Научное обоснование выбора и разработки методов упрочняюще-отделочной обработки для обеспечения износостойкости деталей машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, доктор технических наук Улашкин, Анатолий Петрович

• Улашкин, Анатолий Петрович
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Улашкин, Анатолий Петрович

Введение.

Глава 1. Анализ состояния и пути решения проблемы выбора упрочняюще-отделочных методов обработки для повышения износостойкости деталей машин.

1.1. Анализ состояния вопроса по разработке и исследованию методов упрочняюще-отделочной обработки для обеспечения износостойкости деталей машин.

1.2. Классификация методов упрочняюще-отделочной обработки, применяемых для повышения износостойкости металлических поверхностей.

1.3. Анализ возможностей методов упрочняюще-отделочной обработки по управлению параметрами качества поверхностного слоя для повышения износостойкости деталей машин.

1.4. Обоснование выбора объектов исследования.

1.5. Классификация узлов трения.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Анализ влияния на износостойкость параметров качества поверхностного слоя деталей

2.1. Состояние вопроса.

2.2. Анализ влияния на износостойкость параметров качества поверхностного слоя деталей, образуемых при упрочняюще-отделочной обработке поверхностей деталей конкретных узлов трения.

2.3. Выбор определяющих параметров для обеспечения износостойкости.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Использование обобщенных переменных ПКПС для технологического управления износостойкостью.

3.1. Теоретические основы выявления обобщенных переменных ПКПС.

3.2. Использование метода умозрительно-логических построений для нахождения обобщенной переменной ПКПС для условий граничного трения и усталостного износа.

3.2.1. Критерий существования условий граничного трения.

3.2.2. Обобщенная переменная для условий граничного трения.

3.3. Получение обобщенных переменных ПКПС на базе анализа экспериментальных результатов и метода экспертных оценок.

3.4. Экспериментальная проверка использования обобщенной переменной ПКПС для оценки равновесного состояния поверхностей трения.

3.4.1. Методика проведения экспериментальных исследований.

3.4.2. Исследование зависимости износостойкости от исходных значений ПКПС.

3.4.3. Обобщенная переменная для оценки влияния ПКПС на износостойкость, полученная на основании экспериментальных результатов.

3.5. Получение обобщенных переменных ПКПС способом интегральных аналогов.

3.6. Получение обобщенных переменных ПКПС методом анализа размерностей.

3.7. Алгоритм решения задачи технологического управления обобщенными переменными ПКПС с использованием упрочняюще-отделочных методов обработки.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Теоретическое обоснование выбора оптимальных микрогеометрических параметров поверхностей деталей, получаемых с использованием упрочняюще-отделочных методов обработки, для поверхностей деталей пар трения.

4.1. Определение оптимальных параметров смазочных каналов на поверхностях подшипников скольжения.

4.2. Определение оптимальных параметров смазочных каналов на поверхностях направляющих скольжения.

4.3. Теоретическое обоснование назначения переменных параметров качества поверхностного слоя по поверхности деталей, работающих в условиях неравномерного износа.

Выводы к главе 4.

Глава 5. Теоретическое определение параметров шероховатости и волнистости при вибронакатывании.

5.1. Критерий разграничения условий обработки вибронакатыванием.

5.2. Теоретическое определение высоты шероховатости при вибрационном накатывании

5.3. Теоретическое определение шаговых и структурных параметров шероховатости при вибрационном накатывании.

5.4. Теоретическое определение высоты волнистости при УОО ППД.

5.5. Определение высоты волнистости при вибрационном накатывании.

Выводы к главе 5.

Глава 6. Разработка и исследование новых и модернизированных методов упрочняюще-отделочной обработки.

6.1. Направления совершенствования способов упрочняюще-отделочной обработки

6.2. Новые способы и устройства для повышения износостойкости поверхностей деталей с неравномерным износом.

6.3. Новые способы и устройства для обеспечения износостойкости направляющих скольжения.

6.4. Новые способы и устройства для создания на поверхностях трения системы смазочных канавок с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Выводы к главе 6.

Глава 7. Опытно-экспериментальные разработки практического использования упрочняюще-отделочных технологий для деталей, работающих в условиях трения и износа

7.1. Исследование возможности технологического управления значениями обобщенных переменных ПКПС при упрочняюще-отделочных методах обработки.

7.1.1. Методика проведения экспериментальных исследований.

7.1.2. Зависимость обобщенной переменной от условий обработки при вибрационном накатывании.

7.1.3. Зависимость обобщенной переменной от условий обработки при точении.

7.1.4. Зависимость обобщенной переменной Сх от условий обработки при накатывании шариком.

7.1.5. Зависимость обобщенной переменной Сх от условий обработки при алмазном выглаживании

7.1.6. Зависимость обобщенной переменной Сх от условий обработки при обкатывании роликами.

7.2. Выбор технологических методов повышения износостойкости пары трения балка-подвеска.

7.2.1. Моделирование условий работы пары трения балка-подвеска тележки рефрижераторной секции.

7.2.2. Выбор технологических методов упрочняющей и отделочной обработки для повышения износостойкости пары трения.

7.3. Применение упрочняюще-отделочных технологий для повышения износостойкости рабочих поверхностей колес тягодутьевых машин.

7.3.1. Характеристика условий работы изнашивающихся деталей.

7.3.2. Выбор методов упрочнения изнашивающихся поверхностей.

7.3.3. Исследования по отработке составов паст и режимов диффузионного насыщения.

