Технологічні основи управління якістю поверхневих шарів при виготовленні та ремонті деталей

Проведені дослідження дозволили рекомендувати для підвищення якісних параметрів електроерозійно легованих поверхневих шарів найбільш раціональні питомі зусилля деформації (табл. 7).

Таблиця 5 Досліджувані м'які та комбіновані ЕЕЛ покриття

Таблиця 6 Результати розрахунку геометричних і деформаційних параметрів осередку деформації поверхневого шару зразків з м'якими і КЕП, підданими ППД

Таблиця 7 Рекомендовані питомі зусилля деформації при ППД

У шостому розділі на підставі проведених досліджень розроблені комбіновані технологічні процеси, що дозволяють забезпечити підвищення якості поверхневих шарів деталей та інструмента. З метою застосування електроерозійних покрить для зміцнення і ремонту шийок роторів насосів і компресорів, що працюють у парі з бабітовими підшипниками, проводилися випробування круглих зразків зі сталі 40ХН. Покриття зразків піддавалися ППД. Зносостійкість покрить визначалася на машині тертя СМЦ-2 за схемою диск - колодка. Як матеріал контртіла використовувався бабіт Б-83. Найкращою зносостійкістю володіють зразки зі сталі 40ХН, зміцнені за комбінованою технологією ЕЕЛ ВК8 + ОК + ЕЕЛ Сu + ЕЕЛ ВК8 + ОК.

На прикладі даної пари тертя розроблена методика визначення констант рівняння зносу. У табл. 8 наводяться зведені дані енергій активації вагового і лінійного зносів, відповідно Е_m і Е_h, а також величини вагового і лінійного зносів насичення, відповідно m _н і h _н. Крім того, у табл. 8 наводяться дані щільності поверхневих шарів.

Таблиця 8 Зведені дані констант рівняння зносу при стиранні зразків із сталі 40ХН по бабіті Б-83

Використовуючи розроблену методику, можна визначити константи рівняння зносу, отже, і знос для будь-яких матеріалів пар тертя.

З метою дослідження зносостійкості важконавантажених в умовах експлуатації деталей випробувалися зразки зі сталі 40Х, термоопрацьовані на твердість НRС 30 - 35 і зміцнені комбінованими технологіями ЕЕЛ і ППД, а також ЕЕЛ та ІА. Випробування проводили на машині тертя СМЦ-2 за схемою кільце - плоский зразок, що служив контртілом. У якості контртіла використовувався прямокутний зразок із твердого сплаву ВК8 із шорсткістю робочої поверхні Rа = 1,6 мкм. Випробування проводилися в умовах, коли нижня частина круглого зразка знаходилася у ванночці з індустріальною олією І40А.

Для даної пари тертя (сталь 40Х і твердий сплав ВК8) найбільш ефективними режимами зміцнення, з погляду підвищення їхньої зносостійкості, є ЕЕЛ хромом з наступним ППД алмазним вигладжуванням. ІА, застосовуване як у попередній, так і в заключній операціях, не робить істотного впливу на зносостійкість одношарових електроерозійних покрить, що піддаються наступному ППД, при випробуваннях протягом 8г, однак, безсумнівно, воно необхідне при більш тривалій роботі, тому що збільшує глибину зміцненого шару.

Зносостійкість КЕП з наступним ІА навіть без додаткової обробки ППД у 1,3 рази нижча, ніж у покрить, сформованих комбінованою технологією ЕЕЛ + ППД, і в 8,5 рази, - чим без зміцнення.

Для відпрацьовування технології нанесення КЕП і перевірки їхньої зносостійкості при торцевому терті використовувалися зразки зі сталі 45 з покриттями з твердих зносостійких і м'яких антифрикційних матеріалів, які наносилися у різній послідовності. У якості контртіла використовувався фторопласт 4К-20. Кращі результати по зносостійкості отримані на зразках з КЕП Cu + BK8 і складають 0,8 мкм після 320 хв іспитів, що відповідає шляху тертя в 20000 м . Знос КЕП з технологічним підшаром з індію й основного покриття з титана, хрому, твердого сплаву ВК8 і вольфраму при іспиті протягом такого ж часу складає, відповідно, 2,4; 2,3; 2,2; 1,2 мкм. Для даної пари тертя визначені константи рівняння зносу ( табл. 9).

