Технология и оборудование финишной механической обработки деталей на основе моделирования процесса формирования требуемой текстуры поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Бобровский Игорь Николаевич

• Бобровский Игорь Николаевич
• доктор наук
• 2022

Оглавление диссертации доктор наук Бобровский Игорь Николаевич

Выводы по главе

ГЛАВА 4. АПРОБАЦИЯ МЕТОДА ОЦЕНКИ ТЕКСТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ПО ВЕРОЯТНОСТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

4.1. Расчетно-графические методы

4.2. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ исследование содержания материала в

ШЕРОХОВАТОМ СЛОЕ МИКРОНЕРОВНОСТЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПРОФИЛОГРАММ

ГЛАВА 5. ОТ ТЕОРИИ И МОДЕЛЕЙ К МАССОВОМУ ПРОИЗВОДСТВУ: ВНЕДРЕНИЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ

5.1. АЛГОРИТМ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕКСТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ПО ВЕРОЯТНОСТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

5.2. Способ последовательной обработки выглаживанием

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ И КОНИЧЕСКОЙ ФАСКИ

5.3. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

5.4. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

5.5. ВНЕДРЕНИЕ ОБРАБОТКИ НОВЫМИ СПОСОБАМИ

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология и оборудование финишной механической обработки деталей на основе моделирования процесса формирования требуемой текстуры поверхности»

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является ключевой отраслью любой высокотехнологичной экономики. Конкурентоспособность

машиностроительной продукции определяется эффективностью изготовления. Эффективность изготовления в мировой и отечественной литературе определяется, как стоимость обработки квадратного дюйма поверхности, которая в том числе учитывает и затраты на устранение несоответствия произведенного продукта требованиям конструкторской документации. Технологические параметры поверхностного слоя являются важнейшими характеристиками готового изделия, определяющими качество и долговечность производимой продукции. В связи с этим, технологическое обеспечение и повышение качества поверхностного слоя, точности и долговечности деталей машин является актуальным направлением исследований. В свою очередь, приоритетным направлением совершенствования научно-технической базы машиностроения является внедрение современных методов исследования и цифровых технологий. В частности, в указе Президента РФ от 01.12.2016 N 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации», «переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта» обозначен в качестве важнейшего из приоритетов.

Долговечность и эксплуатационные свойства деталей машин в значительной степени зависят от качества поверхностного слоя, ранее характеризовавшегося так называемой шероховатостью, и в настоящее время определяемой группой параметров, именуемой в новых ГОСТ Р ИСО «текстурой» поверхности. Технологическими процессами, формирующими комплексную текстуру поверхности из финишных технологий, применяемых

в массовом производстве, являются поверхностное пластическое деформирование (в частности выглаживание), и хонингование (платовершинное хонингование).

В современных условиях, разработка новых технических решений, процессов и средств, обеспечивающих высокую конкурентоспособность за счет повышенной производительности и эффективности требует развития новой теоретической базы и математических моделей, адекватно описывающих технологические процессы. Не менее важную роль также играет стандартизация, характеризующая качество изделий. Стандарты определяют, каким образом следует описывать поверхность, сформированную в ходе какого-либо технологического процесса. В связи с тем, что ограничения срока действия стандартов по шероховатости были отменены в 1980 году в Российской Федерации они не обновлялись более 35 лет. В тоже самое время региональные стандарты основных конкурентов (США, Германия, Франция и др.) и, на их основе, международные стандарты ISO непрерывно совершенствовались. Несоответствие отечественных и международных стандартов создает большие ограничения при разработке новых технологий механической обработки и методов их моделировании в РФ, поскольку в существующих условиях невозможно достоверно установить их уровень и соответствие международным стандартам. Первые шаги по унификации стандартов были сделаны в 2015 году. Однако, были частично адаптированы (переведены и приняты) всего несколько стандартов которые составляют ничтожную часть действующих стандартов ISO.

Типичный пример последствий использования устаревших стандартов приведен на рисунке 1. В настоящее время для описания свойств поверхности в РФ чаще всего применяются параметры Ra, Rz, Rmax. Однако, они принципиально не способны обеспечить адекватное описание поверхности, что в свою очередь, приводит к появлению на рынке бракованной продукции, которая ошибочно определяется (на основании существующих стандартов),

как годная. Реализации подобной продукции приводит к рекламациям со стороны покупателей и существенным финансовым потерям со стороны производителя.

Яп

Ятах

Рисунок 1 - Равные количественные значения Ятах, Rz соответствуют разным поверхностям

Наличие таких проблем на крупнейшем отечественном производителе автомобилей АО «АВТОВАЗ» явилось одним из основных факторов, определивших направление данной диссертационной работы. Необходимо отметить, что при всей своей важности обновление стандартов само по себе не приводит к повышению эффективности производства. Внедрение новых стандартов должно сопровождаться разработкой методов их адаптации к существующей конструкторско-технологической практике, важнейшим из которых является создание новых методик оценки текстуры поверхности и математических моделей способных в полной мере использовать преимущества обновленных стандартов.

Анализ причин появления неопределяемого брака выявил две основные причины:

Во-первых, оказалось, что, хотя при нормировании параметров в конструкторско-технологической документации применялись новые параметры группы Як, ни инструментов прогнозирования их в зависимости от технологических параметров, ни методик оценки текстуры по новым параметрам не существовало и вследствие этого внедрение новых стандартов имело формальный характер.

Во-вторых, выяснилось, что, используемые методики оценки качества поверхностей не соответствовали современным требованиям. В частности,

испытания поверхностей ведущим производителем уплотнений Freudenberg Sealing Technologies проводились следующим образом: деталь с обработанной поверхностью, под уплотнение, вращается со скор. 100...150 об/мин., наносится смазка, карандашом отмечается место установки грузика весом 30.50 грамм на леске диаметром 0.1 мм на вращающуюся деталь. Критерием годности являлось отсутствие осевого перемещения лески с грузом. Применение такой примитивной методики очевидно свидетельствовало о недостаточном понимании критической важности использования современной системы параметров текстуры обработанных поверхностей.

Данные проблемы были решены с помощью методов математического моделирования и оценки текстуры, разработанных в данном диссертационном исследовании. Однако, разработанные методы и модели имеют обобщенный характер, а область их применения не ограничивается выбранными объектами моделирования и автомобилестроительной отраслью. В частности, результаты диссертационного исследования могут применяться для решения широкого круга проблем связанных с повышением качества финишной обработки в наиболее ответственных узлах и деталях для таких приоритетных областей, как авиастроение и аэрокосмическое машиностроение, а разработанная методика оценки текстуры поверхности по вероятностным характеристикам, учитывающей сложившиеся в РФ реалии и позволяющая исследователям, конструкторам и технологам привести разрабатываемые и применяемые технологические процессы в соответствие с современными требованиями, может в среднесрочной перспективе стать основой разработки и внедрения обновлённых региональных (ГОСТ) стандартов.

Таким образом, диссертационное исследование, направленное на создание современных научных основ оценки и моделирования технологий финишной обработки и совершенствование научно-технической базы машиностроения для приоритетных отраслей развития экономики РФ, является актуальным.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ПОВЕРХНОСТЕЙ,

ТЕХНОЛОГИЯМ ВЫГЛАЖИВАНИЯ И

ХОНИНГОВАНИЯ

Повышение долговечности деталей машин определяется уровнем развития технологий механической обработки. Развитие механики различных технологий механической обработки требует развития методов описания всех аспектов механики технологических процессов производства деталей и узлов для создания эффективных способов управления формируемыми эксплуатационными свойствами деталей машин.

Одним из определяющих эксплуатационных свойств изделий является аспект описания поверхности получаемого изделия, численно характеризуемый параметрами микрогеометрии - текстуры поверхности изделия.

Одной из рассмотренных технологий, позволяющих получить сложную микрогеометрию, является технология платовершинного хонингования. Широкая область применения процессов абразивной обработки, реализуемая за счет технологических способов или управления режимами обработки, позволяет осуществлять как формирование макрогеометрии заготовки (некруглость, непрямолинейность и пр.), так и формирование микрогеометрии (текстуры поверхности).

Иной рассмотренной технологией является выглаживание также позволяющие получить заданную текстуру поверхности.

