CC BY
61
13. Загорулько, А. В. Экспериментальные исследования новых конструкций торцовых сальниковых уплотнений с гидродинамической разгрузкой пары трения [Текст] / А. В. Загорулько, С. М. Гудков // Вюник Схщноукрашського нацюнального уш-верситету iменi Володимира Даля. — 2007. — № 3. — С. 91-97.
14. Загорулько, А. В. Решение задачи упругогидродинами-ческой смазки для пары трения торцового сальникового уплотнения [Текст] / А. В. Загорулько, С. Н. Гудков // Вюник Сумського державного ушверситету. Серiя: Техшчш науки. — 2010. — № 3, Т. 1. — С. 75-82.
15. Марцинковский, В. А. Насосы атомных электростанций [Текст] / В. А. Марцинковский, П. Н. Ворона. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 256 с.
РЕСУРСШ ВИПРОбУВАННЯ ТОРЦЕВОГО САЛЬНИКОВОГО УЩШЬНЕННЯ З РЕВЕРСИВНИМИ КАНАВКАМИ
У робот представлен1 результаты ресурсних випробувань торцевого сальникового ущшьнення з реверсивними канавками на опорнш поверхш акаально-рухомо! втулки. Отримаш ре-зультати дозволяють говорити про ефектившсть ново! конструк-цц торцевого сальникового ущшьнення. Ущшьнюваний вузол може використовуватися при тисках ущшьнювано! рщини до 2 МПа, забезпечуючи мМмальш витоки 1 необхщний ресурс.
Kлючовi слова: торцеве Сальникове ущшьнення, пара тертя, реверсивш канавки, податливе дно, гщродина1шчний тиск.
Гудков Сергей Николаевич, заведующий лабораторией, кафедра общей механики и динамики машин, Сумский государственный университет, Украина, e-mail: [email protected]. Загорулько Андрей Васильевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра общей механики и динамики машин, Сумский государственный университет, Украина, e-mail: [email protected].
Гудков Сергт Миколайович, завгдувач лабораторп, кафедра загальног мехатки та динамжи машин, Сумський державний утверситет, Украгна.
Загорулько Андрт Васильович, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра загальног мехашки та динамжи машин, Сумський державний утверситет, Украгна.
Gudkov Sergii, Sumy State University, Ukraine, e-mail: [email protected]. Zahorulko Andriy, Sumy State University, Ukraine, e-mail: [email protected]
УДК 621.757 : 621.7.08 DOI: 10.15587/2312-8372.2015.37678
кузж о. А., вплив ТЕХН0Л0Г1ЧН01
Кусий Я. М., Тотльницький В. Г.
СПАДК0В0СТ1 НА ПАРАМЕТРИ НАД1ЙН0СТ1 ВИР0Б1В
Проаналiзовано проблему забезпечення надiйностi у взаемозв'язках iз життевими циклами машини та тженерп поверхм деталей. Встановлено роль технологiчног спадковостi у форму-ванм експлуатацшних характеристик та показнитв надiйностi. Вдосконалено структурну схему формування показнитв надiйностi технологiчного процесу та математичну залежтсть для визначення ймовiрностi його безв^дмовного здшснення Р(Ь). Представлено обгрунтування та аналiз отриманих результатiв, показан шляхи подальших дослгджень.
Клпчов1 слова: вирiб, надштсть, технологiя, технологiчний процес, iнженерiя поверхт, витн-чувально-змщнювальна операщя.
1. Вступ
Провщною концепщею забезпечення надшносп техтки на сучасному етат ü розвитку е системшсть, причому системи забезпечення надшносп охоплюють весь життевий цикл машини (рис. 1) вщ розроблення до експлуатаци [1].
Жнттсвии цикл машини
СтэдЫ сшфсиия мапиши
Ciaiiii (ксп.
етап конетруктореько-техиодопчно! ЕЩГ0Т0БКН виробницш
инструктор СЬК4 П1ДГОТОВКП виробнищва технологии;] шдгстовха виробнищва
etil II ВЛрООКИЦТМ
Рис. 1. Життевий цикл машини
Як свщчигь досввд експлуатаци машин, прилад1в, апарапв, показники надшносп залежать в1д характеру контактування спряжених деталей або взаемоди з рщким, газовим та шшим середовищем [2]. Багаточисельними дослщженнями встановлено, що яюсть поверхш деталей машин суттево впливае на 1х зносостшюсть, мщшсть, короз1йну спйьасть та шип експлуатащйш властивосп.
Економ1чна доцшьшсть комплексного за_ безпечення якосп деталей на в<пх стад1ях
луатацп '¿х життевого циклу зумовила необхщшсть формування робочих поверхонь ¿з задани-ми властивостями з використанням метод1в шженери поверхонь [3].
Важливе значения поверхневих шар1в у формуванш параметр1в над1йност1 вироб1в обумовлено тим, що при зовшшшх наван-таженнях на поверхш виникають потоки
дефеклв, як сприяють розвитку пошкоджень. Найефек-тивнiшими методами керування такими потоками е ство-рення в деталях функщонально-градiентних структур шляхом поверхнево-пластичного деформування (ППД), хiмiко-термiчноi, лазерно! та плазмово! обробок. При цьому пiдвищення довговiчностi досягаеться за рахунок змiни напружено-деформованого стану в локальних зонах деталей, що дозволяе ефективно керувати поверхневими дефектами, розвитком знемщнення та деструктивних процеов, матерiалу, але вимагае детального аналiзу ролi структурних параметрiв в процесах руйнування. Вщповщно до цих пiдходiв вивчення поверхневих ша-рiв необхiдно здiйснювати комплексно на вшх етапах життевого циклу деталей (рис. 2) [3, 4].
