Повышение долговечности деталей механизма подачи пружинонавивочных автоматов магнитной обработкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Борисова Екатерина Александровна

• Борисова Екатерина Александровна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Борисова Екатерина Александровна

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПОВЫШЕНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ПРУЖИНОНАВИВОЧНЫХ АВТОМАТОВ

1.1 Условия эксплуатации механизма подачи пружинонавивочных автоматов

1.2 Конструкционная прочность и повреждаемость контактных пар

1.2.1 Долговечность - критерий конструкционной прочности подающих роликов

1.2.2 Анализ повреждаемости контактных пар

1.3 Механика и металлофизика контакта деталей машин

1.3.1 Механика зарождения контактного разрушения

1.3.2 Металло физика контакта

1.4 Возможности магнитной обработки в повышении долговечности контактных пар

1.5 Выводы по первому разделу

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ НА ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДАЮЩИХ РОЛИКОВ ПРУЖИНОНАВИВОЧНЫХ АВТОМАТОВ

2.1 Детерминированные физико-химические процессы в контактной паре «ролик - проволока» в исходных условиях работы и при магнитной обработке

2.1.1 Предлагаемая гипотеза и механизмы основных процессов

2.1.2 Основные каналы дезактивации

2.2 Механизм влияния магнитной обработки на процессы массопереноса в контактной паре

2.3 Методы оценки влияния магнитной обработки на повышение несущей способности и долговечности подающих роликов

2.3.1 Метод оценки влияния магнитной обработки на повышение нагрузки начала текучести в контактной паре без сдвига

2.3.2 Метод оценки влияния магнитной обработки на повышение нагрузки начала текучести в контактной паре со сдвигом

2.4 Выводы по второму разделу

3 ОБОРУДОВАНИЕ, ОБРАЗЦЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.1 Установка для магнитной обработки образцов и подающих роликов пружинонавивочных автоматов

3.2 Образцы исследуемых материалов

3.3 Оборудование для моделирования контактного взаимодействия

3.4 Инструментальные приборы и методы

3.4.1 Измерение величины износа контактной поверхности

3.4.2 Измерение микротвердости контактной поверхности

3.4.3 Микроскопирование и цифровое фотографирование

контактной поверхности

3.4.4 Определение химического состава по результатам спектрального анализа

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ НА ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДАЮЩИХ РОЛИКОВ ПРУЖИНОНАВИВОЧНЫХ АВТОМАТОВ

4.1 Разработка экспериментального метода оценки влияния магнитной обработки на характеристики конструкционной прочности

контактной пары

4.1.1. Опытное обоснование режима магнитной обработки и критерии оценки его эффективности

4.1.2. Сравнительная оценка характеристик конструкционной

прочности контактных поверхностей

4.1.3 Основные физико-химические преобразования в контактной

паре и влияние магнитной обработки

4.2 Разработка экспериментального метода оценки влияния магнитной обработки на показатели массопереноса в контактной паре

4.2.1 Условия проведения опытов и результаты микроскопирования

4.2.2 Оценка результатов спектрального анализа и микротвердости

4.2.3 Оценка влияния магнитной обработки на показатели массопереноса

4.3 Выводы по четвертому разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности деталей механизма подачи пружинонавивочных автоматов магнитной обработкой»

Актуальность темы исследования.

К настоящему времени значительно увеличилось количество небольших предприятий с серийным производством пружинных блоков для мебельной продукции. В применяемых на таких предприятиях пружинонавивочных станках недостаточную долговечность проявляют детали механизма подачи пружинной проволоки - подающие ролики. В процессе работы ролики с проволокой образуют высшие кинематические пары с локальным контактом и осуществляют ее перемещение по принципу фрикционной передачи. К основным факторам низкой долговечности таких контактных пар относятся циклическая упругопластическая деформация сжатия и сдвига с высокими контактными напряжениями, недостаточная конструкционная прочность рабочей поверхности легированных роликов, близкое строение кристаллических решеток взаимодействующих материалов, малый диаметр проволоки и др. В результате неблагоприятного влияния конструктивных и эксплуатационных факторов возникают местные разрушения контактной поверхности роликов, обусловливающие утрату работоспособности всего механизма подачи.

Возможности использования традиционных методов повышения долговечности подающих роликов, связанных с термической и химико-термической обработкой, в значительной мере уже исчерпаны. Новые технологии, основанные на воздействии концентрированными потоками энергии, из-за высокой стоимости для небольших предприятий нерентабельны. Перспективным и доступным методом для них является магнитная обработка (МО), которая успешно применяется в машиностроении для повышения долговечности контактных пар из инструментальных и конструкционных сталей. Однако для условий работы пружинонавивочных автоматов, тем более с использованием магнитного поля с относительно

низкой напряженностью, возможности магнитной обработки практически не исследованы, что свидетельствует об актуальности диссертационной работы.

Степень разработанности темы:

В области механики контактного взаимодействия и разрушения контактных пар в машинах известны исследования Александрова В.М., Гаджиева В.Д, Галина Л.А., Горячевой И.Г., Демкина Н.Б., Джонсона К., Добычина М.Н., Зернина М.В., Иосилевича Г.Б., Кендала К, Коллинза Д., Колмогорова В.Л., Попова В.Л., Решетова Д.Н.

Вопросы изучения трансформации структуры и конструкционных свойств материалов как реакции на эксплуатационные воздействия отражены в работах Арзамасова Б.Н., Булгаревича С.Б., Буше Н.А., Ивановой В.С., Калина Б.А., Кима В.А., Куксеновой Л.И., Лахтина Ю.М., Лоладзе Т.Н., Любарского И.М., Машкова Ю.К., Осташева В.В., Рыбаковой Л.М., Семенова А.П., Фридмана Я.Б., Хайнике Г.

Изучение возможностей повышения долговечности деталей машин магнитной обработкой рассмотрено в работах Галея М.Т., Кантовича Л.И., Малыгина Б.В., Памфилова Е.А., Первова К.М., Полетаева В.А., Постникова С.Н., Пырикова П.Г.

Объект исследования - контактная пара «легированная сталь -углеродистая сталь», образуемая приводным роликом пружинонавивочного автомата (ПНА), изготавливаемого из сталей Х12МФ и Р6М5 с пружинной проволокой 65.

Предмет исследования - характеристики конструкционной прочности контактной пары «ролик - проволока» в ПНА в условиях эксплуатации и при применении к ним магнитной обработки.

Цель диссертационной работы - повышение долговечности деталей механизма подачи пружинонавивочных автоматов на основе магнитной обработки подающих роликов, изготовленных из сталей Х12МФ и Р6М5, обеспечивающей более эффективное использование потенциала

конструкционной прочности применяемого материала с низкими затратами при повторяющихся циклах «пуск - останов» подающего механизма.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• теоретическое моделирование детерминированных физико-химических процессов в контактной паре «ролик - проволока» на стадии эксплуатации и влияния магнитной обработки на эти процессы;

• разработка методики и проведение тестовых испытаний для оценки принятого режима магнитной обработки исследуемых легированных сталей для роликов;

• разработка экспериментального метода оценки влияния магнитной обработки на характеристики конструкционной прочности контактной пары «ролик - проволока»;

• экспериментально-теоретическое установление механизма влияния магнитной обработки на процессы адгезионно-диффузионного массопереноса в контактной паре «ролик - проволока»;

• разработка экспериментального метода оценки влияния магнитной обработки на показатели массопереноса в исследуемой контактной паре;

• разработка расчетных методов оценки влияния магнитной обработки на повышение несущей способности и долговечности подающих роликов ПНА.