Обе технологии применяются при производстве наиболее ответственных узлов автомобиля: коленчатого вала и блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

В первой главе рассмотрены вопросы, связанные с несколькими научными направлениями, весомый вклад в которые сделали следующие исследователи:

- Инженерия поверхности: А.Г. Суслов, А.М. Дальский, В.Ф.

Безъязычный, Э.В. Рыжков, А.П. Бабичев, А.М. Сулима, Д.Д.

Папшев, Ю.Г. Шнейдер, В.М. Смелянский, Л.А. Хворостухин, В.П.

Кузнецов и др.

- Технологическое обеспечение текстуры поверхности: В.И.

Аверченков, С.Г. Бишутин, А.П. Бабичев, О.А. Горленко, П.Е.

Дьяченко, А.И. Исаев, В.А. Козлов, Т.Д. Кожина, Б.А. Кравченко,

А.Д. Макарова, А.А. Маталина, В.С. Мухина, Ю.К. Новоселова, Э.В.

Рыжова, С.С. Силина, В.К. Старкова, А.М. Сулимы, В.П. Федорова,

Т.В. Шарова, Д.И. Петрешин и др.

- Методы моделирования микрорельефа: Г.И. Грановский, Е.Г.

Коновалов, С.И. Лашнев, П.Р. Родин, Б.А. Перепелица, С.П.

Радзевич, Ю.С. Степанов, Белкин Е.А. и др.

В первом подразделе главы обоснована значимость параметров микрогеометрии при формализации механики различных технологических процессов. Обосновано применение термина текстура поверхности вместо термина шероховатость. Далее приведены публикации, описывающие связь долговечности изделий и параметров текстуры на примере связи шероховатости и трещинообразования, текстурирования поверхности под подшипник, повышения долговечности лифтовых шкивов, методики расчета прочности неподвижного соединения, определения жесткости резьбовых соединений и т.д. Анализ показал применение во всех методиках исследования описанных в публикациях, описывающих различные технологические процессы, ограниченного набора параметров (наиболее известных: Ra и Кг).

Во втором подразделе описано развитие методов моделирования текстуры от простых моделей до сложных, включающих моделирование методом конечных элементов и иными численными методами. Описано появление оценки параметров Эбботта и Файрстоуна. Сделан вывод о

возможности эффективного применения современных методов моделирования с достаточной для отражения в моделях технологических процессов точностью, но при условии обоснованного выбора моделируемых параметров, и необходимости обоснования введения новых параметров.

В третьем подразделе описаны современные стандарты, нормирующие текстуру поверхности, применяемые на практике в мире и отдельных предприятиях РФ и адаптированные (в виде ГОСТ ИСО) в РФ. Кратко показана история развития стандартов, приведены сведения о эталонах компьютерных моделей текстуры поверхности, форматах, выводимых ими данных. Сделан вывод о возможности расширения функциональности графического отображения параметра - кривой Эбботта-Файрстоуна.

В четвертом подразделе выполнен анализ моделей поверхностного пластического деформирования по критерию примененных параметров текстуры. Выявлено, что, не смотря на возможности механики данного технологического процесса по регулированию получаемой текстуры за счет варьирования параметров технологического процесса в моделях и исследованиях отражены вновь только базовые параметры (Яа и Я^).

В пятом подразделе рассмотрено моделирование текстуры поверхности после хонингования в моделях отечественных и зарубежных исследователей. Выявлено, что также применены параметры только Яа, Я^, tp что недостаточно для отражения механики данного процесса и для сравнения уровня новых способов развития механики данного процесса. Сделан вывод о необходимости оценки по параметрам группы Як.

1.1. Обоснование значимости микрогеометрии при формализации механики различных технологических процессов 1.1.1. Терминология и стандарты

Взаимодействие твердых тел осуществляется по определяющим данные тела поверхностям. В основополагающих трудах по трибологии утверждается, что шероховатость взаимодействующих поверхностей влияет на ресурс детали и узла [16; 27].

Далее, перед переходом к обоснованию путем описания современных публикаций, приведены пояснения по определениям, описывающим данные характеристики «ресурс» и «шероховатость».

В соответствии с ГОСТ 27.002-2015 «Надежность в технике. Термины и определения» введенным взамен ГОСТ 27.002-89 термин «ресурс» обозначает (пункт 3.3.4): «суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до момента достижения предельного состояния», оригинальный термин: «operating life». Отличия от редакции 1989 г. заключается только в части «...до момента достижения предельного состояния», ранее значилось «.до перехода в предельное состояние».

Основные национальные стандарты, действовавшие ранее в РФ: «ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики» и «ГОСТ 25142-82 Шероховатость поверхности. Термины и определения». Также действуют 12 стандартов регламентирующие приборы, устройства, методы, эталоны измерений. В течении 43 лет данные стандарты являлись основными (ограничение срока действия было снято Постановлением Госстандарта от 07.05.80 N 2019 в 1980 году) для определения параметров поверхностей.

В соответствии с ГОСТ 25142-82 «шероховатость поверхности -совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная, например, с помощью базовой линии».

В 2015 были подготовлены (переведены на основе собственного аутентичного перевода на русский язык) два стандарта в области микрогеометрии.

ГОСТ Р ИСО 4287-2012 (исходный ISO 4287-1997) и ГОСТ Р ИСО 25178-2:2012 (исходный ISO 25178-2). Два данных стандарта составляют только часть действующих в настоящее время в системе ISO стандартов в данной области. В стандарте ГОСТ Р ИСО 4287 описываются параметры шероховатости (фильтр профиля s), волнистости (с), и погрешностями формы именуемыми длинноволновыми компонентами (f).

Отдельно термин «шероховатость» в данном стандарте не применяется, стандартом определяются критерии разграничения между параметрами за счет применения фильтров с различной частотой пропускания. В связи с действием в РФ стандартов системы ГОСТ Р ИСО и ГОСТ в качестве совокупности параметров, характеризующих микропрофиль и топографию поверхности здесь и далее будет применен термин «текстура» вместо шероховатости.

1.1.2. Долговечность и износ

Износ, сопутствующий трению, является причиной выхода из строя 80% деталей машин и механизмов. Научная основа современных исследований по контактному взаимодействию - решенная Г. Герцем в 1882 году задача. Дальнейшее развитие теории связано с Боуденом, Тейбором и Крагельским практически одновременно в 50ых годах предложившим адгезионно-деформированную или молекулярно-механическую модель трения: силы сцепления микронеровностей и, соответственно, коэффициент трения обусловлены двумя составляющими - молекулярной и механической (в настоящее время существует несколько разделов трибологии: трибохимия, трибофизика и трибомеханика). Под молекулярным взаимодействием понимается адгезионное сцепление той или иной степени прочности, вплоть до мощного металлического или ковалентного соединения при

катастрофическом изнашивании, приводящего к вырыванию больших объемов поверхностного слоя. Предполагается, что схватывание и переход к заеданию происходят тогда, когда сумма напряжений, создаваемых давлением микронеровностей друг на друга и сил адгезии превысит прочность наклепочного материала по Мизесу или Треску. По Ю.Н. Дроздову после известных расчетных зависимостей Хольма, Хрущова, Кузнецова, Арчарда, Крагельско, Фляйшера в публикациях по трибологии преобладали чисто эмпирические подходы, имеющие отношение только к отдельным узлам и ситуациям, в свою очередь известные расчетные уравнения привлекают простотой, но не учитывают множества факторов: теплофизического состояния трибоконтакта, адсорбционных и диффузионных явлений, модификации трущихся поверхностей. На практике использовались приближенные, сравнительные и оценочные расчеты, однако прогнозирование ресурсов эксплуатации техники позволяет получить значительный эффект. Белл Т. в статье «Towards designer surfaces» отмечает, что «актуальная задача заключается в обобщении экспериментальных данных, прогнозировании надежности и ресурса в широком диапазоне изменений напряжений, температур, окружающих сред, воздействия полей различной физической природы: акустических, электромагнитных, радиационные и др.»

Реальные микронеровности, если не имеют изначально, то приобретают сразу после нескольких циклов взаимодействия форму пологих гребней, сильно вытянутых в направлении скольжения. При таком микрорельефе неровности не могут зацепляться механически: их кривизна в направлении движения фактически близка к нулю. Простейший эксперимент показывает, что для большого класса материалов величина и форма шероховатости поверхностей в широком диапазоне не оказывают влияния на силу трения, если при этом не изменяются свойства поверхностных пленок. В этом можно убедиться, сдвигая стальные бруски вдоль и поперек направлению строжки.