Рис. 2. ВзаЕмазв'язки етагав життЕвага циклу деталей
Особливютю надiйностi е !! зв'язок зi всiма ета-пами проектування, розроблення технологи, виробни-цтва, експлуатацп життевих циклiв машини та шженерп поверхнi деталей (рис. 1, 2), осюльки кожен з етапiв вносить свш внесок до вирiшення складного завдання створення машин необхщного рiвня надiйностi з най-меншими витратами часу i засобiв. При проектуванш, розрахунках, а також при розробленш технологГ! ме-ханiчного оброблення та складання закладаеться, при виробництвi формуеться, а при експлуатацп машини реалiзуеться !! надiйнiсть [5, 6], що е справедливим i для поверхневого шару виробу.
У быьшосл випадюв технологiчне оброблення су-проводжуеться формуванням розшяних пошкоджень за рахунок усадження матерiалу, перерозподiлу елементiв в локальних зонах, утворення залишкових напружень. Шд час пластично! деформацп, яка вщбуваеться при технологiчних обробках деталей, в локальних зонах про-
ходить перемгщення дефеклв трансляцiйного типу (дис-локацгй i дисклiнацiй), поворот окремих дглянок (ро-тацiйна складова деформацГ!), утворюються локальнг порушення суцгльностг — пошкодження (мгкропори, мгкротргщини). Поведгнка технологгчних пошкоджень, !х розвиток при експлуатацг! та змгна в цих умовах надгйностг деталей i машин вивченг недостатньо.
Слгд вгдзначити, що для матергалу деталей або !х окремих об'емгв з ргзною пластичнгстю, яка може виник-нути внаслгдок технологгчних обробок i призводить до змгни !х фгзико-механгчних властивостей, реалгзуються ргзнг механгзми деформацг!. Проходження процесгв, якг супроводжують пластичну деформацгю, залежить вгд ступеню попередньо! деформацг! заготовки деталг та !! окремих об'емгв.
Змша структуры матер1ал1в деталей в умовах зовнгшнгх на-вантажень е наслгдком склад-них процесгв, що вгдбуваються на таких ргвнях герархг!:
а) механгчному, що вгдпо-вгдае пружнгй поведгнцг матергалу;
б) дефектгв трансляцгйного типу, при якому локальнг змгни структури визначаються густи-ною та потоками дислокацгй;
в) дефектгв ротацгйного типу;
г) локального порушення суцгльностг, при якому в ма-тергалах виникають мгкропори та мгкротргщини;
д) глобального порушення суцгльностг, при якому форму-ються маггстральнг тргщини та втрачаеться фгзична сутнгсть механгчних параметргв — тензора напружень г тензора де-формацгй.
В зв'язку з цим будова ма-тергалу пгсля технологгчних методгв обробок е основним чинником, який вгдзначае кг-нетику деградацг! деталей при !х експлуатацг! та !х надгйнгсть.
Характерною особливгстю машинобудгвного вироб-ництва для забезпечення надгйностг виробгв е необхгд-нгсть опрацювання даних на всгх етапах життевого циклу виробу, причому зростання обсяггв технгчно! гнформацг! за рахунок ускладнення конструкцгй виробгв вимагае розроблення комплексних методгв г засобгв !! зберггання, систематизацг! та оперативного обмгну [7]. Тому виргшен-ня проблеми надгйностг вимагае системного пгдходу, нових концепцгй та гдей, як-от: гдея гнформацгйно! гнтеграцг! стадгй життевого циклу продукцг! (виробу), що на сучас-ному етапг розвитку машинобудування реалгзуеться впро-вадженням комплексно! системи керуванням життевим циклом виробу (машини) (Product Lifecycle Managment — PLM) гз проектуванням функцгонально-оргентованих технологгй машинобудгвного виробництва [7, 8].
1ншою характерною рисою сучасного машинобудгв-ного виробництва е жорсткг вимоги до конкуренто-спроможностг продукцг! [9], що зумовило розвиток
штегрованих iнформацiйних систем керування наукоем-ним виробництвом [7, 8]. Шдвищення вимог до надш-ностi виробiв поряд i3 збiльшенням числа параметрiв, обумовлених техтчними умовами, вимагае ретельнiшого прогнозування основних взаемозв'язюв мiж експлуа-тацшними та технологiчними параметрами виробiв, що можливе засобами паралельного iнжинiрингу — CAPE (Concurrent Art-to-Product Environment). В результат суттево зменшуеться юльюсть помилок за раху-нок використання спiльних баз даних та оперативного обмшу iнформацiею мiж фахiвцями, що суттево змен-шуе термiни виконання проекпв i пiдвищуе якiсть про-дукцп [7].
