CC BY
4
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ТВОРЧЕСКОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО
52 Разработка методов постоянного конструирования машин (развивающихся машин) и производственных систем, в которых непосредственно применяются правила самоорганизующегося производства (способ производства с применением самоорганизующихся машин и материалов).
Приложение 2
Анкета участника опроса
1 Ф.И.О.
2 Год рождения
3 Страна
4 Организация
5 Должность
6 Ученая степень
7 Ученое звание
8 Почетные звания
_ Приложение 3
Актуальные события, включенные респондентом
№ Актуальное событие Предполагаемые год и государство, где впервые будет реализована проблема
п/п Государство мира Государство Европы Российская Федерация
Объединение усилий дчёнык академических НИИ и ВУЗов позволит значительно ускорить решение конкретных проблем
Н. А. МАХУТОВ, член-корр. РАН, доктор техн. наук, И МАШ РАН, г. Москва, А. Г. СУСЛОВ, профессор, доктор техн. наук, БГТУ, г. Брянск
Изложено новое направление по одноступенчатому обеспечению эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений, которым совместно занимаются ученые БГТУ и ИМАШ РАН
Основными показателями качества изделий энергети- пов для новых изделий являются конструкторская и техно-ческого и транспортного машиностроения являются их бе- логическая подготовка производства, зопасность, надежность и ресурс, которые должны обес- Как известно, в настоящее время, конструктор, исходя печиваться на всех этапах жизненного цикла от проекти- из функционального назначения деталей, определяет их рования до утилизации. Наиболее важными из этих эта- материал, назначает точность размеров, качество поверх-
8 № 4 (25| 2004
ТВОРЧЕСКОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ностей (чаще всего это высотные параметры шероховатости Ra или Rz) и другие технические требования. Технолог разрабатывает технологический процесс, обеспечивающий выполнение всех этих требований с наименьшей технологической себестоимостью. Эта разорванность, т.е. двухступенчатое решение проблемы привела к тому, что конструктор зачастую закладывает в технические требования на детали, неоптимальные показатели, в частности по точности и качеству рабочих поверхностей, с технологических позиций. Это приводит к необходимости введения дополнительных технологических спераций, что естественно повышает технологическую себестоимость изделий. Кроме тоге, зачастую конструктор при проектировании не учитывает возможности новых технологий в повышении надежности и ресурса изделий машиностроения. Причем при проектировании на ЭВМ конструктор использует одни программные языки, а технологи другие. Все это убедительно показывает на необходимость одноступенчатого объединенного решения проблемы обеспечения безопасности, надежности и ресурса новых изделий на стадии констэук-торско-техологической подготовки производства на базе CALS - технологий.
Оссзнавая необходимость ускоренного решения этой проблемы, для обеспечения конкурентоспособности российских изделий ИМАШ РАН и БГТУ составили программу совместных НИР по решению этой проблемы применитель-
1-х 7егнол&ппескал операция
i > -
п-л технологическая опврацгл
Рис. 1.
Структурная схема воздействия различных факторов на заготовку при обработке и на готовую деталь при эксплуатации
но к новым изделиям энергетического и транспортного машиностроения. Основой этих НИР является установление прямой взаимосвязи эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений (усталостней прочности, коррозионной стойкости, износостойкости, герметичности и др.), определяющих безопасность, надежность, и ресурс изделий с технологией их изготовления. Эти результаты могут быть получены теоретически или экспериментально.
Теоретически эта проблема может быть рассмотрена на основе единства процессов силового, температурного и других воздействий на деталь как при изготовлении, так и эксплуатации (Рис.1) или путем подстановки уравнений взаимосвязи параметров качества поверхностей с условиями обработки в уравнения эксплуатационных свойств.
В приведённой схеме воздействующими факторами являются:
1 - геометрия рабочей части инструмента и кинематика ее перемещений относительно обрабатываемой поверхности;
2 - контактное давление и сила (статическая и динамическая), воздействующие на обрабатываемую заготовку;
3 - температура в зоне обработки;
4 - химические явления на обрабатываемой поверхности;
5 - геометрия и кинематика перемещений сопрягаемой детали при сборке и эксплуатации;
6 - контактные давления и нагрузки (статические и динамические), дейсшующие на деюль;
7 - температура, воздействующая на деталь при сборке и эксплуатации;
8 - химические явления на рабочей поверхности детали при сборке и эксплуатации.
Все эти факторы определяются:
1.1. - формой и размерами рабочей час~и инструмента;
1.2. - макроотклонением, волнистостью и шероховатостью рабочих поверхностей и инструмента;
1.3. - скоростями и подачами взаимного перемещения заготовки и инстэумента.