Только изменение шероховатости на много порядков или создание на поверхностях острых и твердых выступов может изменить силу трения. Анализ работ, где доказывается влияние шероховатости, обычно обнаруживает не учитываемое одновременное изменение физико-химического состояния поверхностей. Существует также проблема полной невозможности замера силы адгезионного сцепления между техническими поверхностями на воздухе. Известно, что тела сцепляются только если поверхности смазаны клеем. Если просто сдавить и отпустить технические поверхности, то ощутимое сцепление наблюдается лишь у мягких металлов типа свинца. Все технические поверхности на воздухе, если их специально не подготовить, не испытывают ни малейшего адгезионного взаимодействия. Было сделано допущение, что прочные адгезионные связи возникают только на очень чистых, ювенильных поверхностях, а ювенильные поверхности образуются только при пластической сдвиговой деформации микронеровностей в процессе трения, но тогда остается непонятным, почему после остановки движения связи исчезают. Сделано предположение, что адгезионные связи, возникающие при сжатии и сдвиге тел, рвутся после снятия нагрузки из-за упругого восстановления микронеровностей, мы оперируем виртуальными силами, которые невозможно зафиксировать в эксперименте.

Таким образом проблема выявления связи ресурса детали и шероховатости поверхности является комплексной и требует проведения исследований в различных областях.

В статье [9], представлены результаты исследования связи ослабления посадки бандажа на ободе колесного центра железнодорожной техники. Указано, что шероховатость регламентируется по параметру Я^<20 мкм. В статье используется термин «класс чистоты поверхности» отмененный в 1975г.

В статье [45] приведены результаты стендового исследования лопаток турбин с различной шероховатостью в ЦИАМ им. П.И. Баранова, получены данные о связи шероховатости с КПД (0,9% КПД).

В книге [50] представлены результаты многолетних исследований по связи между шероховатостью и эксплуатационными свойствами деталей, в т.ч. ресурсом. В таблице, представленной в данном труде, содержатся данные о связи параметров шероховатости и эксплуатационных свойств (Таблица 1.1). Параметрами, влияющими на ресурс изделия, являются: износостойкость, коэффициент трения, усталостная прочность, прочность посадок. Влияющими на данные эксплуатационные характеристики являются следующие параметры микрогеометрии: Ка, Кг, Ктах, S, Fоп (площадь опорной поверхности), Кзап (коэффициент заполнения профиля), угол наклона боковой стороны неровностей, радиус закругления вершин неровностей, Fист (суммарная площадь реальной поверхности), Lист (длина реального профиля), N (число выступов на единицу поверхности), коэффициент неоднородности, радиус закругления впадин неровностей. Большинство параметров в современных стандартах по шероховатости имеют иное обозначение и наименование, однако совокупность характеризуемых микрогеометрических особенностей сохраняется в новых стандартах. Например, коэффициент неоднородности представлен в виде коэффициента анизотропии, рассчитываемого по новым формулировкам. В данной работе не рассматривается физический аспект связи разрушения и морфологии поверхности. ГОСТ Поверхности с регулярных микрорельефов, разработанный автором и принятый в 1981 году, не обновлялся.

Таблица 1.1. Взаимосвязь эксплуатационных и микрогеометрических характеристик [50]

Эксплуатационные характеристики Ra Яг Ятах S Fоп кзап в г Fист Lист N г/Ятах Шероховатость поверхности г'

Износостойкость + + + + + + + + + + + + + +

Коэффициент трения + + + + + + + + + + + + + +

Усталостная прочность + + + + + +

Прочность посадок + + + + + + + +

Коррозионная стойкость + + + + + + + +

Обтекаемость газами и жидкостями + + + + + + +

Пылеудаляемость + + + + + + +

Прочность и качество гальванических покрытий + + + + + + +

Контактная жесткость + + + + + + + + +

Отражаемость световых и других лучей + + + + + + + + + + +

Теплоотражение + + + + + + + + + + +

Свойства тонких пленок + + + + + + + + +

Сопротивление схватыванию + + + + + + + + + + +

Гидроплотность + + + + + + + + + + + + +

Электрическая прочность + + + + + + + +

Очистка при вакуумировании + + + + + + + + +

Трение в вакууме + + + + + + + + + + + +

Обозначения: Яа - среднее арифметическое отклонение профиля; Яг - высота неровностей профиля по десяти точкам; Ятах - наибольшая высота неровностей профиля; S - средний шаг неровностей по вершинам; Fоп - площадь опорной поверхности; кзап - коэффициент заполнения профиля; в - угол наклона боковой стороны неровностей; г - радиус закругления вершин, неровностей; Fист - суммарная площадь реальной поверхности; Lист - длина реального профиля; N - число выступов на единицу поверхности; сЯг - коэффициент неоднородности; г' - радиус закругления впадин неровностей.

В статье [3] приведены результаты исследования зарождения и распространения усталостной трещины в режимах много и гигацикловой усталости титановых сплавов (ВТ-6 - Ti6Al4V, и Grade-4). Образцы имели шероховатость не более 0,6 мкм (не указано по какому параметру) для предотвращения образования трещин с поверхности. Количественная фактография поверхности разрушения показала (исп. интерферометр New View), наличие двух зон, отличающихся шероховатостью (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Очаг трещины: а) зоны повышенной шероховатости б) схема

измерения

Авторами не осуществлялась оценка по трехмерным параметрам и из двухмерного профиля фильтровались профили различной длины охватывающие зоны 1 и 2. Установлено, что значение линейного наклона функции корреляции соответствует значению фрактальной размерности профиля трещины, следовательно, нет зоны накопления дефектов характерной для внутреннего инициирования трещины. Подтверждён тезис о различности механизмов инициирования трещин в объеме и на поверхности. Установлена большая усталостная прочность титана с субмикрокристаллической (Grade 4), чем титана с поликристаллической (ВТ-6) решеткой при гигацикловых режимах нагружения. Различия в шероховатости участков поверхности позволили авторам разделить стадии зарождения и распространения трещины.

Формирование текстуры на поверхностях трения рассматривается в работе [47]. В данной работе применен термин «текстурирование», но не в качестве определения совокупности параметров микрогеометрии, как это описано в современных стандартах, а в качестве описательной характеристики регулярности наносимого микрорельефа. Объектом исследования являлись процессы, происходящие в смазочном слое упорного подшипника. Были получены закономерности связывающие геометрические параметры лазерного текстурирования поверхностей трения с несущей способностью и гидромеханическими характеристиками. Автором установлено, что текстурирование поверхности позволяет увеличить толщину масляного слоя. Автором оценивалась только полученная толщина слоя, отсутствуют данные о оценке параметра маслоемкость, зависящего от нескольких параметров шероховатости. В результате работы автором определены оптимальные технологические параметры лазерного текстурирования поверхности, наиболее влияющие на несущую способность поверхности подшипника, без применения каких-либо микрогеометрических параметров. Результат оценивался по интегральному критерию «несущая способность» (зависящего от глубины «микроямки», радиуса ямки, плотности распределения ямок, площади обработанной поверхности) и было установлено повышение несущей способности на 53% по сравнению с «плоской» поверхностью.

В работе [10] приведены результаты исследования обеспечения долговечности лифтовых канатоведущих шкивов. Указано, что методы повышения долговечности трущихся поверхностей рассмотрены в работах Елизаветина М.А., Крагельского А.В, Рыжова Э.В., Суслова А.Г., Чичинадзе А.В., Шнейдера Ю.Г. Автором предложены пути «модернизации» классических положений за счет введения в многопараметрические модели дополнительных параметров. Использовалась зависимость, предложенная Сусловым Д.А. для учета изменения равновесной шероховатости поверхности ручьев канатоведущего шкива. В результате выполнения работы было

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Бобровский Игорь Николаевич, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Солнцев Ю.П.р. Металлы и сплавы. СПб: Профессионал, Мир и Семья, 2003.

2. Указ Президента РФ "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации". URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/41449 (дата обращения: 01.12.2016).