Научная новизна состоит в следующем:

• разработан механизм влияния магнитной обработки на процесс диффузионно-адгезионного массопереноса в контактной паре «ролик -проволока» механизма подачи;

• установлен новый металлофизический эффект, состоящий в том, что у намагниченного до насыщения поверхностного слоя подающих роликов, изготовленных из легированных сталей Х12МФ и Р6М5, при частичном буксовании в процессе повторяющихся циклов «пуск - останов»

механизма подачи многократно (до 20 раз) замедляется диффузионно-адгезионный массоперенос углерода и легирующих элементов из поверхностного слоя ролика в сопряженную поверхность проволоки из стали 65, обеспечивающий снижение возможности образования твердых вторичных микроструктур с абразивными свойствами на поверхности проволоки и снижение интенсивности схватывания взаимодействующих поверхностей, повышающие, тем самым, долговечность роликов по критерию износостойкости;

• разработана методика определения давления начала текучести в поверхностном слое подающих роликов механизма подачи пружинонавивочных автоматов с учетом сдвигающей силы и относительной деформации;

• разработан экспериментальный метод оценки влияния магнитной обработки на показатели массопереноса в контактной паре в лабораторных условиях.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что:

• установлена природа процессов, влияющих на несущую способность и долговечность контактной пары «ролик - проволока» подающего механизма пружинонавивочных автоматов;

• установлен эффект понижения интенсивности изнашивания и схватывания в скользящем контакте подающих роликов, изготовленных из сталей Х12МФ и Р6М5, с проволокой их стали 65 при магнитной обработке роликов с относительно невысокой напряженностью магнитного поля;

• разработан метод расчетной оценки влияния магнитной обработки на повышение нагрузки начала пластического течения в поверхностном слое подающих роликов в условиях контакта без сдвига и со сдвигом, позволяющий прогнозировать повышение несущей способности и

долговечности контактной поверхности деталей механизма подачи пружинонавивочных автоматов;

• получен положительный результат по повышению долговечности подающих роликов при апробации метода магнитной обработки подающих роликов пружинонавивочных автоматов в условиях производственного предприятия.

Методология и методы исследования.

В диссертационной работе использованы системный анализ условий эксплуатации объекта исследования, справочной и научно-технической литературы по направлению исследования. Применены методы теоретического и экспериментального моделирования исследуемых процессов. Применены современные инструментальные методы оценки результатов экспериментов: оценка химического состава по результатам оптико-эмиссионного и рентгеновского спектрального анализа, оптическая и электронная микроскопия, измерение микротвердости, взвешивание на лабораторных аналитических весах. Проводилась компьютерная обработка в Mathcad, Microsoft Excel.

Положения, выносимые на защиту:

• металлофизический механизм, описывающий впервые установленный для намагниченных до насыщения исследованных легированных сталей эффект многократного замедления в контакте со сдвигом диффузионно-адгезионного переноса углерода и легирующих элементов Cr, Mo, W, V в сопряженную углеродистую сталь 65;

• результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния магнитной обработки легированных сталей Х12МФ и Р6М5 на долговечность контактной пары «легированная сталь - углеродистая сталь»;

• модель детерминированных физико-химических преобразований в условиях механоактивации и дезактивации в подвижной контактной паре «легированная сталь - углеродистая сталь», учитывающая влияние магнитной обработки исследованных легированных сталей.

Степень достоверности результатов диссертационной работы обеспечивается использованием основных положений фундаментальных дисциплин в области машиноведения и материаловедения, научно обоснованных методик экспериментальных исследований, современных методов и средств для оценки характеристик объекта исследования, апробацией полученных результатов в производственных условиях.

Апробация работы проведена в форме научных докладов и дискуссий по основным результатам диссертации на следующих конференциях:

• 18 Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении - 2013», БГИТА, Брянск. Октябрь 2013 г.;

• Юбилейной XXV Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов (МИКМУС-2013), Москва, 13-15 ноября 2013 г;

• X mezmaшdш vedecko - prakticka konference "Moderш vymozenosti vedy - 2014", 27.01.2014-05.02.2014, Praha, 2014;

• II Международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий», Белгород, 31 мая 2015; Тамбов;

• VII Всероссийской межвузовской научной конференции «Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России» (6 февраля 2015 г., Муромский институт Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Муром 2015 г.);

• VIII Всероссийской межвузовской научной конференции «Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России» (5 февраля 2016 г., Муромский институт Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Муром 2016 г.);

• XIII Всероссийской межвузовской научной конференции «Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России» (5 февраля 2021 г., Муромский институт Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Муром 2021 г.).

Внедрение результатов работы. Результаты исследований апробированы и внедрены на промышленном предприятии ООО «ПК Торис-Групп». Использованы в 3-х госбюджетных НИР, а также внедрены в учебный процесс Муромского института (филиала) ФГБОУ ВО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых».

Публикации. Материалы диссертации отражены в 17 публикациях, из которых 6 статей в журналах из перечня ВАК, 4 публикации в сборниках трудов, индексируемых SCOPUS, 7 статей в журналах РИНЦ и материалах международных научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения с основными результатами и выводами, списка литературы из 154 наименований и 3 приложений. Общий объем работы составляет 171 страницу, включая 39 рисунков и 10 таблиц.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПОВЫШЕНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ПРУЖИНОНАВИВОЧНЫХ АВТОМАТОВ

1.1 Условия эксплуатации механизма подачи пружинонавивочных автоматов

В современном машиностроении для холодной навивки пружин используется обширная группа пружинонавивочных автоматов, работающих по схеме деформации проволоки «сжатие + изгиб» в узле навивки. Такие автоматы предназначены для изготовления пружин сжатия и растяжения, в том числе, цилиндрических, конических, бочкообразных и корсетных, с постоянным и переменным шагом, правой и левой навивки из проволоки круглого сечения.

Типичными представителями пружинонавивочных автоматов, принятых как объекты изучения в диссертации, являются станки NPB-90 и SX-60 для навивки бочкообразных и корсетных пружин для мебельного производства. Изготовителями станков являются совместные предприятия РФ и КНР. Такое оборудование используется в среднесерийном производстве. Наибольший диаметр пружин составляет около 100 мм и поэтому их навивка осуществляется специальным гибочным роликом с канавками. Исходным материалом для пружин является пружинная проволока круглого сечения диаметром 1,8 мм и 2,0 мм из углеродистой стали 65 (ГОСТ 9389-75) [4, 45].

Поступление проволоки в узел навивки осуществляется с помощью специального механизма подачи, в котором два подающих ролика образуют с проволокой высшую кинематическую пару в виде фрикционной передачи. Каждый ролик и проволока являются, соответственно, ведущим и ведомым звеньями передачи. Оба ролика приводные, сжимают проволоку с противоположных сторон и являются основными деталями механизма.