2.1. - геометрией рабочей части инструмента;
2.2. - силой и жесткостью технологической системы;
2.3. - временем воздействия.
3.1. - величиной снимаемого или пластически деформируемого поверхностного слоя;
3.2. - СОТС;
3.3. - временем воздействия температуры.
4.1. - материалом рабочей части инструмента;
4.2. - СОТС;
4.3 - величиной снимаемого слоя или пластически деформируемого поверхностного слоя;
4.4 - временем протекания химического процесса при обработке;
5.1 - формой и размерами сопрягаемой поверхности;
5.2 - макроотклонением, волнистостью и шероховатостью сопрягаемой поверхности;
5.3 - кинематикой и скоростью взаимного перемещения сопрягаемых поверхностей;
6.1 - формой и размерами сопрягаемой поверхности;
6.2 - макроотклонением, волнистостью и шероховатостью сопрягаемой поверхности;
6.3 - рабочей нагрузкой на деталь при эксплуатации;
7.1 - температурой окружающей среды в процессе сборки и эксплуатации;
7.2 - промежуточной средой (смазкой);
7.3 - рабочими нагрузками;
№ 4
2004
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ТВОРЧЕСКОЕ СОТРУДНИЧЕСТВА
8.1 - физико-механическими свойствами поверхностного слоя сопрягаемой детали;
8.2 - промежуточной средой (смазкой);
8.3 - температурой окружающей среды;
8.4 - временем контактного взаимодействия.
Что касается экспериментальных исследований, то анализ показывает, что их результаты могут отличаться для одних и тех же условий обработки и эксплуатационных свойств в несколько раз (Рис.2).
Для стали 40Х
З.М. Левина Д.Н. Рсшстов
таких АСНИ контактной жесткости.
Проведенные исследования с использованием это АСНИ позволили достаточно быстро установить возмон ности методов обработки в обеспечении нормальной кон такт-юй жесткости (табл.1) V получить эмпирические ураЕ нения взаимосвязи контактной жесткости непосредствек но с условиями обработки.
Эмпирические уравнения взаимосвязи контактной же сткости с условиями обработки наружных поверхносте
вращения имеют следующи характер:
Н.Б. Демкин
Чистовое наружное точение: 1) с учетом только шерохова тости
j, =0,004
, fla/MKvi (1
L =0,35
, Па/мкм
2) с учетом шероховатости 1 волнистости:
=0,0004-
Па/мкм (3
, Па/мкм (4
Чч< 50 кг/см2 Чч< 100 кг/см3 й»=0* <0=90*
- первичные нагружения
- вторичные нагружения (3-10)
Рис.2. Значения коэффициента средней контактной жесткости, полученные различными авторами для одних и тех хе условий обработки исследуемых поверхностей образцов из стали 40Х
Данные уравнения адек ватно описывают взаимосвязи при ф = 45°, ф? = 45°, f = 1 мм г0 = 1 мм, s = t = 0,1 ...0,4 мм/об V = 80...180 м/мин, НВ= 105...290.
Методы обработки
j\ (Па/мкм)
ja (Па/мкм)
Точение:
- черновое
- получистовое
- чистовое
0,24-19,74 1,79-35,38 4,41-41,6
0,43-41,1
4,98-63,18
17,18-78,51
Это объясняется различием методик и методов экспериментальных исследований. Что убедительно говорит о необходимости нормализации экспериментальных методов исследований различных оксплуатационных свойств.
Для ускорения экспериментальных исследований и повышения их достоверности необходимо создание автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) на все нормализованные методы испытаний. Практика показывает, что такие АСНИ в десятки раз повышают производительность экспериментальных исследований, их обработку и систематизацию [1]. Так на рис.3 приведена одна из
Круглое чистовое шлифование: 3) с учетом только шероховатости
нв0,37
Ji=11'4 S0.18Z0.24 » Па/мкм (5)
НВ0,35
Jn = 23,7 0Л7 , Па/мкм (6)
Таблица
Возможности методов обработки в обеспечении нормальной контактной жесткости
наружных цилиндрических поверхностей при первом нагружении - и повторных нагружениях - ]п
Рис. 3. Общий вид автоматизированной системы для определения контактной жесткости
Круглое шлифование:
- черновое
- получистовое
- чистовое Алмазное выглаживание Обкатывание шариком
17,35-51,91 22,4-57,37 33,73-65,89 24,9-150,2 7,2-160
42,35-103,55 59,73-122,91 137,94 31,2-185,6 15,1-160,2
Ю №4 (25) 2004
УПРОЧНЯЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
4) с учетом шероховатости и волнистости:
j,=7J8
HB
0,41
0,3ñ 0,32 s z
Jn =18,4
HB
ом
0,27 0,19 S z
, Па/мкм
Па/мкм
(7)
(8)
Эти зависимости адекватны при s = (0,2...0,3)ßt z = 10...25, Н = 105...290, t = 0,005 мм, V = 30...35 сек.