Багатошаровiсть цифровоï моделi виробу та коор-динацiйнi функцп CAPE-системи дозволяють значно скоротити цикл його створення, тдвищити технiчний рiвень проектiв, уникнути розбiжностей i помилок вна-слiдок взаемозв'язку та контрольованосп iнформацiï на всiх стадiях технолопчного проектування [8].
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Як вщзначаеться у роботах [2-9], для забезпечення надiйностi важливе значення ввдграють технологiчнi процеси: виготовлення, складання, контролю виробiв, що покликанi забезпечити високий рiвень технiчних вимог, високу продуктивтсть процесу та максимально можливе завантаження технолопчного обладнання. Однак нерщ-ко виникають протирiччя: пiдвищення продуктивносп супроводжуеться зниженням якосп, i, навпаки, вища якiсть досягаеться при нижчiй продуктивность При цьо-му мае мкце iгнорування характеристик надiйностi, яю проявляються пiд час експлуатацiï виробiв (рис. 1, 2), хоча власне основш показники надшностк безвщмов-нiсть, довговiчнiсть, ремонтопридатнiсть i збережливiсть забезпечують бажаний ресурс роботи деталей машин. Однак зв'язки мiж технологiчними процесами та екс-плуатацiйними властивостями виробiв i пов'язаними з ними показниками надшност зазвичай надскладш i важко прогнозованi (рис. 3) [5].
Встановлено, що близько 80 % Bcix дефекпв, яю ви-являються пiд час виробництва та використання виробiв, обумовленi недостатньою якiстю процесiв розроблен-ня концепцп виробу та пiдготовки його виробництва. Причиною близько 60 % вах ввдмов, що виникають пiд час гарантшного термiну виробу, е помилкова, по-спiшна та незавершена розробка, а також недотримання техшчних вимог [10].
Тому в стандарт ISO 9001:2008 зроблений акцент власне на процесний (системний) тдхщ до оргашзацп та керування роботами, штегрування уах дш (опера-цiй) за рахунок перенесення центру ваги з функцп на процес, що забезпечуе едшсть керування, вдосконалення органiзацiйноï культури [11, 12] та дозволяе ефективно впроваджувати PLM-технологп.
В загальному комплект поставлених техшчних за-вдань для покращання експлуатацшних характеристик i забезпечення показниюв надiйностi деталей та вузлiв машин при мехашчному обробленнi та складант важливе мiсце займае технологiчна спадковкть, пiд якою розу-мiють перенесення властивостей оброблюваного об'ек-ту (заготовки) ввд попереднiх операцiй до наступних, що ввдображаеться на експлуатацiйних характеристиках юнцевого виробу [3, 4, 13].
Питанням технологiчноï спадковостi в машинобуду-ваннi та механообробцi присвяченi роботи В. I. Авер-ченкова, А. М. Дальського, Е. В. Рижова, А. Г. Суслова, П. I. Ящерщина та багатьох шших науковщв.
При виготовленш заготовок методом штампуван-ня, кування, лиття температурний штервал обробки закладае певнi параметри майбутньоï деталi, причому структура та напрям пластичноï деформацп сплавiв суттево впливають на зносостiйкiсть, контактну мщшсть i експлуатацiйну надiйнiсть [13].
Дослвдженнями [14-16] встановлено, що як при виготовленш заготовок, так i при термiчнiй обробщ металiв мае мкце структурна спадковiсть, тiсно пов'язана з технолопчною. В. Д. Садовський [15] стверджуе, що структурна спадковкть, яка пов'язана iз технологiею проведення термiчноï обробки, визначае внутрiшню будову та мехашчш властивостi багатьох сталей.
Важливу роль тд час механiчного оброблення деталей вдаграе конструктивна спадковшть, що полягае у виникненнi, стшкому збереженнi та передачi вiд одше1 операцiï до iншоï конструктивних особливостей заготовок в рiзних перерiзах. Конструктивну спадковкть необхiдно враховувати не лише при розробленш технологiчних процесiв, але i на стадп проектування високоточних деталей, що дозволяе передбачати та керувати похибкою форми цих деталей [17].
Носи спадковоï шформацп — оброблюваний матерiал i поверхня деталi — активно беруть участь в технолопч-ному процесс проходячи через рiзнi операцп та переходи, випробовуючи дп технологiчних факторiв [13, 17].
У технолопчному ланцюгу iснують свого роду «бар'ери», причому деякi технолопчш фактори здолати щ «бар'ери» не можуть — в результат проявля-еться '¿х вплив на mm^i властивостi об'екту. Iншi параметри таю «бар'ери» проходять, i вони впливають на кiнцевi властивостi дуже слабо [13, 18]. Найiстотнiшi «бар'ери» проявляються на термiчних операцiях об'емного змщнення, а також на операщях, що супро-воджуються ППД i змщненням, оскiльки вони змшюють мiкроструктуру оброблюваного матерiалу мiкрогеометрiю формованоï поверхнi, призводять до викривлення деталi i спотворення форми. Пi час цих операцш такi вади поверхш, як фiзична та структурна неоднорщшсть, пори, мiкротрiщини можуть розвивати-ся або «залжовуватися». Отже, процесом технолопчно! спадковостi можна керувати, з тим, щоб особливосп будови сплавiв, яю позитивно впливають на якiсть де-талi, зберегти впродовж усього технолопчного процесу а дефекти будови, яю впливають негативно, — лжввдо-вувати на його початку [17, 19].