Встречное вращательное движение роликов преобразуется по принципу фрикционной передачи в поступательное перемещение проволоки [44, 61, 134]. Крутящий момент на ролики поступает от электродвигателя посредством системы зубчатых передач.

В пружинонавивочных автоматах №В-90 и SX-60 с регулируемой производительностью применяется муфтная система подачи, позволяющая нормировать длину подаваемой проволоки изменением времени включения и выключения муфты подачи. Для этого применяется кулачковый механизм, работающий в соответствии с циклограммой работы автомата. Имеется возможность ступенчатого изменения длины подаваемой проволоки с помощью коробки скоростей, изменяющей соотношение частот вращения распределительного кулачка и подающих роликов. В процессе работы автоматов всегда наблюдаются отклонения по длине подаваемой проволоки за 1 оборот кулачка (до 30 мм), вызванные, в основном, проскальзыванием проволоки в подающих роликах.

Циклограммой работы ПНА предусмотрено периодическое повторение циклов «остановка - выстой - пуск» приводных роликов в состоянии их силового контакта с проволокой за счет пружины сжатия. Воспроизведение таких циклов необходимо для отрезки навитых пружин механизмом реза. При принятой производительности ПНА 60...70 пружин в минуту общая длительность цикла отрезки составляет 0,2 с.

На основе опыта эксплуатации ПНА разработаны рекомендации по применению сталей для подающих роликов. Наиболее применяемыми для серийных производств являются средне- и высоколегированные конструкционные и инструментальные стали: хромистые, хромовольфрамовые, быстрорежущие следующих марок - 38ХС, ХВГ, 9ХС, Х12МФ, Р6М5. Считается, что эти стали обладают достаточной конструкционной прочностью поверхностного слоя. Иногда применяются стали У8А, У10А. Применяемые виды термической обработки позволяют получить для этих сталей твердость до 62.64 ИКС В автоматах NPB-90 и

SX-60 подающие ролики относятся к покупным сменным деталям, для изготовления которых применяют высоколегированные инструментальные сталь Х12МФ, ХВГ и сталь Р6М5.

Цилиндрические поверхности подающих роликов, благодаря встречному прижатию их нормальной силой FJv, создаваемой силовой пружиной, сцепляются с проволокой силой трения. Посредством этого вращательное движение роликов по принципу фрикционной передачи преобразуется в поступательное перемещение проволоки с усилием подачи ^

Полезное усилие подачи F при поступательном перемещении проволоки преодолевает 2 вида сопротивлений.

1 Сопротивление от пластической деформации изгиба в процессе навивки в контакте с гибочным роликом.

2 Сопротивление от протягивания проволоки через правильное устройство, где происходит правка проволоки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Устройство содержит несколько пар роликов, между которыми протягивается проволока.

Оценочные расчеты усилия подачи F для одной пары подающих роликов с использованием экспериментальных результатов (экспериментального среднего значения коэффициента трения) и только с учетом сопротивлений пластического изгиба проволоки приведены в работе [97]. Результаты расчетов для усредненных значений пределов прочности углеродистой пружинной проволоки и диаметров пружины до 100 мм с учетом диаметра проволоки приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Усилие подачи для одной пары подающих роликов

Диаметр проволоки, мм 1 2 3 4

Усилие подачи, Н 600-730 1460-2500 1280-3980 2000-6380

На результаты расчета оказывает влияние достаточно большое количество факторов. Однако эти результаты все-таки позволяют получить приблизительное значение усилия подачи Е для работы автоматов №В-90 и SX-60 при диаметре проволоки 1,8.2 мм.

В связи с обеспечением в ПНА усилия подачи проволоки Е по принципу фрикционной передачи соотношения между усилием подачи Е, силой трения ЕТР и нормальной силой прижатия для одной пары подающих роликов вытекают из условия

Ъ < 2^ТР, (1.1)

где ЕТР = f - среднее значение силы трения между одним роликом и проволокой (/- среднее значение коэффициента трения между роликами и проволокой).

Если условие (1.1) не будет выполняться, то между роликами и проволокой наступит проскальзывание или буксование и узел подачи утратит работоспособность.

Для снижения проскальзывания в ПНА принято создавать запас сцепления Ксд = 1,5...3. В результате сила прижатия для одной пары роликов

при наиболее вероятном среднем значении коэффициента трения (f = 0,1)

превышает усилие подачи проволоки в 15 и более раз. Она назначается, как правило, опытным путем и при средних значениях запаса сцепления и коэффициента трения может составлять до 20000 Н и более.

Таким образом, для поддержания надежного фрикционного сцепления в зоне соприкосновения роликов с проволокой внешней силой прижатия создаются аномально высокие контактные напряжения сжатия.

Проводилась расчетная оценка контактных напряжений и размеров пятна контакта подающих роликов с проволокой по методике [106]. Расчеты показали, что при диаметре проволоки 2 мм и применяемом усилии прижатия роликов 500 Н значение контактного напряжения составляет более 2100 МПа и оказывается на уровне предела текучести. Длина полоски

контакта в 16,8 раза превышает ширину и оказывается достаточно большой (более 1 мм). Отмеченный факт приближения контактных напряжений к пределу текучести материала проволоки указывает на неизбежные явления схватывания с материалом ролика на локальных участках с проскальзыванием.

На работу подающих роликов в условиях фрикционного контакта с проволокой негативное влияние оказывает неизбежное наличие двух видов скольжения: буксования и упругого скольжения, свойственных фрикционной передаче.

Буксование может наступить в результате перегрузок из-за временных увеличений сопротивлений в поступательном перемещении проволоки, например, от сопротивлений в правильном устройстве. Буксование может возникнуть в результате разброса значений коэффициента трения из-за анизотропии механических свойств при упругопластической деформации поверхностных слоев подающих роликов и проволоки в зоне контакта. Буксование неизбежно реализуется при повторяющихся в нагруженном состоянии циклов «остановка - выстой - пуск» роликов, необходимых для отрезки готовой пружины.

Упругое скольжение вызывают местные тангенциальные деформации подающих роликов и проволоки с противоположными знаками в двустороннем контакте. В процессе работы на полоске контакта образуется две зоны С (зона сцепления) и П (зона проскальзывания), разделенные точкой О (рисунок 1.1). В зоне С контактные поверхности подающего ролика и проволоки сцепляются и двигаются вместе. Но для ролика деформация растягивающая, а для проволоки - сжимающая (кривые 1 - 1 на рисунке 1. 1 а). В зоне П сила трения не может удержать поверхности от смещения, образуется проскальзывание и точки А1 и А2 расцепляются. Поэтому при выходе из контакта точка А1 ролика оказывается впереди точки А2 проволоки на некоторую величину А (рисунок 1.1 б).

В связи с малой шириной полоски контакта, установленной расчетной оценкой, растяжение волокон на поверхности ролика более выраженное при малых диаметрах проволоки.

Типичное разрушение контактной поверхности в виде канавок на одном из приводных роликов представлено на рисунке 1.2 а. Изучение характера разрушений для ряда ПНА позволило установить, что такие канавки глубиной И1 и И2 (рисунок 1.2 б) образуются в результате адгезионного и абразивного воздействий на цилиндрических поверхностях обоих, совместно работающих, подающих роликах. Достижение предельного состояния, при котором суммарная глубина канавок становится равной диаметру проволоки d, приводит к прекращению подачи проволоки в связи с непосредственным касанием подающих роликов между собой (с силовым замыканием роликов) и невозможностью создания необходимой силы прижатия и, соответственно, силы трения между роликами и проволокой.

