автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Теоретические основы повышения динамического качества технологических машин посредством управления процессами трения в трибосопряжениях

На правах рукописи

ЗАЗИМКО Олег Вадимович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ПОСРЕДСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ТРЕНИЯ В ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯХ

05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в ЗАО «Холдинговая компания ФОРСАН» (г. Москва) и в Санкт-Петербургском институте машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Научный консультант: Д.т.н., профессор, академик БАИ

Васильков Дмитрий Витальевич

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор, академик МАИ

Сенчило Игорь Аркадьевич

д.т.н., профессор, академик БАИ Алексеев Георгий Александрович

д.т.н., профессор, академик БАИ Нагорный Владимир Александрович

47-

Защита состоится и декабря 2004 г. в 16 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 098.03.БАИ.064 в Балтийской академии информатизации по адресу

197348, Санкт-Петербург, Аэродромная ул., 4, ауд. 202,6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БАИ по адресу: 197348, СПб., Аэродромная ул., 4, ауд. 202,6.

У/

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор, академик МАИ

Сенчило И.А.

Актуальность работы. Одной из важнейших задач, стоящих перед отечественной промышленностью, является создание товарного машиностроения, выпускающего продукцию, которая отвечает требованиям качества и конкурентоспособна на мировом рынке. Для решения этой задачи требуется повышение динамического качества технологических машин, что в свою очередь базируется на результатах глубоких научных исследований.

В технологических машинах, в частности, в металлорежущих станках остаются не решенными проблемы обеспечения малых и реверсивных перемещений и исключения массопереноса в высоко-нагруженных контактных соединениях. Одной из основных причин указанных явлений является молекулярное взаимодействие между контактирующими поверхностями в высоконагруженных трибосоп-ряжениях. Оно проявляется в динамике контактных взаимодействий через последовательное формирование и разрыв адгезионных связей.

Важным вопросом при построении динамических моделей технологических машин является математическое описание взаимодействия подсистем в трибосопряжениях, т.е. представление оператора, отображающего динамическую характеристику процессов резания и трения. Для повышения достоверности расчетов при моделировании необходимо дифференцированное описание процессов трения с отказом от квазистатического представления.

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные Д.В.Васильковым, В.Л.Вейцем, Б.В.Дерягиным, Т.Н.Лоладзе, Е.М.Макушком, А.П.Семеновым, В.Э.Хитриком, В.АШмаковым и др., показали, что между контактирующими поверхностями, особенно при малых относительных скоростях, происходит местная адгезия - возникают пятна схватывания. Указанное было исследовано применительно к процессам резания и трения в рамках нелинейной модели.

Уменьшение сил молекулярного взаимодействия в трибосоп-ряжении может быть достигнуто технологическими методами направленного формирования условий донорно-акцепторного взаимодействия между контактирующими поверхностями путем их модификации. В последнее время на основе данной методологии широкое распространение получили ряд новых технологий модификации поверхностного слоя материалов. Поскольку в парах трения имеет место, как правило, трение скольжения, представляют интерес технологии внедрения в смазочные материалы различных наномоди-фикаторов. Из всего многообразия применяемых на сегодняшний день модификаторов особого интереса заслуживают фуллереносо-

держащие материалы, формирующие в контактном соединении особые физико-механические и химические свойства, делающие их применение в триботехнике перспективным.

Применение новых технологий модификации трибосопряжений в станках требует проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований с целью повышения их динамических качеств. Постановка и решение данной проблемы безусловно является актуальной.

Цель работы - повышение динамического качества технологических машин посредством управления процессами трения в трибо-сопряжениях на основе использования модифицирующих смазывающих составов.

Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Модельное представление системы звеньев технологической машины при динамическом нагружении с учетом реологии в контактном соединении.

2. Параметризация свойств реологических моделей трибосопряжений на основе кусочно-линейного описания их характеристик.

3. Разработка динамических моделей технологических машин различного класса с учетом реологии контактных взаимодействий в трибосопряжениях.

4. Получение критериальных характеристик адгезионной способности, которые определяют способность пары трения формировать во времени адгезионные связи при различных условиях контактных взаимодействий и при наличии наномодификаторов в трибосопряжений.

5. Разработка методик и алгоритмов определения реологических характеристик и параметров динамической модели на основе использования специальных расчетных методов и автоматизированных измерительных комплексов.

6. Прогнозирование возможности существования образующихся в поверхностных слоях материалов бинарных соединений на основе анализа конфигурационных моделей.

7. Выполнение комплекса экспериментальных исследований с целью обоснования правомерности полученных теоретических положений и выводов.

8. Разработка научно обоснованных технологических рекомендаций для промышленности

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в:

- реализации модельного представления системы звеньев технологической машины при динамическом нагружении с учетом реологии в контактных соединениях;

- параметризации свойств реологических моделей трибосоп-ряжений на основе кусочно-линейного описания их характеристик;

- разработанных динамических моделей кусочно-линейного типа, в которой заложены функции переключения, учитывающие физические условия контактных взаимодействий в трибосопряжении применительно к различным технологическим машинам;

- формировании динамической характеристики трения в три-босопряжении пары трения на основе молекулярно-механического представления о контактном взаимодействии в виде развитых реологических моделей с переключениями, которые реализуются в зависимости от силовых и кинематических характеристик движения;

- прогнозировании возможности существования образующихся в поверхностных слоях пары трения бинарных соединений на основе анализа конфигурационных моделей материалов в трибосопря-жении;

- критериях адгезионной способности пары трения по формированию во времени адгезионных связей при различных условиях относительных перемещений с учетом трибологических особенностей наномодификаторов в трибосопряжении.

Практическая ценность выполненных разработок заключается

в:

- разработанных технологиях применения наномодификаторов в трибосопряжениях с целью повышения динамического качества станков;

- алгоритмах и программах решения задач улучшения динамики станка, которые явились основой для формирования областей допустимых режимов в пространстве варьируемых параметров с учетом трибологических особенностей наномодификаторов в трибо-сопряжениях.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием разделов теорий резания, динамики сложных систем, трибологии; удовлетворительным совпадением результатов расчетов и экспериментов; положительным эффектом внедрения разработанных методик и предложенных рекомендаций в промышленных условиях.

Реализация в промышленности. Технологии внедрения наномодификаторов типа "Форсан" в трибосопряжениях нашли широкое применение в закрытых устройствах редукторного типа. К ним относятся коробки скоростей и подач металлорежущих станков, редукторы и различные передаточные устройства, а также различные насо-

сы, гидросистемы технологических машин и др. Они приняты к внедрению на ряде предприятий России.

Апробация работы. Научные результаты, представленные в диссертации, докладывались в интервале 2000-2004 г.г. на ряде научно-технических семинаров в СПбГТУ, СПбИМаш и др.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 17 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 259 страницах машинописного текста, содержит 109 рисунков, 26 таблиц, список литературы, включающий 155 наименований.

