Підвищення експлуатаційних властивостей деталей двигунів внутрішнього згоряння за рахунок удосконалення фінішних абразивних способів обробки

Перевірка адекватності аналітичних моделей продуктивності фінішних абразивних методів обробки для хонінгування, доводки та ВіО показана на рис. 11 а, б, в, із яких видно, що отримані аналітичні моделі, в заданих діапазонах варіювання технологічних факторів, відповідають отриманим експериментальним залежностям з похибками, які не перевищують 20 %.

Виконано дослідження з пошуку можливостей використання нетрадиційних матеріалів зв'язки і абразивного зерна для гранул вібраційної обробки. Для зв'язки абразивних гранул використано відходи виробництва полістіролу, а також метілметокрилату з поліметілметакрилату. Розроблені технології виготовлення абразивно-полімерних композицій дозволили довести їх різальну здатність та зношувальність до рівня гранул з традиційними зв'язками. Запропоновані зв'язки забезпечують рівномірний розподіл абразиву по гранулі, усувають його розшарування, підвищують працездатність, що сприяє зниженню шорсткості оброблювальної поверхні.

Проведені теоретико-експериментальні дослідження створили основу для розроблення дослідних, а потім і промислових технологій виробництва. На види МОТС, паст і абразивних інструментів (гранул для ВіО) отримані авторські свідоцтва і патенти, а також висновки санітарно-епідеміологічних служб про їх екологічну безпеку.

Працездатність поверхонь після обробки на різних складах МОТС оцінювалася за триботехнічними характеристиками пари тертя чавуну СП-У8А під час роботи в середовищі мастила М-8-А. Випробування проводилися на торцевій машині тертя при навантаженні 1,75 МПа, швидкості ковзання 1,7 м/с (ДСТ 9490-75). Тривалість випробувань - 3 год. Аналіз результатів показав, що зразки, оброблені з використанням А-МОТС, дозволяють одержати в парі тертя високі антифрикційні і протизношувальні властивості.

Зіставлення мікротвердості поверхневого шару зразків показує, що у зразках, оброблених з використанням А-МОТС, мікротвердість поблизу поверхні на 20 - 25 % більша порівняно з мікротвердістю металу в об'ємі.

Для оцінювання ступеня поверхневого наклепу при обробленні на різних складах МОТС проводився рентгеноструктурний аналіз поверхні зразків за методом зворотного мікропучка. Для поверхонь, оброблених із використанням А-МОТС, рефлекси від окремих зерен в азимутальному напрямку практично злилися. Це вказує на досить високу щільність дислокацій в об'ємі зерен і відсутність поділу зерен на окремі фрагменти і субзерна. На рентегнограмі інших зразків фон між окремими рефлексами зменшується, при цьому кількість розділених рефлексів від окремих зерен зростає.

Протизадирна стійкість зразків чавуну СП після оброблення з використанням різних видів МОТС визначалася за навантаженням і ростом температури мастильного середовища (М-8-А) перед заїданням. Отримані результати показали, що зносостійкість і протизадирна стійкість поверхні, обробленої з використанням А-МОТС, на 20 - 25 % вища порівняно з поверхнями після обробки на традиційних МОТС.

Експериментальне визначення показників ефективності розроблених видів абразивних і мастильно-охолоджувальних технологічних середовищ у порівняльних лабораторних дослідах з різними матеріалами дозволило виробити комплекс технологічних рекомендацій щодо раціонального застосування в технології фінішної обробки, сформульованих у вигляді довідкових таблиць, де наведено вихідні дані (параметри заготівок, вимоги до поверхні деталей), рекомендовані інструменти, режими обробки та очікувані параметри продуктивності і якості.

У шостому розділі - „Практична реалізація результатів досліджень” - наведено результати промислової апробації розроблених видів абразивних інструментів, паст і МОТС на машинобудівних і ремонтних підприємствах України і Російської Федерації.