а) б)

Рисунок 1.2 - Канавки разрушения на подающем ролике автомата NPB-90 (а) и схема образования канавок на совместно работающих роликах (б)

Величина предельного разрушения (суммарная глубина канавок) Иир связана с глубиной канавок на роликах И1 и И2, а также с диаметром проволоки й выражением

Ипр = и + и2 = а. (1.2)

Микроскопическое изучение микроповреждений на рабочих поверхностях роликов позволило установить наличие на стенках образовавшихся канавок микроцарапин, микрорисок и микровырывов. Характер этих повреждений указывает на то, что микроцарапины и микрориски возникли от сдвиговых воздействий твердыми микровыступами вторичного происхождения, расположенными на поверхности проволоки. А микровырывы образованы в результате адгезии (схватывания), например, по механизму срастания субзерен кристаллических решеток ролика и проволоки и последующего сдвига.

Благоприятные условия для сдвига прижатых друг к другу решеток с возникновением отмеченных микроповреждений могут быть созданы при буксовании, например, в момент пуска после остановки приводных роликов для отрезки готовой пружины.

С целью повышения долговечности подающих роликов предпринимают снижение контактных напряжений в месте соприкосновения их с проволокой [102, 103, 109], что особо актуально при необходимости создания высоких значений силы для ее подачи. Для этого применяют несколько пар подающих роликов (до 3...4 пар) и увеличивают их диаметр, что реализовано в конструкциях автоматов серий ПНА-2, ПНА-4, А521, А5216 и др. при использовании достаточно больших диаметров проволоки [97].

Снижение контактных напряжений достигается также подбором геометрических условий контакта [4, 108]. Для этого применяют в месте касания ролика и проволоки следующую геометрию контакта (рисунок 1.3):

а) контакт с полукруглой канавкой, б) контакт с треугольной канавкой, в) комбинированный контакт, г) контакт с гладкой поверхностью (без канавок).

а) б) в) г)

а) с полукруглой канавкой; б) с треугольной канавкой; в) комбинированный;

г) с гладкой поверхностью

Рисунок 1.3 - Варианты геометрии контакта подающих роликов с проволокой

Однако конструкторские решения в виде подбора геометрических параметров контакта (рисунок 1.3) не обеспечивают заметного повышения долговечности подающих роликов. В автоматах МРВ-90 и БХ-60 ввиду малого диаметра пружинной проволоки принят контакт с гладкой поверхностью (рисунок 1.3 г), который обеспечивает наибольший «запас на разрушение» до силового замыкания роликов. Постоянство расположения проволоки относительно роликов достигается применением направляющих втулок.

Совокупный анализ особенностей конструкции механизма подачи, условий его работы и характера эксплуатационных повреждений показал, что ответственными за работоспособность механизма являются приводные ролики. Долговечность роликов как свойство длительного сохранения работоспособности до наступления предельного состояния определяется прочностью их поверхностного слоя.

Критерием работоспособности является контактная прочность материала ролика. При этом показатели контактной прочности, например, несущую способность, обусловливает характер взаимодействия поверхностей в контактной паре ролик - проволока, образование которой обусловлено технологическим назначением ПНА.

В отношении ограниченной долговечности приводных роликов определяющими представляются следующие особенности работы.

1 Материалами контактной пары являются высоколегированная инструментальная сталь и углеродистая пружинная сталь с высоким содержанием углерода. Эти стали в результате легирования и закалки (ролик), а также патентирования и обработки давлением (проволока) находятся в метастабильном состоянии с термодинамической неустойчивостью, обусловливающем в условиях контакта повышенный потенциал к установлению химических связей.

2 Контактная пара «ролик - проволока» представляет собой высшую кинематическую пару с касанием поверхностей по линии. Таким парам свойственна высокая концентрация напряжений в области контакта. Работа пары по принципу фрикционной передачи обусловливает технологическое поддержание в ней высоких контактных напряжений на уровне предела текучести, что неизбежно связано с упругопластической деформацией поверхностного слоя роликов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Борисова Екатерина Александровна, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров, В.М. Введение в механику контактных взаимодействий / В.М. Александров В.М., М.И. Чебаков. - Ростов-на-Дону: ЦВВР, 2007. - 144 с.

2. Алифанов, А.В. Технология упрочнения режущего инструмента импульсным магнитным полем / А.В. Алифанов, Н.В. Бурносов, И.Л. Чудакова // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: материалы VI Междунар. евразийского симпозиума, г. Екатеринбург, 17-20 мая 2011 года. - С. 255-260.

3. Анисимова, Е.Е. Термодинамика несамопроизвольных химических реакций, инициируемых трением / Е.Е. Анисимова, С.Б. Булгаревич, М.В. Бойко // Вестник РГУПС. - 2006. - №3. - С. 107-112.

4. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. - 9-е изд., перераб. и доп. / под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2006. - 928 с.

5. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. - 8-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 648 с.

6. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.

7. Артингер, И. Инструментальные стали и их термическая обработка. Справочник. - М.: Металлургия, 1982. - 312 с.

8. А.с. 1500683 СССР. Способ магнитной обработки зубчатых колес и устройство его осуществления / МКИ С21Д1/04. Опубл. в Б.И. №30, 1989.

9. А.с. 1752783 СССР. Способ магнитной обработки зубчатых колес / МКИ С21Д1/04. Опубл. в Б.И. №29, 1992.

10. Бабей, Ю.И. Физические основы импульсного упрочнения стали и чугуна. - Киев.: Науч. Думка, 1988. - 237 с.

11. Баранов, А.В. Самоорганизация трибосистем при граничном трении металлов / А.В. Баранов, В.А. Вагнер, С.В. Тарасевич, О.В. Быкова // Ползуновский Вестник. - 2009. - №1-2. - С. 155-158.

12. Баранов, А.В. Трибохимические процессы при трении металлов / А.В. Баранов, В.А. Вагнер, С.В. Тарасевич, Н.В. Галышкин // Ползуновский Вестник. - 2011. - №4. - С. 137-141.

13. Белый, А.В. Поверхностная упрочняющая обработка с применением концентрированных потоков энергии / А.В. Белый, Е.Н. Макушок, И.Л. Соболь, Г.Д. Карпенко. - М.: Наука и техника, 1990. - 78 с.

14. Берман, А.В. Экспериментальные исследования магнито-импульсной обработки деталей горного оборудования и породоразрушающего инструмента / А.В. Берман, К.М. Первов, С.К. Коровин, А.П. Баранов, Я.С. Ватулин // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2009. Вып. 2. - Ч. 2. - С. 12-16.

15. Бишутин, С.Г. Износостойкость деталей машин и механизмов. Учеб. пособие под ред. С. Г. Бишутина / С.Г. Бишутин, А.О. Горленко, В.П. Матлахов. - Брянск: БГТУ, 2010. - 112 с.

16. Блантер, М.А. Упрочнение деталей машин. - М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.

17. Блехман, И.И. Механика и прикладная математика: Логика и особенности приложений математики / И.И. Блехман, А.Д. Мышкис, Я.Г. Гановко. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. -360 с.