7.4. Повышение износостойкости поверхностей деталей уплотнительных узлов гидроцилиндров

7.5. Исследование возможности применения упрочняюще-отделочных методов для повышения равномерности износа поверхностей деталей радиальных подшипников скольжения.

7.6. Совершенствование и разработка технологического оснащения и конструкций деталей для обеспечения износостойкости отдельных узлов трения.

Выводы к главе 7.

Глава 8. Эффективность инвестиционных вложений в создание и внедрение новых упрочняюще-отделочных технологий для изготовления и восстановления изнашивающихся деталей.

8.1. Состав задач, решаемых при оценке экономической целесообразности применения упрочняюще-отделочных технологий.

8.2. Выявление технико-экономических факторов, определяющих эффективность использования новых технологий для повышения износостойкости.

8.3. Определение резервов и новых факторов, обеспечивающих эффективность применения новых технологий в условиях рыночной экономики.

8.4. Методика финансового планирования и оценки эффективности внедрения технологий повышающих износостойкость.

8.5. Примеры определения эффективности внедрения упрочняюще-отделочной обработки поверхностей штоков гидроцилиндров.

Выводы к главе 8.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обоснование выбора и разработки методов упрочняюще-отделочной обработки для обеспечения износостойкости деталей машин»

Актуальность темы.

Острый экономический кризис, в котором находилась наша страна в течение ряда лет и сменившая его фаза стабилизации экономики в ряде отраслей, ставят задачу развития машиностроительного производства, что при открытой рыночной экономике практически не возможно без решения проблемы повышения качества и конкурентоспособности выпускаемых машин. Одной из важных задач при обеспечении качества машин является повышение эксплуатационных показателей их деталей, которые в значительной степени определяются параметрами качества поверхностного слоя (в дальнейшем по тексту ПКПС). Многочисленные исследования показали, что до 70 % причин выхода из строя машин и механизмов связано с износом узлов трения. Отсюда вытекает одно из направлений улучшения качества машин - повышение износостойкости их деталей, что может быть обеспечено за счет применения технологических процессов изготовления и восстановления, позволяющих создавать оптимальные для условий эксплуатации значения ПКПС.

В виду того, что износ определяется большинством функциональных параметров качества поверхностного слоя, представляет интерес управление в процессе обработки комплексом этих параметров, определяющих износостойкость, включающим геометрические, механические, физические, химические и структурные свойства.

Широкое применение в промышленности находят различные методы упрочняюще-отделочной обработки (в дальнейшем по тексту УОО), позволяющие в широких пределах управлять состоянием и свойствами поверхностного слоя. Они применяются также для повышения износостойкости деталей пар трения.

Имеющиеся исследования по УОО посвящены, как правило, изучению отдельных групп методов, поэтому отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору наиболее подходящих методов из всей совокупности известных. Кроме этого, при использовании УОО значительные трудности представляет одновременное технологическое управление большим количеством ПКПС, определяющих износостойкость деталей.

Представленные в настоящей диссертационной работе исследования по научно обоснованному выбору известных и разработке новых методов УОО для повышения износостойкости поверхностей деталей машин, работающих в условиях граничного трения, основаны на определении влияния параметров качества поверхностного слоя изнашивающихся деталей на их износостойкость в различных условиях трения и износа, а также на оценке возможностей рассматриваемых методов обработки по обеспечению соответствующих параметров. Данные исследования направлены на решение актуальной проблемы современного машиностроения - повышение износостойкости и надежности узлов трения машин технологическими методами.

Данная работа является продолжением исследований отечественных и зарубежных ученых Аверченкова В.И., Алексеева П.Г., Безъязычного В.Ф., Бутенко В.И., Горленко O.A., Дальского A.M., Дунин-Барковского И.В., Дьяченко П.Е., Маталина A.A., Папшева Д.Д., Проникова A.C., Проскурякова Ю.Г., Рыжова Э.В., Смелянского В.М., Суслова А.Г., То-тай A.B., Федорова В.П., Харченкова B.C., Хворостухина JI.A., Шнейдера Ю.Г., Ящерици-наП.И., Whitehous D.F. и др., посвященных изучению технологического управления параметрами качества поверхностного слоя деталей машин, а также работ Брауна Э.Д., Гаркуно-ва Д.Н., Демкина Н.Б., Добычина М.Н., Дроздова Ю.Н., Комбалова B.C., Крагельского И.В., Рыжова Э.В., Суслова А.Г. Тейбора Д., Тихомирова В.П., Чичинадзе A.B., Greenwood I.A., Moore D.F., Pavelescu D. и др. посвященных исследованию процессов контактного взаимодействия при трении и изнашивании.

Анализ работ Алексеева П.Г., Аскинази Б.М., Бабичева А.П., Балтера М.А., Баумана В.А., Белова В.А., Вельского Е.И., Браславского В.М., Голего H.JL, Дорожкина H.H., Евдокимова В.Д., Елизаветина М.А., Жукова A.A., Коваленко B.C., Лахтина Ю.М., Ляхо-вич Л.С., Маталина A.A., Папшева Д.Д., Подураева В.Н., Полевого С.Н., Проскурякова Ю.Г., Рыжова Э.В., Сильмана Г.И., Смелянского В.М., Суслова А.Г., Фрумина И.И., Харченкова B.C., Хасуй А., Хворостухина Л.А., и др., посвященных исследованию различных методов УОО показывает, что существующие методы позволяют решать задачи повышения износостойкости деталей пар трения, работающих в различных условиях изнашивания по видам сопряжений и видам износа за счет управления ПКПС, определяющими износостойкость в данных конкретных условиях трения и износа. В то же время отсутствуют обоснованные рекомендации по выбору из всей номенклатуры технологических процессов конкретных методов обработки, наиболее подходящих для конкретных условий работы пар трения. Большинство методов УОО решают только часть проблемы управления требуемыми ПКПС, особенно для пар трения, в которых значительной влияние на износостойкость оказывают показатели точности обработки, макро и микрогеометрические отклонения. Это определяет необходимость применения методов УОО в сочетании с другими финишными методами обработки, а также применения комбинированных методов обработки или разработки новых методов для конкретных пар трения, позволяющих обеспечивать управление всеми ПКПС, имеющими влияние на характеристики изнашивания пары трения.