Содержание работы

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В первой главе выполнен анализ исследований в области динамики контактных взаимодействий в трибосопряжениях технологических машин. Значительный вклад в науку и практику динамических исследований трибосистем внесен отечественными учеными В.А.Валетовым, Д.В.Васильковым, В.Л.Вейцем, Ф.Р.Геккером, Ю.И.Городецким, Н.Б.Демкиным, Б.В.Дерягиным, И.В.Крагельским, В.А.Кудиновым, З.М.Левиной, П.М.Лысенковым, Т.А.Лоладзе, Е.М.Макушком, Л.С.Мурашкиным, С.Л.Мурашкиным, В.И.Петровым, Л.И.Погадаевым, В.Э.Пушем, Э.В.Рыжовым, В.К.Старковым, А.Г.Сусловым, А.В.Чичинадзе, М.Е.Эльясбергом и др.

Анализ современных представлений по учету условий контактного взаимодействия в подвижных и неподвижных соединениях звеньев технологических машин при резании показал, что контактные взаимодействия упругих систем представляют собой широкий класс взаимодействий, к которому относятся трибологические системы, системы механической обработки материалов, системы с подвижными и неподвижными контактами и др. При динамическом взаимодействии в контактах имеют место процессы, следствием которых являются:

а) нестационарное движение упругих систем под действием приложенных сил и процессов в контактных соединениях, которое обычно имеет колебательный характер;

б) изменение свойств контактирующих поверхностей под влиянием динамических процессов с учетом действующих нагрузок, температур, скоростей, состояния поверхностного слоя и других факторов, приводящее в итоге к износу контактирующих поверхностей в результате протекания таких процессов в соединении, как адгезия,

тепловые, гидродинамические и другие процессы, упругие и пластические деформации, электрические и магнитные явления в контакте, структурные и фазовые превращения материала поверхностного слоя.

Рассмотрены ремонтно-восстановительные составы (РВС), которые относятся к разряду твердофазных смазочных материалов, получивших в последнее время достаточно широкое применение. Они применяются для улучшения физико-механических характеристик работы узлов (пар) трения различных сочетаний материалов и видов сопряжения контактирующих поверхностей. В зависимости от типа пары трения, геометрии взаимодействующих поверхностей, нагрузки на них и материала, из которого эти пары изготовлены, наблюдаются различные триботехнические эффекты, которые существенным образом меняют условия контактных взаимодействий в трибосопряжениях. Для описания физических явлений, объясняющих данные эффекты, можно использовать теорию, описывающую взаимодействие электронных структур материалов элементов пар трения и РВС.

Проанализированы особенности технологических методов снижения адгезии в трибосопряжениях подвижных и неподвижных соединений звеньев машин. Современные мелкодисперсные модифицирующие составы, к числу которых относятся фуллереносодер-жащие материалы, в частности "Форсан", дают возможность существенно улучшить трибологические характеристики пар трения технологическими методами без внесения конструктивных изменений. Технология внедрения данных материалов посредством индустриальных масел и других смазочных материалов является достаточно простой и эффективной. Однако, существует проблема прогнозирования динамических свойств звеньев машин с контактными соединениями, модифицированными указанными материалами.

На основании изложенного можно сделать вывод в том, что повышения динамического качества технологических машин можно добиться на основе технологических методов улучшения условий контактного взаимодействия в трибосопряжениях посредством управления процессами трения использованием наномодификато-ров.

На основании выполненного анализа состояния проблемы сформулированы указанные выше задачи исследования.

2. ДИНАМИКА КОНТАКТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЗВЕНЬЕВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПРИ МОДИФИКАЦИИ ИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ В ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯХ

Реализовано модельное представление системы звеньев станка при динамическом нагружении с учетом реологии контактного взаимодействия. Осуществлен переход к динамической характеристике процесса трения путем дифференцированного рассмотрения условий контактного взаимодействия в трибосопряжении. При этом схема, моделирующая движение исполнительного механизма, например, ползуна, усложнится путем введения реологических элементов (см. рис.1). Здесь основным объектом является ползун 1 массой т. Точка А ползуна с координатой х определяет его текущее положение. Привод 2 задает движение ползуна посредством упруго-диссипативного соединения с приведенными коэффициентами упругости Сх и диссипации Ьх. Положение точки О является заданной функцией времени Т(х0). Возможности модели расширяются учетом упруго-диссипативных характеристик со стороны звена 3, взаимодействующего с ползуном 1 в направлении оси у посредством упруго-диссипативного соединения с приведенными коэффициентами упругости Су и диссипации Ьу. Положение точки О / рассматриваемого звена является заданной функцией времени Цув).

Рис. 1. Двухконтурная динамическая модель ползуна при одностороннем воздействии со стороны привода

Реология контактного взаимодействия формируется следующим образом. Касательная состав-ляяющая силы сопротивления RT представляет собой силу трения, а нормальная составляющая - совокупность подъемной силы, которая моделирует эффект всплывания ползуна при контактном взаимодействии его с поверхностью (с учетом наличия смазки) и силы контактного взаимодействия в нормальном направлении.

Рис.2. Реологическая модель контактного взаимодействия в трибосопряжении в касательном динамическом контуре

Рис.З. Реологическая модель контактного взаимодействия в трибосопряжении в нормальном динамическом контуре

Сила сопротивления в трибосопряжении рассматривается как динамическая характеристика, построенная в виде совокупности реологических моделей в касательном и нормальном динамических контурах (рис.2-3), которые соответственно совпадают с координатными осями х и у. Трибосопряжение контактирующих поверхностей ползуна и стола моделируется в виде упруго-диссипативных подвесов с подвижными трибоэлементами. Упруго-диссипативные подвесы моделируют предварительное смещение в трибосопряжении в момент начала движения, а также фазы скольжения - схватывания и всплывания в процессе движения. Они реализованы в виде развитых реологических моделей с упруго-диссипативными характеристиками кусочно-линейного типа.

Реология контактного взаимодействия в трибосопряжении моделируется в режимах сухого и жидкостного трения. В режиме сухого трения (блок I на рис.2-3) возможна адгезия в трибосопряжении, а значит наличие чередующихся фаз схватывания (блок III на рис.2-3) и скольжения (блок IV на рис.2-3). Взаимодействие между динамическими контурами определяют условия переключения фаз. В ре-

жиме жидкостного трения (блок II на рис.2-3) формируется масляный клин и ползун всплывает. В данном режиме адгезия между контактирующими поверхностями невозможна.

Фазовые переходы моделируются подвижными трибоэлемен-тами с характеристиками соответственно ß, в динамических контурах. Подвижные трибоэлементы по аналогии с реологической моделью Сен-Венана в зависимости от характера силового воздействия могут вести

себя как абсолютно твердое тело (ß, = 1) или деформироваться по заданным правилам (ß, = 0). Они реализуют функции переключения фаз Sgl, Sg2 в реологической модели контактного взаимодействия

II при ßxl =1, ßnl =1, ßt3 =0, ßn3 =0- жидкостное трение;

(1)

0 при ßtl =0, ßn, =0, ßT3 =1, ßn3 =1- сухое трение.