Таблиця 9 Константа зносу Е_А і лінійного зносу насичення h _н при

торцевому терті сталі 45 з КЕП по фторопласту 4К - 20

Натурні дослідження зразків торцевих ущільнень з КЕП при 5000 про/хв і розгінний тиск Р_р = 0,5 МПа показали, що їхня зносостійкість у 20 разів вища, ніж без покрить.

У результаті робіт, спрямованих на створення нового класу економічних і надійних ущільнень роторів, зокрема, турбонасосних агрегатів рідинних ракетних двигунів (ТНА РРД): проведені необхідні технологічні і матеріалознавчі дослідження з вибору матеріалів і КЕП ущільнювальних кілець, що допомогло вперше створити імпульсні ущільнення з металевою манжетою для роботи при високих режимних параметрах у криогенних середовищах; уперше виконані експериментальні дослідження з вибору покрить імпульсних ущільнень, призначених для роботи в середовищі рідкого кисню, що підтвердили пожежобезпечність і високу працездатність цього типу ущільнення; уперше виконані комплексні експериментальні дослідження одного вузла імпульсного ущільнення в середовищах з різними теплофізичними властивостями (вода, рідкі кисень і азот) у широкому діапазоні режимних параметрів (n = 8400 - 22700 про/хв, р = 0,8 - 12,2 МПа), що підтвердили високу працездатність ущільнення в цих умовах.

Для захисту робочих коліс відцентрових компресорів від газоабразивного зносу рекомендується на місця, що піддаються зносу, наносити покриття методом ЕЕЛ. При цьому необхідно застосовувати електроди, матеріал яких складається з твердосплавної суміші ВК6 і суміші 1М. У цьому випадку зносостійкість сформованих покрить у 3,5 рази вища, ніж без покриття, і, відповідно, у 1,9; 1,5 і 1,7 разів вища, ніж у покрить, отриманих електродами з твердих сплавів ВК6; Т15К6 і сплаву 1М.

Дослідження зносостійкості металорізального інструмента з різними покриттями показали, що з метою збільшення його стійкості доцільно як матеріал електрода на установках з ручним вібратором застосовувати нові зносостійкі матеріали типу СТІМ-3В і 90% ВК6 + 10% 1М, а на механізованих установках типу “Елфа” зміцнення робити пучком електродів із твердого сплаву, молібдену і графіту ЕГ-4.

Розроблені комбіновані технології ЕЕЛ впроваджені в різних галузях народного господарства.

Висновки

1. На основі виконаних досліджень розроблена методологія управління якістю поверхневих шарів найбільш відповідальних деталей при виготовленні і ремонті машин, за рахунок чого забезпечуються необхідні параметри якості найбільш економними засобами.

2. Аналіз існуючих технологій підвищення якості поверхневих шарів деталей машин і інструментів показав, що процес електроерозійного легування є найбільш перспективним для використання в комбінації з іншими технологіями для керування структурою і параметрами найбільш відповідальних елементів машин.

3. Виявлено залежності якісних характеристик поверхневих шарів, отриманих ЕЕЛ, від технологічних параметрів процесу при легуванні твердими зносостійкими, м'якими антифрикційними матеріалами і при нанесенні КЕП, що дозволило виробити загальні підходи при виборі технології керування якістю цих шарів, установленні структури технологічного впливу.

4. На підставі експериментальних досліджень запропоновані математичні моделі (рівняння масопереносу і рівняння прогнозування шорсткості і мікротвердості поверхневого шару), що дозволяють по енергетичних параметрах визначати основні показники якості сформованого шару: приріст ваги, приріст, шорсткість і мікротвердість і, отже, установлювати структуру подальшого технологічного впливу для забезпечення необхідної якості.

5. На підставі аналізу напружено-деформованого стану поверхневих шарів, що піддаються ЕЕЛ з наступним ППД, і існуючої методики визначення геометричних і деформаційних параметрів осередку деформації для однорідних тіл розроблена загальна методика розрахунку цих параметрів для шарів з будь-якою структурою, яка виникає в результаті ЕЕЛ, що дозволяє в широких межах керувати якістю поверхневого шару відповідальних деталей.