3. Банников М.В., Оборин В.А., Наймарк О.Б. Исследование стадийности разрушения титановых сплавов в режиме много- и гигацикловой усталости на основе морфологии поверхности разрушения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2015. № 3. - C. 15-24. DOI: 10.15593/perm. mech/2015.3.02

4. Бобровский Н.М., Бобровский И.Н., Гомельский М.В., Ежелев А.В., Мельников П.А., Лукьянов А.А. Устройство для обработки выглаживанием поверхностей вращения: пат. 2482953 Рос. Федерация. № 2011150362/02; заявл. 09.12.11; опубл. 27.05.13, Бюл. 15. 5 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=21272003 (дата обращения: 23.08.2016).

5. Бобровский Н.М., Бобровский И.Н., Ежелев А.В., Гомельский М.В. Инструмент для обработки поверхностей выглаживанием и способ его применения: пат. 2466846 Рос. Федерация. № 2011108429/02; заявл. 04.03.2011; опубл. 20.11.2012, Бюл. 32. 7 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=18473244 (дата обращения: 23.08.2016).

6. Бобровский Н.М., Бобровский И.Н., Ежелев А.В., Гомельский М.В. Способ последовательной обработки выглаживанием цилиндрической поверхности и конической фаски: пат. 2460625 Рос. Федерация. № 2011108428/02; заявл. 04.03.2011; опубл. 10.09.2012, Бюл. 25. 5 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=18462308 (дата обращения: 23.08.2016).

7. Бобровский Н.М., Вильчик В.А., Бокк В.В., Максименко Н.Н., Мельников П.А., Гомельский М.В., Бобровский И.Н. Устройство для обработки выглаживанием наружных поверхностей вращения: пат. 2348502 Рос. Федерация. № 2008102215/02; заявл. 21.01.08; опубл. 10.03.09, Бюл. 7. 5 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=18558909 (дата обращения: 23.08.2016).

8. Бобровский Н.М., Вильчик В.А., Бокк В.В., Максименко Н.Н., Мельников П.А., Гомельский М.В., Бобровский И.Н. Устройство для обработки поверхностным пластическим деформированием: пат. 2348504 Рос. Федерация. № 2008102219/02; заявл. 21.01.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. 7. 8 с. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=18558922 (дата обращения: 23.08.2016).

9. Буйносов А.П. Влияние шероховатости посадочных поверхностей на надежность соединения «бандаж-обод» // Вестник УрГУПС. 2010. № 1(5). - C. 49-58.

10. Витчук П.В. Обеспечение долговечности лифтовых канатоведущих шкивов. — Тула : Тульский государственный университет, 2013. — С. 140.

11. Ворожейкин В.А., Гулло А.А., Лущикова А.Г., Сысоева Л.П. Изменение профиля каналов при экструзионном хонинговании // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2012. Т. 1, № 8. - C. 13-15.

12. ГОСТ. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. — Москва : Государственный комитет СССР по стандартам, 1988. — С. 128.

13. ГОСТ. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. — Москва : Издательство стандартов, 1973. — С. 7.

14. ГОСТ. Шероховатость поверхности. Термины и определения. — Москва : Издательство стандартов, 1982. — С. 20.

15. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. Москва: Машиностроение, 1981.

16. Дойкин А.А. Расчетно-экспериментальный метод профилирования образующей поршня для повышения ресурса трибосопряжения «поршень - цилиндр» ДВС. — Челябинск : Южно-Уральский государственный университет, 2013. — С. 20.

17. Долинин А.А., Крылова В.Э. Зависимость шероховатости поверхности от кинематики хонингования полуэластичными алмазными брусками // Журнал магистров. 2012. № 01. - C. 98-101.

18. Зайцев А.Н. Исследование эксплуатационных характеристик плазменных электроизоляционных радиационностойких покрытий в узлах трения термоядерных реакторов. — СПб : Институт проблем машиноведения Российской академии наук, 2017. — С. 215.

19. Иванкин В.Ю., Пепеляева Т.Ф. Методика конструирования поверхности по заданным параметрам шероховатости // Перспективы науки. 2014. № 3(54). - C. 73-75.

20. Иванов В.А., Иванов А.В. Разработка математической модели прогнозирования параметров шероховатости хонингуемой поверхности цилиндров скважиных штанговых насосов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2010. Т. 12, № 3. - C. 48-53.

21. Иванов В.А., Иванов А.В., Долинин А.А., Халтурин О.А. Математическое моделирование формирования шероховатости поверхности при алмазном хонинговании брусками на металлических связках // Вестник УГАТУ. 2011. Т. 15, № 2(42). - C. 82-87.

22. Казанкин В.А. Разработка методики расчета прочности неподвижных соединений с учетом контактной жесткости сопрягаемых деталей близкой твердости. — Волгоград : Волгоградский государственный технический университет, 2016. — С. 145.

23. Козлов В.М., Назаров А.Е. Инструмент для алмазного выглаживания: пат. 878537 СССР. № 2680111/25-08; заявл. 02.11.1978; опубл. 07.11.1981, Бюл. 41.

24. Кудояров Р.Г. Особенности алмазного хонингования при изготовлении точных отверстий деталей авиационных агрегатов // Изв. вузов. Авиационная техника. 2002. № 2. - C. 49-52.

25. Курсин О.А., Егоров Н.И., Кожемякин И.Ф., Филатов И.С., Полянчикова М.Ю., Као С.Ч. Влияние присутствия водорода в поверхностном слое заготовки на микрогеометрию поверхности при финишной абразивной обработке // Известия волгоградского государственного технического университета. 2013. Т. 10, № 20(123).

- C. 33-35.

26. Левицких О.О., Лукьянов А.А., Табаков В.П., Бобровский И.Н., Мельников П.А., Бобровский Н.М. Алгоритм расчета параметров микрогеометрии рабочей поверхности гильзы блока цилиндров при платовершинном хонинговании // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18, № 4(6). - C. 1315-1319. ISSN: 2073-5073. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29739381 (дата обращения: 06.11.2017).

27. Махов К.А. Исследование структуры и триботехнических характеристик пристенного слоя в потоке ТЖМТ применительно к элементам контуров с реакторами на быстрых нейронах, охлаждаемых ТЖМТ. — Нижний Новгород : Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2015.

— С. 24.

28. Минаков А.П., Лустенков М.Е., Ильюшина Е.В., Бычинский К.А. Новый эффективный способ ремонта гильз дизельных двигателей внутреннего сгорания тонким поверхностным пластическим деформированием // Вестник Белорусско-Российского университета. 2013. Т. 38, № 1. - C. 27-37.

29. Муратов К.Р., Гашев Е.А. Технологические методы повышения точности геометрической формы обрабатываемых отверстий при хонинговании // Известия Самарского научного центра Российской Академии Наук. 2012. Т. 14, № 1-2. - C. 402-404.

30. Оборина Л.И., Трифанов И.В., Рыжов Д.Р., Исмаылов Б.Н., Берсенев С.М. Расчет параметров процесса удаления дефектного слоя с рабочей поверхности зеркал лучеводов вибрационным электрическим хонингованием // Фундаментальные исследования. 2013. № 8. - C. 295301.

31. Огородов В.А. Имитационная модель процесса алмазного хонингования // Вестник УГАТУ. 2010. Т. 14, № 4(39). - C. 60-68.

32. Огородов В.А. Управление процессом алмазного хонингования // Вестник УГАТУ. 2008. Т. 10, № 1(26). - C. 122-127.

33. Одинцов Л.Г., Козырев А.А., Корнев В.В., Петров Ю.А. Способ алмазного выглаживания: пат. 878534 СССР. № 2870841/25-08; заявл. 14.01.1980; опубл. 07.11.1981, Бюл. 41.

34. Пашкевич В.М., Афаневич В.В. Компьютерное моделирование и анализ маслоемкости поверхности // Вестник Могилевского ГТУ. 2006. № 1 (10). - C. 198-203.

35. Пепеляева Т.Ф., Иванкин В.Ю. Моделирование взаимодействия поверхностей при хонинговании // Глобальный научный потенциал. 2014. № 8(41). - C. 112-115.

36. Перевозников В.К., Иванов А.В., Долинин А.А. Исследование влияния технологических параметров процесса алмазного хонингования на износостойкость рабочих пар скважинныхштанговых насосов // Вестник УГАТУ. 2009. Т. 12, № 4(33). - C. 127-131.

37. Перекрестов А.П. Повышение технического ресурса подвижных сопряжений технологическими методами (на примере работы компрессора в агрессивной среде с сероводородом). — Астрахань : Институт проблем машиноведения РАН, 2017. — С. 35.