Анализ литературных источников показывает, что для большинства известных методов УОО отсутствуют полные данные по их возможностям управлять совокупностью ПКПС, которые приняты к рассмотрению в проведенном анализе. Что требует дополнительных исследований упрочняющих технологий по полному выявлению их возможностей.

Необходима разработка научно-обоснованного подхода к выбору оптимальных методов УОО из совокупности подходящих с точки зрения управления необходимым набором ПКПС для обеспечения износостойкости с учетом экономических требований, технологических ограничений соответствующих методов обработки, конструкторско-технологических ограничений в конкретных парах трения, а также необходима методика назначения технологических режимов для выбранных методов УОО с целью обеспечения требуемых значений ПКПС, что особенно затруднено необходимостью одновременного управления большим количеством параметров.

Задача выбора упрочняюще-отделочной технологии для повышения износостойкости любой пары трения имеет несколько решений, то есть, может быть реализована применением различных технологических процессов даже при одних и тех лее конструктивных решениях и сочетаниях материалов пар трения. В связи с этим требуется обоснование подходов к определению оптимального пути решения проблемы с учетом всей совокупности факторов, действующих в конкретных производственных, технических, экономических и других условиях. Таким образом, проблема эффективного применения методов УОО имеет не только технические, технологические и эксплуатационные аспекты, но также является технико-экономической задачей, причем без учета экономических факторов, данная проблема не может иметь оптимального решения.

В связи со сказанным особую актуальность приобретает крупная научно-техническая проблема научно обоснованного выбора существующих и разработки новых методов УОО для обеспечения и повышения износостойкости деталей машин, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель работы.

Разработка научно обоснованного подхода к выбору известных или созданию новых методов упрочняюще-отделочной обработки для повышения износостойкости деталей машин путем обеспечения оптимальных значений комплекса геометрических и физикохимических параметров качества поверхностного слоя, в том числе и за счет использования обобщенных переменных данных параметров.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методику выявления комплекса параметров качества поверхностного слоя, оказывающих определяющее влияние на износостойкость для конкретных условий работы пар трения.

2. Найти обоснованные подходы для выбора из многих возможных технологических методов УОО наиболее подходящих при решении задач управления ПКПС для повышения износостойкости конкретных деталей, а при отсутствии известных методов решить задачу создания новых или модернизированных методов, позволяющих обеспечить создание требуемых значений ПКПС.

3. Определить пути решения задач технологического управления ПКПС, обеспечивающие уменьшение объема экспериментальных исследований путем минимизации количества рассматриваемых параметров или введением новых комплексных критериев, оценивающих состояние поверхностного слоя применительно к обеспечению износостойкости для конкретных условий трения и износа, а также установить возможности управления этими критериями при обработке поверхностей и исследовать возможность их непосредственного контроля.

4. Провести исследования по теоретическому определению оптимальных значений ПКПС или их комплексных критериев, необходимых для обеспечения износостойкости.

5. Исследовать методы УОО, используемые для повышения износостойкости отдельных деталей пар трения, для установления теоретических и экспериментальных зависимостей влияния режимов обработки на значения получаемых ПКПС.

6. Решить задачи определения оптимальных конструктивных элементов поверхностей отдельных деталей пар трения, таких как смазочные канавки, карманы и др., которые могут быть образованы при осуществлении ряда технологических процессов УОО.

7. Провести исследования по обеспечению износостойкости отдельных деталей на основании разработанных подходов с созданием новых конструкций устройств для реализации известных технологий и новых способов обработки.

8. Рассмотреть возможности методов УОО для обеспечения равномерного износа деталей в тех парах, где наблюдаются переменные условия их изнашивания по рабочим поверхностям.

Рис. В.1. Структурная схема исследований.

Взаимосвязь отдельных задач и этапов исследований в рамках настоящей работы представлена на рис. В. 1.

Объект исследования.

Сопряжения деталей машин, технологического оборудования и оснастки, работающие в условиях трения скольжения (например, подшипники скольжения, пары трения железнодорожных вагонов, штоки и поршни гидроцилиндров, направляющие скольжения станков, быстроизнашивающиеся детали энергетического оборудования и др.), а также технологические методы УОО (поверхностное пластическое деформирование, электромеханическое упрочнение, химико-термическая обработка, обработка инструментами для упрочняющего резания и др.) применительно к повышению износостойкости конкретных деталей.

Методология и методы исследований.

Методологической основой работы является системный подход к изучению и описанию процессов, происходящих при взаимодействии поверхностей в процессе трения скольжения, и процессов формирования функциональных параметров качества поверхностного слоя при изготовлении и восстановлении деталей и в процессе их изнашивания.