6. Експериментально встановлено, що ППД покрить з м'яких антифрикційних матеріалів і КЕП поряд зі зниженням шорсткості поверхні призводить до збільшення мікротвердості для м'яких покрить у “білому” шарі і перехідній зоні, для твердих - у перехідній зоні; змінює розтягуючі напруги, утворені ЕЕЛ, на стискаючі; підвищує межу витривалості зразків з КЕП на 20% у порівнянні зі зразками без покрить. Запропоновано раціональні питомі зусилля деформування в залежності від мікротвердості зміцнюваної ділянки.

7. Визначено, що ІА, проведене після ЕЕЛ, істотно (з 10 - 25 до 70 - 120 мкм) збільшує глибину активних шарів - зону підвищеної твердості. Краща якість поверхневих шарів відзначається при ІА квазібагатошарових КЕП складу ВК8 + Сu + ВК8, при цьому шорсткість поверхні шару Rа = 0,6 мкм, суцільність - 100%, глибина - до 120 мкм, мікротвердість, плавно знижуючись в міру поглиблення, досягає на поверхні 9500 МПа.

8. Установлено критерії оцінки альтернативних варіантів комбінованих технологій ЕЕЛ і вибору найбільш раціонального. Запропонована фізично обґрунтована математична модель процесу зносу поверхонь (рівняння зносу) при терті, що дозволяє по роботі тертя визначати лінійний і ваговий знос поверхні. Розроблено методику визначення нової фізичної величини - константи зносу (енергії активації процесу зносу) для різних матеріалів пар тертя, а також констант рівняння зносу - вагового і лінійного зносу насичення. Усе це дозволяє прогнозувати найбільш достовірний вибір необхідної технології підвищення якості поверхневого шару виробів.

9. Розроблені методики лабораторних і промислових досліджень комбінованих технологій ЕЕЛ дозволили створити апарат моделювання їхньої структури і параметрів. Запропоновано новий спосіб формування КЕП, що підвищує їхню якість (зниження шорсткості, пористості, коефіціента тертя, збільшення зносостійкості, суцільності та ін.) і полягає в тім, що спочатку на зміцнювану поверхню на “м'яких” режимах (струм короткого замикання J_{к з} = 0,5...0,6 А; напруга холостого ходу U_х.х = 56,1В; ємність накопичувального конденсатора С = 20 мкф) наносять проміжне технологічне покриття електродом з міді, а потім на “середніх” режимах ( J_к.з = 2,0...2,2 А; U_х.х = 68,7В; С = 300 мкф) - основне покриття, обране з групи зносостійких тугоплавких металів (Ti, V, W) і їхніх карбідів.

10. Розроблено наукові принципи практичної реалізації комбінованих технологій ЕЕЛ у сполученні з іншими методами поліпшення якості поверхневих шарів деталей і інструментів і на їхній основі впроваджені у виробництво нові комбіновані технології, що являють собою як квазібагатошарові КЕП, так і сполучення ЕЕЛ з іншими технологіями (ППД, ІА, КІБ, ЕП) з економічним ефектом: 9,0 млрд. крб. у 1995 р; 47000гривень у 1998 р.; 119500 гривень у 1999 р. і 187000 гривень у 2000 р.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. В.Б. Тарельник. Комбинированные технологии электроэрозионного легирования.- К.: Техніка, 1997.- 127с.

2. В.Б. Тарельник Новые электродные материалы для электроэрозионного легирования металлорежущего инструмента // Вісник Східноукраїнського державного університету.- Луганск.- 1997.- С. 190-195.

3. В.Б. Тарельник Исследование массопереноса при электроэрозионном легировании мягкими антифрикционными металлами // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 1999.- Вып. 54.- С. 40-47.

4. В. Тарельник. Математична модель процесу масопереносу в електроерозійному легуванні // Машинознавство.- 1998.- № 11/12.- С. 20-23.

5. Н.В. Захаров, В.Б. Тарельник. Исследование закономерностей формирования комбинированных электроэрозионных покрытий с подслоем из меди // Вестник Харьковского государственного политехнического университета1999.- Вып. 58.- С. 69-74. ( Автор запропонував при формуванні КЕП в якості технологічного підшарку використати м'який антифрикційний метал мідь).