18. Бойцов, А.Г. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А.Г. Бойцов, В.Н. Машков, В.А. Смоленцев, Л.А. Хворостухин. - М.: Машиностроение, 1991. - 144 с.

19. Бокштейн, Б.С. Диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978. -

248 с.

20. Борисова, Е.А. Влияние магнитного поля на характеристики трения в трибосистеме «сталь-сталь» [Текст] / Е.А. Борисова, В.В. Зелинский // II Международная научно-практическая конференция «Современные тенденции развития науки и технологий», г. Белгород, 31 мая 2015. - С. 5457.

21. Бугров, Ю.В. Металловедение и термодеформационная обработка специальных сталей и сплавов: комплекс учебно-методических материалов / Ю.В. Бугров, Ю.В. Процив. Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. Н.Новгород, 2011. - 130 с.

22. Булгаревич, С.Б. Активация и дезактивация трением физико-химических процессов в зоне фрикционного контакта / С.Б. Булгаревич, М.В. Бойко // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2017. - Т.18. - №9. -С. 404-409.

23. Булгаревич, С.Б. Заселенность переходных состояний химических процессов, активированных трением / С.Б. Булгаревич, М.В. Бойко, В.И. Колесников, К.Е. Корец // Трение и износ. - 2010. - Т.31. - №4. - С. 385-393.

24. Булычев, В.В. Исследование процессов схватывания металлов при трении как фазового перехода первого рода / Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2016. - № 11-4. - С. 9-14.

25. Воробьев, Р.А. Влияние обработки импульсным магнитным полем на твердость сталей в упрочненном состоянии / Р.А. Воробьев, В.А. Скуднов, В.Н. Дубинский // Технология металлов. - 2011. - №2. - С. 28-33.

26. Воробьев, Р.А. Характер изменения физико-механических свойств холоднодеформированной стали 10 при обработке импульсным магнитным полем / Р.А. Воробьв, В.Н. Дубинский // Технология металлов. - 2011. - №1. - С. 11-14.

27. Галин, Л.А. Контактные задачи упругости и вязкоупругости. М.: Наука, 1980. - 302 с.

28. Гаркунов, Д.Н. О природе повышения износостойкости деталей и инструмента магнитной обработкой / Д.Н. Гаркунов, Г.И. Суранов, Г.Б. Коптяева // Трение и износ. - 1982. - Т.3. - №2. - С. 327-330.

29. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали. - М.: Металлургия, 1983. -

527 с.

30. Гершман, И.С. Самоорганизация вторичных структур при трении / И.С. Гершман, Н.А. Буше, А.Е. Миронов, В.А. Никифоров // Трение и износ. - 2003. - Т.24. - №3. - С. 329-334.

31. Глинка, Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов.-23-е изд. стереотипное / Под ред. В.А. Рабиновича. Л.: Химия, 1983. - 704 с.

32. Головин, Ю.И. Электромагнитные аспекты физики прочности и пластичности твердых тел / Вестник ГТУ. - 1996. - Т.1. - Вып. 1. - С. 3-20.

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

34. ГОСТ 27674-88 Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения [Текст]. - Взамен ГОСТ 23.002-78. - Введ. 01.01.89. - М.: Изд-во стандартов, 1972. - 19 с.

35. Гоулдстейн, Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: В 2-х книгах. Книга 2. Пер. с англ. / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин. и др. - М.: Мир, 1984. - 348 с.

36. Григорьев, С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента. М.: Машиностроение, 2011. - 368 с.

37. Грудев, А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением. Справ. изд. / А.П. Грудев, Ю.В. Зильберг, В.Т. Тилик. - М.: Металлургия, 1982. - 312 с.

38. Гуляев, А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

39. Гуртов, В.А. Физика твердого тела для инженеров. 2-е изд., доп. / В.А. Гуртов, Р.Н. Осауленко. - М.: Техносфера, 2012. - 560 с.

40. Давыдов, С.В. Эффективность магнитно-импульсной обработки / Вестник Брянского государственного технического университета. - №3. -2007. С.8-9.

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

42. Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия. - М.: Мир, 1989. - 510 с.

43. Джонсон, У., Меллор П.Б. / Пер. с англ. Овчинников А.Г. Теория пластичности для инженеров. - М.: Машиностроение, 1979. - 567 с.

44. Дмитриев, В.А. Детали машин. - Л.: Судостроение, 1970. - 792 с.

45. Драгунов, Ю.Г. Марочник сталей и сплавов. 4-е изд., переработ. и доп. / Ю.Г. Драгунов, А.С. Зубченко, Ю.В. Каширский [и др.] Под общей ред. Ю.Г. Драгунова и А.С. Зубченко - М.: 2014. - 1216 с.

46. Ермаков, С.С. Физика металлов и дефекты кристаллического строения. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. - 280 с.

47. Зелинский, В.В. Атомно-электронный аспект изнашивания в трибосистемах «инструментальная сталь - углеродистая сталь» [Текст] / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова, Д.Н. Сучилин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2017. - Том 19. - №2. - С 133-150.

48. Зелинский, В.В. Атомно-электронный подход к повышению износостойкости трибосистем с ферромагнитными материалами [Текст] / В.В.Зелинский, Е.А. Борисова // Современные проблемы науки и образования. - №1. - 2015. www.science-education.ru/125-19922

49. Зелинский, В.В. Влияние магнитной обработки на долговечность исполнительных органов пружинонавивочных автоматов [Текст] / В.В. Зелинский, А.Н. Гоц, В.Г. Гусев, Е.А. Борисова // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. - 2019. - Т.21. №1. - С. 91-99.

50. Зелинский, В.В. Влияние обработки магнитным полем на износ инструментальных сталей [Текст] / В.В. Зелинский, Ю.С. Степанов,

Е.А. Борисова // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2017. - №2 (322). - С. 73-81.

51. Зелинский, В.В. Влияние магнитной обработки на трение стали по стали при схватывании [Текст] / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова // Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 30 мая 2015 г.: в 10 томах. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком». - 2015. - Том 6. - С. 62-64.

52. Зелинский, В.В. Исследование износостойкости инструментальных сталей [Текст] / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова // Под общей редакцией Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Брянск: БГИТА. - 2013. -Выпуск 18. - С. 37-41.

53. Зелинский, В.В. Моделирование диффузионно-адгезионных процессов в парах трения сталь - сталь исполнительных органов машин [Текст] / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова, А.В. Карпов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2018. -Том 20. - №1. - С. 83-93.

54. Зелинский, В.В. О механизме снижения износа ферромагнитных материалов [Текст] / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. - 2014. - Том 2. - №2. - С. 51-59.

55. Зелинский, В.В. Опытная оценка влияния магнитной обработки на износостойкость инструментальных сталей / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. - 2013. - № 3. - С.55-60.

56. Зелинский, В.В. Повышение износостойкости исполнительных органов машин, образующих трибосистему «сталь-сталь» [Текст] / В.В. Зелинский, Ю.С. Степанов, Е.А. Борисова // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2018. - №1 (327). - С. 43-52.

57. Зелинский, В.В. Трибологический подход в оценке и повышении стойкости инструментальных материалов [Текст] / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. - 2011. - № 2. - С. 44-47.