Sg2 = -

(1 при ßT2 = 1, ßn2 = 1 - фаза схватывания; 0 при ß.,2 =0, ß„2 =0- фаза скольжения.

(2)

Динамическое моделирование перемещений звеньев станка осуществлено на примере движения ползуна по направляющим. Для упрощения рассмотрения движение привода считается заданным.

Для удобства дальнейшего рассмотрения осуществлен переход в пространство переменных состояния. (10х1)-вектор переменных состояния D включает компоненты

(3)

где х, у - обобщенные координаты в динамических контурах;

- составляющие силы сопротивления при контактном взаимодействии в динамических контурах.

Система уравнений переменных состояния записана в матричном виде

¿ = Бг + 8, (4)

где -матрица приведения со следующими отличными от

нуля элементами

¿1.2 = ¿3.4 = 1; ¿2.5 = ¿2,7 = ¿2,9 = ¿4.6 = ¿4.8 = ¿4.10 =

46

Ш

£х

т

¿2,1=" —¡¿2,2

Ь с„ Ь„ 1

_ А ___У . ,1 ___У . Л _ 1

т т т ^схв;

т

1

1

»¿7.7 — —ИТ^ТТ' ¿8.8 — —

гр(ск)

_!_ , ___]_.

т(ск)'а9.9 т(ж) '

1

'10,10

т(ж) '

где Т^Д^.Т^.Т^.Т^.Т^ - постоянные времени моле-кулярно-механических процессов в динамических контурах; Ьт1, ст1, Ьа1, сп1, Ьт2, сп2 - упруго-диссипативные характеристики в трибо-сопряжении; ¡1 - коэффициент трения между контактирующими поверхностями; Э - (10х1)-вектор возмущения со следующими отличными от нуля компонентами:

_Ьх сх _ЬУ су

--22о + — 21о _ 24о + 2Зо >

т т т т

85=-:

1

-(схв)

(Ьт1г2+ст12,)-(1-8в1)-8ё2;

гр(схв)

(Ьп124+сп1гз).(1-8ё1)-8ё2;

®7 = —

в9=-

сп2 Т(ск)

гр(ж)

В соответствии с приведенной схематизацией рассмотрим механические системы редукторного типа. К ним относятся ступенчатые и бесступенчатые электромеханические приводы, редукторы различного вида и другие механизмы, в основу которых положена передача движения с использованием зубчатых передач. Будем рассматривать крутильную цепную механическую систему, которая образована звеньями с сосредоточенными инерционными парамет-

рами и соединениями с линеиными упруго-диссипативными характеристиками.

Система дифференциальных уравнении движения крутильной модели, если воспользоваться дифференциальными уравнениями Лагранжа второго рода, будет представлена в виде

Ф + В ф + С <p = f(t) , (5)

где <p(t)- n-компонентный вектор обобщенных координат крутильной модели; В,С -(пхп) - матрицы, элементы которых определяются через известные инерционные и упруго-диссипотивные параметры модели; f(t) - п-компонентная вектор-функция внешних воздействий.

Для обеспечения идентичности математического аппарата и удобства вычислений система (5) может быть приведена виду (4) в пространстве переменных состояния. Введем в рассмотрение (2п) вектор переменных состояния z, компоненты которого соответственно равны

Ф«к)+1 > для к = 2i +1;

(6)

<fV(k) . ДЛЯ k = 2i;

£(k) = Int^, i = l.....n

Система уравнений (5) в пространстве переменных состояния (6) преобразуется к виду

¿2М =z2i; (7)

j=n j=n

Z2i = - SbyZji - £CyZjj.! + fj (8)

j=l j=l

Система уравнений''(7)-(8) в матричном виде соответствует выражению (4).

Исследование фаз скольжения и схватывания при обработке резанием осуществлено на основе различных подходов. Взаимодействие режущего инструмента и заготовки в фазе скольжения рассматривается как взаимодействие твердых тел. При этом тангенциальная сила формируется на основе макропредставления как величина, пропорциональная нормальной составляющей силы резания. В фазе схватывания между подсистемами вводится элемент сплошной среды - стружка, который определяет условия взаимодействия между режущим

инструментом и заготовкой. При этом контактное взаимодействие между стружкой и поверхностью режущего инструмента формируется на основе микропредставления и определяется несущей способностью контакта Бн- Под несущей способностью контакта понимается максимальное значение силы, обеспечивающей переход из фазы схватывания в фазу скольжения. Переход из одной фазы в другую формируется самой динамической системой путем последовательных фазовых переходов. Условия осуществления фазовых переходов определяются кинематическими и силовыми характеристиками взаимодействия подсистем.

Рассмотрена наиболее представительная модель ТСМО малой размерности, полученная в ограниченном частотном диапазоне при аппроксимации полной динамической модели ТСМО. Данной модели соответствуют четыре обобщенных координаты, причем она включает две подсистемы - подсистему заготовки с координатами q2 и подсистему инструмента с координатами д3,

q4 (рис.4,а). Взаимодействие между подсистемами осуществляется в процессе резания и отображается двумя упруго-диссипативными элементами в касательном и нормальном направлениях с параметрами (рис.4,б).

а б

Рис.4. Модельное представление динамики контактных взаимодействий при обраотке резанием: а - четырехконтурная модель взаимодействия подсистем заготовки и режущего инструмента; б - реология контактных взаимодействий в зоне резания

Система дифференциальных уравнений состояния рассматриваемой модели является нелинейной вследствие нелинейности характеристик взаимодействия подсистем, так как исследуемый процесс представляет собой совокупность фаз скольжения и схватывания. В фазе скольжения поведение модели описывается

описывается на основе традиционного подхода, например, с использованием постоянных запаздывания. При рассмотрении фазы схватывания для получения упруго-диссипативных характеристик необходимо выбрать вид реологической модели в зоне стружкообразования. Расчетно-экспериментальные исследования показали применимость для конструкционных материалов достаточно простых реологических моделей Фойхта и Максвелла.

Описание силового взаимодействия в каждой из указанных фаз осуществлено линеаризованными уравнениями, что дает возможность применить метод аппроксимации нелинейных характеристик кусочно-линейными функциями. В соответствии с данным методом, модифицированным для условий рассматриваемой задачи, система уравнений движения (4) модели записана в виде системы дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами. Вектор переменных состояния z имеет следующие компоненты

(9)

где (\г, с^, - обобщенные координаты модели; Хс, т^ - контактные деформации в зоне резания по осям составляющие силы резания по тем же осям.