Зокрема, на ВАТ „1-й Донецький АРЗ” при хонінгуванні гільз циліндрів двигуна ЗІЛ-130 упроваджено розроблену автором А-МОТС (патент RU 2227156). Зазначена А-МОТС успішно замінила пожаро- і вибухонебезпечний гас. Її впровадження у виробництво дозволило підвищити якість і знизити собівартість виготовленої продукції, поліпшити екологічний стан, вивести із споживання цінне вуглеводневе паливо і змащення. Надалі А-МОТС упроваджено у виробництво на АТЗТ „Горлівський АРЗ” на операції хонінгування гільз циліндрів двигунів ЗМЗ-53, а також на ВАТ „Сімферопольський АРЗ” для хонінгування нижніх головок шатуна двигуна ЗМЗ-53.

На АТЗТ „Горлівський АРЗ” пройшов апробацію абразивний інструмент (патенти UA 35371А и UA35266А) при ВіО автомобільних деталей складної конфігурації, вагою до 2-х кг, одержуваних методом точного сталевого лиття за виплавлюваними моделями. Ефект від упровадження гранул для ВіО характеризується підвищенням продуктивності праці, усуненням ручних робіт, підвищенням якості поверхні, поліпшенням культури виробництва.

Упроваджені у виробництво на АТЗТ „ГАРЗ” для притирання клапанів нова силікатна абразивна паста (рішення про видачу деклараційного патенту на корисну модель, заявка №20041008801 від 27.10.2004), а також склад для припрацювань шестерень редуктора ведучого моста автомобілів ГАЗ-53А на ВАТ „Лозовський АРЗ”. Упровадження абразивного і припрацьовуваного видів середовищ у виробництво дозволило підвищити продуктивність, якість припрацьовання і точність оброблених деталей, зменшити витрати внаслідок зниження вартості складів і поліпшити екологічний стан на виробництві.

Проведені експлуатаційні випробування двигунів внутрішнього згоряння, зібраних з гільзами, обробленими із застосуванням А-МОТС і використовуваного на підприємствах гасу, показали, що зношування при пробігах 12 тис. км і 80 тис. км на гільзах після хонінгування з використанням А-МОТС на 0,01 - 0,02 мм менше, ніж на гільзах, оброблених з використанням гасу (рис.12).

Причому в першому випадку при обробці гільз циліндрів двигуна з використанням А-МОТС їх зношування було більш рівномірне порівняно з гільзами, обробленими з використанням гасу. Зменшення шорсткості і підвищення зносостійкості робочої поверхні гільз циліндрів двигуна дозволило подовжити ресурс роботи сполучення „гільза - кільце” на 20 %.

Закономірності отримані на деталях ДВЗ, як показали виконані дослідження, можливо використовувати для виробів іншого класу. Наприклад, для ВАТ “Концерн Стирол” розроблено технологію віброабразивного очищення зовнішніх поверхонь балонів з-під медичного закису азоту з використанням створених автором видів абразивного інструменту (патенти RU 2155196, RU2155197, RU2169067). Запропонована технологія є більш ефективною порівняно з застосовуваними механічними способами очищення і дозволяє отримати більш якісне очищення зовнішньої поверхні балонів, усунути ручну працю, підвищити продуктивність, поліпшити умови праці і культуру виробництва.

Також А-МОТС рекомендована для застосування на підприємстві ЗАТ “Сантарм” (м. Ростов-на-Дону, РФ), для очисних і обробних операцій санітарно-технічної арматури. На цьому ж підприємстві апробовано і рекомендовано до застосування новий вид абразивного інструменту для ВіО на основі відходів металургійної промисловості (патент UА 68669А) для оброблення сантехнічних деталей. Використання нового абразивного інструменту дозволяє скоротити споживання дефіцитного абразивного мікропорошку при збереженні продуктивності та якості оброблюваних поверхонь.

Аналіз результатів промислового застосування, експлуатаційних випробувань і розрахунків економічної ефективності використання розроблених технологій і абразивних інструментів на різних підприємствах показує, що залежно від конкретних умов досягається підвищення продуктивності, поліпшення умов праці за рахунок використання екологічно чистих технологій, зниження вартості, використання менш дефіцитних і дешевих компонентів для виготовлення інструментів, паст і МОТС, поліпшення якості поверхні і збільшення ресурсу роботи сполучень.