Проте в сучаснш лiтературi при аналiзi впливу технологiчноï спадковостi на параметри якосп юнце-вого виробу недостатньо враховуеться роль загопвель-них операцш. Структуру та властивосп заготовок слщ
Тгхнопоггащ процес Параметри яке си Експлулшшш Пшааики надшосп
(поелдоиегь операцш,_виготовлення виробу _ вла ст и вое ii виробу ___ (коефщкягнадйносп,
ршши оброблення. (точшеть обробки {знососпшють, ¡кгашшеть вщиав,
мекии контролю ; rnicrb поверхт) втошз М1цн1сть) ресурс)
Рис. 3. Схема залежносп паказнитв надшнот вщ рiвня техналаг1чиага процесу [5]
розглядати в тiсному поeднаннi iз спадковштю металу з рiдкого стану, осюльки лише 25 % властивостей ших-ти передаеться заготовцi, а 75 % формуеться пiд час заливання та затверднення при охолоджувант [16]. Технолопчш чинники, що виникають в металургшно-му процесi i при виконанш ковальсько-штампувальних i термiчних операцiй, проходять надалi увесь техноло-гiчний ланцюжок отримання виробiв i мають значний вплив на формування юнцевих характеристик оброб-лених поверхонь, а отже, на втомну мщшсть деталей i 1х зносостiйкiсть [13].
Складнiсть процесiв, при яких проявляються вста-новлеш нами рiзновиди спадковостi (рис. 4), вимагае подальшого глибокого теоретичного та експерименталь-ного вивчення фiзичного змкту даних явищ.
рис. 4. Рiзн□види спадковостей у життЕвих циклах машини та шженери поверхш
Як показують виконанi дослiдження, довговiчнiсть i надшшсть роботи деталей, вузлiв та машин загалом штотно залежать вiд технологи 1х виготовлення [3, 13].
В зв'язку iз цим, забезпечення надшносп виробiв з аналiзом впливу спадковосп загалом i технолопч-но1 спадковосп зокрема вимагае комплексного тдхо-ду, причому врахування впливу операцш отримання заготовок, поряд iз iншими «бар'ерами» сприятиме ефективному впровадженню PLM-технологiй для ра-цiонального вирiшення задач проектування, розробки, виготовлення та супроводу продукцп на вах етапах 11 життевого циклу.
3. 06'ект, мета та задач1 дослщження
Об'ект дослгдження — спадковкть матерiалiв, заготовок i технологiчних процесiв.
Мета дослгдження полягае у дослiдженнi впливу заготiвельних, промiжних, фiнiшних i виюнчувально-змiцнювальних операцш технолопчних процесiв виготовлення виробiв на забезпечення технiчних вимог, експлуатацшних характеристик i показникiв надiйностi деталей машин.
Для досягнення поставлено'! мети виршувалися наступи задачi:
1) провести огляд i аналiз лiтературних джерел сто-совно частки впливу заготiвельних, промiжних, фiнiшних i викiнчувально-змiцнювальних операцiй технолопчних процеав виготовлення виробiв на забезпечення техшч-них вимог, експлуатацiйних характеристик i показникiв надiйностi деталей машин;
2) розробити узагальнену структурну схему форму-вання показниюв надiйностi технологiчного процесу;
3) встановити математичну залежнiсть для визна-чення ймовiрностi безвiдмовного здшснення техноло-ri4Horo процесу P(t).
4. Дослщження впливу технолопчно! спадковост на формування показниюв надайност технолопчного процесу
4.1. Надшшсть технолопчного процесу. Технолопчш
процеси з позицп надiйностi характеризуются специ-фiчними особливостями, якi, з одного боку, утруднюють вирiшення ще1 задачi, а з iншоi — володшть цiлим рядом позитивних властивостей i можливостей. Зокрема, до позитивiв слiд вiднести можливiсть оптимiзацii структури технологiчного процесу та його елеменпв i володiння властивiстю саморегулювання (адаптацii) для автоматичноi або цiлеспрямованоi змiни своiх па-раметрiв з метою забезпечення необхщного рiвня надш-ностi [5].
В роботi [20] введено поняття технолопчно' надш-носп, як властивостi технологiчного обладнання та ви-робничо-технiчних систем, таких, як верстат, системи ливарного, ковальсько-пресового або шшого виробничо-технiчного обладнання або автоматичних лшш, зберегти на заданому рiвнi вихiднi параметри якостi отриманого виробу протягом необхвдного часу
Поняття «надшшсть технолопчних процеав» введено О. С. Прошковим [5]. Автор вщзначае, що значний вщ-соток ввдмов рiзних машин пов'язаний з недостатньою надiйнiстю технологiчного процесу, тому технолопчний процес повинен бути надiйним, тобто не допускати таких показниюв, яю можуть впливати на яюсть виробiв, що випускаються. Питання оцiнки надшносп технологiчних процесiв i безвiдмовностi розглядаються також у роботах А. А. Рижюна, П. В. Дубровського та шших вчених, причому тшьки з точки зору здатностi технолопчних систем, процеав та операцiй забезпечувати (протягом заданого часу) виготовлення продукцп з показниками якосп ввдповвдно до встановлених вимог.
