Технологическое обеспечение качества деталей станочных приспособлений с износостойкими покрытиями в процессе их изготовления с применением высокоскоростного газопламенного напыления и абразивной обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Краско Александр Сергеевич

• Краско Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Краско Александр Сергеевич

Оглавление

Список сокращений и условных обозначений

Введение

Глава 1. Проблема обеспечения качества деталей станочных приспособлений с износостойкими покрытиями в процессе их изготовления

1.1. Анализ особенностей эксплуатации деталей станочных приспособлений при механической обработке заготовок из

1.2. Технологическое обеспечение эксплуатационно-технических характеристик деталей станочных приспособлений посредством нанесения

1.3. Обоснование применения газотермических покрытий с целью обеспечения эксплуатационно-технических характеристик деталей

1.4. Проблема разработки технологических процессов изготовления деталей станочных приспособлений с покрытиями, полученными высокоскоростным газопламенным напылением и абразивной обработкой

Глава 2. Исследование закономерностей формирования показателей качества износостойких покрытий, полученных высокоскоростным газопламенным напылением с последующей абразивной обработкой

2.1. Исследование закономерностей направленного формирования показателей качества рабочих поверхностей деталей станочных приспособлений с износостойкими покрытиями в процессе их изготовлен

2.2. Исследование влияния технологических параметров и режимов операций напыления и абразивной обработки на прочность сцепления

2.3. Определение технологических параметров и режимов операции высокоскоростного газопламенного напыления посредством численного

Глава 3. Экспериментальные исследования влияния технологических параметров и режимов операций высокоскоростного газопламенного напыления и абразивной обработки на прочность сцепления износостойких покрытий

3.1. Определение прочности сцепления покрытий, полученных высокоскоростным газопламенным напылением

3.2. Экспериментальное исследование прочности сцепления покрытий в зависимости от режимов абразивной обработки

3.3. Проверка выбранных технологических параметров и режимов операций напыления и абразивной обработки посредством ускоренных

Глава 4. Разработка инженерной методики проектирования технологических процессов изготовления изделий с износостойкими покрытиями, полученными высокоскоростным газопламенным напылением и абразивной обработкой

4.1. Разработка методики выбора технологических решений, обеспечивающих повышение и стабильность значений прочности

4.2. Разработка базы данных значений прочности сцепления в зависимости от выбранных технологических решений при изготовлении изделий с

4.3. Выбор технологических параметров и режимов операций напыления и абразивной обработки износостойкого покрытия из материала СгзС2-№Сг

Общие выводы и заключение

Список литературы

Приложение

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Принятые сокращения

ЭТХ - эксплуатационно-технические характеристики. ТП - технологический процесс. ПК - показатель(-и) качества.

ПКэ - группа показателей качества, обеспечивающих ЭТХ поверхности детали с газотермическим покрытием.

ПКп - группа показателей качества газотермического покрытия, сформированного на этапе напыления.

ПКо - группа показателей качества поверхностного слоя заготовки (основы), на которую наносится газотермическое покрытие. ВГН - высокоскоростное газопламенное напыление. ГТН - газотермическое напыление.

Принятые условные обозначения

Осц - прочность сцепления покрытия, МПа.

Оадг - прочность адгезии покрытия с поверхностью заготовки, МПа. Оког - когезионная прочность, МПа.

Оост - остаточные напряжения 1-ого рода в поверхности детали, МПа.

Оост(п) - остаточные напряжения 1-ого рода в покрытии, МПа.

Оост(о) - остаточные напряжения 1 -ого рода в поверхности заготовки, МПа.

Ар - отклонение размера, мкм.

Дф - отклонение формы, мкм.

- средняя высота волн, мкм. Sw - средний шаг неровностей профиля шероховатости, мкм. Яа - среднее арифметическое отклонение профиля, мкм. 1р - относительная опорная длина профиля, %.

Но - глубина залегания поверхностных остаточных напряжений, мкм. Нц - поверхностная микротвердость, МПа.

Нн - глубина наклепа, мкм.

Н - толщина покрытия, формируемого на поверхности заготовки, мкм. Дн - отклонение от равномерности толщина покрытия, мкм. П - пористость покрытия, %. Н - твердость поверхностного заготовки.

- множество технологических параметров и режимов/-й операции ТП. {К2} - условия реализации метода воздействия (обработки)/-й операции ТП. {Кз}/ - воздействия случайного характера/-й операции ТП. (ПК/)/ - 1-й параметр качества, формируемый на]-й операции ТП. (ПК/ - 1-й параметр качества, полученный на предыдущей операции ТП. {ПКи}/ - множество и-х показателей качества, сформированных на 1-й операции ТП и оказывающих влияние на г-й показатель качества на ]-й операции. {ПКк}/ - множество к-х показателей качества, формируемых на]-й операции ТП и оказывающих влияние на г-й показатель качества. п - число показателей качества. Исл - число слоев покрытия.

Sч - степень очистки поверхности заготовки от загрязнений.

{ПК/}/, {ПКг}/-1 - множества значений ПК, характеризующее состояние детали после выполнения технологических операций / и (/-1) соответственно. ^г}/- - множество коэффициентов трансформации, определяющих изменение ПК детали вследствие прямого технологического воздействия на /-й операции. {кг/}/ - множество коэффициентов, характеризующих влияние ПК, формируемых на предыдущих операциях ТП, 1 < / < (/-1). ©к - температура контакта частиц с поверхностью напыления, К. рк - давление на контакте частиц с поверхностью напыления, МПа. Тк - время контакта частиц с поверхностью напыления, с. ©ч.к - температура частиц в момент контакта с поверхностью напыления, К. ©ч.н - температура частиц на выходе из зоны нагрева, К.

Д©ч - разность температуры частиц на выходе из зоны нагрева и температуры частиц в момент контакта с поверхностью напыления, К.

©Ек - температура, возникающая на контакте, вызванная переходом кинетической энергии частиц в тепловую, К.

©о - температура поверхности напыления (заготовки), К. /н.ч - интенсивность нагрева частиц, К/с. Тн.ч - время нахождения частиц на участке нагрева, с. ©з.н - средняя температура среды на участке нагрева, К. Ус.н - средняя скорость струи на участке нагрева, м/с. 5* - характерный размер частиц, мкм.

Км - химический состав и теплофизические свойства материала напыляемых частиц.

Ко - химический состав и теплофизические свойства материала заготовки. Кг.о - геометрическая и размерная характеристика поверхности заготовки. Кп - химический состав и теплофизические свойства материала промежуточного слоя (подслоя).

N - тепловая мощность источника нагрева, кВт.

Кн - тип и характеристика источника нагрева.

Gр - скорость подачи (расход) топливной смеси.

Gм - скорость подачи (расход) напыляемого материала.

N - мощность, подводимая к распылителю, кВт.

Кр - теплофизические свойства распыляющего (горючего) газа.

Кс - конструктивные параметры зоны ускорения (сопла), к которым относится

диаметр и длина /с сопла, а также его профиль Рс.

/ч.н - средний путь частиц на участке нагрева, м.

Уч.н - средняя скорость частиц на участке нагрева, м/с.

/и - средняя длина начального (активного) участка струи, мм.

¿охл.ч - интенсивность охлаждения частиц на основном участке струи, К/с.

Тохл.ч - время охлаждения частиц на основном участке струи, с.

©с - температура основного участка струи, К.

Уч - скорость частиц на основном участке струи, м/с.

^ч - средняя площадь поверхности частицы, мм2.

Кст - теплофизические свойства струи.

Ка - свойства окружающей среды (атмосферы).

Ус - скорость струи на основном участке, м/с.

Ь - дистанция напыления, мм.

Ек - кинетическая энергия частицы в струе, Дж.

тч - средняя масса частицы, г.

Уч.к - скорость частицы в момент контакта с поверхностью напыления, м/с.

ДУч - разность скорости частицы на выходе из зоны ускорения и скорости частицы

в момент контакта с поверхностью напыления, м/с.

Ру - ударное давление, МПа.

Рн - напорное давление, МПа.

ц - коэффициент жесткости частицы.

Рж - плотность жидкости (частицы), г/см3.

Уз.ж - скорость звука в жидкости (частицы), м/с.

Рч - плотность материала частицы, г/см3.

N - тепловая мощность источника нагрева, кВт.

Эч - средний диаметр частиц напыляемого материала, мм.

©г - температура горения топливной смеси, К.

©р - температура в зоне резания, К.