Полученные результаты убедительно подтверждают правильность выбранного направления совместных НИР ИМАШ РАН и БГТУ.
Литература
1. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000, 318 с.
Особенности формирования твердосплавных покрытий в процессах жидкпфазнпго спекания
В. Г. БУРОВ, профессор, канд. техн. наук, НГТУ, А. А. БАТАЕВ, профессор, доктор техн. наук, НГТУ,
а. Новосибирск
Для обеспечения работоспособности изделий, наряду с макрогеометрией поверхностей, определяющей характеристики точности, важна толщина и равномерность поверхностного слоя, который отличается от основного материала изделия своими физико-механическими свойствами. Особенно это важно при использовании технологий формирования упрочняющих покрытий. Проведены исследования технологии формирования покрытий из металгоке-рамических твердых сплавов на сталях жидкофазным спеканием твердосплавных вольфрамокобальтовых порошковых смесей. Спекание в присутствии жидкой фазы сопровождается высокой диффузионной подвижностью химических элементов на поверхности раздела, что приводит к растворению упрочняющего компонента покрытия или образованию химических соединений, отрицательно влияющих на структуру и механические свойства сформированного поверхностного споя
Экспериментальные исследования проводились на образцах из технического железа, инструментальных и конструкционных сталей, а также на образцах из этих же сталей после борирования. На стальные пластины наносилась порошковая смесь ВК6 или ВК8. В качестве средств доставки частиц порошковой смеси на покрываемую поверхность использовали шликерное литье и электрофоре-тическое осаждение. Спекание осадка проводилось в вакуумной печи при температуре появления жидкой фазы. Скорость нагрева изменилась ш 0,05 до 4пС/с, время выдержки при температуре спекания изменялось от 5 до 1200 с, скорость охлаждения - от 0,08 до 0,6°С/с. Максимальные скорости нагрева и охлаждения ограничивались инерционностью печи. Появление жидкой фазы контролировалось через смотровое окно печи визуально,, по появлению зеркального отражения от поверхности.
Увеличение температуры во время спекания твердосплавной порошковой смеси на углеродистых сталях сопровождается, начиная с 1150°С, попеременным появлением и исчезновением локальных пятен жидкой фазы. При достижении температуры 1300...1310°С жидкая фаза существует стабильно, ее количество становится за доли секунд столь большим, что на поверхности остывших образцов наблюдаются локальные проплавы глубиной большей, чем исходная толщина слоя порошковой смеси. Исследование структуры и свойств спеченного слоя по всему погеречному сечению свидетельствуют о полном исчез-
новении карбидов вольфрама при толщинах спекаемой смеси до 200 мкм. Сравнение полученных структур с результатами исследований авторов работы [1], позволяют сделать предположение, что одной из причин растворения частиц \Л/С является взаимодействие Ре - УУС с образованием сложной эвтектики «А+(Ре,Щ6С». Микротвердость такой поверхности составляет -6600 МПа. Увеличение скорости нагрева до 1°С/с и уменьшение времени выдержки в жидком состоянии до нескольких секунд не позволило получить покрытие, содержащее карбиды вольфрама. Эксперименты по спеканию твердосплавной смеси между стальными пластинами позволили исключить стекание покрытия, однако в его структуре также не обнаружены частицы карбида вольфрама (рис. 1).
Рис. 1.
Поперечный шлиф многослойной композиции «сталь 111X15-шликерный осадок из порошковой
смеси WC-Co(3K8)» (толщина пластин - 2 мм; количество пластин - 2; толщина шликера - 50 мкм)
Использование в качестве основного материала высоколегированных сталей PGM0, Р18, 20Х23Н18 позволяет сформировать на поверхности слой, имеющий свойства твердого сплава при толщине спекаемого порошкового слоя не менее 0,5 мм и минимизации времени присутствия жидкой фазы. При увеличении толщины более 1 мм не удается удержать на поверхности образовавшуюся композицию с жидкой фазой. Увеличение времени спекания приводит к резкому уменьшению количества карбида вольфрама и снижению физико-механических свойств поверхностного слоя.
Проведена серия экспериментов по определению возможной толщины зоны взаимодействия компонентов твердосплавной смеси со стальной подложкой во время жидкофазного спекания. Твердосплавная порошковая смесь заполнялась в стакан из стали У8 (это исключало возможность вытекания образовавшейся жидкой фазы) и после ее уплотнёния подвергалась спеканию в вакуумной печи. Многократное повторение эксперимента при време-
№ 4 (25) 200^Ц 11