Фазовые переходы формируют функцию переключения 5§(и), принимающую значения 0 или 1 в зависимости от условий

(10)

где - критическая скорость, при которой начинают

активно формироваться адгезионные связи.

Функция переключения Б£(и) в (10) принимает значение 0 в фазе скольжения и 1 в фазе схватывания.

Молекулярно-механические процессы, протекающие при взаимодействии режущего инструмента и заготовки, могут быть описаны следующей системой дифференциальных уравнений по аналогии с (4). При этом (12*12)-матрица D имеет следующие отличные от нуля элементы:

¿1,2^3,4=^5,6=<37,8=1, ¿2,10=-^2,1=1/Тч122, ¿4,3^9=- ¿6,5=^6,10=:-

1/ТЧ32 , <18,9=-с1817=1/Тч42 , ¿9>9=-1/Тр> (1)0,10= "1/Тц, (1И,П=-СТ/ЬТ, <112,12=

-cn/b„, d2>2~ -TqI1/Tql22, d44—Tq2i/Tq222, d66—Tq3I/Tq322, d8>8—

Tq4i/Tq42, d]0i9=-(i/Tp, d9ji= -d9>5=kx/Tp, d9i2=-d9 6=k?/Tp;

(12х1)-вектор S имеет следующие отличные от нуля компоненты: S2=c/rqi22(yiryi+y5)Sg(u), s6=c/rq322(yii-yi+y5)Sg(u), S8=cn/Tq422(yii-yi+ys)Sg(u), s4=cn/Tq222(yii-yi+y5)Sg(u), sn= xTbSkc/b,-Sg(u), s 12=x„bÔkc/(bn|ia) • S g(u) ;

Tqib Tqi2, Tq2[, Tq22, Tq3I, Tq32, Tq4b Tq42 - постоянные времени; Tp, Tq - постоянные запаздывания; kx, kz - коэффициенты обратной связи; тт - предел текучести материала заготовки; кс - коэффициент приведения к зоне схватывания; ца - коэффициент пропорциональности при молекулярном взаимодействии.

На основе общего подхода разработаны модели кусочно-линейного типа для трех видов объектов исследования: поступательно перемещающихся исполнительных механизмов привода, замкнутых участков валопровода механизмов редукторного типа, технологических систем механической обработки.

Динамическая модель, представленная системой дифференциальных уравнений (4), нуждается в определении входящих в нее параметров, в том числе реологических характеристик. Для их определения разработаны специальные расчетные методы и автоматизированные измерительные комплексы. Методика определения указанных характеристик предусматривает наличие совокупности расчетно-экспериментальных алгоритмов, включающих:

• расчетно-экспериментальное определение опорной поверхности тела, участвующей в трибосопряжении;

• расчетно-экспериментальное определение контактной жесткости (податливости) поверхности;

• выбор вида реологической модели и расчет ее параметров для конкретного трибосопряжения.

В системе уравнений (4) имеется две группы параметров, которые определяют условия контактного взаимодействия в трибо-сопряжении при помещении в нем наномодификаторов. Это коэффициент трения и условие переключения Sg2. В части влияния на коэффициент трения мелкодисперсных модифицирующих соста-вовнаномодификатор типа "Форсан" воздействует непосредственно на металл в парах трения. В процессе непосредственного взаимодействия поверхностей пар трения он позволяет предотвратить контакт металл - металл, синтезировав в местах контакта слой мине-ралокерамики толщиной 5...20 мкм. Поверхности трибосопряжения упрочняются, что останавливает износ трущихся пар.

Говоря об условии переключения Эд2, которое отображает переход из фазы скольжения в фазу схватывания и обратно при моле-кулярно-механическом взаимодействии поверхностей в трибосоп-ряжении, необходимо отметить, что упругая система и контактные процессы представляют собой единую систему: упругая система влияет на адгезионные процессы, а эти процессы определяют процессы в упругой системе. При этом различные контактные пары могут быть охарактеризованы критериями адгезионной способности, определяющими величину адгезионных сил, адгезионный барьер и скорость протекания адгезионных процессов.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА МОДИФИКАТОРОВ ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА КОНФИГУРАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ МАТЕРИАЛОВ ПАРЫ ТРЕНИЯ

Для описания механизма воздействия модифицируемых элементов и материала изделия использован механизм, описывающий взаимодействие их электронных структур и основанный на анализе эволюции конфигурационной модели вещества. Отличаясь определенной простотой, конфигурационная модель вещества позволяет объединять закономерности изменения свойств материалов и их сплавов при изменении содержания образующих их компонентов, а также прогнозировать свойства вещества в зависимости от их химического состава.

Для оценки физико-механических свойств материалов с помощью конфигурационной модели вещества необходимо рассмотреть структуры внешних электронных оболочек элементов, образующих материал изделия. Главным определяющим понятием конфигурационной модели является статический вес атомов со стабильными электронными конфигурациями (СВАСК), которыми, например, для переходных металлов являются «1°, с!5 и с110, для б- и р-элементов - ер3 и 82р6. Основные физико-механические свойства материалов (прочность, пластичность) зависят от соотношения статических весов (долей) атомов с различными стабильными конфигурациями. Модифицирующие элементы приводят к перераспределению СВАСКов в материале изделия, что в свою очередь изменяет физико-механические характеристики сплава.

Для оценки изменения статического веса (доли) ]-ой стабильной электронной конфигурации в системе "материал основы — модифицирующие элементы" по аналогии с формулой для определения концентрации разбавленных растворов использовано выражение

р1 _ тМ0 • Рмо + тМЭ • РМЭ а/0 (11)

где Р,| - статистический вес (доля) г-ой стабильной электронной конфигурации системы "материал основы - МЭ"; тМ() и тмэ - атомные веса химического элемента; Р^0 и Р^ - статические веса (доли) 1-ой стабильной электронной конфигурации элемента основы и модифицирующего элемента, %.

На основе формулы (11) были выведены корреляционные зависимости, оценивающие влияние элементов периодической системы, наиболее часто применяемых для модификации поверхности стальных изделий, на увеличение или уменьшение доли стабильных конфигураций (в %) у железа - основы сталей.

Особенностью рассматриваемых в данной работе метода и алгоритма прогнозирования существования и свойств бинарных соединений, которые могут образовываться в поверхностном слое материала изделия при взаимодействии с РВС, является использование процедуры обучающей последовательности. Блок-схема рассматриваемого алгоритма представлена на рис.5. Сущность метода прогнозирования на основе обучающих последовательностей состоит в том, что по аналогии с известными в природе соединениями, оценивается вероятность принадлежности к множествам существующих или не существующих сплавов данной рассматриваемой комбинации химических элементов. На основе разложения в многомерном пространстве свойств имеющихся в природе соединений, делается вывод о возможности обладания данными соединением каким-то конкретным свойством. В результате реализации алгоритма была запрограммирована процедура визуального прогнозирования соединений в виде двухмерных распределений функций (требуемых свойств) в зависимости от параметров химических элементов соединений - членов обучающей последовательности. Используя процедуру обучения по целочисленным признакам, были выработаны критерии разделения классов обучающей последовательности по частотам вхождения каждого признака в соответствующий класс, и на основании сравнения была произведена сортировка рассматриваемых соединений по множествам (классам).