Рр - давление в зоне резания, МПа.

Тр - время контакта режущего инструмента с обрабатываемым покрытием, с. Ук - скорость вращения шлифовального круга, м/с. Уд - скорость вращения детали, м/мин.

^о - величина подачи шлифовального круга на оборот детали, мм/об.

£пр - скорость продольной подачи стола плоскошлифовального станка, м/мин.

? - глубина резания, мм.

£п - величина поперечной подачи, мм/дв.ход.

Нг - номенклатура выпускаемых изделий.

N - объем выпуска детали, шт./год.

г - припуск на механическую обработку покрытия, мкм.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое обеспечение качества деталей станочных приспособлений с износостойкими покрытиями в процессе их изготовления с применением высокоскоростного газопламенного напыления и абразивной обработки»

ВВЕДЕНИЕ

Высокие требования, предъявляемые к эксплуатационно-техническим характеристикам современной технологической оснастки, приводят к необходимости обеспечения защиты рабочих поверхностей деталей станочных приспособлений (СП) от существенного износа, который обусловлен, в частности, интенсивным изнашиванием установочных элементов СП под воздействием значительных силовых и температурных факторов в процессе механической обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов при изготовлении изделий авиа- и двигателестрое-ния.

В настоящее время к наиболее перспективным технологическим методам защиты поверхностей деталей СП относят нанесение износостойких покрытий, в частности, из карбида вольфрама высокоскоростным газопламенным напылением (ВГН), являющимся одним из способов газотермического напыления. Преимуществами способа ВГН является низкое температурное воздействие на напыляемую поверхность заготовки, универсальность, выраженная в возможности обработки поверхностей изделий различных размеров, форм и широкой номенклатурой напыляемых материалов, а также возможность увеличения ресурса СП путем восстановления покрытия. Высокая гибкость ВГН, обусловленная низкой трудоёмкостью переналадки при замене напыляемого материала и обрабатываемых изделий, позволяет применять данный способ для защиты рабочих поверхностей деталей специальных и групповых приспособлений.

Проблема нанесения рассматриваемых износостойких покрытий способом ВГН связана с образованием дефектов покрытий (отслоения, трещины, сколы) в процессе изготовления деталей СП, вызванных низкими значениями прочности сцепления (осц) на этапе нанесения и последующей абразивной обработки. Например, значения Осц покрытий из материала WC-Co-Cr, полученных способом ВГН на деталях СП, находятся в диапазоне от 58 до 140 МПа. В результате последующего шлифования Осц уменьшается в среднем на 15-40%, что в 30-40% случаев приводит к образованию дефектов в покрытиях с изначально низкими значениями Осц. Ана-

лиз приведенных значений показывает необходимость обеспечения стабильно высоких значений прочности сцепления (осц) на этапах технологического процесса, связанных с нанесением и обработкой покрытий.

Несмотря на выполненные исследования, посвященные изучению закономерностей формирования прочности сцепления, в настоящее время отсутствует методика разработки технологических процессов изготовления изделий с износостойкими покрытиями, полученными способом ВГН, учитывающая влияние показателей качества поверхности заготовки и покрытия, а также технологических параметров и режимов операций подготовки, напыления и абразивной обработки на формируемую прочность сцепления.

В этой связи представляется актуальной, имеющей важное научное и практическое значение работа, направленная на повышение выхода годных деталей СП с износостойкими покрытиями, посредством разработки инженерной методики принятия технологических решений, направленных на повышение и увеличение стабильности значений прочности сцепления покрытий, полученных способом ВГН с последующей абразивной обработкой.

Объект исследования - технологический процесс изготовления изделий с газотермическими покрытиями.

Предмет исследования - взаимосвязь показателей качества изделий с газотермическими покрытиями с технологическими параметрами и режимами операций технологического процесса.

Целью диссертационной работы является разработка инженерной методики выбора технологических решений, обеспечивающих повышение и стабильность значений прочности сцепления износостойких покрытий, с целью увеличения выхода годных деталей станочных приспособлений, изготавливаемых с использованием высокоскоростного газопламенного напыления и абразивной обработки.

Основные задачи исследования:

1. Исследование закономерностей формирования прочности сцепления покрытий, полученных способом ВГН и абразивной обработкой.

2. Разработка расчетно-экспериментальной методики определения технологических параметров и режимов операции ВГН, обеспечивающих стабильность высоких значений прочности сцепления формируемых покрытий.

3. Определение режимов операции шлифования, обеспечивающих минимальное изменение значений прочности сцепления обрабатываемых покрытий.

4. Разработка инженерной методики выбора технологических решений, обеспечивающих повышение и стабильность значений прочности сцепления износостойких покрытий, полученных способом ВГН с последующей абразивной обработкой в процессе изготовления деталей СП.

Методы исследования

Решение поставленных задач осуществлялось посредством теоретических и экспериментальных исследований. При решении теоретических задач использованы положения технологии машиностроения, в частности теории направленного формирования показателей качества, теории механики сплошных сред и численных методов с использованием специализированных средств моделирования. Экспериментальные исследования проводились с использованием следующего оборудования: установка для ВГН, универсальная испытательная машина, плоскошлифовальный станок, профилометр, машина трения и лабораторные весы.

Научная новизна:

1. Формализована функциональная зависимость, учитывающая влияние показателей качества поверхности заготовки и покрытия, а также технологических параметров и режимов операций ВГН и абразивной обработки на прочность сцепления формируемых покрытий.

2. Разработана расчетно-экспериментальная методика определения технологических параметров и режимов операций ВГН и абразивной обработки, обеспечивающих повышение и стабильность значений прочности сцепления износостойких покрытий.

3. Формализован подход к созданию базы данных значений прочности сцепления покрытий, полученных газотермическим напылением, в зависимости от выбранных технологических параметров и режимов операций подготовки, напыления и механической обработки покрытий.

Практическая значимость работы состоит в разработанной инженерной методике проектирования технологических процессов изготовления изделий машиностроения с износостойкими газотермическими покрытиями, включающей определение состава операций, выбор технологических параметров и режимов ВГН и абразивной обработки, обеспечивающих повышение и стабильность значений прочности сцепления формируемых покрытий.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, представленных в диссертационной работе автором, подтверждена обеспечением высоких и стабильных значений прочности сцепления износостойких покрытий, изготовленных с применением технологических параметров и режимов ВГН и абразивной обработки, полученных на основе разработанной расчетно-экспериментальной методики, а также результатами производственного внедрения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Установленная зависимость прочности сцепления покрытий, полученных способом ВГН с последующей абразивной обработкой, от параметров технологического процесса изготовляемых деталей.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению технологических параметров и режимов операций ВГН и абразивной обработки, обеспечивающих стабильность высоких значений прочности сцепления формируемых покрытий.

3. Разработанная инженерная методика выбора технологических решений, обеспечивающих повышение количества годных деталей СП, изготавливаемых с использованием ВГН и абразивной обработки.

Личный вклад автора

Автором проведен анализ особенностей изготовления деталей СП с износостойкими покрытиями, полученными ВГН и абразивной обработкой, на основании которого показана необходимость обеспечения повышения и стабильности значений прочности сцепления с целью увеличения выхода годной продукции. На основе теории направленного формирования показателей качества автором выполнен анализ закономерностей обеспечения значений прочности сцепления газотермических покрытий. В результате анализа получены функциональные зависимости,

учитывающие влияние показателей качества поверхности заготовки и покрытия, технологических параметров и режимов операций подготовки, напыления и абразивной обработки на прочность сцепления покрытий. Автором выявлены технологические параметры и режимы операций ВГН и абразивной обработки, обеспечивающие стабильность высоких значений прочности сцепления покрытий, а также предложены регрессионные зависимости для их определения. Автором разработана инженерная методика выбора рациональных технологических решений с учетом направленного формирования прочности сцепления износостойких покрытий, полученных ВГН и абразивной обработкой.

Апробация результатов работы

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедр технологии машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана и цифровых и аддитивных технологий РТУ МИРЭА. Москва, 2019-2022; на Ш-й международной научно-практической конференции «Наука и практика». Санкт-Петербург, 2020; на 10-й Международной научно-практической конференции «Современные материалы, техника и технология». Курск: Юго-Западный государственный университет, 2020; на VII Международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении», ИМАШ РАН. Москва, 2021.

Реализация и внедрение результатов работы

Основные результаты диссертационной работы внедрены в АО «Плакарт» и ЗАО ПК «СтанкоПресс», что подтверждено соответствующими актами.