6. Н.В. Захаров, В.Б. Тарельник. Применение комбинированных электроэрозионных покрытий для повышения износостойкости деталей, работающих в условиях торцового трения // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 1999.- Вып. 59.- С. 69-71. (Автор розробив методику нанесення КЕП на робочі поверхні деталей, працюючих в умовах торцевого тертя).

7. В.Б. Тарельник, Жарков П.Е. Металлографические исследования структурного состояния поверхностного слоя после электроэрозионного легирования твердыми износостойкими материалами // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 1999.- Вып. 60.- С. 85-93. (Автор розробив методику металографічних досліджень).

8. Тарельник В. Іонне азотування квазібагатошарових електроерозійних покриттів // Машинознавство.- 1999.- № 6.- С. 31-33.

9. Тарельник В.Б. Исследование закономерностей формирования поверхностного электроэрозионно-легированного слоя на электронном микроскопе // Сб. научных трудов.- Алчевск: ДГМИ.- вып. 10, 1999.- С. 128-133.

10. Н.В. Захаров, В.Б. Тарельник. Упрочнение и ремонт шеек роторов насосов и компрессоров, работающих в паре с баббитовыми подшипниками // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 1999.- Вып. 75.- С. 49-53. (Автор розробив технологію зміцнення і ремонту валів роторів насосного і компресорного обладнання).

11. Тарельник В.Б. Закономерности зависимостей характеристик электроэрозионно-легированных слоев от технологических параметров процесса // Вісник Сумського державного університету.- 1999.- № 2(13).- С. 69-74.

12. В Тарельник. Комбіновані технології зміцнення металорізального інструменту для оброблення важкообробних сталей і кольорових сплавів // Машинознавство, 1999.- № 11.- С. 36-39.

13. В. Тарельник. Утворення фізично обгрунтованих моделей розрахунку параметрів спрацювання металевих поверхонь, зміцнених за допомогою технологій електроерозійного легування // Машинознавство.- 1999.- № 12.- С. 40-43.

14. В.Б. Тарельник. Микрогеометрия, структура и свойства электроэрозионно-легированных слоев, подверженных поверхностной пластической деформации // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 77.- С. 25-29.

15. Тарельник В.Б. Физически обоснованная математическая модель процесса массопереноса при формировании комбинированных электроэрозионных покрытий // Вісник Сумського державного університету.- 2000.- № 15.- С. 84-89.

16. Тарельник В. Б. Влияние поверхностной пластической деформации на остаточные напряжения и усталостную прочность образцов из стали 45 с электроэрозионными покрытиями // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 80.- С. 69-71.

17. Тарельник В. Б. Исследование условий силового воздействия на электроэрозионно-легированные слои различной твердости // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 81.- С. 42-45.

18. Тарельник В. Б. Металлографические исследования поверхностных слоев из никелевого сплава ХН58МБЮД и бериллиевой бронзы БрБ2 после электроэрозионного легирования // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 82.- С. 52-54.

19. Тарельник В. Б. Технологические основы управления качеством поверхностного слоя деталей и инструмента комбинированными технологиями электроэрозионного легирования // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 110.- С. 75-95.

20. Тарельник В. Б. Проблемы формирования качества поверхностных слоев деталей и инструментов // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- 2000.- Вып. 118.- С. 35-38.

21. Тарельник В. Б. Разработка технологии повышения качества поверхностных слоев импульсных торцовых уплотнений, работающих в различных средах, методом электроэрозионного легирования // Электронная обработка материалов.- 2000.- № 4.- С. 7-11.

22. Тарельник В.Б., Жарков П.Е. Электроэрозионное легирование рабочих колес центробежных компрессоров // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету.-2000.- № 6/17.- С.103-106. (Автор запропонував використать новий електродний матеріал складу 90% ВК6 + 10% 1М).

23. В.Б. Тарельник. Улучшение служебных характеристик поверхностных слоев на основе железа за счет применения композиционных электроэрозионных покрытий // Электронная обработка материалов.- 1995.- № 4.- С. 61-62.

24. В.Б. Тарельник. Математическая модель определения параметров шероховатости при электроєрозионном легировании // Сб. научных трудов.- Алчевск: ДГМИ.- Вып. 11.- 2000.- С. 142-147.

