Воздействие внешней среды на эксплуатационные свойства поверхностей деталей Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

4. Программа автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей с помощью непараметрических критериев / Е. А. Филимонова, В. А. Валетов. Рег. № 2011613843. 18.05.2011.

Вячеслав Алексеевич Валетов Елена Алексеевна Филимонова

Рекомендована кафедрой технологии приборостроения

Сведения об авторах д-р техн. наук, профессор; Университет ИТМО, кафедра технологии приборостроения, Санкт-Петербург; E-mail: valetov.v@mail.ru Университет ИТМО, кафедра технологии приборостроения, Санкт-Петербург; инженер-исследователь; E-mail: chiffa44@gmail.com

Поступила в редакцию 09.04.14 г.

УДК 621.81.004.17: 620.191.355.001.5

Д. Б. Леонов, А. Ю. Иванов

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

С использованием непараметрических критериев оценки и контроля шероховатости поверхностей проведено исследование эксплуатационных свойств (коррозионной стойкости и адгезии лакокрасочных покрытий) поверхности.

Ключевые слова: шероховатость поверхности, непараметрические критерии, коррозионная стойкость, адгезия.

Введение. Ко многим деталям машин предъявляются высокие требования по хранению и эксплуатации в разных климатических условиях. В связи с этим поверхности деталей необходимо надежно изолировать от воздействия агрессивных сред, которое может привести к возникновению коррозии и к ухудшению качества деталей (снижению надежности и долговечности). Необходимость обеспечения коррозионной защиты обусловливает целесообразность исследования качества поверхностного слоя деталей.

Получаемый нерегулярный профиль поверхности в основном содержит случайную составляющую (вследствие влияния множества факторов в процессе формирования шероховатости поверхности), которая не позволяет проводить полную оценку микрогеометрии поверхности с использованием всего лишь одного числового параметра. Обоснованное таким образом допущение, согласно которому шероховатость поверхности — реализация случайного поля, доказывает целесообразность применения так называемого непараметрического метода [1—3] для оценки шероховатости. В основе этого метода лежит использование в качестве критериев графических изображений различных функций — функции распределения и плотности распределения ординат профиля и тангенсов углов наклона профиля.

Исследуемый образец и постановка эксперимента. В качестве объекта исследования был использован стальной корпус детали типа „труба", технологический процесс получения которой включает обработку точением, проводимую при разных режимах резания.

С целью выявления влияния шероховатости поверхности на ее функциональные свойства (коррозионную стойкость и адгезию лакокрасочного покрытия) был проведен эксперимент:

—из материала Сталь 40 были изготовлены одинакового размера образцы (три группы по 10 штук), но с разной шероховатостью поверхности. Различная шероховатость достигалась использованием разных режимов технологической обработки;

— с поверхности всех образцов были сняты данные о шероховатости, после обработки которых были получены стандартные параметры шероховатости и их оценки на основе непараметрических критериев;

— все образцы были подвергнуты одинаковому функциональному воздействию с фиксированием полученных результатов;

— для каждого функционального свойства поверхности был проведен процесс оптимизации, построенный в соответствии с теорией планирования эксперимента;

— были получены эталонные шероховатости поверхности, контроль которых было предложено проводить с использованием непараметрических критериев.

Результаты и методы исследования

Коррозионная стойкость. Образцы (по 5 из каждой группы) погружались в 3 %-ный раствор на 10 мин с последующей просушкой. Затем проводилась оценка состояния поверхности образцов согласно ГОСТ 9.908-85 [4], путем замера площади каждого пятна предполагаемой коррозии.

После трех циклов погружения и просушки были получены следующие результаты для образцов:

— 1-я группа — пятна занимали 5,5 % от исследуемой поверхности;

— 2-я — 2,8;

— 3-я — 0,5 %;

Чтобы установить факт коррозии, на образцы наносили специальный раствор [4]. При наличии коррозии исследуемое место меняло цвет с розового на красный. При отсутствии коррозии цвет не менялся.

Адгезия лакокрасочного покрытия. Исследовались оставшиеся 15 образцов. Согласно требованиям по формированию адгезионного контакта между пленкой краски и подложкой [5], поверхность образцов перед нанесением покрытия была обезжирена и промыта. На внешнюю поверхность образцов был нанесен эмалевый лак комбинированный карбамидный.