Публикации

Основное содержание работы отражено в 8 научных работах, из них 5 в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ, общим объемом 3,11 п.л.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы. Содержит 133 страниц, в том числе 49 иллюстраций и 27 таблиц.

13

ГЛАВА 1.

ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ С ИЗНОСОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ В ПРОЦЕССЕ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1.1. Анализ особенностей эксплуатации деталей станочных приспособлений при механической обработке заготовок из труднообрабатываемых

материалов

Станочные приспособления, являясь частью технологической системы (станок - приспособление - инструмент - деталь), обеспечивают точности размеров, формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей изготавливаемых деталей машин [1-4].

При прогнозировании точности механической обработки на долю погрешности установки заготовок в СП отводится до одной трети заданного поля допуска [5]. Наибольшее влияние на погрешность установки оказывают детали СП, в частности, установочные элементы, предназначенные для обеспечения базирования заготовок при их механической обработке [2]. В процессе эксплуатации приспособлений установочные элементы непосредственно контактируют с поверхностями заготовок и воспринимают внешние нагрузки от сил закрепления и резания, а также подвержены циклическим нагрузкам во время смены заготовок. Как следствие, установочные элементы приспособлений подвергаются наиболее интенсивному изнашиванию [6, 7].

В настоящее время при проектировании ответственных деталей изделий авиа- и двигателестроения (корпуса, валы и шайбы плунжерных насосов, лопатки, колеса и др.), работающих в условиях многофакторных нагрузок, расширяется номенклатура применения труднообрабатываемых материалов. Примерами таких деталей являются:

- детали аксиально-плунжерных насосов: вилка регулятора центробежного (95Х13 по ТУ 14-1-377-72), стержень и рессора (03Х11Н10М2Т-ВД (ЭП678-ВД) по ТУ 14-1-3568-83), золотник (ШХ15 по ГОСТ 801-78), валы (30Х3ВА-Ш по ТУ 14-

1-950-86), полумуфта и корпус (16Х3НВФМБ-Ш по ТУ 14-1-3242-81) и др.;

- детали авиационных газотурбинных двигателей: колесо зубчатое центральное (16Х3НВФМБ-Ш по ТУ 14-1-3242-81), вал компрессора высокого давления (ХН51КВМТЮБ (ЭП741-НП) по ОСТ1 92111-85) и др.

Механическая обработка указанных деталей сопровождается значительными силами резания, а сами материалы обладают механической и адгезионной изнашивающей способностью, что приводит к интенсивному изнашиванию рабочих поверхностей установочных элементов СП [6-9]. На Рисунке 1.1 показан износ рабочих поверхностей призмы (Рисунок 1.1, а), люнета (Рисунок 1.1, б), вращающегося (Рисунок 1.1, в) и упорного центров (Рисунок 1.1, г).

в) г)

Рисунок 1.1.

Установочные элементы станочных приспособлений со следами изнашивания

Эксплуатационно-технические характеристики (ЭТХ) поверхностей ответственных деталей авиа- и двигателестроения, представляющие собой тела вращения, в большей степени формируются на заключительных этапах технологического процесса - на операциях чистового точения и шлифования [10]. Одним из условий обеспечения заданных показателей качества (Рисунок 1.2) является минимальная погрешность установки деталей в центрах [8, 10, 11].

Рисунок 1.2.

Эскиз технологического перехода тонкого шлифования шейки вала аксиально-

плунжерного насоса

Интенсивное изнашивание рабочих поверхностей центров при обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов вызывает искажение их геометрии, что приводит к нарушению плотности контакта внутреннего конуса обрабатываемой заготовки и рабочей поверхности центра и, как следствие, нарушению соосности осей вращения центров и заготовки [6, 7, 9, 11, 12]. На Рисунке 1.3 схематично показано влияние износа центров на отклонение оси вращения заготовок и вращающегося (Рисунок 1.3, а) и упорного (Рисунок 1.3, б) центров. При этом, изнашивание вращающихся центров характеризуется появлением канавок, количество и локализация которых зависти от числа устанавливаемых заготовок и диаметров их центровых отверстий (Рисунок 1.1, а). Износ упорных центров локализуется только с одной стороны - со стороны действия радиальной составляющей силы резания (Рисунок 1.1, б).

а) б)

Рисунок 1.3.

Контакт вращающегося (а) и упорного (б) центров с центровыми отверстиями

обрабатываемых заготовок

Отклонения от соосности центров и центровых отверстий, а также погрешность формы центров, возникающие в процессе изнашивания, наследуется наружными поверхностями обрабатываемых заготовок, что приводит к увеличению отклонений формы и взаимного расположения (радиального биения, профиля продольного сечения, цилиндричности и соосности) [6, 8, 11-14].

В условиях среднесерийного производства интенсивное изнашивание установочных элементов и снижение точности установки заготовок в пределах обрабатываемой партии приводит к необходимости частых и длительных переналадок приспособлений и, как следствие, к повышению себестоимости изготавливаемых изделий.

В связи с этим решение задачи обеспечения точности установки заготовок из труднообрабатываемых материалов в процессе механической обработки производственной партии приводят к необходимости обеспечения защиты рабочих поверхностей деталей СП от изнашивания.

1.2. Технологическое обеспечение эксплуатационно-технических характеристик деталей станочных приспособлений посредством нанесения

газотермических покрытий

Эксплуатационно-технические характеристики деталей СП обеспечиваются конструктивными и технологическими методами. К конструктивным методам относится определение геометрии и показателей качества, а также выбор материалов

деталей СП [1]. К технологическим методам обеспечения ЭТХ СП относится обеспечение заданных ПК рабочих (исполнительных) и базирующих поверхностей деталей СП посредством рационального выбора технологических методов обработки и разработки маршрута изготовления деталей с учетом технологической наследственности [1, 3, 10, 15-18].

Выделяют следующие основные ЭТХ деталей СП, в частности, установочных элементов [1, 6, 7, 19]: износостойкость, контактная жесткость, коэффициент трения и усталостная прочность. На основании [1, 20, 21] можно выделить показатели качества рабочих поверхностей установочных элементов, которые оказывают наибольшее влияние на указанные ЭТХ (Таблица 1).

Таблица 1.

Показатели качества установочных элементов станочных приспособлений

Показатели качества (ПК) рабочих поверхностей установочных элементов станочных приспособлений Обозначение Влияние ПК на ЭТХ

Отклонение размера, мкм Лр 4

Отклонение формы, мкм Дф 4*

Средняя высота волн, мкм 4

Средний шаг неровностей профиля шероховатости, мкм ^ 1*

Среднее арифметическое отклонение профиля, мкм Яа 4

Относительная опорная длина профиля, % гр 1*

Остаточные напряжения 1 -ого рода в поверхности детали, МПа Оост 1*

Глубина залегания поверхностных остаточных напряжений, мкм Иа 1*

Поверхностная микротвердость, МПа Н 1*

Глубина наклепа, мкм кн 1*

Примечания к Таблице 1:

Обозначения «|» и «4» показывают, что увеличение указанного показателя качества вызывает улучшение или ухудшение ЭТХ; «*» - показатель качества оказывает основное влияние на ЭТХ.

С целью обеспечения заданной точности установки и её сохранения в процессе механической обработки партии заготовок из труднообрабатываемых материалов, при изготовлении деталей СП применяются методы защиты их рабочих поверхностей, которые можно разделить на три группы: 1) первая группа методов связана с изменением состояния поверхностного слоя рабочих поверхностей путем термической (ТО) и химико-термической обработки (ХТО); 2) вторая группа предусматривает применение вставок из износостойких материалов в конструкции деталей СП; 3) третья группа методов основана на нанесении покрытий из износостойких материалов на рабочие поверхности деталей СП [1-3, 22, 23].

Наиболее распространенным методом повышения износостойкости деталей СП является термическая (ТО) и химико-термическая обработка (ХТО). Для увеличения износостойкости деталей СП из углеродистых сталей применяется закалка до твердости 56-60 НЯСэ, а из сталей 20, 20Х и 15ХМ цементация с последующей закалкой до твердости 59-63 НЯСэ [2, 22]. Для повышения износостойкости деталей СП, изготовленных из легированных сталей с содержанием хрома и молибдена (например, 35ХМ, 38ХМ), применяется нитроцементация и карбонитрация [24]. Восстановление изношенных рабочих поверхностей деталей СП прошедших термическую или химико-термическую обработку проводят посредством удаления слоя материала и последующей термической или химико-термической обработкой. При этом, в зависимости от размеров и конструкции деталей СП число восстановлений ограничено.