25. В.М. Лещинский, В.Б. Тарельник. Применение композиционных электроэрозионных покрытий с последующим поверхностным пластическим деформированием // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1996.- № 3.- С. 71-72. (Автор розробив нову комбіновану технологію КЕП + ППД).

26. Н. В. Захаров, В. Б. Тарельник. Комбинированная технология упрочнения металлорежущего инструмента для обработки латунных деталей // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем. Сб. статей.- Краматорск: ДГМА.- 1999.- С. 186-190. (Автор запропонував новий засіб ЕЕЛ).

27. Н. В. Захаров, В. Б. Тарельник. Комбіновані технології електро -ерозійного легування деталей компресорного і насосного обладнання // Вісник Сумського державного аграрного університету. - 2000.- № 5.- С. 139-142. (Автор розробив нові комбіновані технології КЕП + ППД і КЕП + ІА).

28. В.М. Лещинский, В. Б. Тарельник. Упрочнение деталей нефтегазового и химического оборудования электроэрозионным легированием // Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа.- М.: 1996.- Пилотный номер.- С. 45-46. (Автор розробив технології зміцнення деталей для нафтогазового обладнання).

29. W.B. Tarelnik, A.N. Kuczmin, A.L. Wysocki, B. Antoszewski. Properties of electro-spark sprayed quasistratified coatings // Tribologia.- Warszawa,1996.- № 1.- S. 80-87. (Автор запропонував новий засіб ЕЕЛ).

30. Лещинский В.М., Тарельник В.Б., Чернов А.Е. Разработка методов электроэрозионного легирования рабочих поверхностей импульсных торцовых уплотнений // Вісник Східноукраїнського державного університету.- Луганськ.- 1997.- С. 174-190. (Автор розробив методику нанесення КЕП на робочі поверхні імпульсних торцевих ущільнень).

31. В. Б. Тарельник Исследование влияния режимов электроискрового упрочнения на качественные параметры покрытий // Конструирование и производство транспортных машин: Тем. сб. научн. раб. - Вып. 24.- К.: 1994.- С. 103-107.

32. В.Б. Тарельник. Новий спосіб електроерозійного легування металорізального інструмента на механізованих установках типу “Елфа” // Автоматизація технологічних процесів та промислова екологія: Зб. наук. пр.- Вип. 1.-К: 1997.- С. 89-90.

33. Н.В. Захаров, В.Б. Тарельник, П.Е. Жарков. Підвищення зносостійкості деталей, підлягаючих в умовах експлуатації високим питомим навантаженням та абразивному зносу // Механізація сільськогосподарського виробництва: Зб. наук. пр. НАУ .- Том 6 .- “Теорія і розрахунок сільськогосподарських машин” .-К.- 1999 .- С.257-258. (Автор запропонував комбіновані технології ЕЕЛ застосувать до деталей, підлягаючих в умовах експлуатації високим питомим навантаженням і абразивному зносу).

34. В.Б. Тарельник. Повышение несущей способности торцевых уплотнений насосов за счет применения комбинированных электроэрозионных покрытий / Труды 8-й Междунар. конфер. “Насосы-96”.- Сумы.- 1996.- С. 65-72.

35. Tschernov A.E., Tarelnik W.B., Marzinkowskij W. S., Gromyko B. M. Die ausarbeitung der methoden des elektroabtragenden legierens der kontaktflachen von impulsgleitringdichtungen. Internationales Dichtungskolloquium.- Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen.- Steinfurt, 1997.- S. 1-16. (Автор розробив методику нанесення КЕП на робочі поверхні імпульсних торцевих ущільнень).

36. Тарельник В.Б. Особенности электроэрозионного упрочнения металлорежущего инструмента на механизированных установках типа "Элфа" // Труды 4-й Междунар. конф. "Критические технологии, автоматизация проектирования и производства изделий в машиностроении". - Алушта.- 1997.- С. 89-93.

37. V.B. Tarelnik, V.S. Martsinkjvsky, V.G. Gritsenko. Hardening and reconditioning of main compressor parts by electroerosion alloying followed by plastic deformation. 5th International Symposium INSYCONT '98 Energy and environmental aspects of tribology Cracow.- Poland.- 1998.- рр. 179-180. (Автор розробив нову комбіновану технологію КЕП + ППД).