38. Полянчиков Ю.Н., Курсин О.А., Мартус Д.А., Полянчикова М.Ю., Егоров Н.И. Исследование влияния твердости обрабатываемого материала на качество поверхности при хонинговании // Известия ВолгГТУ. 2012. № 13. - C. 51-54.

39. Рачишкин А.А. Имитационное моделирование дискретного фрикционного контакта. — Тверь : Тверской государственный технический университет, 2015. — С. 298.

40. Рудзит Я.А. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. Рига, 1975.

41. Сутягин О.В. Научные основы инженерных методов проектирования триботехнических систем с твёрдосмазочными покрытиями. — Тверь : Тверской государственный технический университет, 2015. — С. 514.

42. Сысоев А.С., Сысоев С.К., Левко В.А., Снетков П.А., Зверинцева Л.В. Исследование процесса хонингования заготовок трубопроводов для летательных аппаратов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. 2005. № 3. - C. 248-252.

43. Табенкин А.Н., Тарасов С.Б., Степанов С.Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт. под ред. канд. техн. наук Н.А. Табачниковой СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2007.

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Учкин П.Г. Результаты исследования процесса хонингования цилиндра пускового двигателя ПД10М // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. № 1(39). - C. 43-45. Хайрулин В.Т., Самохвалов Н.Ю., Тихонов А.С., Сендюрев С.И. Результаты экспериментального исследования лопаток турбин с различной поверхностной шероховатостью // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2015. № 3(42). - C. 20-33. DOI: 10.15593/2224-9982/2015.42.2

Цхай Э.Б. Влияние радиальной деформации тела гайки, шероховатости поверхности витков и опорного изгибающего момента на жесткость и демп-фирующие свойства резьбовых соединений. — Томск : Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2013. — С. 191.

Чернейко С.В. Повышение несущей способности упорных подшипников скольжения турбокомпрессоров текстурированием поверхностей трения. — Челябинск : Южно-Уральский государственный университет, 2015. — С. 110.

Черненко А.Г., Живоглядов Н.И. Способ обработки деталей поверхностным пластическим деформированием: пат. 1162575 СССР. № 3553359/25-27; заявл. 08.02.1983; опубл. 23.06.1985, Бюл. 23. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением. СПб: Политехника, 1998.

Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2001. Abbott E.J., Firestone F.A. Specifying surface quality - a method based on accurate measurement and comparison // Mechanical Engineering. 1933. Т. 55. - C. 569.

ASME. Surface Texture (Surface Roughness, Waviness, and Lay). : The American Society of Mechanical Engineers, 2009. — С. 124. Bhowmik K. Experimental and Finite Element Study of Elastic-plastic Indentation of Rough Surface. : Indian Institute of Science, 2007. Bhushan B. Contact mechanics of rough surfaces in tribology: multiple asperity contact // Tribology letters. 1998. № 4. - C. 1-35. Bhushan B., Peng W. Contact mechanics of multilayered rough surfaces // Appl. Mech. Rev. Т. 55, № 5. - C. 435-480.

Bryant M.J., Evans H.P., Snidel R.W. Plastic deformation in rough surface line contacts - a finite element study // 2012. Т. 46(1). - C. 269-278. ISSN: 0301-679X. DOI: 10.1016/j.triboint.2011.06.024

Bucher F., Knothe K., A. T. Normal and tangential contact problem of surfaces with measured roughness // Wear. 2002. Т. 253(1-2). - C. 204-218. Bush A.W., Gibson R.D., G.P. K. Strongly anisotropic rough surfaces // Journal of Lubrification Technology. 1979. Т. 101. - C. 15-20.

59. Bush A.W., Gibson R.D., T.R. T. The elastic contact of a rough surface // Wear. 1975. Т. 35(1). - C. 87-111.

60. Bush A.W., Gibson R.D., T.R. T. The elastic contact of a rough surface // Wear. 1992. Т. 153. - C. 53-64.

61. Bush A.W., R.D. G. The elastic contact of a rough surface // Wear. 1987. Т. 35. - C. 87-111.

62. Chilamakuri S.K., B. B. Contact analysis of non-Gaussian random surfaces // Proceeding Institution Mechanical Engineers. 1998. Т. 212, № Part J.

63. David P. A new methodology for RF MEMS simulation // : In Tech, 2008. — C. 433-452.

64. Efron B. Computers and the theory of statistics: thinking the unthinkable // SIAM Review. 1979. Т. 21, № 4. - C. 460-480.

65. Fanni Fattah D., St M.J. Deterministic contact analysis of rough surface using finite element method. : Faculty Engineering of Diponegoro University, 2012. — С. 76. URL: http://eprints.undip.ac.id/41473/ (дата обращения: 07.09.2016).

66. Greenwood J.A., J.B.P. W. Contact of nominally flat surfaces // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 1966. - C. 300-319.

67. J.I. M. Comparison of models for the contact of rough surfaces // Wear. 1986. Т. 107. - C. 37-60.

68. Jack Feng C.-X., Yu Z.-G.S., Kingi U., Pervaiz B.M. Threefold vs. fivefold cross validation in one-hidden-layer and two-hidden-layer predictive neural network modeling of machining surface roughness data // Journal of Manufacturing Systems. 2005. Т. 24, № 2. - C. 93-107. ISSN: 0278-6125. URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-33745737321&partnerID=40&md5=a005e3139646e4f65b785eae5675dda 2 DOI: 10.1016/S0278-6125(05)80010-X

69. Jamari J., D.J. S. Deterministic repeated contact of rough surfaces // Wear. 2007. Т. 264. - C. 349-358.

70. Karpenko P.A., Akay A. A numerical method for analysis of extended rough wavy surfaces in contact // Journal Tribology. 2002. Т. 124, № 4. -C. 668-680.

71. Kim T.W., B. B. Generation of composite surfaces with bimodal distribution and contact analysis for optimum tribological performance // Journal Tribology. 2006. Т. 128. - C. 851-863.

72. Neagu C., Dumitrescu A. Neural networks modelling of process parameters in honing of thermal engines' cylinders // Metalurgia International. 2008. Т. 13, № 5. - C. 66-78. ISSN: 1582-2214. URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-45149098567&partnerID=40&md5=1 dc61 a7123af8edc22af76ee15df284 2

73. Onions R.A., J.F. A. The contact of surface having a random structure // Journal Physics. D: App. Physics. 1973. T. 6. - C. 289-304. DOI: 10.1088/0022-3727/6/3/302

74. Peng W., B. B. A numerical three-dimensional model for the contact of layered elastic/plastic solids with rough surfaces by variational principle // Trans. ASME, Journal Tribology. 2001. T. 123. - C. 330-342.

75. Poon C.Y., Sayles R.S. Numerical contact model of a smooth ball on anisotropic rough surface // Journal Tribology. 1994. T. 116, №2 3. - C. 194202.

76. Ren N., Lee S.C. Contact simulation of three-dimensional rough surfaces using moving grid method // Journal Tribology. 1993. T. 115, № 4. - C. 597-602.

77. Sainsot P., Jacq N., Nelias D. A numerical model for elastoplastic rough contact // CMES. 2002. T. 3(4). - C. 497-506.

78. Schwarzer N. Modelling of contact problems of rough surfaces // publication of the Saxonian Institute of Surface Mechanics. 2007. URL: www.siomec.de/doc/2007/007

79. Silva S.P., Brandao L.C., Pimenta P.R.F. Evaluation of quality of steering systems using the honing process and surface response methodology // Advanced Materials Research. 2011. T. 223. - C. 821-825. ISSN: 10226680. URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-79956257566&partnerID=40&md5=427e31e7101af3a39fcd158faf6d167a DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.223.821

80. Singh R.V., Raghav A.K. Experimental study and modelling of the effect of process parameters on surface roughness during honing process // Journal of the Institution of Engineers (India). 2010. T. 90. - C. 3-7. ISSN: 0257-6708. URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-77956040565&partnerID=40&md5=5ed2e2f7b97b790b282a0f71fc1b9c6 a

81. Stewart M.A. Calculation of Oil Retention Volume - Vo // Numerical Engineering Research & Design, Holland. 1993. - C. 5.

82. T. H. Effect of surface roughness on contact between solid surfaces // Wear. 1974. T. 28. - C. 217-234.

83. Thompson M.K., J.M. T. Considerations for the incorporation of measured surfaces in finite element models // Scanning. 2010. T. 31. - C. 1-16.