58. Зелинский, В.В. Установление преобладающих видов и причин изнашивания режущих инструментов [Текст] / В.В. Зелинский, Е.А. Борисова // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности, № 2(12). - 2012. - С. 55-60.

59. Иванова, В.С. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. - М.: Наука, 1992. - 159 с.

60. Илясов, А.В. Формирование структуры и свойств наплавленных износостойких покрытий на основе металломатричных композитов системы Fe-WC-Ti: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.02.01 / Илясов Алексей Викторович. - Волгоград, 2008. - 25 с.

61. Иосилевич, Г.Б. Детали машин: Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1988. - 367 с.

62. Ишлинский, А.Ю. Механика. Идеи, задачи, приложения. - М.: Наука, 1985. - 624 с.

63. Кабалдин, Ю.Г. Самоорганизация и нелинейная динамика в процессах трения и изнашивания инструмента при резании. Монография. Комсомольск-на-Амуре. ГОУВПО «КиАГТУ», 2003. - 175 с.

64. Калин, Б.А. Физическое материаловедение: Учебник для вузов: В 6 т. / Под общей ред. Б.А. Калина. Том 1. Физика твердого тела / Г.Н. Елманов, А.Г. Залужный, В.И. Скрытный, Е.А. Смирнов, В.Н. Яльцев. - М.: МИФИ. - 2007. - 636 с.

65. Калин, Б.А. Физическое материаловедение: Учебник для вузов: В 6 т. / Под общей ред. Б.А. Калина. Том 2. Основы материаловедения / В.В. Нечаев, Е.А. Смиров, С.А. Кохтев, Б.А. Калин, А.А, Полянский, В.И. Стаценко. - М.: МИФИ. - 2007. - 608 с.

66. Калин, Б.А. Физическое материаловедение: Учебник для вузов: В 6 т. / Под общей ред. Б.А. Калина. Том 4. Физические основы прочности. Радиационная физика твердого тела. Компьютерное моделирование / Е.Г. Григорьев, Ю.А. Перлович, Г.И. Соловьев, А.Л. Удовский, В.Л. Якушин. -М.: МИФИ. - 2008. - 696 с.

67. Калин, Б.А. Физическое материаловедение: Учебник для вузов: В 6 т./ Под общей ред. Б.А. Калина. Том 5. Материалы с заданными свойствами / М.И. Алымов, Г.М. Елманов, Б.А. Калин, А.Н. Калашников, В.В. Нечаев, А.А. Полянский, И.И. Чернов, Я.И. Штромбах, А.В. Шульга. -М.: МИФИ. - 2008. - 672 с.

68. Кантович, Л.И. Повышение ресурса инструмента и деталей горных машин методом магнитной обработки / Л.И. Кантович, Б.В. Малыгин, К.М. Первов // Горное оборудование и электромеханика. - № 1. - 2007. С. 13-16.

69. Кащеев, В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. - М.: Наука, 1970. - 247 с.

70. Ким, В.А. Самоорганизация в процессах упрочнения,трения и изнашивания режущего инструмента. Владивосток: Дальнаука, 2001. - 203 с.

71. Киттель, К. Физическая теория доменной структуры ферромагнетиков. УФН. - Том 41. - №4. - 1950. - С. 452-544.

72. Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела / перевод с четвертого американского издания А.А. Гусева и А.В. Пахнева под общей редакцией А.А. Гусева. Учебное руководство. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука». М., 1978. - 791 с.

73. Коваленко, В.С. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. - Киев.: Техника, 1990. - 190 с.

74. Когаев, В.П. Прочность и износостойкость деталей машин: Учеб. пособие для машиностр. спец. вузов / В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. - М.: Высш, шк., 1991. - 319 с.

75. Колеров, О.К. К магнитно-импульсной обработке быстрорежущих сталей / О.К. Колеров, А.П. Трухов, А.Н. Логвинов, А.В. Мокеев // Вестник

Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С. П. Королева. - №1. - 2004. - С. 85-88.

76. Колеров, О.К. К рентненоструктурному анализу быстрорежущих сталей / О.К. Колеров, А.Н. Логвинов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 1999. - Т.65. - №1. - С. 28.

77. Колесников, В.И. Исследование процессов трения и износа с помощью методов рентгеноэлектронной, оже-электронной спектроскопии и квантовой химии / В.И. Колесников, А.Т. Козаков, Ю.Ф. Мигаль, И.В Колесников // Вестник Южного научного центра. - 2013. - Т.9. - С.29-36.

78. Колесников, В.И. Квантово-химический анализ межатомных взаимодействий на зернограничных поверхностях в стали / В.И. Колесников, Ю.Ф. Мигаль // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2010. - №12. - С. 8-13.

79. Колесников, В.И. Механоактивация при фрикционных взаимодействиях и законы трения скольжения и качения / В.И. Колесников, С.Б. Булгаревич, М.В. Бойко, В.А. Фейзова // Трение и износ. - 2011. - Т. 32. - №6. - С. 549-555.

80. Колесников, Ю.В. Механика контактного разрушения. Изд. 4-е. / Ю.В. Колесников, М.Е. Морозов. - М.: Издательство ЛКИ, 2012. - 224 с.

81. Коллинз, Д. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 624 с.

82. Колмогоров, В.Л. Механика обработки металлов давлением. Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1986. - 688 с.

83. Комшина, А.В. Перспективность метода низкоэнергетической обработки материалов с использованием магнитного поля / А.В. Комшина, А.С. Помельникова // Наука и образование. - 2012. - №9. - С. 463-484.

84. Костецкий, Б.И. Механохимические процессы при граничном трении / Б.И. Костецкий, Л.И. Бершадский. - М.; Наука, 1972. - 170 с.

85. Костецкий, Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении / Б.И. Костецкий, И.Г. Носовский, А.К. Караулов. - Киев.: Техника, 1976. -296 с.

86. Кужаров, А.С. Молекулярные механизмы самоорганизации при трении. Часть V. Самоорганизация в условиях граничного трения / А.С. Кужаров, С.Б. Булгаревич, А.А. Кужаров. К. Кравчик // Трение и износ. -2002. - Т.23. - №6. - С. 645-652.

87. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов-2-е изд. перераб. и доп. / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. - М.: Машиностроение, 1980. - 493 с.

88. Лахтин, Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов.

- М.: Металлургия, 1983. - 359 с.

89. Леонтьев, П.А. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1986. - 146 с.

90. Лещинский., Л.И. Плазменное поверхностное упрочнение / Л.И. Лещинский, С.С. Самотугин, И.И. Пирч, В.И. Комар - Киев.: Техника, 1990.

- 107 с.

91. Липатов, А.А. Моделирование диффузионных процессов в контакте «твердый сплав - сталь» / Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении». - 2008. - Вып. 4. - №9(47).

- С. 22-26.

92. Лоладзе, Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

93. Лукьянова, А.Н. Моделирование контактного взаимодействия деталей: учебное пособие. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т. - 2012. - 87 с.

94. Любарский, И.М. Металлофизика трения / И.М. Любарский, И.С. Палатник. - М.: Металлургия, 1976. - 176 с.

95. Малыгин, Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. -М.: Машиностроение, 1989. - 112 с.