38. V.B. Tarelnik. Das mathematische modell der prozesse bei der eal der reibungspaare. Х1 Internationales Dichtungskolloquium “Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen”.- Vukan-Verlag, Essen.- 1999.- pp. 263-274.

39. В.Б. Тарельник, В.С. Марцинковский. Повышение износостойкости колец торцовых уплотнений ЭЭЛ трущихся поверхностей // Труды 9-й Междунар. конф. “Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность насосного и компрессорного оборудования”.- Сумы.- 1999.- Т.1.- С. 254-265. (Автор запропонував новий склад КЕП).

40. П. Е. Жарков, В. Б. Тарельник, В. И. Тарадонов. Технология электроэрозионного легирования для восстановления и упрочнения ответственных деталей компрессоров / Труды 6-го международного симпозиума “ Потребители - производители компрессоров и компрессорного оборудования - 2000”, Санкт-Петербург, 2000.- С. 221-225. (Автор розробив нові комбіновані технології КЕП + ППД і КЕП + ІА).

Анотація

Тарельник В'ячеслав Борисович. Технологічні основи управління якістю поверхневих шарів при виготовленні та ремонті деталей.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - мехнологія машинобудування. Національний технічний університет “Харкіський політехнічний інститут”, Харків, 2001р.

Дисертація присвячена розробці методів управління якістю поверхневих шарів деталей машин та інструментів шляхом створення комбінованих технологій, що включають у себе як КЕП, так і сполучення ЕЕЛ з іншими технологіями (ППД, ІА, КІБ, ЕП).

Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків.

Уперше на базі аналізу та узагальнення існуючих методів підвищення якості елементів деталей та інструментів, які знаходяться в контакті у процесі експлуатації, сформульовані, теоретично обґрунтовані та практично розроблені технологічні основи направленого управління якістю поверхневих шарів деталей та інструментів комбінованими методами ЕЕЛ, які забезпечують підвищення надійності та довговічності найважливіших елементів машин. При цьому: розроблені загальні положення управління якістю поверхневих шарів деталей та інструментів у залежності від вимог експлуатації; встановлені критерії оцінки альтернативних варіантів комбінованих технологій ЕЕЛ та вибору найбільш раціонального; розроблена математична модель управління якістю поверхневих шарів деталей при використанні технологій ЕЕЛ; розроблений апарат моделювання структури та параметрів комбінованих технологій ЕЕЛ; розроблені наукові принципи направленої практичної реалізації комплексних технологій ЕЕЛ у сполученні з іншими методами поліпшення якості поверхневих шарів деталей та інструментів.

Результати роботи впроваджені в різних галузях промисловості.

Ключові слова: комбіновані технології, електроерозійне легування, структура, мікротвердість, зносостійкість, тертя, шорсткість.

Тарельник Вячеслав Борисович. Технологические основы управления качеством поверхностных слоев при изготовлении и ремонте деталей.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2001 г.

Диссертация посвящена разработке методов управления качеством поверхностных слоев деталей машин и инструментов путем создания комбинированных технологий, включающих в себя как КЭП, так и сочетание ЭЭЛ с другими методами (ППД, ИА, КИБ, ЭП).

Диссертация состоит из вступления, 6 разделов, выводов, списка использованных источников, приложений.

Впервые на базе анализа и обобщения существующих методов повышения качества элементов деталей и инструментов, находящихся в контакте в процессе эксплуатации, сформулированы, теоретически обоснованы и практически разработаны технологические основы направленного обеспечения управления качеством поверхностных слоев деталей и инструментов комбинированными методами ЭЭЛ, обеспечивающими повышение надежности и долговечности важнейших элементов машин. При этом: разработаны общие положения управления качеством поверхностных слоев деталей и инструментов в зависимости от требований эксплуатации; установлены критерии оценки альтернативных вариантов комбинированных технологий и выбора наиболее рационального; разработана математическая модель управления качеством поверхностных слоев деталей при использовании технологий ЭЭЛ; разработан аппарат моделирования структуры и параметров комбинированных технологий; разработаны научные принципы направленной практической реализации комплексных технологий ЭЭЛ в сочетании с другими методами улучшения качества поверхностных слоев деталей и инструментов.