После нанесения покрытия согласно ГОСТ 15140-78 [6] проверка качества адгезии проводилась с использованием метода решетчатых надрезов исследуемой поверхности образца (рис. 1; 1-я группа — 3 балла, 2-я — 4, 3-я — 2).

а) б) в)

Рис. 1

Полученные результаты позволили продолжить исследование влияния шероховатости на функциональные свойства поверхности.

Анализ полученных результатов. На этом этапе была использована теория планирования эксперимента [7]. Оптимизация проводилась путем определения наилучшего уровня функционального воздействия на поверхность детали, изготовленной из Стали 40 (параметры оптимизации) при различных режимах обработки поверхности образцов (факторы оптимизации).

Проведенный статистический расчет позволил получить:

— адекватные (по критерию Фишера) математические модели процесса, описывающие связь между параметрами и факторами оптимизации: математическая модель для степени поражения поверхности коррозией О = 1,55 +1,018 + 0,45? + 0,488? + 0,29 V + 0,258^ (8 — подача; V — скорость резания; ? — глубина резания) математическая модель для степени адгезии: А = 3,375 + 0,758 - 0,75V + 0,375?;

— технологические режимы обработки, при которых обеспечиваются наилучшие уровни функционального воздействия: обеспечение наименьшей степени поражения поверхности детали коррозией: 8 = 0,9 мм/об, V = 175 м/мин, ? = 0,65 мм; обеспечение наименьшей степени адгезии лакокрасочного покрытия: 8 = 1,3 мм/об, V = 180 м/мин, ? = 0,70 мм;

— наилучшую для конкретных производственных условий (эталонную) шероховатость, обеспечивающую требуемые функциональные свойства поверхности детали. На рис. 2 приведены эталонные графики „Плотность распределения ординат профиля" с допуском на возможные отклонения для шероховатости поверхности стальных деталей, обеспечивающих: а — наилучшую коррозионную стойкость, б — наилучшую адгезию лакокрасочного покрытия.

Рис. 2

Заключение. Проведенное исследование позволило выявить зависимость коррозионной стойкости и адгезии детали из материала Сталь 40 от шероховатости поверхности. Так как приведенные графики (для одной и той же поверхности — рис. 2, а б) отличаются друг от друга, было предложено определить приоритетное из этих двух свойств применительно к данной детали и использовать его в качестве эталона. В рассматриваемом случае приоритетным свойством поверхности была определена адгезия лакокрасочного покрытия как наиболее надежный критерий антикоррозийной защиты поверхности стальной детали.

В качестве эталона для эксперимента был выбран график на рис. 2, б. Исследовалась коррозионная стойкость образцов на режимах, обеспечивающих получение шероховатости поверхности по описанной в статье методике. Результаты исследований показали снижение коррозионной стойкости на 23 % по сравнению с наилучшими результатами. Такие результа-

ты приемлемы, так как хорошее сцепление лакокрасочного покрытия с поверхностью детали из Стали 40 обеспечивает требуемую защиту от коррозии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мусалимов В. М., Валетов В. А. Динамика фрикционного взаимодействия. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. 191 с.

2. Ivanov A. Y., Leonov D. B. Methodology for optimization, evaluation and control of products surface roughness // J. of the Technical University. Sofia: Fundamental Sciences and Applications. 2012. Vol. 17. P. 19—23.

3. Иванов А. Ю., Леонов Д. Б. Технологические методы обеспечения качества изделия // Науч.-техн. вестн. СПбГУ ИТМО. 2011. № 5 (75). С. 111—113.

4. ГОСТ 9.908-85. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.

5. Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Химия, 1977. 351 с.

6. ГОСТ 15140-78. Материалы лакокрасочные методы определения адгезии.

7. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов, РДМУ 109-77. М.: Изд-во стандартов, 1978. 48 с.

Сведения об авторах

Димилян Божидаров Леонов — аспирант; Университет ИТМО, кафедра технологии приборостроения,

Санкт-Петербург; E-mail: dimilqn@mail.ru Андрей Юрьевич Иванов — канд. техн. наук, доцент; Университет ИТМО, кафедра технологии приборостроения, Санкт-Петербург; E-mail: ivaanur72@mail.ru

Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию

технологии приборостроения 09.04.14 г.