З огляду на процесний тдхщ до оргашзацп, керу-вання роботами у стандартi ISO 9001:2008, складшсть взаeмозв'язкiв мiж параметрами технолопчних процеав i показниками надшносп виробiв доцiльно, на думку авторiв дано'! роботи, перенести показники надшносп деталей машин на показники надшносп власне процесiв 'х виробництва.
Надшшсть технолопчного процесу необхiдно до-слщжувати у взаемозв'язках мiж усiма операщями (вiд заготiвельних до фiнiшних i виюнчувально-змщнюваль-них), враховуючи технологiчну надшшсть устаткування, оргашзащю методiв контролю та роль системи верстат — пристрш — шструмент — заготовка в технологи виготовлення виробiв.
4.2. Узагальнена структурна схема формування по-казникш надшносп технолог1чного процесу. Формування вихщних параметрiв виробу в процес його виготовлення мае свою специфжу, пов'язану iз структурою технолопч-ного процесу, методами контролю, надшшстю здшснення окремих операцш i переходiв [5, 20]. Комплексне врахування «бар'ерiв» технолопчних ланцюпв виготовлення виробiв i складання машин, рацiональне впровадження PLM-технологш вимагае вдосконалення класично' схе-ми формування показниюв надшносп технологiчних процеав, запропоновано' О. С. Пронiковим [5].
J
Розглянемо схему оцiнки надiйностi технологiчного процесу, що складаеться з послiдовних операцiй — вiд заготiвельноi (0) до юнцево' (n) (рис. 5). Вщправними параметрами для здiйснення технолопчного процесу служить множина значень Y01, Y02, ..., Y0j. В результат цього технологiчного процесу зпдно технiчних вимог потрiбно забезпечити m вихiдних параметрiв Х1, Х2, ..., Хт. Ймовiрнiсть P0(t) характеризуе здшснення технологiчного процесу на загопвельнш операцп. Ймовiрнiсть P(t) (ви-хщ будь-якого з параметрiв за межi допуску протягом заданого перiоду t = Т) визначить безвiдмовнiсть даного технологiчного процесу. Формування вихiдних парамет-рiв вщбуваеться в результатi послщовного оброблення заготовки, причому для кожноi операцп, як правило, призначенi своi вихiднi параметри, якi мають бути забез-печенi в результатi виконання технолопчних переходiв даноi технологiчноi операцп.
Рис. 5. Схема формування гаказнишв надштасп техтал^нтог^ працесу
Тому кожна операщя також характеризуеться ймо-вiрнiстю Pi(t) здiйснення на нiй технолопчного процесу. Проте ймовiрнiсть безвiдмовного здшснення технолопчного процесу на всьому ланцюгу не дорiвнюе добутку вщповщних ймовiрностей Pi(t) для кожноi операцп з ог-ляду на особливост формування вихiдних параметрiв всього технолопчного процесу, як-от [5]:
1. Найвагомший вплив на формування вихщних параметрiв мають кiнцевi (фiнiшнi та виюнчувально-змiцнювальнi) операцп, а параметри, контрольоваш на промiжних операцiях, як правило, зазнають змiн i '¿х значення не вдаграе iстотноi ролi (параметри I групи, рис. 5). Виняток становлять зазвичай характеристики матерiалу, яю е вiдправними параметрами технолопчно-го процесу, але визначають у значнш мiрi i його кiнцевi властивост!
2. Бiльшiсть параметрiв фiнiшних i виюнчуваль-но-змiцнювальних операцiй безпосередньо визначають надшшсть технологiчного процесу, оскiльки саме тут вщбуваеться остаточне формування параметрiв якост1 виробiв. Саме ймовiрнiсть '¿х забезпечення в межах допуску ктотно визначить надiйнiсть всього технолопчного процесу (параметри II групи, рис. 5).
3. В той же час е i таю параметри фшшних та виюнчувально-змщнювальних операцiй, на забезпечення яких впливае характер попередшх операцш, що ви-значаються технолопчною спадковiстю. Тому частина вихiдних параметрiв (III група, рис. 5) функцюнально пов'язана з параметрами попереднiх промiжних операцiй.
Однак, тi ж фшшш та викiнчувально-змiцнювальнi операцп можуть зменшувати або повнiстю нейтралiзо-вувати вплив попередшх операцш. Фшшш технологiчнi операцп, що базуються на обробцi рiзанням характе-ризуються, як правило, хаотичшстю, нерегуляршстю мiкрорельефiв, виникненням концентраторiв напружень:
рисок, подряпин, припалiв на оброблюванш поверхнi, що негативно вiдображаеться на експлуатацшних характеристиках виробiв (зносостшкосп, втомнiй мiцностi тощо). На вщмшу вiд методiв лезового оброблення при застосуванш на викiнчувально-змiцнювальних технолопчних операцiях методiв оброблення поверхневим пластичним деформуванням зберiгаеться цiлiсть волокон металу, створюеться сприятлива форма мiкронерiвностей з бшьшою долею опорно' площi, вщсутш лущення об-роблюваноi поверхнi частинками шлiфувальних кругiв, полiрувальних паст i термiчнi дефекти. Формування регулярних мiкрорельефiв iз заданою площею загли-блень для затримання змащувального матерiалу дозво-ляе здiйснювати аналiтичний розрахунок геометричних i фiзико-механiчних параметрiв як функцш режимiв оброблення та створюе передумови для керування тех-нологiчною операцiею.