84. Thompson M.K. A Multi-scale Iterative Approach for Finite Element Modeling of Thermal Contact Resistance. : Massachusetts Institute of Technology, 2007.

85. Tripathi B.N., Singh N.K., Vates U.K. Surface roughness influencing process parameters & modeling techniques for four stroke motor bike cylinder liners during honing: Review // International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering. 2015. T. 15, №2 1. - C. 106-112. ISSN: 2227-2771. URL:

https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84925174723&partnerID=40&md5=ec47a0579b37167e53d5e042ef85ebf 1

86. Vallet C. Fuite liquide au travers d'un contact rugueux: application l'étanchéité interne d'appareils de robinetterie. : Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, 2008.

87. Vallet C., Lasseux D., Zahouani H., Sainsot P. Sampling effect on contact and transport properties between fractal surfaces // 2009. T. 42. - C. 1132— 1145.

88. Webster M.N., Sayles R.S. A numerical model for the elastic frictionless contact of real rough surfaces // Journal Tribology. 1986. T. 108, № 3. - C. 314-320.

89. Whitehouse D.J. The parameter rash - is there a cure? // Wear. 1982. T. 83, № 1. - C. 75-78.

90. Yastrebov V.A., Durand J., Proudhon H., Cailletaud G. Rough surface contact analysis by mean of the finite element method and a new reduced model // Comptes Rendus Mecanique. 2011. T. 339. - C. 473-490.

91. Zhang X., Cong P., Fujiwara S., M. F. A new method for numerical simulation of thermal contact resistance in cylindrical coordinates // International Journal Heat and Mass Trans. 2004. T. 47. - C. 1091-1098.

ПРИЛОЖЕНИЯ

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

У

«УТВЕРЖДАЮ»

Директор дирекции по инженерно-

техжШН' и ч е с к о м у обеспечению -ЩЖЖШженер ОАО «АВТОВАЗ»

/ О/Г 2016 г.

Н.Н. Максименко

А 1С I

внедрения результатов работы

«Разработка методики расчета параметров и технологическое обеспечение шероховатости наружных цилиндрических поверхностей шеек валов и внутренних цилиндрических поверхностей блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания автомобилей ОАО «АВТОВАЗ»

Результаты комплекса совместных хоздоговорных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по формированию топографии на поверхности после операций финишной и суперфинишной обработки обеспечили повышение долговечности деталей машин производимых на ОАО «АВТОВАЗ».

Фундаментальные исследования по тематике работы были поддержаны на федеральном и региональном уровне в рамках следующих федеральных целевых программ и программ фондов:

1. Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры

инновационной России» на 2009-2013 годы»

а. Государственный контракт №Г1220 "Создание энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных средств", (номер государственной регистрация № 01201057499);

б. Государственный контракт №14.740.11.0516 "Исследование особенностей влияния малых добавок водорода, получаемого от электролиза воды, на процесс сгорания в ДВС нового поколения", (номер государственной регистрации 01201063103);

в. Государственный контракт №14.740.11.1318 «Разработка и освоение новой технологии широкого выглаживания», (номер государственной регистрации

2. Советом по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых и по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации «Разработка энергосберегающей технологии обработки поверхностно-пластическим

01201172852).

/

деформированием без применения смазывающе-охлаждающих

технологических средств», (номер СП-4544.2013.1).

3. Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере:

а. Программа «УМНИК»: "Разработка метода исследования процесса сгорания вблизи стенок цилиндра поршневого двигателя", (номер темы №12639)

б. Программа «СТАРТ»: "Разработка конструкции опытного образца инструмента для обработки поверхностно-пластическим деформированием и его испытания", (номер государственной регистрации №01201179328).

4. Российским фондом фундаментальных исследований: программа «Мол_НР»: "Разработка и исследование новых технологических принципов поверхностного упрочнения и нанесения покрытий на инструмент для поверхностно-пластического деформирования", (номер контракта №14-385008814)

5. Министерством образования и науки Самарской области:

а. Исследование инструмента из сверхтвердых материалов для реализации энергосберегающей технологии финишной обработки;

б. Исследование стойкости инструмента из мелкозернистых твердых сплавов для реализации энергосберегающей технологии финишной обработки.

Для реализации полученных результатов в промышленном производстве были разработаны алгоритмы расчетов и моделирования, способы исследования и обработки, конструкции устройств и инструмента, методика расчета и обеспечения, а также программное обеспечение:

- методология обеспечения комплекса параметров шероховатости наружных и внутренних цилиндрических рабочих поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания адекватно характеризующих поверхность;

- методика расчета параметров шероховатости наружных цилиндрических поверхностей шеек валов и внутренних цилиндрических поверхностей блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания;

- алгоритм моделирования структуры поверхности неоднородных конструкционных материалов;

алгоритм моделирования трехмерной поверхности детали из неоднородного материала после обработки платовершинным хонингованием;

- алгоритм расчета параметров шероховатости по трехмерной модели поверхности детали;

программное обеспечение для прогнозирования параметров шероховатости позволяющего моделировать обработку плосковершинным хонингованием в т.ч. структуру и текстуру поверхности;

- способ обработки выглаживанием поверхностей, расположенных вблизи уступа обрабатываемого изделия;

- способ последовательной обработки выглаживанием цилиндрической поверхности и конической фаски;

- способ исследования процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания и система для его осуществления;

- конструкция инструмента для обработки выглаживанием поверхностей, расположенных вблизи уступа;

- конструкция устройства для обработки выглаживанием поверхностей вращения с использованием в качестве смазки остатков смазочно-охлаждающих технических средств, сохранившихся на поверхности изделия после предыдущей обработки.

Выполнение работ позволило решить задачи, поставленные в «Программе инновационного развития» (раздел «Стратегия развития ОАО «АВТОВАЗ») по глубокому реформированию, развитию и модернизации процессов для достижения показателей по качеству продукции.

от ОАО «АВТОВАЗ»:

Директор производства двигателей

А.А. Сверчков

Директор

производства двигателей Р ОАО "АВТОВАЗ"

Сверчков А.а.

от ФГБОУ ВО «Тольяттимекни государственный университет»

Научный руководитель, к.т.н Ведущий инженер Инженер

ИЛ I. Бобровский

О.О. Левицких

«УТВЕРЖДАЮ»

; управления проектирования и нового агрегата ОАО « АВ/ОВ A3»

Хра>жов О.В

АКТ внедрения результатов работы «Оптимизации трнбологнческнх свойств рабочей поверхности цнлин/фов ДВС»

Целью выполненного в рамках ХД№255151 проекта являлось решение задач, поставленных в «Программе инновационного развития» (раздел «Стратегия развития ОАО "АВТОВАЗ») по глубокому реформированию, развитию и модернизации процессов для достижения показателен по качеству продукции.

Несоответствие требованиям конструкторской документации приводит к росту уровня дефекта "повышенный расход масла" в период с 2009 по 2012 год на двигателях автомобилей Priora и Kaiina. Высокая вероятность повторения дефекта в послегарантийный период снижает лояльность потребителей и соответственно спрос. При стендовых испытаниях двигателей ОАО "АВТОВАЗ" регулярно отмечаются отказы в виде задира сопряжения зеркала цилиндров с поршневыми кольцами. Внешнее проявление отказа - увеличенный расход масла на угар. Основная причина отказа - несоответствие требованиям процента вскрытия графита на поверхности зеркала цилиндров, дополнительная причина - широкий разброс параметров шероховатости в пределах одного цилиндра, а также отсутствие методики определения оптимальной микрогеометрии и процента вскрытия графита на рабочей поверхности цилиндров двигателя и необходимых конструктивных и технологических требований в конструкторско-технологической документации.

В результате проведенной научно-исследовательской работы разработан расчетный модуль объединяющий новые математические модели имитирующие процесс финишной обработки хонингованием рабочей поверхности блока цилиндров с учетом технологической наследственности и структурой материала обрабатываемой поверхности в зависимости от параметров обработки.