С целью повышения износостойкости деталей СП путем нанесения покрытий применяют методы химического осаждения из газовой фазы (СУО) и вакуумного напыления (РУО) нитрида титана (Т1К) [22, 25]. Ввиду особенностей данных способов, среди которых необходимость применения вакуумных камер, а также длительность процесса нанесения покрытий, область рационального использования соответствует обработке небольших и универсальных деталей СП. Восстановление покрытий, полученных методами СУО или РУО, проводят посредством удаления изношенного слоя и нанесения нового износостойкого покрытия.

Применение пластин из твердых сплавов является эффективным способом повышения износостойкости деталей СП [26-28]. Однако, данный подход является

наиболее дорогостоящим и применяется для небольших по размерам деталей СП универсального назначения, которые используются при выполнении чистовых и отделочных технологических операций. С целью сокращения стоимости приспособлений из твердых сплавов изготавливают только рабочие части деталей СП в виде вставок или пластин, которые закрепляются путем напайки или механического крепления.

Детали СП, рабочие поверхности которых представляют собой сменные пластины из твердых сплавов применяются при черновой механической обработке заготовок [25]. Помимо этого, конструкция детали СП должна иметь достаточные размеры для размещения механизма крепления пластины. Восстановление изношенных напайных вставок и пластин с механическим креплением проводят посредством их замены.

Еще одним вариантом применения твердых сплавов является наплавка карбида вольфрама в связке с кобальтом на их рабочие поверхности деталей СП [20, 29-32]. Однако, в случае, когда допустимый линейный износ рабочей поверхности составляет не более 0,1 мм, применение технологического метода наплавки приводит к значительному перерасходу дорогостоящего материала [33].

В настоящее время активно развивается технология газотермического напыления износостойких покрытий, которая позволяет обеспечить показатели качества покрытий, сравнимые с методами СУО и РУО, и при этом обладает следующими преимуществами [1-3, 23, 34-40]:

1. Возможность нанесения и восстановления износостойких одно- и многослойных покрытий из широкой номенклатуры материалов.

2. При восстановлении размеров изношенных рабочих поверхностей деталей СП газотермическое напыление обеспечивает широкий диапазон толщин покрытия (150... 500 мкм).

3. Отсутствие ограничений по габаритам обрабатываемых изделий выделяет данный метод среди термической и химико-термической обработки, СУО и РУО, гальванического нанесения покрытий и др.

4. Относительная простота конструкции и эксплуатации технологического оборудования для газотермического напыления, а также его малая масса и мобильность, по сравнению с методами СУБ и РУБ.

5. Низкое температурное воздействие на напыляемую поверхность заготовки (150...300 °С), что позволяет сохранить физико-химические свойства материала, полученные на предыдущих операциях технологического процесса, а также избежать деформации заготовок.

6. Гибкость процесса газотермического напыления, обусловленная низкой трудоёмкостью переналадки при замене напыляемого материала и обрабатываемых изделий. Простота автоматизации процесса напыления.

7. Отсутствует необходимость в специальной очистке продуктов, загрязняющих окружающую среду, в отличие, например, от гальванических способов.

8. Низкое отклонение от равномерности толщины покрытий, что позволяет снизить припуски на последующую механическую обработку, в отличие от, например, наплавки.

Помимо этого, существует ряд недостатков газотермических способов напыления [34-37, 39, 41]:

1. Малая эффективность нанесения покрытий на детали небольших размеров вследствие значительных потерь напыляемого порошка, что приводит к низкому коэффициенту использования материала.

2. Вредные условия работы во время предварительной обработки поверхностей изделий, при которой используется пескоструйная или дробеструйная обработка.

3. Процесс напыления сопровождается образованием облака мельчайших частиц напыляемого материала, которые являются вредным производственным фактором.

4. Повышенный уровень шума и ультрафиолетового излучения (для плазменных способов).

Проведенный анализ показал необходимость определения рациональных областей применения рассмотренных методов с целью обоснования выбора технологического метода защиты рабочих поверхностей деталей СП.

1.3. Обоснование применения газотермических покрытий с целью обеспечения

эксплуатационно-технических характеристик деталей станочных

приспособлений

Обоснование выбора метода защиты рабочих поверхностей деталей СП от изнашивания основывается на анализе условий и критериев эффективности применения рассмотренных технологий. Основным условием применения метода защиты является обеспечение заданной точности установки обрабатываемых заготовок в течении изготовления как минимум одной производственной партии.

Анализ технологических возможностей и условий применения рассматриваемых методов защиты рабочих поверхностей позволяет выделить области их рационального применения (Рисунок 1.4) в зависимости от размеров деталей СП и вида обработки (черновая, получистовая или чистовая обработка). Размеры деталей СП условно разделены на малые (наибольший размер до 10 мм), средние (св. 10 до 50 мм) и крупные (св. 50 мм). Вид обработки влияет на точность установки и форму рабочих поверхностей деталей СП (с зубьями или плоская).

С целью уменьшения себестоимости изготавливаемых изделий главным критерием при выборе метода защиты деталей СП целесообразно принять минимальные затраты на приспособление, приходящиеся на одну изготавливаемую деталь: Зп ^ min.

На Рисунке 1.5 показаны графики роста затрат на изготовление, замену (восстановление) установочных элементов СП в зависимости от суммарного количества заготовок, обрабатываемых с применением данного приспособления.

Накопление затрат происходит ступенчато: начальные затраты связаны с изготовлением комплекта установочных элементов (Кп), которые имеют стойкость (Тп), выраженную в числе обрабатываемых заготовок. По истечении периода стойкости возникают затраты на восстановление рабочих поверхностей (Вп) или изготовление нового комплекта установочных элементов (Вп = Кп). На Рисунке 1.5 построены кривые для двух методов защиты: первый метод (кривая 1) характеризуется сменой установочных элементов, а второй (кривая 2) - восстановлением их рабочих поверхностей.

Размер УЭ, мм

св. 50

^пвк^:

до 10

СУО, РУЭО

кЛ \ X X * \ ^

Ох

черновая обработка

получистовая обработка

чистовая обработка

Вид обработки

ПВК - пластины из твердого сплава с механическим креплением; ГТН - газотермическое напыление; ТО, ХТО - термическая и химико-термическая обработка; СУО, РУО - химическое осаждение из газовой фазы и вакуумное напыление; ВК - напайные пластины из твердого сплава

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Краско Александр Сергеевич, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ерохин В.В. Проектирование станочных приспособлений. М.: ООО «Издательство «Спутник+», 2019. 384 с.

2. Гусев А.А., Гусева И.А. Проектирование технологической оснастки: учебник. М.: Машиностроение, 2013. 416 с.

3. Маслов А.Р. Проектирование технологической оснастки: учебное пособие. М.: Ай Пи Ар Медиа, 2021. 164 с.

4. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений. М.: Машиностроение, 1983. 277 с.

5. Ерохин В.В. Обеспечение качества станочных приспособлений: дис. ... докт. техн. наук. Брянск, 2007. 412 с.

6. Ерохин В.В., Чемодуров А.Н. Погрешность закрепления заготовки, вызванная износом контактирующих поверхностей деталей приспособления // Труды 15 Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении». Брянск: Брянский государственный технический университет, 2012. С. 41-49.

7. Шатилов А.А. Влияние износа явных технологических баз на погрешность базирования заготовок // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2015. № 8. С. 42-45.

8. Ломова О.С., Ломов С.М., Моргунов А.П. Точность обработки деталей на круглошлифовальных станках. М.: Издательский центр «Технология машиностроения», 2011. 176 с.

9. Прилуцкий В.А., Парфенов В.А., Ионова Е.Е. Износ и обеспечение работоспособности технологических баз - центровых отверстий // Технология машиностроения. 2021. № 5. С. 11-15.

10. Направленное формирование свойств изделий машиностроения / А.С. Васильев [и др.] / Под ред. А.И. Кондакова. М.: Машиностроение, 2005. 351 с.

11. Ломова О.С. Анализ влияния прецессии оси обрабатываемой заготовки на точность круглого шлифования // Омский научный вестник. 2015. № 1. С. 60-63.

12. Ломова О.С. Влияние погрешностей технологических баз на радиальное смещение оси деталей при шлифовании // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 2. С. 316-319.