С целью выявления механизма упрочнения трущихся поверхностей контртел пары трения при их модификации в присутствии РВС было проведено машинное моделирование процессов, происходящих при внедрении модифицирующих элементов в поверхностные слои материалов с ОЦК-решеткой.

Рис.5. Блок-схема алгоритма прогноза существования и свойств бинарных соединений, образующихся в поверхностном слое материалов при их модификации

Для изучения указанных процессов использован метод молекулярной динамики. Он сводится к численному интегрированию системы "Ы" уравнений движения ^атомов

где 1; - радиус-вектор нго атома относительно атома модифицирующего элемента; ^ - сила взаимодействия "¡" и "¡" атомов.

Этот метод позволяет определять равновесные смещения атомов матрицы вокруг атома примеси - модифицирующего элемента и энергии связи комплексов на основе атомов МЭ. Для этого используется процедура поиска равновесного состояния системы с искусственной диссипацией кинетической энергии (квазидинамический метод). Особенностью этого метода является то, что для его реализации при расчете сил взаимодействия атомов в системе (12) необходимо знать потенциалы межатомного взаимодействия как между атомами матрицы (материала элемента пары трения), так и между атомами модифицирующих элементов

где иДг) - парный потенциал межатомного взаимодействия ионов сорта Т и у.

В общем моделирование процесса модификации материалов сводится к последовательной реализации алгоритма расчетов, блок-схема которого представлена на рис.6. Влияние модифицирующих элементов на кристаллографическую решетку матрицы оценивалось путем расчета упругих равновесных смещений атомов матрицы вокруг точечных дефектов, представляющих собой атомы модифицирующих элементов и их комплексы.

В результате машинного моделирования процесса модификации установлены причины упрочнения поверхностных слоев материалов, являющегося следствием упругих деформаций решетки материала основы при внедрении в нее модифицирующих элементов.

При анализе воздействия состава "Форсан" на трущиеся поверхности справедливы все рассуждения, приведенные в данной главе. На макроуровне действие "Форсана" в составе РВС можно объяснить следующим образом.

Наличие определенных компонентов в композиции "Форсан" обеспечивает тиксотропию (изменение направления макромолекул) смазочного масла уже в течение первых 15 минут после попадания "Форсана" в пару трения. В результате тиксотропии масла в момент микроударов в зоне пятна контакта (в процессе трения) масло становится чрезвычайно упругим и демпфирует столкновение выступов микрорельефа поверхностей трения, фактически предотвращая

удар металла о металл. Метаксильные группы, образуемые (в результате присутствия "Форсана") из молекул масла, не создают новых химических связей или иных протяженных ассоциатов масляных полимеров (то есть не изменяют свойств смазочных масел), но ориентирует масляные полимеры с достаточно высокой степенью анизотропии, обеспечивая максимальную упругость масла в направлении векторов соударений.

Рис.6. Блок-схема алгоритма расчетов при моделировании процесса модификации матрицы - материала элемента пары трения

Вслед за этим начинается силицирование поверхностей трения, что приводит к формированию металлокерамического покрытия. Минералы, входящие в состав "Форсан" представляют собой сложные конгломераты октаэдрических и тетраэдрических соединений со связями и др. При механическом и тепловом воздействии в работающей трибопаре часть молекулярных связей обрывается, и мы получаем соединения с освободившимися связями типа и выделение воды в результате двух параллельно протекающих процессов:

- освобождение сольватированной кристаллической воды из минералов (эндотермическая реакция типа);

- вода образуется водородом, адсорбированным из металла

(экзотермическая реакция типа).

За счет адсорбирования водорода из металла идет активный процесс замещения связей и образования новых связей и т.д. Магний восстанавливает железо из окислов и гидроокислов, присутствующих в масле. Это железо в виде мелкодисперсных фракций заполняет каверны поверхностей трения, останавливая и затем устраняя дефекты кристаллической решетки (вакансии, дислокации, свили). После заполнения впадин микрорельефа начинается наращивание кристаллической решетки по всей площади пятна трения, что приводит к формированию первого, базового слоя металлоке-рамического покрытия.

Устойчивое равновесие эндотермической и экзотермической реакций создается в результате попадания в зону трения в составе "Форсан" достаточного количества гидроокислов, содержащих ионы-катализаторы металлов с переменной валентностью. Наличие ионов-катализаторов во время протекания вышеуказанных реакций препятствует образованию свободных радикалов, которые могли бы выйти из координационной сферы, что привело бы к неотвратимому нарушению процесса. Гидроокислы "Форсана" обеспечивают то, что ионы металлов остаются в зоне трения, что значительно замедляет изнашивание поверхностей еще до формирования металлокерами-ческого покрытия. Поскольку на этом этапе поверхности все еще остаются шероховатыми, постоянное изменение скорости вышеуказанных окислительно-восстановительных реакций приводит к образованию значительного количества воды. Эта вода в момент своего образования участвует в процессе уменьшения сил трения, что также снижает изнашивание поверхностей трения, - а далее вода удаляется изтрибосистемы.

На первоначальном этапе формирования металлокерамиче-ского покрытия эндотермическая и экзотермическая реакции протекают параллельно, и их термодинамическое равновесие определяется принципом Ле-Шателье (имеет место ускорение процесса наращивания кристаллической решетки благодаря Оже-эмиссии). Эндотермическая реакция является преобладающей до момента, пока температура в точках микроконтакта поверхностей трения составляет 600 С или более. По мере формирования металлокерамиче-ского слоя эта температура постепенно снижается, и эндотермическая реакция уступает место экзотермической, при температуре 500 °С эндотермическая реакция практически прекращается, и имеет место только экзотермическая реакция, что вызывает повторное повышение температуры. При этом начинается рост второго слоя, микропоры которого оказываются заполненными некристаллизован-

ным маслом, что придает ему уникальные качества сверх упругости. Формирование поверхностей не повысится до 550 °С. Эта температура приводит к прекращению экзотермической реакции, что останавливает процесс роста металлокерамического покрытия и приводит к образованию на упругом слое пары трения сетчато-кристаллической поверхности с аномально низким коэффициентом трения. Эта поверхность формируется в результате связывания полимеров смазочного масла метаксильными группами, присутствующими в "Форсане": после определенного порога давления в трибо-паре поверхностные микрослои превращаются в резиноподобную структуру, идеальную с точки зрения трения. Это становится причиной окончательного подавления обеих реакций, уменьшения температуры в трибопаре до окружающей ее температуры и завершения формирования металлокерамических покрытий.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗВЕНЬЕВ ПРИ АКТИВНОМ ВНЕДРЕНИИ НАНОМОДИФИКАТОРОВ

Для оценки достоверности теоретических разработок и результатов имитационного моделирования был проведен комплекс экспериментальных исследований динамических характеристик и состояния поверхностного слоя изделий при контактном взаимодействии исполнительных механизмов станка. Для проведения исследований были использованы: динамический стенд (ДС), измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) ПРОФИЛЬ контроля микрогеометрии поверхности и ИВК СИТОН неразрушающего контроля электромеханических характеристик металла поверхностного слоя.