Економічний ефект від упровадження результатів роботи отримується збільшенням ресурсу роботи деталей, вузлів і машин, а також зниженням вартості інструментів, паст і МОТС приблизно втричі. Економічний ефект від упровадження А-МОТС на операціях хонінгування, наприклад на ВАТ „1-й Донецький авторемонтний завод” при річній програмі 18900 гільз циліндрів двигунів ЗІЛ-130, внаслідок збільшення їх моторесурсу становив 100,25 тис.грн. (на 1.01.2001р.).

Висновки

Створено наукові основи підвищення якості та експлуатаційних властивостей деталей ДВЗ через удосконалення фінішних абразивних способів обробки та нових властивостей абразивних та мастильно-охолоджувальних технологічних середовищ, які вирішують важливу наукову народногосподарську проблему.

1. Розроблено узагальнену модель контактної взаємодії пари “інструмент - деталь”, яка вперше враховує особливості способів фінішної обробки: хонінгування, доводки і вібраційної обробки та аналітично визначає через комплексний безрозмірний параметр вплив реологічних властивостей шару "МОТС + продукти диспергування" що дозволяє прогнозувати продуктивність технологічної системи.

2. Отримано аналітичне розв'язання контактної задачі при взаємодії двох поверхонь, розділених шаром „МОТС + продукти диспергування” (МПД), в якій уперше враховуються вплив теплових ефектів на швидкість руху робочого середовища, тиск і силу тертя в зоні пластичної деформації. Установлено, що із збільшенням тиску робочого середовища спостерігається збільшення шорсткості оброблюваної поверхні.

3. Розроблено нові принципи прогнозування величини шорсткості поверхні та визначено необхідний на її досягнення час, на основі математичної моделі, яка враховує, на відміну від відомих, вплив складу і властивостей МОТС, концентрації абразиву в інструменті. Перевірка адекватності аналітичних моделей показала достатню збіжність розрахункових та експериментальних значень: відхилення від розрахункових значень за продуктивністю та шорсткістю поверхні для хонінгування і доводки - 5 - 15 %, для ВіО - 10 - 25 %.

4. Запропоновано спосіб абразивної обробки із застосуванням нових активованих кремніємістких середовищ, які забезпечують утворення поверхневих плівок з модулем зсуву більшим за модуль зсуву оброблюваного матеріалу, що приводить до формування дислокаційних структур наклепаного зміцненого металу, які дозволили підвищити мікротвердість поверхневого шару після обробки на 20 - 25 % порівняно з поверхнями, обробленими на традиційних абразивних та мастильно-охолоджувальних технологічних середовищах.

5. Виконано експериментальні дослідження під час оброблення матеріалів, з яких виготовлено відповідні деталі типу гільза циліндрів двигуна, шатун, клапан, сідло клапана, важіль натисного диска зчеплення, важіль вилки вимикання зчеплення способами обробки, досліджуваних з використанням абразивних та мастильно-охолоджувальних технологічних середовищ з кремнієм. Установлено, що шорсткість поверхні знизилась: при ВіО на 10 %, при доводці на 15 % і хонінгуванні на 20 %. Продуктивність обробки збільшилась: при ВіО на 20 %, доводці та хонінгуванні на 15 %.

6. На основі експериментальних досліджень установлено, що матеріали типу: сталі 45, У8А, чавуну СЧ 18-36, СП після оброблення з використанням нових видів середовищ, які містять кремній, дозволяють отримати у пари тертя високі антифрикційні та протизношувальні властивості, а також підвищують на 20 % протизадирні властивості оброблюваних поверхонь.

7. Запропоновані нові види абразивних та мастильно-охолоджувальних технологічних середовищ дозволили підвищити продуктивність обробки на 15 % за рахунок скорочення часу необхідного для досягнення завданої шорсткості, зменшити шорсткість поверхні на 10 - 15 %. Внаслідок чого при експлуатаційних випробуваннях різних типів деталей, оброблених з використанням запропонованих видів абразивних та мастильно-охолоджувальних технологічних середовищ, ресурс роботи пар тертя для деталей типу „гільза - поршень”, „шатун -вкладиш-вал”, „клапан - сідло” збільшився на 15 - 20 %.