Разработанный расчетный модуль состоит из нескольких подмодулей, каждый из которых выполняет определённую функцию: /. С-Модуль

Назначение: Формирование сетки распределения зерен графита на основании данных о составе и физико-химических свойствах используемого материала (показатели выбраны в соот. с ГОСТ 3443-87) 2. М-Модуль

Назначение: Включение в иррегулярную топологию поверхности частиц регулярного микрорельефа, возникающего вследствие финишной обработки. Состоит из двух математических моделей для точного формирования структуры возникающей во время обработки нлатовершинным хонингованием. 3. К-Модуль

Расчет параметров мнкрогеометрии в выбранном

их вывод в стандартных величинах

маслоемкости

Назначение: конструктором сечении

(Картах,ЯукДрк.ЯкДр - ГОСТ2789-73), а также расчет

полученной поверхности.

Разработанные математические модели, являющиеся основой модулей, защищены свидетельством о регистрации интеллектуальной собственности N° 19548 от 14 октября 2013 года, подтверждающие новизну методов выполнения работы. Применение расчетного модуля позволяет моделировать обработку хонингованием, в частности получать параметры Яа. Яг, Ишах, Ярк, Як, 11\'к, а также маслоемкость полученного микропрофиля, оценивать количество вскрытых зерен графита в зависимости от состава материала блока, а также

параметров и режимов обработки.

Разработанный расчетный модуль отличается от известных моделей тем, что позволяют формировать профиль поверхности не на основании выходных данных и требований к параметрам микрогеометрии, а с учетом всех промежуточных стадий процесса, следовательно формирующееся трехмерная модель поверхности позволяет получать новые данные о процессе хонингования. Полученные исследовательско-технологические решения позволяют при проектировании новых моделей автомобилей и при корректировки конструкторской документации по существующим моделям получить данные о влиянии технологических процессов и наследственности на эксплуатационные свойства готовой детали.

От ОАО "АВТОВАЗ"

Руководитель проекта тем НИР «Зеленый

автомобиль»

У'УТ__ Максименко В.Н.

Начальник ОПД УПиДСА

От ФГБОУ ВНО «ТГУ*

Начальник НИЛ-7, к.т.н.

Бобровский И.Н.

Мельников П.А.

Иванов А.И.

Начальник КБ Блоков цилиндров

<?"/ Нурмухаметов А.А.

Нжелев А.В.

Инженер, маг истрант

/ ^^_ Лукьянов А.А.

ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

Общие положения

1.1 Наименование и обозначение изделия

Объектом испытаний является поверхность гильзы блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

1.2 Цель испытания

Оценка качества поверхности гильзы в период гарантийной эксплуатации двигателя.

1.3 Виды испытаний и проверок

Производственные стендовые испытания двигателя в условиях максимально приближенным к условиям эксплуатации на автомобиле.

1.4 Условия предъявления

1.4.1 Заявителем для испытаний должны быть представлены:

1.4.1.1 Имеющиеся квалификационные документы на ДВС в целом и на поверхность гильзы в частности (сертификаты соответствия или технические условия на поверхность гильзы: материал, технологическое оборудование, инструмент, оснастку).

1.4.1.2 Нормативно-техническая документация на поверхность гильзы, в состав которой должны входить технологическая инструкция (технология, технические условия) и технологический процесс обработки.

1.4.1.3 Документы, подтверждающие ранее проведенные испытания поверхности гильзы (при наличии).

1.4.1.4 Технологическое изделие в состав которого входит объект испытания (двигатель внутреннего сгорания).

«УТВЕРЖДАЮ»

/^ргёктор ЙЧрекции по инженерно-

2 Oh lllll L С pL'ihl-ll-kl I II H К JElDlMflli; [HKCIIi^CIIEHI H II P'hB-L- I L Mil Ml ПС II Li Г il ICUH

2.] TpíüabaiEisn y ЫЕЕту liponaHLiii.ii jhini и [ipuBi;p<ix:

Olûdux 3 p ■ j 11 _i il il i i hî (фцщълшше ген. J I-jjiu таиип припидя-гсп н уе.зивпяь

11 p i IГ !■ Ei i ' ' I 'J Г Ei L' MI d ■ I U.i.KLi.

í Ущшшж i : i Ei L11 ->. : i >. • L i : i пос.тс игпыт nul проводится н t^pmokoiiltjeitiioH хаборотпрмн:

- TL'Hn^i'iiiypj i>:p;,:f,ah'iiiLti îjt^ùj: от +5 да +40 "'С; -oihheiuhhii шшнси. ïiy-цули: от 10 .id КО

- таны^вхвостъ | ij.TLJ: IO-^J Г МЭ.

2.2 Г р LMJ4 Z. a 111 : н у оои^уд-аьашЕго. vl/iobiibm ii первой пу при iipoBc.qcEiHH nnamml:

1.2. L ]Зос оборудование чля np^Lo.^icicn Knurueiiiëï далжыа i"Lun. act ip.ii::io ei iimltl чин^г^хпмсч1 пвдпснпв а шшрн. 2.2.2 .~1 аыратормыс кшпшв ылюлзин'-тч.-п райочиы. гнгс^крмич h ааучпа^шшашшшкшшш персмыим, .quiiymним к huiio.tiiviiiih"- тайною i:;rij нхютшнй.

j 'I |hL'liiHj::iiH ql'-miii .it il ne i и

3.] Tp^öoiuini; ¿ьлопатогти при пщгшпш) ЛДО." к ЕкзшташЕпм п 11 г11 11 'J i L.11 и 11 ]|<:мы liiiiMM

3.L.I .Iiiiii. допущенные- к- пралс.нинн"- испытаний ДВС. iivi:::nм npaimi i:Hl 1:■:i;i:+; по мр.ныгмч опшушщра ctijei.ij дчя нраьгдоимл нтыгам мя и техники о^зшисчик-лг при рдеит -сч> стшяшл. 3.L.2 Дм ииE^.-ii- чочткш быть из южно м-фи-к^нрогим на платформе.

13 ■ -> I Е. 1Я 11111 -J1 III IJ MCI .ТЛД таишмипшп fflll^EXKTOiÉ lOIKIEI.I ÜLTTb

у-гтаноп.тени в нет пииг.к-шгн :u.."]]¡t".

3.L.3 ]]ог риошты: un иг^лужпвам 11 зтк. нала чко. ю.тжыы пролечить: в

тпгтмгп 1НКЛС ОТКЛГСиКННН Г-.ЮК Г^ОШМ iiHI :Н H LOptlLa lili lí II IIS D

ишц щщшл шлангаж_

3.2 При обнаружении видимых >тсчск жидкостей необходимо остановить роботу на оборудовании.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

- производить наладку при включенном испытательном стенде. 4 С)ирсаелясмыс показателя иярактерипнкн>

4.1 Оценка параметров поверхности с помощью профндомстра С помощью профндомстра ipiic.ll можно получить профилограмму. проанализировав которую, оцениваются следующие параметры: Яа. Яг. Яц. Япп. 1*1. КЗ*. Яшах

При помощи профндограммы строится опорная кривая, или «кривая А обо та- с помощью ттой кривой измеряют следузощне характеристики: Як.

Ярк. Яу*.

Параметры должны соответствовать параметрам, указанным в таблице

Рис.1 Оценка параметров гильзы с помощью профиломстра

4.1.

Тйясшз 4.1 - Значо и i:n nipjuczpoi! н и вешни 11: от ппи. i|ilii mi и ной

ООрОЛОТГСМ IIDBCpXllOLTH П1ЛВ-1Ы ..'(liC

ПЦнмстр Hi 1 j1 il'i iri'j и ¿раче ipj. мк ч

Стандартное яанинговиние Платове pHJHHhtoi шавгоаавн

R;i 4>_К Dp6

Rz К_4> bja

ИГк

Rk 2Л

HvL 1,7 j.o

4-.2ChvBD с ломомгыо факс фильм и чс и ki i

С 11 ■."■ I 111111 ■ .иниою метода моасно i:|4-.i:ij:iniirp\-i!iii. угол ппиншвнш и качество шпп ьл и :н. Факс =лп ьч л.~ШЕ1ха про к т .sii.jsk г in собх п.i-jiikv hj iHzmDat цпп«. Способ исполыовил их: лленха ■ipu.iaB.nHBJjcrcn х мавсрхности 111.11.11,1 ¿.пока, цилиндров ш» зииоссннп ica ■iobojx.iilx'tl аиитона. Дал« выдержкмста врс^св.а^пчжн нлцжии, 1слшха удалвстса и fKKTHaipiEHJCivD отпечаток на щенки чире? онипсскпи ипрнпп.

