын 11.И., Кожуро Л.М., Сенчило И.А., Хейфец М.Л. О самоорганизации и технологически - эксплуатационных процессах при комбинированных методах обработки металлов // Доклады АН Беларуси. 1995. Т 39, 1:С. 112 - 116.

26. Хейфец MJI. О самоорганизации процессов формирования свойств поверхностного слоя при комбинированных методах обработки металлов // Док-лады AI I Беларуси. 1995 -Т 39, 2ГС. 109 - 11 3.

27. Попок Н.Н., Хейфец M.J1. Оценка эффективности применения режущих инструментов в производственном процессе // Becui АН Беларуси. Сер. ф1з. -тэхн. павук.-1995, 2; С. 64 - 69.

28. Хейфец M.J1. Проектирование оптимальных видов обработки резанием на

. основе самоорганизации трибоконтактных процессов // Трение и износ.— I995.-T. 16,3,-С. 545 - 554.

29. Хейфец МЛ., Ящернцын ГШ. Самоорганизация и наследственность в технологических системах с комбинированными воздействиями // РАН. Проблемы машипострення и надежности машин.-1995, 4; С. 61 -72.

30. Кожуро Л.М., Хейфец М Л. Исследование устойчивости технологических систем при комбинированных процессах термомеханической обработки // Инженерно - физический журнал.-1995гТ. 68, 4-С.606 - 612.

31. Кожуро Л.М., Мелко B.C., Хейфец М.Л. Управление устойчивостью технологической системы в процессах комбинированной термомеханической обработки // Математическое моделирование в проектировании технологических процессов. Труды СПоГТУ;№451. -СПб, 1995,-С. 55 - 64.

32. Хейфец М.Л. Термодинамические неустойчивости технологической системы в процессах механической обработки // Математическое моделирование в проектировании технологических процессов. Труды СПбГТУ №451. -СПб, 199'5,-С. 77 - 88. '

33. Bogdan N.I., Kheifetz M.L., Peshkun S.V., Popok N.N., Shipko A.A. The study of the pi oduction system self-organization by the joint operation of the organization, economical and technical measures // Non - linear phenomena in complex systems: Processing of fourth annual seminar.-Minsk, 1995-P. 348 - 352.

34. Kheifetz M.L. The study of the self-organization of technical and operational procecces according to the state diagrams of the phisico-chemical systems // Non -linear phenomena in complcx systems: Processing of fourth annual seminar.-Minsk, 1995,-P. 353 - 357.

35. Kheifetz M.L. The technologic-exploitation system: heredity, mutability and evalution. // Noil - linear phenomena in complex systems: Processing of fourth annual seminar.-Minsk, 1995,-P. 358 - 362.

36. Хенфец MJl. Анализ процессов самоорганизации при обработке металлов по диаграммам состояний физико-химических систем // Доклады All Беларуси,-1995гТ. 39, 6.-С. 109 - 113.

37. Хейфец Mil., Кожуро Л.М., Шипко А.А., Сенчило И.А. Разработка комбинированных методов высокоинтенсионон обработки поверхностей деталей. 1. Анализ термомеханнчсской обработки //Инженерно - физический журнал,-1995-Т.68, 6.-С. 930 - 942.

38. Хейфец М.Л., Кожуро Л..М., Шипко А.А., Сенчило И.А. Разработка комбинированных методов высокоинтенсивной обработки поверхностей деталей. П. Исследование электро- и электронной обработки // Инженерно - физический журнал. -1996.-Т.69, I-С. 43 - 54.

39. Хейфец М.Л., Кожуро JI.M., Шипко A.A., Сенчнло И.А. Разработка комбинированных методов высокоинтенсивной обработки поверхностей деталей. III. Проектирование ионной обработки //Инженерно - физический журнал.-1996ГТ.69, 2.-С. 215 - 223.

40. Ящерицын П.И., Шипко A.A., Хейфец М.Л., Попок H.H. Совершенствование производственных систем на основе создания условий для самоорганизации технологических процессов и объектов U Доклады АН Беларуси-1996.-Т. 40, 1-С. 118-121.