8. За результатами роботи розроблено рекомендації щодо використання виконаних досліджень у промисловості. Результати роботи впроваджені на ВАТ „1-й Донецький авторемонтний завод”,АТЗТ ”Горлівський АРЗ”,ВАТ “Концерн Стирол”, ЗАТ „Сантарм” (м. Ростов-на-Дону, РФ). Економічний ефект од впровадження А-МОТС на операціях хонінгування, в умовах ВАТ „1-й Донецький авторемонтний завод” при річній програмі виготування 18900 гільз циліндрів двигунів ЗІЛ-130, за рахунок збільшення їх моторесурсу становив 100,25 тис.грн. (на 1.01.2001р.).

Зміст дисертації відбито у 33-х основних роботах

1. Мельникова Е.П. Интенсификация вибрационной обработки за счет совершенствования состава СОТС // Зб. наук. праць. Серія: „Галузеве машинобудування, будівництво”. Випуск 16. Полтава, 2005. С. 155 - 159.

2. Мельникова Е.П. Взаимодействие параметров технологической системы при финишных методах обработки// Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія „Машинобудування і машинознавство”. Випуск 92. Донецк. 2005. С. 55 - 61.

3. Мельникова Е.П. Влияние СОТС на триботехнические свойства обработанных поверхностей// Вестник двигателестроения: Научно-технический журнал. Запорожье: ОАО “Мотор Сич”, 2004. № 4. С. 35 - 38.

4. Мельникова Е.П. Влияние концентрации абразивного наполнителя гранул на интенсивность процесса вибрационной обработки// Вибрации в технике и технологиях. 2004. № 3 (35). С. 71 - 74.

5. Мельникова Е.П. Исследование технологических характеристик абразивных рабочих сред// Вибрации в технике и технологиях. 2004. № 4 (36).С. 130 - 133.

6. Мельникова Е.П. Эффективность применения силикатных абразивных паст// Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В.Даля: Науковий журнал. 2004. № 7 (77), Частина 2. С. 225 - 228.

7. Мельникова Е.П. Физико-химические процессы при финишной обработке деталей с использованием силикатных композиций// Високі технології у машинобудуванні: Зб. наук. праць. Харків: НТУ „ХПИ”, 2004. № 2. С. 265 - 271.

8. Мельникова Е.П. Повышение износостойкости гильз цилиндров двигателя// Двигатели внутреннего сгорания. 2004. № 1. С. 70 - 73.

9. Мельникова Е.П. Характер разрушения металлов при взаимодействии с абразивным инструментом// Резание и инструмент в технологических системах: Междунар. науч.техн. сб. Харьков: НТУ “ХПИ”, 2004. № 66. С. 241- 244.

10. Мельникова Е.П. Эффективность применения полимеризующихся композиций при обработке металлических поверхностей// Вестник ХПИ: Сб. науч. трудов. Тематический выпуск “Химия, химические технологии и экология”. Харьков: НТУ “ХПИ”, 2004. № 14. С. 146 - 151.

11. Мельникова Е.П. Взаимодействие технологических факторов финишной абразивной обработки при направленном формировании качества деталей машин// Резание и инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн.сб.-Харьков: НТУ“ХПИ”, 2004. № 67. С. 175-179.

12. Мельникова Е.П. Обобщенная аналитическая модель съема слоя материала детали при финишных методах обработки // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія „Машинобудування і машинознавство”. Випуск 71. 2004. С. 47- 55.

13. Мельникова Е.П. Формулировка и аналитическое решение краевой задачи для определения основных параметров финишных методов обработки//Вестник ХАДИ. 2004. №3. С. 45 - 48.

14. Мельникова Е.П. Математическая модель течения смазочно-охлаждающей технологической среды между поверхностями инструмента и детали с учетом разности их температур//Ресурсозберігальні технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. праць. Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2004. Ч.1. С. 123 - 131.

15. Мельникова Е.П. Влияние смазочно-охлаждающей технологической среды на шероховатость и эксплуатационные свойства обрабатываемых поверхностей// Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. №2. С. 66 - 68.