96. Малыгин Б.В. Новая установка «Недра М-86» для повышения долговечности зубчатых передач горного оборудования / Сб. Марганец. -1986. - №6 (108). - 23 с.

97. Малыгин, Б.В. Повышение стойкости инструмента и оснастки магнитной обработкой / Металлург, 1987. - № 10. - С. 46-47.

98. Маталин, А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. - М. - Л.: Машгиз, 1956. - 252 с.

99. Машков, Ю.К. Трибофизика металлов и полимеров: монография / Ю.К. Машков. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. - 240 с.

100. Минкин, В.И. Теория строения молекул. Серия «Учебники и учебные пособия» / В.И. Минкин, Б.Я. Симкин, Р.М. Миняев. - Ростов-на-Дону: «Феникс», 1997. - 560 с.

101. Мосейчик, Е.А. Распределение углерода и механизм теплообразования при холодном деформировании образцов из углеродистой стали / Вестник БНТУ. - № 5. - 2010. - С. 22-26.

102. Мошнин, Е.Н. Гибка и правка на ротационных машинах. - М.: Машиностроение, 1967. - 272 с.

103. Навроцкий, Г.А. Навивка пружин на автоматах / Г.А. Навроцкий, Е.Г. Белков. - М.: «Машиностроение», 1978. - 143 с.

104. Овчаренко, А. Г. Метод повышения износостойкости металлорежущего инструмента / А.Г. Овчаренко, А.Ю. Козлюк, М.О. Курепин // Ползуновский альманах. - №4. - 2011. - С. 161-163.

105. Овчаренко, А.Г. Повышение износостойкости деталей комбинированной магнито-импульсной обработкой / А.Г. Овчаренко, А.Ю. Козлюк // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. -2006. - №2. - С. 24-26.

106. Окишев, К.Ю. Кристаллохимия и дефекты кристаллического строения: учебное пособие. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - 97 с.

107. Осташев, В.В. Принципы формирования механических свойств конструкционных материалов: автореф. дис. ... докт. физ.-мат. наук: 01.02.04 / Осташев Валерий Васильевич. - Санкт-Петербург, 1998. - 40 с.

108. Орлов, П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. П.Н. Учаева. - Изд. 3-е, испр. - М.: Машиностроение. - 1988. - 560 с.

109. Остроумов, В. П. Производство винтовых цилиндрических пружин. М.: «Машиностроение», 1970. - 136 с.

110. Памфилов, Е.А. Применение управляемых магнитных полей в функциональных узлах дерево - обрабатывающего оборудования / Е.А. Памфилов, П.Г. Пыриков // ИВУЗ. «Лесной журнал». - 2006. - № 2. - С. 8591.

111. Панин, В.Е. Структурные уровни деформации твердых тел / В.Е. Панин, В.А. Лихачев, Ю.В. Гриняев. - Новосибирск: Наука, 1985. - 229 с.

112. Писаренко, Г.С. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев // Издательство «Наукова Думка». Киев. - 1975. - 703 с.

113. Полетаев, В.А. Исследование механических свойств деталей электронасосов, упрочненных комбинированным способом / В.А. Полетаев, Г.С. Самок, Г.С. Королькова // Вестник ИГЭУ. - Вып. 3. - 2008. - С. 1-4.

114. Полетаев, В.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали / В.А. Полетаев, Д.А. Потемкин // «Вестник ИГЭУ». - Вып. 3. - 2007. - С. 1-4.

115. Полухин, П.И. Физические основы пластической деформации / П.И. Полухин, С.С. Горелик, В.К. Воронцов. - М.: Металлургия, 1982. -584 с.

116. Поляк, М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения. В 2 т. Т. 2. - М.: «Л.В.М.- СКРИПТ»: «Машиностроение», 1995. - 698 с.

117. Поплавко, Ю.М. Основы физики магнитных явлений в кристаллах: учеб. Пособие. - Киев: НТУУ «КПИ», 2004. - 227 с.

118. Постников, С.Н. Электрические явления при трении и резании. Горький, Волго-Вятское кн. Изд-во, 1975. - 273 с.

119. Приходько, В.М. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий / В.М. Приходько, Л.Г. Петрова, О.В. Чудина. -М.: Машиностроение. - 2003. - 384 с.

120. Работнов, Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. Учеб. пособие для вузов. - М.: Наука, 1988. - 712 с.

121. Рыбакова, Л.М. Структура и износостойкость металла / Л.М. Рыбакова, Л.И. Куксенова. - М.: Машиностроение, 1982. - 212 с.

122. Самсонов, Г.В. Физическое материаловедение карбидов / Г.В. Самсонов, Г.Ш. Упадхая, В.С Нешпор. - Киев.: Изд-во «Наукова думка», 1974. - 455 с.

123. Семенов, А.П. Схватывание металлов. Изд. второе перераб. и доп. госуд. научно-технич изд-во машиностроит. литературы. - М.: 1958. - 280 с.

124. Семенов, М.Ю. Закономерности зарождения частиц легированного цементита при науглероживании теплостойких сталей. Наука и образование: Научное издание. 2014; (5): 340-350. DOI: 10.7463/0514.0710529.

125. Случинская, И.А. Основы материаловедения и технологии полупроводников. - М.: Мир, 2002. - 376 с.

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

127. Сторожев, М.В. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. / М.В. Сторожев, Е.А. Попов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.

128. Сулима, А.М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / А.М. Сулима, В.А Шупов, Ю.Д. Ягодкин. - М.; Машиностроение, 1988. - 240 с.

129. Суслов, А.Г. Инженерия поверхностей деталей. - М: Машиностроение, 2008. - 320 с.

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

131. Талантов, Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. - М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

132. Тот, Л. Карбиды и нитриды переходных металлов / Пер. с англ. канд. физ.-мат. наук Л. Б. Дубровской; Под ред. чл.-кор. АН СССР П. В. Гельда. - Москва: Мир, 1974. - 294 с.

133. Тотай, А.В. Микролегирование азотом поверхностей конструкционных материалов при финишных методах обработки инструментами на основе кубического нитрида бора / А.В. Тотай, О.А. Горленко, В.П. Федоров, А.Н. Прокофьев // Вестник БГТУ. - № 4(20). - 2013. - С.95-100.

134. Тюняев, А.В. Детали машин: Учебник: 2-е изд.,испр. и доп. / А.В. Тюняев, В.П. Звездаков, В.А. Вагнер. - СПб.: Лань, 2013. - 736 с.

135. Уманский, Я.С. Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов: Учебник для вузов / Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков. - М.: Атомиздат, 1978. - 352 с.

136. Филин, А.П. Прикладная механика твердого деформированного тела. Т.1. - М.: Наука, 1975. - 832 с.

137. Фридман, Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е, перераб. и доп. В двух частях. Часть первая. Деформация и разрушение. - М.: «Машиностроение», 1974. - 472 с.

138. Фридман, Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е, перераб. и доп. В двух частях. Часть вторая. Механические испытания. Конструкционная прочность. - М.: «Машиностроение», 1974. - 368 с.

139. Фридман, Я.Б. Механические свойства металлов. М.: Оборонгиз. Главная редакция авиационной литературы, 1946. - 434 с.

140. Хайнике, Г. Трибохимия. - М.: Мир, 1987. - 584 с.