Теоретические исследования базируются на основных положениях технологии машиностроения, теоретических основах технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин, теории контактного взаимодействия поверхностей деталей, молеку-лярно-механической теории трения и изнашивания, теории пластической деформации металлов, а также на аппарате дифференциального и интегрального исчислений.

Экспериментальные исследования базируются на теории планирования экспериментов, корреляционном и множественном регрессионном анализе и на широком использовании вычислительной техники.

При выполнении работы применяются современные методы исследования ПКПС, а также показателей характеризующих износостойкость.

Достоверность теоретических и экспериментальных исследований обеспечивается положенными в основу исследований теоретическими предпосылками, широкой апробацией среди научной общественности, а также результатами опытно-промышленной проверки и внедрения в производство.

Научная новизна работы состоит в разработке следующих методологических и теоретических положений:

1) научно обоснованного подхода к выбору методов УОО поверхностей деталей, работающих в условиях трения скольжения и износа, основанного на оценке возможностей технологического управления ПКПС, включая геометрические и физико-химические параметры, оказывающие существенное влияние на износостойкость;

2) впервые предложенного технологического управления износостойкостью поверхностей деталей машин с использованием обобщенных переменных ПКПС, полученных с использованием методов теории моделирования трибологических задач, и в исследовании взаимосвязи обобщенных переменных с интенсивностью изнашивания;

3) в установлении возможности вынесения части процесса приработки поверхностей деталей пар трения на стадию финишной обработки, для чего предложен новый способ обработки, позволяющий осуществлять УОО ППД с одновременным срезанием выступов микронеровностей.

Практическая ценность работы.

Наибольшую практическую ценность представляют следующие результаты выполненных исследований:

- методика выбора известных или определения требований к разработке новых методов УОО для повышения износостойкости поверхностей деталей машин, работающих в условиях граничного трения, основанная на определении влияния параметров качества поверхностного слоя деталей на их износостойкость в различных условиях трения и износа и на оценке возможностей рассматриваемых методов обработки по обеспечению соответствующих параметров;

- разработанные на уровне изобретений новые способы и устройства для УОО деталей машин, а также усовершенствованные конструкции отдельных деталей пар трения, позволяющие повысить их износостойкость;

- методика оценки эффективности, появляющейся от внедрения различных вариантов технологий повышения износостойкости, с применением принципов разработки бизнес-планов, учитывающая характер деятельности предприятия на котором планируется их применение, а также дополнительные факторы, позволяющие реализовать предусмотренные действующим законодательством льготы в налогообложении и меры государственной поддержки научных исследований;

- теоретические зависимости для определения параметров шероховатости и волнистости, образующихся при вибрационном накатывании;

- зависимости для определения оптимального угла наклона и размеров поперечного сечения смазочных канавок на поверхностях подшипников скольжения, работающих в условиях граничного трения;

- методика установления закономерно изменяющихся по поверхности. деталей пар трения значений обобщенных переменных ГТКПС, обеспечивающих повышение равномерности их изнашивания.

Автор защищает

Решение научно-технической проблемы научно обоснованного выбора существующих и разработки новых методов УОО для обеспечения и повышения износостойкости деталей машин, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение. Это решение базируется на разработке:

1. Научных основ выбора методов УОО для обеспечения износостойкости деталей, работающих в условиях граничного трения и износа.

2. Методологии обеспечения износостойкости конкретных деталей при различных методах УОО с использованием обобщенных переменных ПКПС, определяемых на базе теории моделирования трибологических задач, а также полученные и экспериментально проверенные обобщенные переменные Сх, Тспкпс и Ер, позволяющие оценивать износостойкость поверхностей деталей конкретных пар трения.

3. Сформулированного и экспериментально подтвержденного критерия определения условий граничного трения при контактировании поверхностей в условиях скольжения со смазкой.

4. Теоретически установленных и экспериментально подтвержденных зависимостей для определения высоты, структурных и шаговых параметров шероховатости и высоты волнистости при вибрационном накатывании.

5. Теоретических зависимостей по определению оптимальной формы и размеров смазочных каналов на поверхностях подшипников скольжения.

6. Нового подхода к назначению переменных ПКПС по поверхности деталей, работающих в условиях неравномерного износа с использованием обобщенных переменных, позволяющего добиваться повышения равномерности износа в начальный период работы узлов трения.

7. Новых конструкций устройств и способов УОО ППД, позволяющих за счет изменения режимов в процессе обработки на универсальном и специальном оборудовании получать требуемые закономерно изменяющиеся по поверхности обрабатываемых деталей ПКПС, а также для обработки плоских поверхностей и отверстий, позволяющих реализовывать процесс резания с одновременным упрочнением поверхностного слоя. Новых конструкций устройств для высокопроизводительного образования на поверхностях трения масляных карманов и устройств для обработки винтовых поверхностей и зубчатых колес УОО ППД и новых конструкций узла уплотнения и штока гидроцилиндра, обеспечивающих повышенные эксплуатационные показатели.

8. Нового подхода к оценке эффективности инвестиционных вложений в создание и внедрение новых технологий для изготовления и восстановления изнашивающихся деталей машин.