13. Ломова О.С. Влияние плотности контакта центра и центрового отверстия на точность измерения и обработки // Омский научный вестник. 2012. №2 3. С. 132-135.

14. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1979. 232 с.

15. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Аверченков В.И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск: Наука и техника, 1977. 256 с.

16. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве / А.М. Дальский [и др.] / Под ред. А.М. Дальского. М.: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2000. 364 с.

17. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Научно-техническое издательство «Машиностроение», 1979. 176 с.

18. Безъязычный В.Ф., Водолагин А.Л. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин и явление технологической наследственности: учебное пособие. Рыбинск: РГАТА, 2011. 87 с.

19. Схритладзе А.Г., Тимирязев В.А., Скрябин В.А. Определение износостойкости установочных элементов станочных приспособлений // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2020. № 12. С. 14-18.

20. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Научно-техническое издательство «Машиностроение», 2000. 320 с.

21. Инженерия поверхности деталей: учебное пособие / А.Г. Суслов [и др.]. М.: Научно-техническое издательство «Машиностроение», 2008. 320 с.

22. Ерохин М.Н., Казанцев С.П., Чупятов Н.Н. Способы модифицирования поверхностей трения деталей машин. М.: Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина, 2014. 140 с.

23. Ерохин В.В., Чемодуров А.Н. Качество проектирования станочных приспособлений // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2012. № 15. С. 49-56.

24. Способы защиты поверхностей станочных приспособлений компании IMAO. URL: https://www.imao.com/en/ (дата обращения: 20.08.2021).

25. Способы защиты деталей станочных приспособлений компании 5thAXIS. URL: fifthaxis.com (дата обращения: 20.08.2021).

26. Способы защиты рабочих поверхностей установочных элементов компании SMW-AUTOBLOK. URL: www.smw-autoblok.de (дата обращения: 20.08.2021).

27. Способы защиты поверхностей технологической оснастки компании Widin. URL: https://widinus.com (дата обращения: 20.08.2021).

28. Способы защиты деталей станочных приспособлений компании Workholding. URL: https://www.itwworkholding.com (дата обращения: 20.08.2021).

29. Войнов Б.А. Износостойкие сплавы и покрытия. М.: Машиностроение, 1980. 120 с.

30. Восстановление износа деталей машин: учебник / В.А. Горохов [и др.]. Старый Оскол: Тонкие наукоемкие технологии, 2020. 380 с.

31. Бирюков В.П. Повышение долговечности работы пар трения скольжения при лазерной наплавке порошковых материалов // Тяжелое машиностроение. 2013. № 9.С. 14-17.

32. Исследование влияния модифицирующей обработки рабочих поверхностей на трибологические характеристики при абразивном изнашивании / В.Б. Мордынский [и др.] // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2016. № 2. С. 6-12.

33. Говоров И.В. Технологическое повышение износостойкости и контактной прочности установочных элементов технологической оснастки методом лазерного борохромирования: дис. ... канд. техн. наук. Брянск, 1999. 185 с.

34. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

35. Газотермическое напыление / Л.Х. Балдаев [и др.]. М.: Старая Басманная, 2015. 540 с.

36. Коробов Ю. С. Анализ свойств газотермических покрытий: в двух частях. Часть 1. Екатеринбург: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2016. 92 с.

37. Коробов Ю. С. Анализ свойств газотермических покрытий: в двух частях. Часть 2. Екатеринбург: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2016. 80 с.

38. Пузряков А.Ф. Перспективные направления исследований газотермических технологий нанесения покрытий // Сварочное производство. 2010. № 7. С. 18-22.

39. Техническая информация по газотермическому напылению компании Плакарт. URL: https://www.plakart.pro (дата обращения: 12.06.2020).

40. Выбор метода нанесения защитного покрытия / А.М. Амуи [и др.] // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2016. № 225. С. 5-8.

41. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления: учебное пособие. М.: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), 2008. 360 с.

42. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А. Газотермические покрытия из порошковых материалов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1987. 544 с.

43. Бобров Г.В., Ильин А.А. Нанесение неорганических покрытий. Теория, технология, оборудование: учеб. пособие. М.: Интермет Инжиниринг, 2004. 623 с.

44. Ильюшенко А.Ф., Шевцов А.И., Оковитый В.А. Процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование. Минск: Белорусская наука, 2011. 357 с.

45. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой. М.: «Лидер», 2008. 388 с.

46. Лащенко Г.И. Плазменное упрочнение и напыление. Киев: Экотехнология, 2003. 64 с.

47. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов [и др.]. М.: «Наука», 1990. 408 с.

48. Wang H., Muralidharan G., Leonard D.N. Microstructural analysis and transport properties of thermally sprayed multiple-layer ceramic coatings // Journal of thermal spray technology. 2018. 27. P. 371-378.

49. Албагачиев А.Ю., Ставровский М.Е., Сидоров М.И. Трибологические противоизносные покрытия // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 1. С. 73-82.

50. Кудинов В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. М.: Металлургия, 1992. 432 с.

51. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

52. Ресурсосберегающие плазменные технологии при ремонте перерабатывающего оборудования / И.Н. Кравченко [и др.]. М.: «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 2021. 200 с.

53. Hashmi M.S.J., Yilbas B.S., Stokes J. Microstructural characterization of HVOF and plasma thermal spray of micro/nano WC-12%Co powders Al-mutairi // Surface and coatings technology. 2015. 264. P. 175-86.

54. Hazra S., Sabiruddin K., Bandyopadhyay P.P. Plasma and HVOF sprayed WC-Co coatings as hard chrome replacement solution // Surface engineering. 2012. 28. P. 37-43.

55. Tillmann W., Hagen L., Schaak C. Adhesion of HVOF-sprayed WC-Co coatings on 316L substrates processed by SLM // Journal of thermal spray technology. 2020. 29. P. 1396-1409.

56. Katranidis V., Gu S., Cox D.C. FIB-SEM sectioning study of decarburization products in the microstructure of HVOF-sprayed WC-Co coatings // Journal of thermal spray technology. 2018. 27. P. 898-908.

57. Carbide dissolution in WC- 17Co thermal spray coatings: part 1 - project concept and as-sprayed coatings / S. Matthews [et al.] // Journal of alloys and compounds. 2021. 856. P. 157-164.

58. Thermally induced metallurgical transformations in WC-17Co thermal spray coatings as a function of carbide dissolution: part 2 - heat-treated coatings / S. Matthews [et al.] // International journal of refractory metals and hard materials. 2021. 96. P. 105-123.

59. Investigation of structure and properties of thermal coatings of WC-Co-Cr system produced by high-velocity methods of spraying / Y. Borisov [et al.] // The Paton welding journal. 2015. 10. P. 25-28.

60. Sliding and abrasive wear behaviour of HVOF- and HVAF-sprayed Cr3C2-NiCr hardmetal coatings / G. Bolelli [et al.] // Wear. 2016. 358. P. 32-50.

61. Thermally induced metallurgical processes in СгзС2-№Сг thermal spray coatings as a function of carbide dissolution / S. Matthews [et al.] // Journal of alloys and compounds. 2017. 728. P. 445-463.

62. Microstructure and Mechanical Properties of HVOF Sprayed Nanocrystalline Cr3C2-25(Ni20Cr) Coating / A. Pauschitz [et al.] // Journal of thermal spray technology. 2006. 15. P. 372-381.

63. Zorawski W., Stefan K. Scuffing resistance of plasma and HVOF sprayed WC12Co and Cr3C2-25(Ni20Cr) coatings // Surface and coatings technology. 2008. 202. P. 4453-4457.

64. Janka L., Norpoth J., Trache R. HVOF- and HVAF-sprayed Cr3C2-NiCr coatings deposited from feedstock powders of spherical morphology: microstructure formation and high-stress abrasive wear resistance up to 800 °C // Journal of thermal spray technology. 2017. 26. P. 1720-1731.

65. Wear and corrosion behaviour of HVOF and HVAF deposited Cr3C2-NiCr coatings / V.A. §erban [et al.] // Metalurgia international. 2013. 18. P. 51-56.

66. Davis J.R. Handbook of thermal spray technology. Materials Park: ASM International, 2004. 338 p.

67. Pierre L.F., Joachim V.R. Heberlein, Maher I.B. Thermal spray fundamentals. From powder to part. New York: Springer, 2021. 1136 p.

68. Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии: Руководство для инженеров. Санкт-Петербург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2013. 406 с.

69. Пузряков А.Ф. Разработка методологии создания управляемых технологических процессов формирования поверхностного слоя изделий с помощью плазменного напыления: дис. ... докт. техн. наук. Москва, 2000. 327 с.

70. Коробов Ю.С. Международная конференция-выставка по термическому напылению ITSC 2010: Обзор и анализ // Материалы международного научно-практического семинара «Термическое напыление. Современное состояние». 2010. С. 4-27.

71. Кривобоков В.П., Сочугов Н.С., Соловьев А.А. Плазменные покрытия (свойства и применения): учебное пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 136 с.

72. Беляев В.В., Гуляев И.П. Верификация численной модели газодинамики сверхзвукового воздушного плазменного потока // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. 2018. Т. 2. № 2. С. 47-53.

73. Optical study of supersonic jet structure in atmospheric plasma spraying / I.P. Gulyaev [et al.] // XIX International conference on the methods of aerophysical research (ICMAR 2018). Novosibirsk: Parallel, 2018. P. 105-106.

74. Espallargas N. Future development of thermal spray coatings. Types, designs, manufacture and applications. Cambridge: Elsevier, 2015. 301 p.

75. Mauer G., VaBen R., Stóver D. Plasma and particle temperature measurements in thermal spray: Approaches and applications // Journal of thermal spray technology. 2011. 20. P. 391-406.

76. Галеев И.М., Тополянский П.А. Особенности сверхзвуковых методов нанесения покрытий // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: Материалы 13-й Международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2011. С. 430-432.

77. Воронецкий А.В., Ходыкин А.А. Исследование характеристик двухфазного потока методом бесконтактной диагностики // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 12. С. 75-80.

78. Воронецкий А.В., Сучков С.А., Филимонов Л.А. Особенности течения сверхзвуковых потоков в узких цилиндрических каналах // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 4. С. 29.

79. Application of DOE and ANOVA in optimization of HVOF spraying parameters in the development of new Ti coatings / N. Pulido-González [et al.] // Journal of thermal spray technology. 2020. 29. P. 384-399.

80. Математическое моделирование процесса формирования покрытий при сверхзвуковом газопламенном напылении / А.В. Воронецкий [и др.] // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2011. № 3. С. 30-37.

81. Evaluation of residual stresses and their influence on cavitation erosion resistance of high kinetic HVOF and HVAF-sprayed WC-CoCr coatings / T. Varis [et al.] // Journal of thermal spray technology. 2020. 29. P. 1365-1381.

82. Анализ факторов, влияющих на адгезионную прочность электрометаллизационных покрытий / А.В. Коломейченко [и др.] // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина». 2019. № 4. С. 35-41.

83. Техническая информация по оборудованию и технологии газотермического напыления компании Castolin. URL: https://www.castolin.com/ru-RU (дата обращения: 20.05.2021).

84. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей машин обработкой пластическим деформированием // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2003. № 58. С. 8-12.

85. Научные основы технологии машиностроения: В двух частях. Часть 1 / Н.В. Беляков [и др.]. Витебск: Витебский государственный технологический университет, 2021. 309 с.

86. Научные основы технологии машиностроения: В двух частях. Часть 2 / Н.В. Беляков [и др.]. Витебск: Витебский государственный технологический университет, 2021. 366 с.

87. Соколов А.Г. Инженерия поверхности и технологии повышения эксплуатационных свойств изделий из металлических сплавов. Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. 304 с.

88. Аверченков В.И. Математическое моделирование процессов управления качеством изготовляемых изделий с учетом технологической наследственности // Вестник Брянского государственного технического университета. 2020. № 3. С. 47-56.

89. Аверченков В.И., Васильев А.С., Хейфец М.Л. Технологическая наследственность при формировании качества изготавливаемых деталей // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. № 10. С. 27-32.

90. Баурова Н.И., Коноплин А.Ю. Технологическая наследственность и модели ее визуализации // Технология металлов. 2020. № 1. С. 38-42.

91. Безъязычный В.Ф. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин на стадии подготовки производства // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. № 4. С. 22-30.

92. Богуцкий В.Б. Учет технологической наследственности на этапах предварительной обработки деталей // Современные проблемы теории машин. 2020. № 10. С. 18-20.

93. Васильев А.С., Кондаков А.И., Шиганов И.Н. Обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин в гетерогенных технологических структурах // Технология машиностроения. 2012. № 9. С. 34-36.

94. Гончаров Е.С., Баляки А.В. Технологическая наследственность в процессе селективного лазерного сплавления // Молодежный вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2019. № 2. С. 38-42.

95. Жернаков В.С., Ермоленко А.Н., Дубин А.И. Влияние технологической наследственности на долговечность замка лопатки компрессора ГТД // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2020. Т. 24. № 2. С. 13-19.

96. Исследование проблем появления негативной технологической наследственности при изготовлении деталей ГТД методом селективного лазерного сплавления / А.В. Балякин [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2019. Т. 21. № 1. С. 61-70.

97. Комплексный подход к экспериментальным исследованиям технологических систем металлообработки по обеспечению параметров качества и эксплуатационных свойств поверхностей деталей машин / А.Г. Суслов [и др.] // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. № 10. С. 3-13.

98. Методика оценки влияния технологической наследственности на ресурс

авиационных конструкций / Н.И. Ковалев [и др.] // Кимила 2020: Материалы IV Отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для исследований летательных аппаратов. Жуковский: Центральный Аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ФГУП «ЦАГИ»), 2020. С. 405-410.

99. Моргаленко Т.А. Технология обработки поверхностей трения скольжения, основанная на применении твёрдых износостойких покрытий, с учётом влияния технологической наследственности // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 12. С. 31-38.

100. Мураткин Г.В., Сарафанова В.А. Влияние технологической наследственности напряженно-деформированного состояния на точность нежестких деталей // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 1. С. 56-64.

101. Нагоркин М.Н. Оценка влияния технологической наследственности на процесс формирования параметров качества поверхностей деталей алмазным выглаживанием // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 5. С. 122-127.

102. Пушкина Е.К. Влияние технологической наследственности на образование остаточных деформаций при обработке нежестких деталей // Молодежь - Барнаулу: Материалы XX городской научно-практической конференции молодых ученых. Барнаул: Алтайский государственный университет, 2019. С. 306-307.

103. Расчётно-экспериментальные методики определения влияния технологической наследственности на долговечность деталей машин / Е.Е. Кочерова [и др.] // Управление движением и навигация летательных аппаратов: Сборник трудов XXI Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов. Самара: АНО «Издательство СНЦ», 2019. С. 100-103.

104. Суслов А.Г., Федоров В.П., Нагоркин М.Н. Инженерные методы технологического обеспечения регламентированных параметров шероховатости функциональных поверхностей деталей машин в процессе механической обработки // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 4. С. 40-48.

105. Тараховский А.Ю., Богуцкий В.Б. Технологическая наследственность при механической обработке тонкостенных прецизионных втулок // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2021. Т. 7. № 1. С. 36-43.

106. Технологическое обеспечение ресурса и надежности силовых металлических деталей планера самолета методами упрочняющей поверхностной обработки с обеспечением контролируемой технологической наследственности поверхностного слоя / Л.М. Петров [и др.] // Авиационная промышленность. 2021. № 2. С. 36-44.

107. Хоботов А.И. Роль технологической наследственности в обеспечении надёжной работы высокоточных валов с торцовыми опорными поверхностями // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов: Материалы XX Международной научно-практической конференции. В 3-х частях. Чита: Забайкальский государственный университет, 2020. С. 249-252.

108. Васильев А.С. Направленное формирование качества изделий машиностроения в многосвязных технологических средах: дис. ... докт. техн. наук. Москва, 2001. 399 с.

109. Марецкая В.В. Исследование и разработка технологических процессов изготовления деталей с учетом взаимного влияния формируемых показателей качества: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2008. 161 с.

110. Стручков Н.Ф., Лебедев Д.И., Винокуров Г.Г. Исследование открытой пористости газотермических покрытий с модифицирующими добавками // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. Якутск. 2018. Т. 23. № 1. С. 81-86.

111. Improvement of oxidation resistance and adhesion strength of thermal barrier coating by grinding and grit-blasting treatments / K. Ito [et al.] // Journal of thermal spray technology. 2020. 29. P. 1728-1740.