16. Мельникова Е.П. Исследование технологических характеристик абразивных гранул для вибрационной обработки из отходов металлургического производства// Технология машиностроения. 2003. №3. С. 21 - 22.

17. Мельникова Е.П. Повышение эффективности абразивной обработки за счет управления параметрами контактного взаимодействия// Вестник машиностроения. 2003. № 10. С. 60 - 64.

18. Бабичев А.П., Мельникова Е.П., Джемелинский В.В., Маник А.Н. Экспериментальные исследования абразивного инструмента с силикатными компонентами// Вибрации в технике и технологиях. 2002. № 3 (24). С. 5 - 8. (Автором розроблено методику проведення експериментальних досліджень у абразивного инструмента для ВіО).

19. Ахвердиев К.С., Мельникова Е.П. Неизотермическое движение СОТС между поверхностями инструмента и детали при наличии возмущающего давления// Трение и износ. 2002. Т. 23, № 1. С. 41 - 46. (Автором розроблено модель плину МОТС у контакті „інструмент-деталь” та досліджено вплив різниці температур інструменту та деталі на швидкість і витрату МОТС).

20. Мельникова Е.П. Математическая модель прогнозирования съема поверхностного слоя деталей при виброабразивной обработке // Научная мысль Кавказа. Приложение. 2002. № 15. С. 98 - 107.

21. Мельникова Е.П. Математическая модель движения смазочно-охлаждающей технологической среды между контактирующими поверхностями в системе „инструмент - деталь” // Изв. ВУЗов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. 2002. № 4. С. 85 - 87.

22. Бабичев А.П., Мельникова Е.П., Маник А.Н. Использование водорастворимой АЦФ и ЖС, как связующего инструмента для вибрационной обработки// Вибрации в технике и технологиях. 2001. № 1 (17). С. 20 - 22. (Автор запропонував зміни у складі абразивних гранул для ВіО з метою підвищення їх зносостійкості).

23. Мельникова Е.П. Исследование технологических возможностей виброабразивной обработки в условиях авторемонтного производства// Автодорожник Украины. 2001. №1. С. 22 - 23.

24. Мельникова Е.П. Вариационный подход к исследованию явлений, возникающих в зоне микрорезания//Вопросы вибрационной технологии: Межвуз.сб.науч.ст. Р-н/Д: ДГТУ. 2000. С. 34 - 37.

25. Мельникова Е.П., Кожухова А.В. Исследование процесса вибрационной обработки (ВиО) с использованием силикатной смазочно-охлаждающей технологической среды // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. праць. Харків: ХДПУ, 1999. С. 202 - 204. (Автором теоретично обґрунтовано ефективність використання рідкого скла як основи МОТС для ВіО).

26. Головченко И.П., Мельникова Е.П., Чумичев А.А. Изучение взаимосвязи процесса приработки и возникающих при этом электрохимических явлений// Трение и износ. 1998. Т. 20, № 1. С. 103 - 106. (Автором запрпоновано спосіб контролю тривалості процесу припрацювання за динамікою змінення електрохімічного потенціалу трибосполуки).

27. Пат. 2227156 Россия, МПК⁷ С10М 173/02. Способ активации смазочно-охлаждающей технологической среды: Пат. 2227156 Россия, МПК⁷ С10М 173/02 К.С. Ахвердиев (Россия); А.П. Бабичев (Россия), Е.П. Мельникова (Украина). № 2003107782/04; Заявл. 24.03.2003; Опубл. 20.04.2004, Бюл. № 11. (Автором запропоновано і теоретично обґрунтовано спосіб активації рідкого скла).

28. Пат. № 35371А Україна, С 08J 5/14, B24D 17/00, B 24D 18/00. Спосіб виготовлення абразивного інструменту: Пат. № 35371А Україна, С 08J 5/14, B24D 17/00, B 24D 18/00 А.П. Бабічев (Росія), Б.В. Кравченко, О.П. Мельникова, О.В. Пєтухова (Україна). № 99095363; Заяв.29.09.1999; Опубл. 5.03.2001, Бюл. №2. (Автором запропоновано спосіб отримання абразивно-полімерної композиції для ВіО).