141. Хебда, М. Справочник по триботехнике / М. Хебды, А.В. Чичинадзе. В 3 т. Т.1. Теоретические основы. - М.: Машиностроение, 1989. -400 с.

142. Хецберг, Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов: Пер. с англ. / Под ред. И.Л. Бернштейна и С.П. Ефименко. М.: Металлургия, 1989. - 576 с.

143. Хон, Ю. О аномальном массопереносе в деформируемых материалах в условиях «давление-сдвиг» / Ю. Хон, В.Е. Панин. Физика твердого тела. - Т. 38. - №12. - 1996. - С. 3614-3618.

144. Хуберт, А. Теория доменных стенок в упорядоченных средах: Пер. с нем. / Под ред. В.М. Елеонского. - М.: Мир, 1977. - 307 с.

145. Цюлике, Л. Квантовая химия. Том 1. Основы и общие методы. / Под ред. Вазилевского М.В. Изд. «Мир». - М.: 1976. - 512 с.

146. Чичинадзе, А.В. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с.

147. Шабалин, А.Н. Исследование на износостойкость зубчатых колес, упрочненных импульсной магнитной обработкой / А.Н. Шабалин, В.А. Полетаев, Н.В. Третьякова // Вестник ИГЭУ. Вып 3. - 2006. - С.25-26.

148. Шульце, Г. Металлофизика / Под ред. Я.С. Уманского. М.: Мир, 1971. - 504 с.

149. Ящерицын, П.И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах / П.И. Ящерицын, М.Л. Еременко, Е.Э. Фельдштейн. - Минск: Вышейша шк., 1990. - 512 с.

150. Borisova E.A. On the mechanism of ferromagnetic materials wear reduction / Е.А. Borisova, V.V. Zelinskyi // Procedia Engineering. International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2015). - Vol. 129. - DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.017. - Рр. 111-115.

151. Gots A.N. Effect of Magnetic Processing on Mass Transfer in a Frictional Pair "Alloyed Steel-Carbon Steel" / A.N. Gots, V.V. Zelinskiy, E.A. Borisova // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019), 2020, Vol. II, pp/ 337-345.

152. Zelinskyi V.V. About the Quantum-mechanical Nature of Wear on Magnetized Cutting and Deforming Tools / V.V. Zelinskyi, E.A. Borisova // 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and ControlSystems (MEACS). Date 1-4 Dec. 2015. - DOI: 10.1109/MEACS.2015.7414978. - Pp. 1-4.

153. Zelinskiy V.V. Reducing wear during coalescence in steel-steel tribo-systems by magnetic action / V.V. Zelinskyi, E.A. Borisova // Procedia Engineering. International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2017. -Vol. 206. - https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.534. - Pp. 662-667.

154. Fink M. Wear Oxidetion a New Component of Wear / M. Fink // Trens. Amtr. Soc. For Stil Trting, 1930. - Vol. 18. - Pp. 1026-1034.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДА МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ

Апробация метода магнитной обработки проводилась в условиях производственного предприятия «ПК Торис-Групп» (г. Муром) для подающих роликов механизма подачи проволоки пружинонавивочных автоматов NPB-90. Эти автоматы используются для серийного производства фасонных пружин для матрацев мебельной продукции.

При навивке пружин на автомате NPB-90 для наладчика внешним признаком недопустимой пробуксовки подающих роликов является укорочение начального конусного участка пружины. Причиной этому является уменьшение длины подаваемой проволоки для начальных витков пружины из-за пробуксовки подающих роликов при их пуске после остановки для отрезки готовой пружины в соответствии с циклограммой работы автомата. Пробуксовка роликов происходит в результате

а) недостаточного прижатия роликов к проволоке силовой пружиной,

б) образования канавки разрушения из-за изнашивания на гладкой цилиндрической рабочей поверхности подающих роликов.

Оценка уровня износа роликов проводится наладчиком визуально при внешнем осмотре по глубине канавки разрушения. Уровень износа признается недопустимым, если поджатием силовой пружины на подающих роликах не достигается устранение пробуксовки. При этом происходит силовое замыкание между роликами не через проволоку между ними, а через непосредственный контакт между роликами.

Оценка долговечности подающих роликов по износостойкости в производственных условиях из-за недопущения нарушения ритма изготовления пружин и, соответственно, мебельных матрацев, проводилась

по длительности периода между остановками автоматов МРВ-90 для замены изношенных роликов на новые.

Средняя продолжительность периода между заменами изношенных подающих роликов на новые для автоматов МРВ-90 определялась по результатам их эксплуатации с исходными условиями работы роликов (без магнитной обработки) в течение 4-х месяцев с полной загрузкой (при трехсменной работе автоматов в сутки по 7 часов на смену и производительности 60 пружин/ мин). Для таких условий средний период времени между заменами подающих роликов составил 48 рабочих смен (336 час.).

Магнитной обработке подвергались подающие ролики диаметров 130 мм с гладкой цилиндрической рабочей поверхностью (взятые из числа изготовленных для предприятия ООО «ПК Торис-Групп») из легированной стали Х12МФ и прошедшие термообработку на предприятии-изготовителе. Магнитная обработка проводилась в условиях научной лаборатории кафедры «Технология машиностроения» Муромского института (филиала) федерального бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых». При этом использовалась оригинальная магнитная установка на основе соленоида напряженностью магнитного поля 350 кА/м. Назначалось импульсное намагничивание с длительностью импульса 2 сек и их количеством равным 10.

Апробация проводилась на двух автоматах. В целом магнитную обработку прошли 4 подающих ролика (по 2 ролика на 1 пружинонавивочный автомат). Ролики после магнитной обработки выдерживались в ожидании установки не более 2-х дней. Результаты апробации на двух пружинонавивочных автоматах МРВ-90 представлены в таблице А.1 .

Таблица А.1 - Продолжительность работы подающих роликов в рабочих сменах (в часах) и кратность повышения их долговечности по износостойкости

Без магнитной обработки С магнитной обработкой Кратность повышения долговечности Средняя кратность повышения долговечности

Автомат NPB-90 №1 48 (336) 65(455) 1,35 1,5

Автомат NPB-90 №2 48 (336) 79 (553) 1,64

Таким образом, применение магнитной обработки в производственных условиях позволяет повысить долговечность подающих роликов в среднем в 1,5 раза.

УТВЕРЖДАЮ

А.Л. Жизняков

20 Аоь

об использовании результатов диссертационной работы «Повышение долговечности деталей механизма подачи пружинонавивочных автоматов магнитной обработкой», выполненной Борисовой Екатериной Александровной, в учебном процессе

Результаты диссертационной работы Борисовой ЕА. на тему: «Повышение долговечности деталей механизма подачи пружинонавивочных автоматов магнитной обработкой» внедрены в учебном процессе по дисциплинам: «Электрофизические и электрохимические процессы», «Процессы и операции формообразования» для студентов направлений подготовки 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», при чтении курса лекций преподавателями кафедры «Технология машиностроения».

Зав. кафедрой технологии машиностроения

к.т.н., доцент

А.В. Волченков

Декан машиностроительного факультета к.т.н., доцент

А.В. Карпов

Профессор кафедры технологии машиностроения

д.т.н., профессор

П.С. Шпаков