ДС предназначен для экспериментального исследования разработанных динамических моделей при механической обработке. Он включает: металлорежущий станок, первичные преобразователи (пьезо- и тензометрические), усилители, устройства согласования, плату ЦАП-АЦП, персональный компьютер, пакет прикладных программ.

ИВК ПРОФИЛЬ предназначен для измерения параметрических характеристик микрогеометрии профиля поверхности, а также непараметрической оценки (плотности и функции распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля) и фильтрации профиля с выделением волнистости и шероховатости. Предусмотрена возможность построения опорной поверхности профиля по результатам нескольких измерений на базовом участке. Он включает: стандартный прибор измерения шероховатости типа КАЛИБР 201, интерфейс связи прибора с компьютером, пакет прикладных про-

грамм.

ИВК СИТОН предназначен для оценки электромеханических характеристик металла поверхностного слоя образца в паре трения. Он позволяет электроконтактным неразрушающим методом осуществлять измерение технологических остаточных напряжений в металле поверхностного слоя изделия с металлической проводимостью. ИВК СИТОН включает переносной модуль, электроконтактный датчик и персональный компьютер.

С целью экспериментального обоснования и исследования разработанной динамической модели был проведен комплекс экспериментальных исследований на ДС. Было осуществлено натурное моделирование обработки точением специального образца. Стенд использовался для исследования движений суппорта токар-но-винторезного станка. Были выбраны следующие параметры стенда: станок 16К20, материал образца - 38ХМА; параметры режущего инструмента - поперечные размеры 25x30, главный угол в плане 60°, материал режущей части твердый сплав Т5К10; номинальные значения параметров обработки - глубина резания Х=2 мм, рабочая подача 5=0.08 мм/об, скорость резания \/8=50 м/мин, диаметр образца 50 мм.

Эксперимент проводился в два этапа:

1. Направляющие станка были насухо вытерты, а затем проводилась обработка резанием.

2. Направляющие станка были обработаны по специальной технологии с использованием модификатора "Форсан", после чего были насухо вытерты, а затем проводилась обработка резанием.

Сопоставительные результаты исследований показали удовлетворительную сходимость результатов расчета и эксперимента. Расхождение результатов расчета и эксперимента не превысили 18%, что является вполне приемлемым. К тому же модельное представление подтвердило действительную качественную картину динамического процесса, что подтверждает адекватность принятых для исследования моделей. Установлено, что технология внедрения наномодификатора в поверхности трибосопряжения дает возможность существенно уменьшить характеристику трения. При этом молекулярная составляющая силы трения практически исключается из рассмотрения, а механическая (абразивная) составляющая уменьшается из-за снижения коэффициента трения. При этом между контактирующими поверхностями появляются диэлектрические свойства, повышающие электрическое сопротивление в контакте и препятствующие переносу тепла между парами трения. Такие свойства трибосопряжения позволяют ему эффективно работать в условиях сухого трения, т.е. при полном отсутствии смазки.

На рис.7 представлены виброграммы нормальных перемещений суппорта станка при обработке тестового образца на этапе 1 (а) и этапе 2 (б). Результаты измерений показывают, что уровень амплитуд колебаний после внедрения модификатора в смазку и наработки направляющих станка уменьшился в 4 раза. Это свидетельствует о правильности подходов при проведении теоретических исследований.

а б

Рис. 7. Виброграммы нормальных перемещений суппорта при резании: а - этап 1; б - этап 2

а б

Рис 8. Профилограммы поверхности направляющих станка: а - этап 1; б - этап 2

Результаты измерения шероховатости поверхности направляющих показали (рис.8), что после модификации изменилась форма поверхности В результате модификации поверхность направляющих приобрела следующие особенности микрогеометрии: при сохранении среднего уровня интегральных характеристик шероховатости (Яа = 0,57 мкм до модификации, Яа = 0,58 мкм после модификации) высотные характеристики профиля поверхности умень-

шились на 10 ... 15% ^ = 3,13 мкм до модификации; Rz = 2,77 мкм после модификации). Появление минералокерамической пленки привело к увеличению микротвердости поверхности в 1,8 раза. Изменился уровень и характер напряженного состояния в металле поверхностного слоя. Если остаточные напряжения на поверхности до модификации составляли 50 МПа, то после модификации они уже составляли -80 МПа. Объемная картина остаточных напряжений также претерпела изменение. Тем самым трибологические характеристики поверхностей трения в трибосопряжении суппорта и направляющих изменились.

Помимо подвижных соединений контактного типа, обеспечивающих поступательное перемещение узлов, в станке имеется достаточно большое количество соединений типа винт - гайка качения и скольжения, червячные передачи, зубчатые передачи и др. Они , как правило, размещаются в закрытых коробках скоростей и подач и обеспечены специальными системами смазки. Для исследования движений в таких узлах система дифференциальных уравнений (4) преобразована к рассмотрению цепных крутильных систем кусочно-линейного типа (7)-(8).

Объектом исследования в работе являлся универсальный то-каро-винторезный станок модели 16К20, изготовленный на заводе «Красный пролетарий» в 1976 г. Во время всего цикла исследования станок функционировал как производственная единица, выполняя работы по изготовлению различных деталей. Испытания станка, связанные с измерением контролируемых параметров, осуществлялись в перерывах его основной работы. На момент исследований степень изношенности станка может быть оценена как достаточно высокая. Станок подвергался ряду текущих ремонтов, но капитального ремонта не проходил.

Основные элементы станка, определяющие его энергетические затраты, сосредоточены в приводе главного движения и механизме подачи. Именно для этих узлов в станке предусмотрена автоматическая централизованная система смазки. Для смазки используется масло Индустриальное 20 ГОСТ1707-78.

Исследования включали три этапа, каждый из которых выполнялся по своей методике с использованием соответствующих технических средств и аппаратуры:

1. Определение всех исследуемых параметров объекта до введения модифицированного масла в систему смазки.

2. Измерение мощности холостого хода станка после наработки приводом станка через интервалы времени не менее 10 часов. Общая наработка станка за время второго этапа составила 80, по-

сле чего были проведены испытания при резании, измерение вибраций, контроль шероховатости.

3. Повторная заливка модификатора «Форсан» в систему смазки станка и проведение работ по п.2 до наработки станка 70 часов.