J J I lupcicciib аоорудовашеп

,']ля зпмер? ппя ик'-рилаьэтчк.-пс и р а ченх,-1 ся нрофщограф. а-тстованныл длх праЕнгдсчЕнв ^пла^рн-в гю ГОСТ ]9Э00-Иь.

5 VldDlu ИСИ til .lllllti И pL-ЖНЫЫ НС II Ы E.I II tni

5.] Исследуемые ооъе-кты ппараметры

Двигатель HEivTpcnncru' сгорали* автошиоилп - к-тгевдв^м утс.т. ириволгшшй в лвл^чнас механизмы jaii"k>oi:.ic н ь конечном счете ■;;i'. i jH.iBh-iLiiiM iJZi 11'■ 1 1:: 1 ь двигатьсх. Двигатель bji\треппег о сч up л та. kjk привило. «НГПЖТ 111- НеСЕНЛЬЫЕХ цшдров. количество шмнндров 4UBIIC4ET от ооьска .иы:;ие.1м и от мпошх друтих. пшетрлкгерешгх особенностей

-I

щрсгати. Цилиндр l i ! i j i ji h i ■.■■ -11 ■ p л 111 ■ j h ■ i i ipyiiirati еотикч ciupy : pc une. l'iiii'ii in грпчнн школа нтетроя дигЕпш хн.тветех ночоеит^'п-мя степень сэсатня с щрнцри. Сишиш сж.мкн оЁЕатн 1ся пос-гуллгпьпым m,+:l-ii;!■:■■,i пороши вверх ir зермсшчностыо камеры (л^нн líeme но хагсны-лнио i:p:riMii;r-i hS4¿p¿ сг-чраниа >.ч, j ii,i<: :<: п недостаточно герметичюшн. то двигатель МЕач1П¥ЛЫЕН1 Есряе-i н cboilk мопшостных характеристиках. II отерп ыаппюетн Hunmii приво.игт к потере 4xi.4l.Zy j e iii iti'hhll \ xjpuxtcpikthk ивтимойпля h. kjk слслстбие. по«юх41эим pcmoie i дешгнтпжл-

с 3 .ti codi и-:- iipu'EiEiE снижения L i eue h h сзсэизя яиялся ibuiqc б ei;ipe грениэ: тльи п.ътаа цилиндра - поршневое кольцо-.

Клсоченас проблема. решен но xorapoii bikiei ио-льде мношх : и i ^ 11| .1 г. - -ути ешвмг трения п. как i il ji !■■!. нммеа б наро гжиоа -

■ Юринивои ХОЛЫ1.<].

Длх тгога нрнмсняр'есп ракитные тртаов-эшеп х поверхности ни м

lljHOLHTCB МИКрОрСЛЬеф ЧЛЯ т-экракч mjl.ij в чii KplHiefOBElOE: i ял

■ ЮБСрХНОСПЕ глль-ЧЫ I ÏO СуЩССТБуеТ ii ООрйЛЧЕаП ПрЧЮЛСМа: сслн HU. LIIUI1

будет илержпватьсх ел писком: много —то холыга их 01071 снят ь нее масло. ie oieo-öy^ct шмвдга н камеру авриш, im приведет х повингенноыу расходу 4je:u i:a угар н к друшч воиюжнъеы: khbjiiIiiidi, i.ikhcc штвв ь пци на реаспыи puботи двигателя.

4 5 в 7 3 3

Н 1

Г J 2

j

1 у

Рме 2 Схема ищр

з

Методы 1СП1Ы i j ¡i n;i i: режимы 1сшы i j ¡i ;i ii

1.] [LnuruHJ^ мы ii ИВаПТЕП

2.][р|[НОДЛаЛ rpvillin. OLVIII l'l" I h111 !i4 IIJ.ipy3.KV

3.^лсвстрмчсским uiKurji ;. г i p: 11: .■ i l: j i :■ i д ст^н.чом 43лепзяпЕЖ1ш cnrmin иршпш л нш ¡i i imcm З.Слстсма подвида iомчлзл

6.Слстсма иишлЕига шш

7.Слст¥ма подвода ОЖ

;, iifijh ILMM4 стендом 9.1 (L'I I! lOir ПОДВОД .IZ.ICI 11 C.TH ILl -p^:i>.-■ i-; pj.iV' i u гтснла:

1. Зш ГЩ> 1*Ш Н OÍD НЖ ИШ1В.

Дв1ЭГаТ|МЬ Ilpi-'Hi 'flJ-IHC.i^ I С 1П13ХНМ 11К1ШН ООарОТйЪ. Б TC4TIIICC ? L'iíh . ]|pic шш пршпво.игтся т—ffp. 3-jii ли и эчалълый моыпгт:

2. Проверка. í.JiB.icni :ч масла:

Двпгат^ль пршыгра'знвастш с пс-пклм числом ооиротов. 3 [pie з<тил1 цмншц^палифшвпвппл иннполини msn рони пасла:

3. Проверка рпулвтора шашни в ходе

Дииг a i иль иусиела 3 шм и i к л тли запуска. Паслс \ jií шно запуска читаю il- нраи labren с '—ниш ооиротшв tía копкктсм лоду: 4-. hn^es щмгжишж, первая стунел ь:

Рйлогроп начинается с осп ооиротшв п ~ ЮН) ыпк-И и крутяишн моментом 0 Им:

5. Ра-кнрсв двигпыа, вторая пуни:

Рйлогров нрслолкастсз до +HJ t с чшши оаоратив n ~ 1500 мнл-1 м хрутящпи momcietum АО Iím:

6. Ра-кнрсв дшииси, тротьп пут:

Ралогров :iрi■■ ■ i.i^>j г■ j □ .то К0п-С с числом оооротаь п. — 2150 нп-1 п хрутпiiriíM momcictíim Iím:

7. Ра-кнрсв двнглиа, ч^пшртая ступень:

а

Разогрев продолжается до 90°С с числом оборотов п - 3000 мим-1 и крутящим моментом 70 Нм:

8. Замер крутящего момента и замер расхода партерных газов (Blow by I

Крутящий момент н Blow By злмеряются при полной нагрузке двигателя п при числе оборотов п - 3000:

9. Работа двигателя а течение 200 часов.

10. Визуальный контроль двигателя:

После проведения испытания двшатель снимается со стенда, и оператор осуществляет визуальный контроль на предмет масляных и других подтеков. После тгого осуществляется разборка двигателя и производится контроль зеркала гильзы цилиндра. Рекомендованная норма расхода бензина базового иа 1 двигатель составляет 0.82 кг.

Диаграмма программы испытаний приведена на следующей странице.

Программа испытания двигателей

-1

2 О

О а.

ьт

2

*лм -Ч

1000 -=

ВЮ —.

№

п, мин Мк. Нм

т-

«уз-

КС

Тл-

=

Н «3 о 2

3

I

сх

Заданное число оборотов (мотор)

Заданное число оборотов (мотор)

Заданное число оборотов (тормоз)

20__. —-

«___ —

Заданный Мк

Холостой ход (обороты уст. контроллером)

Измеряемый Мк I

I-----

I

| Мотор на холостом ходу

Время, сек

ФУНКЦИЯ

.СТУПЕНЬ

ВРЕМ Я

число о

шшшь ¡иКШнк

ЗАПУСК

шкзш.

(ОП-СТАРТ)

50

ж

X

НРОГ

ж

-Ш0.

ж

ж

>ЕВ

ж

2Ш-

ж ж

гошявд

ж

то

т

50

¿ОД

лбзиЬЖ

Пхх_

Лхх.

ЗШШМАШ

ж

45<КШ0Р

<500*30 О

ЗШМЕНТОТУ

10.

пм»

Лш

КОНТРОЛЬ

ПЕЧАТАТЬ

Пхх

оьл.изм.

зт •

7000

7000

т

7Ш,

КРУТИЦ

1Ьг.

X

X

МОЩНОСТЬ иДь

х

200.

ЛАНПННИР МАСЛА цх/оС-ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ НА ВХОДЕ ^С ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ НА ВЫХОДЕ 'С ВЦ»УПУ_Л.-М.1Н

±

10.

150

100

ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ гот 'С Г.ИИПГЧОЬаи'Г

МЛ!11/НШ<1Ь

<95

ш.

^¡Я^ АВТОВАЗ

Омсп

Г Л' ш Ж ■ - \ •

Мъйшииоборичноэ г)ри 1Шнос)гли3и