112. Исследование влияния способов подготовки поверхности на качество газотермического покрытия / В.А. Соколова [и др.] // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2017. № 221. С. 218-228.

113. Lyphout C., Nylen P., Ostergren G.L. Adhesion strength of HVOF sprayed IN718 coatings // Journal of thermal spray technology. 2012. №21. P. 86-95.

114. Adhesion enhancement of a metallic al coating fabricated by detonation gun spray on a modified polymer matrix composite / C. Yongjing [et al.] // Journal of thermal spray technology. 2019. 28. P. 1730-1738.

115. Dheerendra Kumar Dwivedi. Surface engineering: Enhancing life of tribological components. Uttarakhand: Springer, 2018. 224 p.

116. Thermal sprayed coatings and their tribological performances / M. Roy [at al.]. Hershey: IGI GLobal, 2015. 420 p.

117. Grewal P., Chawla V., Grewal J. High velocity oxy-fuel sprayed coatings a review // Journal of the australian ceramic society. 2011. 47. P. 30-36.

118. Meghwal A., Anupam A., Murty B.S. Thermal spray high-entropy alloy coatings: A review // Journal of thermal spray technology. 2020. 29. P. 857-893.

119. Визуализация газодинамической структуры плазменных потоков напылительного плазмотрона «ПНК-50» теневым методом / И.П. Гуляев [и др.] // Вестник Югорского государственного университета. 2018. № 4. С. 61-68.

120. McMurray H.N., Williams G., Williams G. Reference module in materials science and materials engineering // Finishing and post-treatment of thermal spray coatings. 2017. P. 191-206.

121. Ярославцев В.М. Особенности процессов стружкообразования и формирования поверхностного слоя детали при обработке газотермических покрытий // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. № 6. С. 18-29.

122. Полонский Л.Г., Кравченко М.П., Щехорский А.И. Зависимость показателей качества поверхностей деталей с газотермическими покрытиями от припуска на обработку и режимов резания // Вюник СевНТУ. 2012. № 128. С. 190-196.

123. Ярославцев В.М. Обработка газотермических покрытий резанием. М.: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), 2013. 92 с.

124. Alavi S., Passandideh-Fard M., Mostaghimi J. Simulation of semi-molten particle impacts including heat transfer and phase change // Journal of thermal spray technology. 2012. 21. P. 1278-1293.

125. Solonenko O.P., Blednov V.A., Iordan V.I. Computer design of thermal sprayed metal powder coatings // Thermophysics and aeromechanics. 2011. 18. P. 255-272.

126. Xue Jing, Huang Min. Optimization of plasma spray process VIA orthogonal test design method, SVM, and improved PSO // International journal of materials, mechanics and manufacturing. 2017. 5. P. 153-158.

127. Effects of interfacial heat transfer, surface tension and contact angle on the formation of plasma-sprayed droplets through simulation study / Zhang Y. [et al.] // Surface and coatings technology. 2016. 307. P. 807-816.

128. Modeling of HVOF thermal spray deposition of nitinol coating: Effect of spraying process parameters on gas and particles properties and coating quality / D. Crescenzo [et al.] // 27th International conference on metallurgy and materials. METAL 2018. 2018. P. 972-978.

129. Руководство по теоретической части программы ANSYS Fluent. URL: https://ansyshelp.ansys.com/account/secured?returnurl=/Views/Secured/corp/v212/en/fl u_th/flu_th.html (дата обращения 14.02.2019).

130. Shih T.H., Liou W.W., Shabbir A. A new - eddy-viscosity model for high Reynolds number turbulent fows - model development and validation // Computers fluids. 1995. 24. P. 227-238.

131. Техническая информация по порошкам для газотермического напыления компании Oerlikon. URL: https://www.oerlikon.com/en (дата обращения 25.06.2019).

132. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.

133. Марочник сталей и сплавов / Ю.Г. Драгунов [и др.] / Под ред. Ю.Г. Драгунова и А.С. Зубченко. М.: Инновационное машиностроение, 2019. 1216 с.

134. Харламов Ю.А., Борисов Ю.С. Влияние микрорельефа поверхности на прочность сцепления с газотермическими покрытиями // Автоматическая сварка. 2001. № 6. С. 19-26.

135. Зайцев А.Н., Александрова Ю.П., Ягопольский А.Г. Обзор методов оценки прочности сцепления газотермических покрытий // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2021. № 5. С. 48-59.

136. Zhong Z., Peng Z.F., Liu N. Surface roughness characterization of thermally sprayed and precision machined WC-Co and Alloy-625 coatings // Materials characterization. 2007. 58. P. 997-1005.

134

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 28.

Результаты экспериментального определения прочности сцепления

покрытий из материала WC-Co-Cr после операции ВГН

№ ^ш, мм кН Прочность сцепления покрытия (осц)2, МПа Ср. значение (Осц)2, МПа № ^ш, мм кН Прочность сцепления покрытия (осц)2, МПа Ср. значение (Осц)2, МПа

при Бч = 47,5±27,5 мкм при Бч = 45±3 мкм

Дистанция напыления Ь = 250 мм

1 2,48 0,400 82,7 96,2 1 2,46 0,596 125,5 116,2

2 2,29 0,475 115,4 2 2,61 0,609 113,9

3 2,52 0,566 113,5 3 2,48 0,567 117,4

4 2,39 0,457 102,0 4 2,74 0,747 126,7

5 2,57 0,409 78,9 5 2,15 0,388 106,9

6 2,24 0,330 83,7 6 2,74 0,637 108,1

7 2,61 0,515 96,2 7 2,36 0,483 110,4

8 2,67 0,517 92,4 8 2,74 0,685 116,2

9 2,32 0,468 110,6 9 2,51 0,592 119,7

10 2,60 0,460 86,6 10 2,16 0,430 117,4

Д ,истанция напыления Ь = 300 мм (без применения методики)

1 2,51 0,366 74,0 98,7

2 2,67 0,763 136,2

3 2,24 0,545 138,2

4 2,18 0,343 91,8

5 2,61 0,364 68,1

6 2,52 0,295 59,2

7 2,20 0,323 84,9

8 2,27 0,455 112,5

9 2,24 0,381 96,7

10 2,23 0,490 125,3

Дистанция напыления Ь = 300 мм

1 2,22 0,485 125,4 119,4 1 2,56 0,850 165,2 160,4

2 2,23 0,443 113,4 2 2,62 0,908 168,4

3 2,46 0,607 127,8 3 2,28 0,616 150,8

4 2,44 0,441 94,3 4 2,51 0,778 157,2

5 2,24 0,527 133,7 5 2,37 0,708 160,4

6 2,59 0,755 143,3 6 2,53 0,814 162,0

7 2,46 0,585 123,0 7 2,53 0,790 157,2

8 2,47 0,526 109,8 8 2,32 0,692 163,6

9 2,48 0,375 77,6 9 2,55 0,778 152,4

10 2,46 0,692 145,7 10 2,33 0,711 166,8

Дистанция напыления Ь = 350 мм

1 2,54 0,278 54,8 69,4 1 2,66 0,575 103,5 94,1

2 2,35 0,286 65,9 2 2,35 0,449 103,5

3 2,65 0,394 71,5 3 2,27 0,388 96,0

4 2,16 0,219 59,7 4 2,65 0,498 90,3

5 2,32 0,381 90,2 5 2,13 0,302 84,7

6 2,59 0,420 79,8 6 2,64 0,510 93,2

7 2,67 0,478 85,4 7 2,56 0,542 105,4

8 2,40 0,242 53,4 8 2,74 0,510 86,6

9 2,71 0,356 61,8 9 2,43 0,393 84,7

10 2,44 0,334 71,5 10 2,57 0,483 93,2

Таблица 29.