29. Пат. № 35266А Україна, B24D 3/24, B 24D 3/26. Абразивно-полімерна композиція для одержання абразивного інструменту: Пат. № 35266А Україна, B24D 3/24, B 24D 3/26. А.П. Бабічев (Росія), Б.В. Кравченко, О.П. Мельникова, О.В. Пєтухова (Україна). № 99095084; Заяв. 14.09.1999; Опубл. 15.03.2001, Бюл. №2. (Автором визначено раціональний склад абразивного інструменту для вібраційної обробки).

30. Пат. № 68669А Україна, 7 В24Д3/20. Спосіб виготовлення абразивного інструменту з відходів металургійної промисловості: Пат. № 68669А, Україна, 7 В24Д3/20 О.П. Мельникова, А.П. Чурносов, О.В. Пєтухова, О.М. Маник - №2003098701; Заяв.24.09.03; Опубл.16.08.04, Бюл.№8. (Автором запропоновано спосіб отримання абразивного інструменту для ВіО)

31. Бабичев А.П., Тамаркин М.А., Мельникова Е.П., Кожухова А.В., Бойко М.А. О возможности использования полистирола в качестве связки для абразивных гранул //Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Междунар. сб. науч. трудов. Выпуск 6. Донецк, 1998. Т. 1. С. 178 - 179. (Автором запропоновано склад абразивних гранул для ВіО на основі відходів виробництва полістиролу).

32. Бабичев А.П., Головченко И.П., Чумичев А.А., Мельникова Е.П., Кожухова А.В. Исследование эксплуатационных характеристик виброобработанных поверхностей// Вибрация в технике и технологии. Труды III междунар. науч. техн. конф. 8 - 12 сентября 1998. Евпатория, 1998. С. 33 - 39. (Автором теоретично обґрунтовано підвищення експлуатиційних характеристик оброблюваних поверхонь при використанні гранул на полімерній основі).

33. Мельникова Е.П. О возможности применения жидкого стекла в качестве основы СОТС и приработочных составов// Сб. трудов междунар. науч.техн. конф. “Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы”. Шлифабразив-99. 6 - 11 сентября 1999. Волжский, 1999. С. 197 - 199.

Анотація

Мельникова О.П. Підвищення експлуатаційних властивостей деталей двигунів внутрішнього згоряння за рахунок удосконалення фінішних абразивних способів обробки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. - Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2006.

Дисертацію присвячено створенню принципів підвищення продуктивності фінішних абразивних методів обробки, якості та експлуатаційних властивостей деталей ДВЗ із урахуванням особливості контактної взаємодії пари „інструмент-деталь” на основі використання раціональних видів абразивних і мастильно-охолоджувальних технологічних середовищ.

Розроблено модель контактної взаємодії пари “інструмент - деталь”, яка вперше враховує вплив різних способів фінішної абразивної обробки і дозволяє аналітично визначити вплив складу і властивостей абразивних і мастильно-охолоджувальних технологічних середовищ на продуктивність технологічної системи.

Уперше запропоновано спосіб абразивної обробки із застосуванням нових середовищ із вмістом кремнію, які забезпечують утворення поверхневих плівок із модулем зсуву вищім за модуль зсуву оброблюваного матеріалу, що приводить до формування дислокаційних структур наклепаного, зміцненого металу.

Ключові слова: технологія обробки, хонінгування, доводка, вібраційна обробка, система МПД, абразивні і мастильно-охолоджувальні кремніємісткі середовища, модель, продуктивність, шорсткість, експлуатаційні властивості, деталі ДВЗ, рекомендації щодо впровадження.

Annotation

Melnikova E.P. The increase of the operational behaviour of the internal combustiоn engine details due to the perfection finishing abrasive methods of working. - Handwriting.

The thesis for technical science Doctor's degree, speciality 05.02.08 - engineering tecniques. - Donetsk National Technical University, Donetsk, 2006.

The thesis is devoted to the establishment of the principles of the efficiency increase of the finishing abrasive methods of working, quality and operational behaviour of the internal combustoin engine details taking into account the pecularities of the contact interraction of the pair ”instrument - detail” on the basis of the usage of the rational forms of abrasive and lubricaton-cooling technological media.