Досвiд промислового впровадження ефек-тивних енергоощадних технологш переконли-во свiдчить, що одними iз найефективнiших посеред вiдомих виюнчувально-змщнюваль-них операцiй стосовно оброблення рiзнома-нiтних деталей машин, що працюють в умовах зношування та знакозмшних навантажень, е вiбрацiйнi технологи завдяки достатньо широким технолопчним можливостям i здат-ностi якiсного змiцнювального оброблення поверхонь виробiв [2, 9, 21-23].
Зокрема, розроблений у Нацюнальному ушверситеп «Львiвська полиехшка» метод вiбрацiйно-вщцентрового змiцнення (ВВЗ) деталей форми тш обер-тання завдяки змiнно-контактнiй взаемоди змщнюваль-ного iнструменту iз оброблюваною поверхнею детал1 належить до групи методiв динамiчного змiцнення. Переваги даного методу полягають у забезпеченш високого рiвня енергп деформування, висоюй продуктивностi, простотi, надiйностi, компактностi та ушверсальносл змiцнювальних пристро'в, можливостi яюсного оброблення внутрiшнiх поверхонь нежорстких втулок. Процес змщнення ВВЗ не змшюе геометрично' форми детал1 та не вимагае спещального припуску тд оброблення. Метод ВВЗ може бути використаний для змщнення виробiв, виготовлених як iз кольорових металiв та спла-вiв, так i з рiзних марок сталей, якi тддаються де-формуванню у холодному сташ; при цьому, завдяки широкому дiапазону регулювання легко пiдiбрати опти-мальш режими змiцнювального оброблення. Особливо ефективне ВВЗ для змщнення деталей, яю тддаються в процес експлуатацп знакозмiнним циклiчним навантаженням [9].
Розглянемо кiнцевий результат формування m вихщ-них параметрiв деякого технологiчного ланцюга (рис. 5). Вважаемо, що при мехашчному обробленш заготовки для кожного з x-параметрiв визначена ймовiрнiсть Pxi його отримання в межах допуску, що враховуе належ-шсть параметра до одше' з трьох категорiй i наявшсть для частини з них промiжного контролю. В кiнцi технолопчного ланцюга для ряду параметрiв виконуеться вихщний контроль, ефективнiсть якого характеризуеться ймовiрнiстю Рк вiдбракування виробiв, параметри яких перевищують межi допуску Для неконтрольованих па-раметрiв Рк = 0, для абсолютно надшного контролю Рк =1. Контрольш операцп не володтть стовщсотко-вою гарантiею вщбракування у випадку використання
статистичних методiв контролю i з врахуванням метро-логiчноi надiйностi вимiрювальних приладiв [20].
Тому оцiнка ймовiрностi безвщмовного здiйснення технологiчного процесу опишеться формулою:
т
Р() = П[1-(( - Ро )( - Рх, )(1 - РО]. (!)
i=1
Отже, ймовiрнiсть безвiдмовного здiйснення технолопчного процесу Р(£) безпосередньо залежить вщ ймовiр-ностей виконання технологiчного процесу на загопвель-нiй операцii Р0(^), на промiжних ¿-тих операцiях Рх(£) i ймовiрностi Рк вiдбракування виробiв Р^.
Надiйнiсть технологiчного процесу пов'язана з на-дiйнiстю здiйснення окремих операцш, особливо фшш-них i викiнчувально-змiцнювальних, що залежить вiд технологiчноi надiйностi устаткування, органiзацii мето-дiв контролю, вiд рiвня розвитку та запасу надшносп даного технологiчного процесу [5].
5. Анал1з I обгрунтування результатов дослщжень методу контролю технолопчного процесу
Отримана математична залежнiсть (1) враховуе вплив структури технологiчного процесу, зокрема, загопвель-них, фiнiшних, виюнчувально-змщнювальних i конт-рольних операцiй.
При високш технологiчнiй дисциплiнi на тдприемст-вi створюються передумови для впровадження прогре-сивного методу контролю — контроль технолопчного процесу та розроблення нового методу контролю — показниюв надiйностi виробiв.
Контроль технолопчного процесу полягае в контролi не мжрогеометрп поверхнi, а технологiчного процесу, вах умов i режимiв обробки контрольованоi поверхнi [2].
В цьому випадку технолопчна спадковiсть мае важ-ливе значення, оскiльки вiд рацюнально вибраноi по-слiдовностi операцiй залежать як мiкрогеометрiя, так i фiзико-механiчнi параметри якостi поверхнi.
Метод контролю показниюв надiйностi виробiв до-зволяе прогнозувати значення показниюв надшносп залежно вщ параметрiв технологiчного процесу. Ефек-тивними передумовами для розвитку даного методу контролю повинна слугувати достатня лабораторна база для дослщницького вiдпрацювання фiнiшних i виюнчу-вально-змiцнювальних операцiй технологiчних процеав виготовлення виробiв, висока виробничо-технологiчна дисциплша та наявнiсть квалiфiкованого персоналу.
При застосуванш таких методiв контрою знижуеться вплив контрольних операцш, яю в класичнш поста-новцi задачi забезпечення надшносп виконують роль резервних елеменпв та iстотно пiдвищують надiйнiсть технолопчного процесу.