План и результаты эксперимента по определению прочности сцепления (осц)э и шероховатости (Яа) поверхности покрытий из материала WC-Co-Cr после

операции плоского шлифования (при Ук = 15 м/с и = 4 мм/ход)

Х1 Х2 № ^ш, мм кН (осц)3, МПа при В = 47,5±27,5 мкм Яа, мкм № ^ш, мм кН (осц)3, МПа при Вч = 45±3 мкм Яа, мкм

1, мм )5пр, м/мин

0,0050 10,0 1 2,14 0,327 90,8 0,30 1 2,26 0,563 140,3 0,31

0,0050 15,0 2 2,68 0,487 86,3 0,27 2 2,29 0,544 132,2 0,28

0,0050 12,5 3 2,57 0,454 87,5 0,16 3 2,22 0,535 138,1 0,13

0,0125 15,0 4 2,71 0,457 79,2 0,68 4 2,42 0,556 120,8 0,64

0,0125 12,5 5 2,66 0,466 83,9 0,35 5 2,79 0,789 129,1 0,34

0,0125 10,0 6 2,79 0,529 86,6 0,46 6 2,13 0,480 134,7 0,42

0,0200 12,5 7 2,50 0,395 80,5 0,60 7 2,14 0,445 123,6 0,57

0,0200 10,0 8 2,23 0,319 81,6 0,48 8 2,69 0,719 126,6 0,50

0,0200 15,0 9 2,64 0,404 73,8 0,89 9 2,82 0,713 114,2 0,87

Таблица 30.

Результаты экспериментального определения прочности сцепления

покрытий из материала WC-Co-Cr после операции плоского шлифования

№ ^ш, мм кН Прочность сцепления покрытия (осц)2, МПа Ср. значение (Осц)2, МПа № ^ш, мм кН Прочность сцепления покрытия (осц)2, МПа Ср. значение (Осц)2, МПа

при Вч = 47,5±27,5 мкм при Вч = 45±3 мкм

при Ук = 15 м/с, & = 4 мм/ход, 1 = 0,008 мм и £пр = 14 м/мин (без применения методики)

1 2,39 0,223 49,6 76,0

2 2,35 0,502 115,8

3 2,17 0,450 121,6

4 2,36 0,301 68,8

5 2,18 0,165 44,3

6 2,64 0,204 37,3

7 2,14 0,214 59,4

8 2,41 0,395 86,6

9 2,41 0,327 71,6

10 2,67 0,590 105,3

при Ук = 15 м/с, £п = 4 мм/ход, ? = 0,012 мм и £пр = 12 м/мин

1 2,51 0,000 100,3 100,5 1 2,27 0,608 150,3 146,1

2 2,64 0,515 94,1 2 2,68 0,903 160,0

3 2,55 0,555 108,6 3 2,61 0,710 132,7

4 2,72 0,433 74,5 4 2,19 0,533 141,5

5 2,34 0,512 119,0 5 2,22 0,571 147,6

6 2,70 0,747 130,4 6 2,73 0,844 144,2

7 2,29 0,405 98,4 7 2,44 0,662 141,5

8 2,14 0,320 89,0 8 2,31 0,631 150,5

9 2,29 0,246 59,8 9 2,44 0,641 137,1

10 2,15 0,476 131,1 10 2,17 0,574 155,1

Таблица 31.

Результаты экспериментального определения прочности сцепления

покрытий из материала CrзC2-NiCr после операции ВГН

^ш, мм кН Прочность сцепления по- Ср. значение (Осц)2, МПа ^ш, мм кН Прочность сцепления по- Ср. значение (Осц)2, МПа

№ крытия (осц)2, МПа № крытия (осц)2, МПа

при Вч = 58,5±47,5 мкм при Вч = 56±4 мкм

Дистанция напыления Ь = 250 мм (без применения методики)

1 2,29 0,405 85,9

2 2,3 0,367 77,3

3 2,51 0,621 138,3

4 2,3 0,544 114,5

5 2,59 0,575 59,1 95,4

6 2,61 0,380 52,5

7 2,37 0,424 129,7

8 2,14 0,373 90,6

9 2,53 0,659 114,5

10 2,44 0,643 91,6

Дистанция напыления Ь = 250 мм

1 2,74 0,742 125,8 1 2,42 0,576 125,2

2 2,67 0,525 93,8 2 2,39 0,650 144,9

3 2,74 0,809 137,3 3 2,41 0,615 134,7

4 2,48 0,514 106,4 114,4 4 2,65 0,788 142,9 123,5

5 2,43 0,605 130,4 5 2,23 0,489 125,2

6 2,42 0,631 137,3 6 2,47 0,646 134,7

7 2,71 0,719 124,7 7 2,38 0,563 126,6

8 2,61 0,532 99,5 8 2,57 0,720 138,8

9 2,35 0,372 85,8 9 2,21 0,488 127,3

10 2,68 0,581 103,0 10 2,26 0,644 160,6

Дистанция напыления Ь = 300 мм

1 2,25 0,313 78,7 1 2,32 0,372 88,1

2 2,17 0,195 52,7 2 2,3 0,488 117,5

3 2,26 0,272 67,7 3 2,4 0,434 95,9

4 2,24 0,326 82,6 4 2,64 0,589 107,7

5 2,39 0,530 118,1 78,7 5 2,74 0,462 78,3 97,9

6 2,49 0,422 86,6 6 2,44 0,398 85,2

7 2,35 0,317 73,2 7 2,43 0,436 94,0

8 2,46 0,318 66,9 8 2,5 0,529 107,7

9 2,16 0,173 47,2 9 2,69 0,445 78,3

10 2,66 0,630 113,3 10 2,56 0,650 126,3

Дистанция напыления Ь = 350 мм

1 2,41 0,177 38,8 1 2,24 0,320 81,3

2 2,59 0,217 41,1 2 2,28 0,306 75,0

3 2,57 0,190 36,6 3 2,32 0,248 58,8

4 2,54 0,255 50,3 4 2,55 0,383 75,0

5 2,17 0,123 33,4 45,7 5 2,3 0,273 65,6 62,5

6 2,25 0,245 61,7 6 2,27 0,286 70,6

7 2,52 0,157 31,5 7 2,49 0,262 53,8

8 2,65 0,378 68,6 8 2,57 0,357 68,8

9 2,6 0,158 29,7 9 2,72 0,291 50,0

10 2,3 0,272 65,4 10 2,53 0,132 26,3

Таблица 32.

План и результаты эксперимента по определению прочности сцепления (осц)э и шероховатости (Яа) поверхности покрытий из материала СГ3С2-МСГ после

операции плоского шлифования (при Ук = 15 м/с и = 4 мм/ход)

Х1 Х2 № ^ш, мм кН (осц)э, МПа при Бч = 47,5±27,5 мкм Яа, мкм № ^ш, мм кН (осц)э, МПа при Бч = 45±3 мкм Яа, мкм

1, мм )5пр, м/мин

0,0050 10,0 1 2,64 0,469 85,6 0,31 1 2,46 0,432 90,8 0,30

0,0050 15,0 2 2,40 0,365 80,7 0,29 2 2,42 0,397 86,3 0,27

0,0050 12,5 3 2,14 0,299 83,2 0,18 3 2,46 0,416 87,5 0,16

0,0125 15,0 4 2,36 0,324 74,1 0,65 4 2,34 0,341 79,2 0,68

0,0125 12,5 5 2,76 0,466 77,9 0,33 5 2,56 0,432 83,9 0,35

0,0125 10,0 6 2,25 0,324 81,4 0,35 6 2,72 0,503 86,6 0,46

0,0200 12,5 7 2,49 0,364 74,7 0,62 7 2,29 0,332 80,5 0,60

0,0200 10,0 8 2,85 0,488 76,5 0,49 8 2,21 0,313 81,6 0,48

0,0200 15,0 9 2,23 0,269 68,9 0,82 9 2,58 0,386 73,8 0,89

Результаты экспериментального определения прочности сцепления покрытий из материала CrзC2-NiCr после операции плоского шлифования (при Ук = 15 м/с, = 4 мм/ход, £ = 0,013 мм и ^пр = 11,5 м/мин)

№ мм кН Прочность сцепления покрытия (осц)2, МПа Ср. значение (Осц)2, МПа № ^ш, мм кН Прочность сцепления покрытия (осц)2, МПа Ср. значение (Осц)2, МПа

при Вч = 58,5±47,5 мкм при Вч = 56±4 мкм

1 2,15 0,388 107,0 1 2,69 0,626 110,2

2 2,55 0,364 71,3 2 2,65 0,743 134,8

3 2,30 0,508 122,2 3 2,68 0,684 121,3

4 2,57 0,436 84,1 4 2,59 0,670 127,2

5 2,72 0,682 117,4 96,1 5 2,70 0,652 113,9 123,5

6 2,17 0,457 123,6 6 2,47 0,600 125,3

7 2,68 0,570 101,0 7 2,46 0,523 110,1

8 2,46 0,374 78,6 8 2,14 0,459 127,7

9 2,67 0,370 66,1 9 2,38 0,504 113,3

10 2,34 0,385 89,6 10 2,39 0,677 151,0