Предложены математические модели (уравнения массопереноса и уравнения прогнозирования шероховатости и микротвердости поверхностного слоя), позволяющие по энергетическим параметрам определять основные технологические параметры качества сформированного слоя: привес, прирост, шероховатость и микротвердость; составлен алгоритм, позволяющий прогнозировать энергетические параметры ЭЭЛ для получения легированного слоя с заданными параметрами качества.

Впервые разработана и физически обоснована математическая модель процесса износа поверхностей (уравнение износа) при трении, позволяющая по работе трения определять линейный и весовой износ; разработана методика определения новой физической величины - константы износа Е_А (энергии активации) для различных материалов пар трения, а также констант уравнения износа - весового и линейного износа насыщения.

Предложены новые способы формирования КЭП на стальных подложках, никелевом сплаве ХН58МБЮД и бериллиевой бронзе, резко повышающие их качество (снижение шероховатости, пористости, коэффициента трения, увеличение износостойкости, сплошности и др.).

На основании анализа напряженно - деформированного состояния слоев различного состава и микротвердости, подвергаемых ЭЭЛ и ППД, и существующей методики определения геометрических параметров очага деформации для однородных тел предложена обобщенная методика расчета этих параметров для слоев сложной структуры, возникающей в результате легирования.

Экспериментально установлено, что применение КЭП, сформированных за счет поочередного нанесения на сталь 45 меди и хрома, снижает величину растягивающих напряжений и глубину их распространения по сравнению с покрытиями только из хрома, соответственно с 250 до 210 МПа и с 0,2 до 0,15 мм; усталостная прочность КЭП, сформированных поочередным нанесением меди и хрома, на 50 % выше, чем у покрытий, состоящих только из хрома; ППД увеличивает предел выносливости КЭП на 20 % по сравнению с базовым вариантом (без покрытия).

Применение комбинированной технологии ЭЭЛ с последующим ИА существенно (с 10 - 25 мкм до 70 - 120 мкм) увеличивает глубину активных слоев (зону повышенной твердости) и обеспечивает сплошность до 100%. К практическому применению могут быть рекомендованы квазимногослойные КЭП состава ВК8 + Сu + ВК8 с последующим ИА, имеющие низкую шероховатость (Rа = 0,6 мкм), 100% сплошность, значительную глубину сформированного слоя (до 120 мкм)

В результате работ, направленных на создание нового класса экономичных и надежных уплотнений роторов, в частности, турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей (ТНА ЖРД): проведены необходимые технологические и материаловедческие исследования по выбору КЭП уплотнительных колец, что помогло впервые создать импульсные уплотнения для работы в криогенных средах при сверхвысоких режимных параметрах, характерных для уплотнений ТНА ЖРД; впервые выполнены комплексные экспериментальные исследования узла импульсного уплотнения в средах с различными теплофизическими свойствами (вода, жидкие кислород и азот) в широком диапазоне режимных параметров (n = 8400 - 22700 об/мин, р = 0,8 - 12,2 МПа), подтвердившие высокую работоспособность уплотнения в этих условиях.

Ключевые слова: комбинированные технологии, электроэрозионное легирование, структура, микротвердость, износостойкость, трение, шероховатость.

Tarelnyk Vyacheslav Borisovich. Technological grounds of quality control of surface layers in the process of producing and repairing details.- Manuscript.

Thesis for a doctorate degree in technical sciences by speciality 05.02.08 - mechanical engineering technology. National technological university “Kharkov polytechnical Institute”, Kharkov, 2001.

The dissertation deals with the elaboration of control methods of surface layers quality of the machine details and tools in terms of creation of the combined technologies including electro - erosional coating and combination of EEA with other technologies like surface plastic deformation, ion nitriding, condensation ion bombardment, epilam coating.

Dissertation consists of introduction, six chapters, conclusions, reference literature and appendix.

For the first time the empiric basis analysis together with the in - depth generalization of existing quality methods dealing with machine details and tools while in actual process objectivized elaboration of theoretical grounds and practical application of quality control as far as machine parts and tools surface layers are concerned, using combined methods for the safety into that.

Key words: combined technologies, electro - erosional alloying, structure, microhardness, wear resistance, friction.

Размещено на Allbest.ru