Однак введення контрольних операцш вимагае до-даткових матерiальних витрат, процес контролю мае певний рiвень надшносп та не всi параметри i не всi вироби тддаються контролю [5].
Тому при впровадженш методу контролю техноло-гiчного процесу та розробленш методу контролю показниюв надшносп виробiв можна виключити контрольш операцii, тодi формула (1) матиме вигляд:
т
^ЬЩЧ1-^)1-^)]. (2)
,=1
Отже, при високш технолопчнш дисциплiнi та впровадженш прогресивних методiв контролю ймовiрнiсть безвщмовного здiйснення технологiчного процесу P(t) безпосередньо залежить вщ ймовiрностей виконання технолопчного процесу на загопвельнш операцii Р0(О i промiжних ¿-тих операцiях Рх(), включаючи фiнiшнi i викiнчувально-змiцнювальнi.
Виюнчувально-змщнювальш технологiчнi операцii вiдiграють важливе значення у формуванш експлуата-цiйних характеристик виробiв i показникiв надiйностi. Зокрема, оброблення ВВЗ цилшдрових втулок буровоi помпи НБ32 iз дiаметрами робочоi поверхнi 0 100+0,14 мм i 0 110+0,14 мм сприяло зменшенню висотних i кро-кових параметрiв поверхневого шару (Rа, Rz, Rр, Rmax) у 1,5-5,8 разiв. Пiсля вiбрацiйно-вiдцентрового змщ-нення цилшдрових втулок середне напрацювання на вщмову Тср. пiдвищилося в 1,79 рази порiвняно з орип-нальними шлiфованими та термообробленими втулками, ^м цього економiчний ефект забезпечуеться при замш матерiалу заготовки зi сталi 70 на сталь 20.
6. Висновки та перспектива подальших дослщжень
На пiдставi проведених дослiджень можна зробити наступнi висновки.
1. Аналiз лiтературних джерел показав, що при до-слiдженнi впливу технологiчноi спадковосп на параметри якостi кiнцевого виробу необхвдно поряд iз техноло-пчними операцiями виготовлення виробiв враховувати загопвельш операцii з огляду на псний взаемозв'язок структурноi спадковостi з технолопчною.
2. Розроблено узагальнену структурну схему фор-мування показникiв надiйностi технолопчного процесу.
3. Встановлено прюритетшсть виюнчувально-змщ-нювальних операцiй, що базуються на поверхневому пластичному деформуванш, над фшшними операцiями обробки рiзанням для забезпечення бажаних експлуа-тацiйних характеристик та показниюв надшность
4. Вдосконалено математичну залежшсть для ви-значення ймовiрностi безвiдмовного здiйснення техно-логiчного процесу Р^) з огляду на сучасний стан розвитку науки та техшки.
Подальшi дослiдження у цьому напрямку — оптимiза-цiя структури технолопчних процесiв iз врахуванням технологiчноi спадковостi при рацiональному поеднаннi загопвельних, промiжних, фiнiшних i виюнчувально-змщнювальних операцiй; встановлення безпосереднiх зв'язкiв мiж експлуатацiйними характеристиками деталей i методами '¿х обробки, а також мiж показниками надiйностi та технолопчними параметрами; розроблення практичних рекомендацiй по використанню енергоощад-них технологiй, зокрема вiбрацiйних, для покращання експлуатацiйних характеристик деталей машин.
Лггература
1. Александровская, Л. Н. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем [Текст]: учебник / Л. Н. Александровская, А. П. Афанасьев, А. А. Лисов. — М.: Логос, 2001. — 208 с.
2. Шнейдер, Ю. Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом [Текст] / Ю. Г. Шнейдер. — Л.: Машиностроение, Ленинград. отд-ние, 1982. — 2-е изд., пере-раб. и доп. — 248 с.
3. Суслов, А. Г. Инженерия поверхности деталей [Текст] / Колл. авт.; под ред. А. Г. Суслов. — М.: Машиностроение, 2008. — 320 с.
4. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин [Текст] / А. Г. Суслов. — М.: Машиностроение, 2000. — 320 с.
5. Проников, А. С. Надежность машин [Текст] / А. С. Про-ников. — М.: Машиностроение, 1978. — 592 с.
6. Афтаназiв, I. С. Технолопчне забезпечення надшносп деталей машин [Текст]: конспект лекцш для студенев спещальност 7.090202 «Технолопя машинобудування» / I. С. Афтаназiв. — Львiв: ДУЛП, 1998. — 132 с.
7. Одноволик, Л. А. Шдхщ до керування базовими геомет-ричними параметрами фюзеляжу лгака в контекст PLM-тех-нолопй [Текст] / Л. А. Одноволик, Г. А. Вiрченко, А. Й. Не-зенко // 1нформацшш системи, мехашка та керування. —
2013. — Вип. 9. — С. 15-22.
8. Ступницький, В. В. Структурно-параметрична оптимiзацiя технолопчних процеав при забезпеченш експлуатацшних властивостей деталей [Текст] / В. В. Ступницький // Схщно-бвропейський журнал передових технолопй. — 2014. — № 2/3(68). — С. 9-16. — Режим доступу: \www/URL: http://journals.uran.ua/eejet/artide/view/23378
9. Кусий, Я. М. Технолопчне забезпечення фiзико-мехашч-них параметрiв поверхневих шарiв металевих довгстрних цилшдричних деталей вiбрацiйно-вiдцентровим змщнен-ням [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.08 / Я. М. Кусий. — Львiв, 2002. — 260 с.