Исследуемыми параметрами являлись:

- мощность холостого хода привода главного движения и механизма подач;

- нагрузочные потери привода при обработке контрольной детали;

- вибрационные характеристики привода на холостом ходу;

- шероховатость поверхности контрольной детали.

Введение модификатора «Форсан» в систему смазки универсально-винторезного станка, эксплуатировавшегося в нормальных производственных условиях, привело к снижению потерь на трение при холостом ходе на 8... 12% на различных частотах вращения и в наиболее часто используемых диапазонах составило в среднем 10%. Данный эффект связан со снижением потерь в подшипниках качения, количество которых только в шпиндельной бабке равно 21 шт., а также в зубчатых передачах. Кроме того, снизились потери в шестеренном насосе самой системы смазки. Положительный эффект от введения модификатора обнаружен также и при резании (обработка контрольной детали). Эффект снижения мощности при резании на некоторых режимах достиг 12% и в среднем составил 8%. Это дает основание утверждать, что снизились не только потери холостого хода, но и нагрузочные потери.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ДИНАМИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ПРИ МОДИФИКАЦИИ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ НАНОМОДИФИКАТОРАМИ

Рассмотренные в данной работе предложения по повышению динамических качеств технологических машин нашли подтверждение как в теоретическим, так и в экспериментальном плане. Предложенные динамические модели, отображающие особенности контактных взаимодействий в трибосопряжениях машин, позволили в рамках решения задач кусочно-линейной аппроксимации рассмотреть возможность модификации поверхностей, участвующих в три-босопряжениях на основе применения наномодификаторов, в частности ФОРСАН. Большой объем опытных работ по внедрению данного препарата в промышленность позволил определить область его эффективного использования.

Одной из наиболее эффективных областей применения препарата ФОРСАН является машиностроение. Как показали выполненные исследования, при внедрении указанных мелкодисперсных модифицирующих материалов в пары трения устройств вертикальных и горизонтальных перемещений исполнительных органов металлорежущих станков, особенно крупных с направляющими скольжения, резко улучшаются трибологические характеристики. Указанное проявляется через аномальное уменьшение коэффициента трения, существенное снижение адгезионной способности материалов пары трения, улучшение вибрационных характеристик станка. Эксперименты показали, что при соответствующей наработке поверхностей направляющих станка составом ФОРСАН практически отпадает необходимость применения масла.

Достаточно интересные результаты были получены при пробных динамических испытаниях кузнечно-прессовых машин. Результаты пробных испытаний показали, что в рабочем режиме при динамическом нагружении интерес представляют планарные перемещения перпендикулярно продольному перемещению ползуна. Модификация трибосопряжений узла продольных перемещений ползуна приводит к эффекту залечивания и уменьшения зазоров, что в свою очередь повышает точность формообразования при обработке металлов давлением.

Важным объектом повышения динамического качества являются устройства редукторного типа. К ним относятся коробки скоростей и привода металлорежущих станков, промышленные редукторы, в особенности червячные. Введение состава ФОРСАН в систему смазки указанных устройств, работающих в нормальных производственных условиях, приводит к снижению потерь на трение только в режиме холостого хода на 8... 15%. С увеличением размеров устройства процент снижения потерь возрастает до 20. Данный эффект связан со снижением потерь в подшипниках качения в опорах шпинделей и валов, количество которых только в шпиндельной бабке доходит до 30 и более, а также в цилиндрических и конических зубчатых и червячных передачах. Важным объектом исследования в данной работе являются всевозможные механизмы с самотормозящимися передачами. В состав таких механизмов входят червячные передачи, червячно-реечные передачи, передачи винт-гайка скольжения, винт-гайка качения и др.

Особенностью всех перечисленных механизмов является наличие больших сил трения в процессе формообразующих движений. Модификация указанных трибосопряжений составом ФОРСАН приводит к резкому снижению сил трения и способности к формиро-

ванию адгезионных связей, что приводит к повышению динамического качества технологической машины за счет повышения бесшумности и снижения потерь на трение.

Реализация технологии "Форсан" начинается с формирования олеоминеральной суспензии, включающей 3% порошка форсан и 97% масла - носителя, например, И-20. Суспензия тщательно перемешивается и доставляется в трибосопряжение с помощью системы смазки станка или капельным способом. Затем выполняется наработка пары трения в условиях нормальной эксплуатации или интенсивной приработки. Разработано ряд новых технологий «Фор-сан», учитывающих особенности различных технологических машин.

В результате пара трения приобретает два важных триботех-нических свойства, влияющие на динамические характеристики машины в целом:

- аномально низкий коэффициент трения (на порядок ниже, чем в обычной паре трения);

- инертность поверхностей трения к формированию адгезионных связей.

Указанное позволяет минимизировать количество смазки в парах трения, а в некоторых случаях даже полностью отказаться от нее. Достигнутые результаты эффективного применения модификатора "Форсан" подтверждены актами лабораторных и промышленных испытаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполненное исследование в рамках принятой постановки позволило решить актуальную для современного машиностроения проблему повышения динамического качества технологических машин. В результате выполненного анализа предложены пути решения указанной проблемы на основе технологических методов снижения трения в трибосопряжениях.

2. Выполненный комплекс исследований контактных взаимодействий в трибосопряжениях технологических машин показал, что традиционный подход с использованием квазистатической характеристики трения, отражающее ее влияние на условия контактных взаимодействий в интегральной форме, требует наличия исходной информации, получаемой экспериментально. При этом не учитываются упруго-пластические свойств в динамике контактного взаимодействия в зоне трения, являющиеся важным фактором при формировании и развитии динамических процессов.

3. Реализовано модельное представление системы звеньев технологической машины при динамическом нагружении с учетом реологии в контактных соединениях. Выполнена параметризация свойств реологических моделей трибосопряжений на основе кусочно-линейного описания их характеристик.

4. При формировании динамической характеристики трения предложен и реализован метод описания, основанный на молеку-лярно-механическом представлении о контактном взаимодействии в виде двухфазного процесса, представляющего собой последовательное чередование фаз скольжения и схватывания, продолжительность которых определяется условиями динамического взаимодействия пары трения в трибосопряжений.

5. Модельное представление условий контактного взаимодействия реализовано в виде развитых реологических моделей с переключениями, которые реализуются в зависимости от силовых и кинематических характеристик в трибосопряжений.

6. Для исследования динамики контактных взаимодействий разработана система дифференциальных уравнений кусочно-линейного типа, в которой заложены функции переключения, учитывающие физические условия контактных взаимодействий в трибосопряжений. Построенная система дифференциальных уравнений является методологической основой для исследования трибосоп-ряжений в механических системах различных технологических машин при динамическом нагружении.