41. Ящерицын П.И., Кожуро Л.М, Хейфец М.Л. Гибкий производственный модуль для комбинированной электромагнитной и термомеханической обработки изделий // Вестник машиностроения:-1996, 3,-С.33-36.

42. Хейфец М.Л. Цикличность состояний и свойств поверхностное слоя 'при комбинированных методах обработки металлов // Доклады АЛ Беларуси,-1996-Т.40, 5,-С. 120-123.

43. Технологические основы высокоэффективных методов обработки деталей / П.И.Ящерицын, М.Л.Хейфец, Б.П.Чемисов, Л.М.Кожуро, А.А.Шипко, И.А.Сенчнло. -Иовополоцк:Изд.ПГУ, 1996,-136 с.

44. Хейфец М.Л. Самоорганизация процессов при высокоэффективных методах обработки деталей. -Новополоцк:Изд.ПГУ, 1997,-268 с.

45. Ящерицын П.И., Забавскнй М.Т., Кожуро JI M., Хейфец М.Л. Повышение эффективности обработки износостойких по.-рытий рациональной ориентацией алмазных и абразивных зерен инструментов. 1.Алмазное шлифование // Becni АН Беларуси Сер фгз.-тэхн.навук.-1997, 1-С.42-45.

46. Ящерицын П.И., Забавский М.Т., Кожуро Л.М., Хейфец М.Л. Повышение эффективности обработки износостойких покрытий рациональной ориентацией алмазных и абразивных зерен инструментов. И.Магнитно-абразивное полирование // Becni АН Беларуси Сер ф|'з.-тэхн.навук-1997, 2-С.56-59.

47. Ящерицын П.И., Пантелеенко Ф.И., Хейфец М.Л. Анализ процессов самоорганизации при формировании свойств поверхностного слоя изделий комбинированными методами обработки // РАН. Физика И химия обработки мате-рналов.-1997, 3-С.39-48.

48. Ящерицын П.И., Кожуро Л.М., Хейфец М.Л., Чемисов Б.П. Проектирование технологических комплексов высокоэффективной обработки изделий на основе многофакторной оптимизации // Доклады АН Беларуси,-1997,-Т.41, 3," С.121-127.

49. Ящерицын П.И., Шипко A.A., Хейфец М.Л., Кожуро Л.М. Технологическо -эксплуатационные барьеры в поверхностном слое при высокоинтенсивной обработке материалов//Доклады АН Беларуси. 1997rT.41, 5-С. 120-123.

50 Обработка износостойких • покрытий / Л.М.Кожуро, Ж.А.Мрочек, М JI.Хейфец, А А.Шипко, Л.М.Акулович. -Минск:Дизай11П£0, 1997-208 с.

РЭЗЮМЕ ХЕЙФЕЦ Mixai.ii Львов|'ч ТЭАРЭТЫЧНЫЯ 1 ТЭХНАЛАГ1ЧНЫЯ АСНОВЫ ВЫСОКА1НТЭНС1УНАИ КАМБ1НАВАНАЙ АПРАЦОУК1 ДЭТАЛЯУ Ключавмя словм высокаштэншуныяуздзеянш, тэрмамехаш'чная, ф1з1ка-хтмтчная. прамянспая апрацоука, тэхналапчнаясиадчыннасиь, структурная ус-тойлтаснь, самаарташзацыя працзсау.

Аб'екчам даследавання з'яуляюцца працэсы фарм1раванкя паверхневага слоя пры тэрмамехашчнай, фЫка-х1м1чиай 1 прамянёвай апрацоуцы.

Мэга працы - стварзнне тэарэтычных 1 тэхналапчных асноу высо-каптнстунай ламбишиапай апрацоук! дэтапяу дзеля фарм1равання структур 1 фаз паверхнсвых слаёу из падсшвс самаарганпацьн 1 спгдчыннасш паверхне-В1.:х ч'яу. У працы выкарыстоуваюцца мстады 1 тэорьп сшсргетычнага падыходу, фптка-хтмтчнага аналт'зу, тзрмадыналню, фпш цвердага цела, механнп иадкасш! газу, электрадыпамш, киатпзззй механик, матэматычнай статыстыю 1 плапа-вання зксперыментау, а таксам?, эксперыментальныя метады вывучэння паверхневага слоя з дапамотай аптычнай металаграфи, рэктгенаструктурнага, м!крар энпемасмектралытат л аналпу. растравай электроннай мн.раскшт.