Исследования и разработки автора осуществлялись в процессе выполнения заданий по разделу 2.20 "Разработка гибких технологий управления эксплуатационными свойствами поверхностей деталей машин, работающих в местных условиях" региональной научно-технической программы Минобразования России "Дальний Восток России" на 1993 - 1996 гг. и разделу 1.16 "Разработка технологий изготовления и восстановления быстроизнашивающихся деталей оборудования добывающих и перерабатывающих отраслей региона" данной региональной научно-технической программы на 1997 - 2000 гг.; по разделу 4.2 "Создание системы реализации научно-технической продукции" региональной научно-технической программы Министерства по науке и технологиям Российской Федерации "Дальний Восток" на 1996 - 2000 годы, а также по научно-технической программе Минобразования России "Конверсия и высокие технологии" на 1997 - 2000 гг.; по разделу "Производственные технологии", проект "Использование техногенного сырья от утилизации вооружений и военной техники в дальневосточном регионе для изготовления композиционных металлических материалов и восстановления быстроизнашивающихся деталей оборудования добывающих отраслей". Часть исследований проводилась в рамках Межвузовской научно-технической программы "Ресурсосберегающие технологии машиностроения", подпрограмма №26 "Разработка аппаратно-программного комплекса системы управления качеством поверхностного слоя деталей машин" на 1992 - 1995 гг.

Реализация результатов работы.

Проведено опытно-промышленное внедрение УОО ППД пары трения балка-подвеска тележки рефрижераторной секции на ПО "Брянский машиностроительный завод".

Методика выбора методов УОО и технология обкатывания штоков гидроцилиндров роликами внедрена на Шимановском машиностроительном заводе "Кранспецбурмаш" с экономическим эффектом 120 млн. рублей, технология обкатывания также передана на Оренбургское ПО "Гидропресс".

Технология борирования с помощью обмазок поверхностей колес тягодутьевых машин передана на ПО "Дальэнергомаш", г. Хабаровск.

Узел уплотнения по а. с. № 1158809 внедрен на ПО "Салаватнефтеоргсинтез".

Инструмент для чистовой и упрочняющей обработки по а. с. № 1199600 внедрен на Шестнадцатом государственном подшипниковом заводе.

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на международных, всесоюзных, республиканских и региональных семинарах и конференциях, в том числе на Всесоюзной конференции "Технологическое управление качеством обработки и эксплуатационными свойствами деталей машин" (Киев, 1980), Международном семинаре "Сверхтвердые материалы" (Киев, 1981), Международном конгрессе "ЕВРОТРИБ-81" (Варшава, 1981), Всесоюзной научно-технической конференции "Использование методов поверхностно-пластического деформирования материалов в машиностроении" (Владимир, 1981), Региональной научно-технической конференции "Совершенствование методов, инструментов, оборудования, техпроцессов и их проектирование при обработке деталей машин" (Омск, 1983), 5-й Международной конференции "Триботехника - 87" (Бухарест, 1987), 1-м советско-китайском симпозиуме "Актуальные проблемы научного и технологического прогресса в дальневосточном регионе" (Хабаровск, 1991), Всесоюзной научно-технической конференции "Надежность технологического оборудования, качество поверхности, трение и износ" (Хабаровск, 1991), Российской научно-технической конференции "Проблемы создания и эксплуатации технологического оборудования и гибких производственных систем" (Хабаровск, 1992), 2-м Международном симпозиуме "Проблемы научного и технологического прогресса в дальневосточном регионе" (Харбин, 1992), Международном научно-практическом семинаре "ТРИБОЛОГ-10М - СЛАВЯНТРИБО-1" (Рыбинск, 1993), 3-м российско-китайском симпозиуме "Актуальные проблемы научного и технологического прогресса в дальневосточном регионе" (Хабаровск, 1993), Региональной научно-технической конференции по межвузовской региональной научно-технической программе "Дальний Восток России" (Хабаровск, 1995), Региональной научно-технической конференции "Машиностроительный и приборостроительный комплексы ДВ" (Комсомольск-на-Амуре, 1996), 2-й Международной научно-технической конференции "Износостойкость машин" (Брянск, 1996), 5-м международном симпозиуме "Актуальные проблемы научного и технологического прогресса в дальневосточном регионе" (Хабаровск, 1997).

Публикации. Основные результаты выполненных в диссертации исследований опубликованы в 65 работах, в том числе 1 монографии, 4 отчетах по научно-исследовательским работам, защищены 24 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Без соавторов опубликовано 18 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа выполнена на 365 страницах машинописного текста, включая 85 рисунков и 29 таблиц. Список использованной литературы содержит 388 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Улашкин, Анатолий Петрович

Выводы к главе 8

1. При решении вопросов об эффективном использовании при производстве новых технологий для повышения их износостойкости необходимо решать комплекс задач, связанных не только с техническими вопросами, но и с прохождением финансовых потоков, связанных с первоначальными затратами и увеличением доходов от реализации продукции с обязательным учетом дополнительных факторов и резервов повышения экономической эффективности за счет влияния рыночных факторов.

2. При разработке технологий повышения износостойкости деталей должен учитываться характер деятельности предприятия, на котором планируются их применение. При выборе методов УОО для конкретных производственных условий предприятий, производящих машины и оборудование, если не возникает существенного улучшения основных характеристик выпускаемого оборудования, необходимо появление факторов снижения себестоимости, что накладывает дополнительные ограничения на решение задач повышения износостойкости изделий. Для ремонтных производств факторы снижения себестоимости при внедрении новых технологий отличаются от тех, которые существуют у производителей продукции. Для применения подобных технологий у потребителя продукции эффективность их использования определяется сокращением эксплуатационных издержек.

3. В зависимости от степени готовности внедряемых технологий и варианта построения стратегии их освоения на предприятии возможно получение обеспечение более высокой экономической эффективности за счет использования дополнительных факторов и специальных организационных форм, позволяющих реализовать предусмотренные действующим законодательством льготы в налогообложении и меры государственной поддержки научных исследований.