7. Для определения параметров разработанной динамической модели предложены специальные расчетные методы и автоматизированные измерительные комплексы, реализующие методики определения указанных характеристик, предусматривающие наличие совокупности расчетно-экспериментальных алгоритмов. Данные алгоритмы позволяют на основе результатов экспресс-методов количественной оценки параметров и имитационного моделирования получить необходимые исходные данные для выполнения динамических расчетов в уточненном отображении контактных взаимодействий в процессе трения.

8. Предложены критерии адгезионной способности, которые определяют способность пары трения формировать во времени адгезионные связи при различных условиях относительных перемещений. Применительно к решаемой задаче динамики контактного взаимодействия ползуна с поверхностью направляющих данные критерии учитывают трибологические особенности наномодифика-тора ФОРСАН между контактирующими поверхностями.

9. В результате имитационного моделирования контактных взаимодействий в процессе резания реализованы алгоритмы

решения нелинейных задач динамики, которые явились основой для формирования областей допустимых режимов в пространстве варьируемых параметров с учетом трибологических особенностей наномодификаторов в трибосопряжении.

10. Зная химические составы РВС и материалов пар трения, можно предсказать возможные направления протекания физико-химических процессов в трущихся поверхностях при их взаимодействии, а также определить основные физико-механические свойства соединений, образующихся в поверхностных слоях контртел при трении посредством анализа конфигурационных моделей материалов.

11. Предложен метод прогнозирования возможности существования образующихся в поверхностных слоях материалов бинарных соединений донорно-акцепторного типа, на основе которого сформированы рекомендации по выбору модифицирующих элементов для материалов, элементов пар трения.

12. Для осуществления имитационного моделирования и экспериментальных исследований контактных взаимодействий в процессе резания разработан программно-аппаратный комплекс, который позволил провести модельные исследования по широкой программе с использованием специальных образцов без непосредственного привлечения дорогостоящих уникальных изделий.

13. Установлено, что технология внедрения наномодификато-ра в поверхности трибосопряжения дает возможность существенно уменьшить характеристику трения. При этом молекулярная составляющая силы трения практически исключается из рассмотрения, а механическая (абразивная) составляющая уменьшается из-за снижения коэффициента трения. При этом между контактирующими поверхностями появляются диэлектрические свойства, повышающие электрическое сопротивление в контакте и препятствующие переносу тепла между парами трения Такие свойства трибосопряже-ния позволяют ему эффективно работать в условиях сухого трения, т е. при полном отсутствии смазки.

14. Введение модификатора ФОРСАН в систему смазки универсально-винторезного станка, эксплуатировавшегося в нормальных производственных условиях, привело к снижению потерь на трение при холостом ходе на 8... 12%, а при резании на некоторых режимах достиг 12% и в среднем составил 8%. Это дает основание утверждать, что снизились не только потери холостого хода, но и нагрузочные потери.

15. Исследуемая технология модификации пар трения позволяет приступить к созданию технологических машин нового поколения, работающих в условиях нормальной эксплуатации без смазки.

16. На основе выполненногокомплекса исследований разработаны технологические рекомендации по повышению динамического качества металлорежущих станков и других технологических машин при модификации трибосопряжений наномодификаторами.

17. Основные результаты исследований получили широкую апробацию в условиях действующего производства на машиностроительных предприятиях России.

Основные научные положения и результаты диссертационной работы изложены в 17 печатных работах:

1. Васильков Д.В., Зазимко О.В. Динамика контактных взаимодействий в трибосопряжениях при малых перемещениях / Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 26.- СПб.: СЗПИ.2002.С.8-13.

2. Васильков Д.В., Зазимко О.В. Современные технологические методы снижения трения в подвижных соединениях станков при обработке резанием // Металлообработка, №1(13), 2003. С.6-7.

3. Зазимко О.В. Снижение энергозатрат при эксплуатации металлорежущих станков на основе применения новых модифицирующих материалов в парах трения / Тез. докл. научно-технич. информационно-консультационного семинара "Ремонт и модернизация металлообрабатывающего оборудования". СПб.:Ортикон-ЭКСПО, 2003.

4. Зазимко О.В. Новые технологии модификации трибосопря-жений узлов основных механизмов металлорежущих станков / Современное машиностроение. Сб. научн. трудов. Вып. 5. СПб.: Изд. ПИМаш, 2003.

5. Васильков Д.В., Зазимко О.В. Реология контактных взаимодействий звеньев станка при внедрении наномодификаторов в три-босопряжения / Проблемы определения технологических условий обработки по заданным показателям качества изделий. Материалы Российской научно-технической конференции. Рыбинск: РГАТА, 2003. С.52-54.

6. Зазимко О.В., Михальченков В.А., Тарасик А.В. Способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей / Патент РФ на изобретение № 2204623, 2003.

7. Зазимко О.В. Повышение динамического качества металлорежущих станков на основе технологических методов снижения трения в трибосопряжениях. СПб. Автореферат дисс.... канд. техн. наук, 2003. 16 с.

8. Зазимко О.В. Некоторые методики ФОРСАН-обработки промышленного оборудования.- М.: ХК ФОРСАН, 2003. 214 с.

9. Зазимко О.В. Сборник нормативных документов, актов и протоколов испытаний.- М.: ХК ФОРСАН, 2003. 236 с.

10 Васильков Д.В., Зазимко О.В. К вопросу о контроле качества поверхностного слоя ответственных деталей машин / Качество поверхностного слоя деталей машин (КПС-2003). Сборник докладов Международной научно-технической конференции. СПб.: Изд. ПИМаш, 2003. С.44-52.

11. Зазимко О.В. Особенности современных технологических методов снижения трения в подвижных соединениях станков // Инструмент и технологии, №15-16, 2003. 119-123.

12. Зазимко О.В. Применение геоактиваторов для модификации рабочих поверхностей пар трения // Инструмент и технологии, №19-20,2004.119-123.

13. Зазимко О.В. Динамика контактных взаимодействий при внедрении наномодификаторов в трибосопряжениях / Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении. Сборник научных статей МНТК Балттехмаш-2004.- Калининград: Изд. КГТУ, 2004. С. 112-116.

14. Зазимко О.В. Физико-химические процессы, происходящие в зоне трения в присутствии ремонтно-восстановительных составов / Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 32.- СПб.: СЗТУ, 2004. С.93-98.

15. Васильков Д.В., Зазимко О.В. Реология контактных взаимодействий в трибосопряжениях металлорежущих станков / Динамика технологических систем (ДТС-2004). Материалы Российской научно-технической конференции. Саратов: СГТУ, 2004.

16. Зазимко О.В. Повышение динамического качества технологических машин на основе управления процессами трения в трибо-сопряжениях. - СПб.: Изд. СПбИМаш, 2004. - 168 с.

17. Зазимко О.В. Эффективность применения Форсан-технологий в современном машиностроении // Инструмент и технологии, №23-24, 2004.

Типография "Ступени"

СПб, Менделеевская Линия В.О, д.5.

зак._тираж 100 экз. объем 2 п. л.

Ш23 Î01