10. Хрулиндик, Д. С. FMEA — инструмент влияния на качество процессов обслуживания производства [Текст] / Д. С. Хрулиндик, Э. А. Петровский // Современные проблемы науки и образования. — 2011. — № 6. — C. 39.
11. ISO 9001:2008. Quality management systems — Requirements (Системы менеджмента качества. Требования). — Швейцария, Женева, ИСО, 2008. — 36 с.
12. Ващенко, Н. В. Методология оценки совместимости нормативных требований отечественной и зарубежной практики при построении систем менеджмента качества [Текст]: дис. . канд. техн. наук: 05.02.23 / Н. В. Ващенко. — Москва,
2014. — 205 с.
13. Ящерицын, П. И. Технологическая наследственность в машиностроении [Текст] / П. И. Ящерицын, Э. В. Рыжов,
B. И. Аверченко. — Минск: Наука и техника, 1977. — 256 с.
14. Маркарян, Г. К. Технологическая наследственность при образовании поверхности закаленных деталей машин [Текст] / Г. К. Маркарян // Физика резания металлов. — Ереван, 1971. — Вып. 1. — С. 32-34.
15. Садовский, В. Д. Структурная наследственность в стали [Текст] / В. Д. Садовский. — М.: Металлургия, 1973. — 208 с.
16. Божидаршк, В. В. Технолопя виготовлення деталей виро-бiв [Текст]: навч. поабник / В. В. Божидаршк, Н. С. Гри-гор'ева, В. А. Шабайкович. — Луцьк: Надстир'я, 2006. — 612 с.
17. Дальский, А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин [Текст] / А. М. Дальский. — М.: Машиностроение, 1975. — 319 с.
1S. Ящерицын, П. И. Технологические основы высокоэффективных методов обработки деталей [Текст] / П. И. Ящерицын и др. — Новополоцк: ПГУ, 1996. — 136 с.
19. Васильев, А. С. Технологические основы управления качеством машин [Текст] / А. С. Васильев, А. М. Дальский,
C. А. Клименко и др. — М.: Машиностроение, 2003. — 256 с.
20. Дунин-Барковский, И. В. Вопросы технологической надежности [Текст] / под ред. И. В. Дунина-Барковского. — М.: Издательство стандартов, 1974. — 156 с.
21. Aftanaziv, I. Using vibrations for strengthening of long-sized cylindrical details [Text] / I. Aftanaziv, J. Kusyj, I.-P. Kurit-nyk // Acta Mechanica Slovaca, Kosice. — 2000. — Vol. 3. — Р. 43-46.
22. Kusyj, J. Calculations of vibratory-centrifugal strengthening treatment's dynamics by means of application software [Text] / J. Kusyj, V. Topilnitskiyy // Book of abstracts XVII Polish-Ukrainian Conference on «CAD in Machinery Design — Imple-memtation and Educational Problems». — 2009. — Р. 25-26.
23. Stotsko, Z. Research of vibratory-centrifugal strain hardening on surface quality of cylindric long-sized machine parts [Text] / Z. Stotsko, J. Kusyj, V. Topilnytskyj // Journal of Manufacturing and Industrial Engineering. — 2012. — Vol. 11, Issue 1. — P. 15-17.
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ НА ПАРАМЕТРЫ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
Проанализирована проблема обеспечения надежности во взаимосвязях с жизненными циклами машины и инженерии поверхности деталей. Установлена роль технологической наследственности в формировании эксплуатационных характеристик и показателей надежности. Усовершенствованы структурная схема формирования показателей надежности технологического процесса и математическая зависимость для определения вероятности его безотказного осуществления P(t). Представлено обоснование и анализ полученных результатов, показаны пути дальнейших исследований.
Ключевые слова: изделие, надежность, технология, технологический процесс, инженерия поверхности, отделочно-упроч-няющая операция.
Куэт Олег Анатолтович, кандидат технчних наук, доцент, кафедра прикладного MamepiaM03Haecmea та обробки матерiалiв, Нащональний утверситет «Львiвськa полтехнка», Украта, e-mail: [email protected].
Кусий Ярослав Марюянович, кандидат технчних наук, доцент, кафедра технологи машинобудування, Нащональний утверситет «Львiвськa полтехнка», Украта, e-mail: [email protected]. Тотльницький Володимир Григорович, кандидат технчних наук, доцент, кафедра проектування та експлуатацп машин, Нащональний утверситет «Львiвськa полтехнка», Украта, e-mail: [email protected].
Кузин Олег Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра прикладного материаловедения и обработки материалов, Национальный университет «Львовская политехника», Украина.
Кусый Ярослав Маркиянович, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии машиностроения, Национальный университет «Львовская политехника», Украина. Топильницкий Владимир Григорьевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра проектирования и эксплуатации машин, Национальный университет «Львовская политехника», Украина.
Kuzin Oleg, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected].
Kusyj Jaroslav, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected].
Topilnytskyj Vladimir, National University «Lviv Polytechnic», Ukraine, e-mail: [email protected]