4. Оценка эффективности, появляющейся от внедрения различных вариантов технологий повышения износостойкости, должна проводиться с применением методик разработки бизнес-планов, то есть наряду с разработкой производственного плана и оценкой экономии за счет производственных факторов должны разрабатываться варианты финансового плана с оценкой доходов и издержек, в том числе в процессе реализации продукции, по годам с учетом изменения объемов реализации, цены, конкурентоспособности, а также выбора возможных источников финансирования и их рационального использования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, а именно: повышения износостойкости и надежности машин и механизмов технологическими методами путем научно обоснованного выбора известных и разработки новых упрочняюще -отделочных методов обработки поверхностей их деталей, работающих в условиях граничного трения. В работе также предложены возможные пути технологического управления одновременно большим количеством ПКПС, обеспечивающие наибольшую технико-экономическую эффективность, за счет использования обобщенных переменных ПКПС.

Решение данной проблемы способствует дальнейшему развитию технологической науки в части технологического обеспечения износостойкости деталей машин на стадиях изготовления и восстановления.

По результатам проведенных при решении поставленных задач теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. На основании анализа имеющихся данных по влиянию параметров качества поверхностного слоя на износостойкость поверхностей деталей машин и возможностей упрочняюще-отделочных методов обработки разработан новый теоретический подход к обоснованию требований к технологическим процессам УОО поверхностей деталей, работающих в условиях трения скольжения и износа на основе возможностей технологического управления ПКПС, включающими геометрические, механические, физические, химические и структурные свойства, оказывающие существенное влияние на их износостойкость.

2. Предложена методика технологического управления износостойкостью поверхностей деталей машин с использованием обобщенных переменных параметров качества поверхностного слоя, получаемых для конкретных условий с использованием методов теории моделирования трибологических задач, и найдены обобщенные переменные для оценки равновесного состояния поверхностного слоя деталей машин, работающих в режиме граничного трения скольжения, а также для оценки влияния параметров качества поверхностного слоя для конкретных пар трения применительно к их условиям работы, которые можно использовать при анализе результатов экспериментальных исследований возможностей методов УОО для повышения износостойкости поверхностей деталей. Исследовано влияние и получены зависимости, определяющие взаимосвязь обобщенных переменных с интенсивностью изнашивания. Предложен алгоритм решения задачи технологического управления обобщенными переменными ПКПС при использовании методов "УОО. Определены возможное™ методов механической обработки по управлению величиной обобщенной переменной Сх, характеризующей износостойкость поверхностей деталей машин при граничном трении. Получены экспериментальные зависимости для ее определения в зависимости от режимов обработки отдельными методами УОО ППД. Показано, что задачу обеспечения износостойкости поверхностей можно также решать путем выбора отдельных определяющих параметров качества поверхностного слоя, влияние которых является преобладающим для данного узла трения.

3. На основе анализа кинематики рабочих движений и процесса контактирования деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью получены теоретические зависимости для определения параметров шероховатости и волнистости, образующихся при вибрационном накатывании.

4. Проведены исследования по установлению оптимального угла наклона и размеров поперечного сечения смазочных канавок на поверхностях радиальных подшипников скольжения, работающих в условиях граничного трения и по определению оптимальных размеров и профиля поперечного сечения смазочных каналов на поверхностях плоских направляющих скольжения.

5. Определена методика установления переменных по поверхности деталей пар трения значений ПКПС, обеспечивающая повышение равномерности их изнашивания с использованием обобщенных переменных, определяющих влияние параметров качества поверхностного слоя на интенсивность изнашивания. Экспериментально подтверждена возможность повышения равномерности износа поверхностей за счет использования закономерно изменяющихся по поверхности параметров качества поверхностного слоя, создаваемых при УОО ППД.

6. Разработаны новые способы и устройства для обработки поверхностей деталей позволяющие обеспечивать необходимые параметры качества поверхностей, имеющих неравномерный износ, обеспечивать обработку с реализацией процесса резания с одновременным упрочнением поверхностей, получать с высокой производительностью смазочные канавки, автоматически обеспечивать при УОО ППД исправление погрешности формы и уменьшение высоты волнистости. Предложены новые устройства для УОО ППД отдельных видов деталей (винтов, зубчатых колес) и новые конструктивные решения узлов уплотнений и штоков, обеспечивающих повышение их износостойкости.

7. С использованием предложенной методики выбора определяющих параметров и обобщенных переменных параметров качества поверхностного слоя выполнены экспериментальные и теоретические исследования по повышению износостойкости ряда деталей, работающих в различных условиях трения и износа, за счет использования У00. Результаты выполненных исследований нашли внедрение на ряде предприятий, что обеспечило экономический эффект свыше 120 млн. рублей. По итогам выполнения практических разработок создано 24 технических решения, признанных изобретениями,

8. Показано, что при разработке и внедрении эффективных технологий повышения износостойкости деталей должен учитываться характер деятельности предприятия на котором планируются их применение. В зависимости от степени готовности внедряемых технологий и варианта построения стратегии их освоения на предприятии возможно получение дополнительной экономической эффективности при использовании новых факторов и специальных организационных форм, позволяющих реализовать предусмотренные действующим законодательством льготы в налогообложении и меры государственной поддержки научных исследований. Оценка эффективности, появляющейся от внедрения различных вариантов технологий повышения износостойкости, должна проводиться с применением методик разработки бизнес-планов.