Распршаваиы тзарэтычныя I тзхнапапчныя асновы высокаппэнслунай камбншианай апраиоуп дэталяу, як!л уключаюиь: канцзпцьно павышэння пра-дуктшйнасш 1 якасш апраиоук: пры выкарысташн дадатковых крыншау энергп; малзль фармт'рапання паверхневага слоя пры тэрмамехашчнай, фЫка-х!м(чнай 1 мрамянсвай апраиоуцы; метады аптымтзацьп: кт'равання 1 абмежавання ппэнсчунасш уздзеянняу у працэсах апрацоуш дзталяу.

Прапанаваны рэкамсидацьп па выбару тнструментау I крыншау энертн; метопы к; сызиачэннн тэхналапчных бар'ерау I разлжу устойлшасти станау паверхневага слоя.

РЕЗЮМЕ ХЕЙФЕЦ Михаил Львович ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ Ключевые слова: высокоинтенсивные воздействия, термомгханическая, физико-химическая, лучевая обработка, технологическая наследственность, структу рная устойчивость, самоорганизация процессов.

Объектом исследования являются процессы формирования поверхностного слоя при термомеханической, физико-химической и лучевой обработке.

Цель работы - создание теоретических и технологических основ высокоинтенсивной комбинированной обработки деталей для формирования структур и фаз поверхностных слоев на основании самоорганизации и наследственности поверхностных явлении. В работе используются методы и теории синергетиче-ского подхода, физико-химического анализа, термодинамики, физики 'вердого тела, механики жидкости и таза, электродинамики, квантовой механики, мате-

магической статистики и планирования экспериментов, а также. Экспериментальные методы изучения поверхностного слоя с помощью оптической металлографии, рентгеноструктурного, микрорентгеноспектрального анализа, растровой электронной микроскопии.

Разработаны теоретические и технологические основы высокоинтенсивной комбинированной обработки деталей, включающие: концепцию повышения производительности и качества обработки при использовании дополнительных источников энергии; модель формирования поверхностного слоя при термомеханической, физико-химической и лучевой обработке; методы оптимизации, управления и ограничения интенсивности воздейстнин в процессах обработки деталей.

Предложены рекомендации по выбору инструментов и источников энергии; методики определения технологических барьеров и расчета структурной устойчивости состояний поверхностного слоя.

SUMMARY KHEIFETZ MikhaeJ Lvovich THEORETICAL AND TECHNOLOGICAL PRINCIPLES OF HIGH-INTENSIVE COMBINED TREATMENT OF DETAILS

The key words: high-intensive influences, thenno-mechanical, phisico-chemical, radial treatment, technological heredity, structural steadiness, self-organization of processes.

The subject of research are processes of fonning of the surface layer of the thenno-mechanical, phisico-chemical and radial treatment.

The aim of the work is to create theoretical and technological principles of liigh-intensive combined treatment of details for fonning of structures and phases of surface layers on the basis of self-organization and heredity of surfase effects. The methods and theories of sinergefic approach, phisico-chemical analisis, thenno-dynamics, pliisics of solid, mechanics of liquid and gas, electrodynamics, quantum mechanics, mathematical statistics and planning of experiments are used in the work as well as experimental methods of surface layer studied by means of optical metal-graphics, X-ray structural, micro-X-ray spectral analisis scanning electronic microscopy.

Theoretical and technological bases of high-intensive combined treatment of parts, including the conception of upgrading the productivity and quality of treatment uidi using the supplementary sources of energy; model of fonning the surface layer at thcnno-machanical, phisico-chemical and radial combined treatment; methods of optimizing, management and limitation of intensiveness of the influence in processes of treatment of parts have been worked out.

Recomendations on tools and sources of energy,' choosing methods of determination (he technological barriers and calculation of structural stability of the surface layer conditions have been proposed.