Исследования, выполненные в настоящей работе, могут найти широкое применение на машиностроительных и ремонтных предприятиях при проектировании и модернизации технологических процессов, включающих упрочняюще-отделочные методы обработки, для обеспечения обоснованного выбора данных методов исходя из их возможностей по обеспечению износостойкости конкретных деталей.

При решении задачи повышения износостойкости деталей может широко использоваться методика отработки технологических процессов с использованием обобщенных переменных параметров качества поверхностного слоя, дающая значительную экономию трудовых и материальных затрат при проведении экспериментальных исследований и внедрении новых технологий.

Особую роль при обеспечении износостойкости деталей технологическими методами будет приобретать использование специальных методов контроля состояния поверхностного слоя, которые позволяют устанавливать прямые зависимости износостойкости от режимов обработки минуя контроль отдельных параметров качества поверхностного слоя, а также новых методов обработки, обладающих расширенными возможностями по управлению этими параметрами, что расширит возможности обеспечения требуемого качества изнашивающихся деталей при изготовлении.

Повышение эффективности технологического обеспечения износостойкости поверхностей деталей машин должно идти по пути дальнейшего изучения возможностей упрочняюще-отделочных методов обработки обеспечивать геометрические, механические, физические, химические и структурные параметры качества поверхностного слоя, и созданию банков данных включающих данные сведения и информацию по экономическим показателям соответствующих методов.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Улашкин, Анатолий Петрович, 1998 год

1. А. с. № 209507 СССР. Устройство для обработки плоских поверхностей вибронакатыванием/ Белов В.А., опубл. бюлл. № 5, 1968

2. А. с. № 404903 СССР. Состав для борирования. Опуб. В Б.И., 1973, №44.

3. A.c. № 1013239 СССР, М.Кл.3 В24В 39/00, В24В 39/02. Устройство для чистовой и упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, В.И. Довгий, заявлено 08.01.82, опубликовано 23.04.83, бюл. № 15.3 с. 2 ил.

4. A.c. № 1076259 СССР, М.Кл.3 В23 Q 35/00. Устройство для обработки линейчатых поверхностей/ А.П. Улашкин, заявлено 14.02.83, опубликовано 28.02.84, бюл. №8.4 с. 3 ил.

5. A.c. № 1085688 СССР, М.Кл.3 В23В 29/03. Устройство для чистовой обработки отверстий/ А.П. Улашкин, заявлено 27.01.83, опубликовано 15.04.84, бюл. № 14. 3 с. 2 ил.

6. A.c. № 1101339 СССР, М.Кл.3 В24В 39/00. Способ упрочнения поверхностей металлических изделий/ В.И. Довгий, Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 11.01.82, опубликовано 07.07.84, бюл. № 25. 4 с. 3 ил.

7. A.c. № 1146125 СССР, М.Кл.4 В21Н 5/02. Инструмент для пластического деформирования рабочих поверхностей зубчатой детали/ А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, заявлено 06.02.84, опубликовано 23.03.85, бюл. № 1.1. 3 с.З ил,

8. A.c. № 1158809 СССР, М.Кл.4 F16 J 15/32. Узел уплотнения/ В.И. Довгий, Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 06.05.82, опубликовано 30.05.85, бюл. № 20. -2 с. ил.

9. A.c. № 1168341 СССР, М.Кл.4 В23В 29/03. Устройство для чистовой обработки отверстий/ А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, Ю.И. Шиморин, заявлено 20.01.84, опубликовано 23.07.85, бюл. № 27. 3 с. 3 ил.

10. A.c. № 1172640 СССР, М.Кл.4 В23В 1/00. Способ обработки плоских поверхностей микрорезанием/ А.П. Улашкин, заявлено 09.01.84, опубликовано 15.08.85, бюл. № 30. 3 с. 2 ил.

11. A.c. № 1191267 СССР, М.Кл.4 В24В 39/00. Способ упрочняюще-чистовой обработки/ А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, Ю.М. Шохеров, заявлено 12.06.84, опубл. 15.11.85, бюл. №42. Зс.

12. A.c. № 1199600 СССР, М.Кл.4 В24В 39/04. Инструмент для чистовой и упрочняющей обработки/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, A.B. Я куб а, заявлено 26.04.83, опубл. 23.12.85, бюл. №47. 4 с. 4 ил.

13. A.c. № 1201665 СССР, М.Кл.4 G01B 3/26. Измерительный калибр/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, A.B. Якуба, заявлено 30.11.83, опубликовано 30.12.85, бюл. № 48. -Зс. 6 ил.

14. A.c. № 1203255 СССР, М.Кл.4 F16 С 17/02. Подшипник скольжения/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 22.02.84, опубл. 07.01.86, бюл. № 1. 4 с. 6 ил.

15. A.c. № 1206066 СССР, М.Кл.4 В24В 37/04, Способ обработки плоских поверхностей/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, Ю.И. Шиморин, заявлено 28.06.83, опубл. 23.01.86, бюл. №3.-3 с. 3. ил.

16. A.c. № 1217634 СССР, М.Кл.4 В24В 39/04. Устройство для обкатывания/ А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, заявлено 06.04.83, опубл. 15.03.86, бюл. № 10. 3 с. 4 ил.

17. A.c. № 1298053 СССР, М.Кл.4 В24В 39/02. Устройство для упрочняющей обработки/' А.П. Улашкин, Ю.И. Мулин, заявлено 25.11.85, опубл. 23.03.87, бюл. № 11. 3 с. 2 ил.

18. A.c. № 1346336 СССР, М.Кл.4 В23В 1/00. Способ выглаживания на токарных станках/ Ю.И. Мулин, А.Г. Суслов, А.П. Улашкин, заявлено 13.01.86, опубл. 23.10.87, бюл. №39. -2 с. ил.

19. A.c. № 138637 СССР. Приспособление для наклепывания поверхностей/ М.И. Кузьмин, опуб. бюл. № 3, 1962.

20. A.c. № 1399549 СССР, М.Кл.4 F16 i 1/08. Шток гидроцилиндра/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, В.И. Довгий, заявлено 19.02.86, опубликовано 30.05.88, бюл. 20. 4 с. 10 ил.

21. A.c. № 621557 СССР, М.Кл.2 В24В 39/00. Устройство для обработки плоских поверхностей виброобкатыванием/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 28.05.76, опубликовано 30.08.78, бюлл. № 32. 3 с. 2 ил.

22. A.c. № 653097 СССР, М.Кл.2 В24В 39/00. Станок для вибрационного накатывания/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, Б.Т. Симаков, заявлено 02.06.76, опубликовано 25.03.79, бюлл. №11. 4 с. 3 ил.

23. A.c. № 738849 СССР, М.Кл/ В24В 39/04. Устройство для виброобкатывания/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, В.А. Забродин, заявлено 05.01.78, опубликовано 05.06.80, бюлл. №21. 4с. 3 ил.

24. A.c. № 774933 СССР, М.Кл/' В24В 39/04. Устройство для обработки наружных поверхностей поверхностным пластическим деформированием/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 23.10.78, опубликовано 30.10.80, бюлл, № 40. 5 с. 4 ил.

25. A.c. № 952549 СССР, М.Кл.3 В24В 39/00. Устройство для накатывания галтелей/ А.П. Улашкин, В.В. Фомичев, Н.Ф. Данякин, заявлено 07.01.81, опубликовано 23.08.82, бюлл. № 31. 3 с. 2 ил.

26. A.c. № 977138 СССР, М.Кл.3 В24В 39/02. Многорядный инструмент для образования микрорельефа/ Ю.И. Мулин, А.П. Улашкин, заявлено 15.06.81, опубликовано 30.11.82, бюлл. № 44. 2 с, ил.

27. A.c. № 996045 СССР, М.Кл.3 В21Н 3/02. Устройство для обкатки/ В.А. Белов, А.П. Улашкин, заявлено 10.04.81, опубликовано 15.02.83, бюлл. № 6. 4 с. 4 ил.

28. A.c. № 438725. СССР, Состав жидкостного борирования. Опубл. в Б.И., 1974, №29.

29. Абрамов A.B., Маслецов В.В. Об оценке экономической результативности повышения износостойкости изделий машиностроения// Вестник машиностроения, 1994, №5, с. 38 -40.

30. Аверченков В.И. Автоматизация поискового проектирования прогрессивных технологий. В кн. "Проблемы повышения качества, надежности и долговечности деталей машин и инструментов". Сб. науч. тр., Брянск, 1991, с. 136 -142.

31. Аверченков В.И. Влияние технологической наследственности на качество поверхности и износостойкость деталей машин/ Дисс, канд. техн. наук. Брянск, 1974. - 162 с.

32. Агафонов В.В. Построение обобщенного показателя качества при оптимизации режимов механической обработки. В кн. "Проблемы повышения качества, надежности и долговечности деталей машин и инструментов". Сб. науч. тр., Брянск, 1991, с. 124 130.

33. Алексеев III '. Машинам быть долговечными. Тула: Приокское кн. Изд., 1973. -136 с,

34. Алексеев П.Г. Технология упрочнения деталей машин поверхностной пластической деформацией. Тула: ТПИ, 1978. - 80 с.

35. Алексеев П.Г., Семякин В.Н. Влияние внешних полей электростатического и магнитного в процессе поверхностного пластического деформирования. В кн. "Проблемы повышения качества, надежности и долговечности машин и инструментов", Брянск, 1991, с. 112 124.

36. Алексеев П.Г., Щеглова A.B. Влияние схватывания плоских поверхностей, упрочненных наклепом, на износостойкость. В кн. "Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами деталей машин и механизмов". -Брянск, 1986, с. 73 79.

37. Алексеев П.Г., Щеглова A.B. Исследования износостойкости планок станочных автоматических линий. В кн. "Технология машиностроения". - Тула: ТПИ, 1978, с. 119

38. Анализ и обоснование хозяйственных решений/ Майданчик Б.И., Карпунин М.Г., Любинецкий Я.Г. и др. М.: Финансы и статистика, 1991. - 136 с.

39. Аникин В.И., Лобанов A.B. Повышение стойкости штамповой оснастки/ Кузнечно-штамповочное производство, 1975, №3, с. 50 54.

40. Антонов В.Ф., Голубев Ю.М. Влияние маслокарманов на контактное взаимодействие трущихся поверхностей в присутствии смазки. В кн. "Механика и физика контактного взаимодействия". Калинин: КГУ, 1981, с. 78 - 84.

41. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. В 3-х т. - М.: Машиностроение, 1979.

42. Ашфаров A.A., Гейдаров В.А., Хархиев И.К. Применение масла ИНХП-17 для штамповки// Кузнечно-штамповое производство, 1982, №3, с. 37 38.

43. Бабук В.В., Ярошевич A.A. Влияние режимов обкатки роликами на шероховатость и волнистость поверхностей. Тез. Докл. Конф. "Пути повышения долговечности машин", Могилев, 1979, с. 15.46