The model of contact interraction of the pair ”instrument - detail”, first to take into account the influence of different finishing abrasive methods of working and to analitically define the influence of composition and behaviour of the abrasive and lubricaton-cooling media on the technological system capacity is worked out.

The method of abrasive working with the application of new media that guarantee the formation of surface films with a shear module exceeding the shear module of working material that leads to the formation of dislocational structures of work-hardened metal with the case is pioneered.

Key-words: technology of working, honed finishing tweaking, vibromechanical treatment, the system „lubricaton-cooling technological media + products of dispersion” (LPD), abrasive and lubricaton-cooling technological media, model, productivity, as - turned finish, operational behaviour, internal combustoin engine details, recommendation.

Аннотация

Мельникова Е.П. Повышение эксплуатационных свойств деталей двигателей внутреннего сгорания за счет совершенствования финишных абразивных способов обработки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. - Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2006.

Диссертация посвящена созданию принципов повышения производительности финишных абразивных методов обработки, качества и эксплуатационных свойств деталей двигателей внутреннего сгорания (ДВС), с учетом особенности контактного взаимодействия пары “инструмент-деталь”, на основе использования рациональных видов абразивных и смазочно-охлаждающих технологических сред.

Одной из причин преждевременного выхода из строя ДВС являются низкие эксплуатационные характеристики его деталей. Поэтому повышение технического ресурса автомобильных двигателей является актуальной проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение. Число деталей, лимитирующих срок службы технических средств до капитального ремонта (КР), не превышает нескольких десятков наименований. Задача заключается в том, чтобы повысить долговечность этих деталей до уровня тех, которые имеют наибольший срок службы.

В решении указанных задач важное место отводится совершенствованию и развитию финишных абразивных методов обработки, типичными представителями которой являются: вибрационная обработка (ВиО), доводка и хонингование, при которых окончательно формируется поверхностный слой деталей, определяющий их эксплуатационные свойства. Реальным резервом роста эффективности абразивной обработки является разработка и рациональное применение абразивных и смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС).

Исследованы механико-химические процессы, протекающие в зоне контакта “инструмент - деталь” с учетом влияния состава и свойств абразивных и смазочно-охлаждающих сред при финишных методах обработки. Рассмотрено взаимодействие различных факторов, потенциально влияющих на шероховатость, степень прирабатываемости и износостойкость поверхностного слоя детали при его обработке в различных средах, в частности, упрочняющее влияние поверхностных пленок, образующихся при взаимодействии материалов с компонентами кремнесодержащих абразивных и смазочно-охлаждающих технологических сред. Впервые предложен способ абразивной обработки с применением новых сред, обеспечивающих образование поверхностных пленок с модулем сдвига, превышающим модуль сдвига обрабатываемого материала, приводящих к формированию дислокационных структур наклепанного, упрочненного металла. В рамках предложенной модели, упрочнения поверхностного слоя, взаимодействие внешних нагрузок и сил изображения приводят к формированию в приповерхностных слоях металла специфических дислокационных структур наклепанного, упрочненного металла, причем, созданная в процессе приработки поверхности субструктура достаточна стабильна в типичных для последующей эксплуатации.

Разработана модель контактного взаимодействия пары “инструмент - деталь”, впервые учитывающая влияние различных способов финишной абразивной обработки и позволяющая аналитически определить влияние состава и свойств абразивных и смазочно-охлаждающих сред на производительность технологической системы. В результате решения задачи контактного взаимодействия абразивной частицы с поверхностью детали введен новый параметр , характеризующий свойства системы “СОТС + продукты диспергирования” (СПД). Учитывая реологические свойства этот параметр является комплексной обобщенной характеристикой, позволяющей прогнозировать производительность технологической системы.

Разработана обобщенная модель формирования шероховатости поверхности в процессе финишной абразивной обработки, где, в отличие от известных, учтено влияние состава и свойств абразивных и смазочно-охлаждающих технологических сред, концентрации абразива в инструменте.

Представленный комплекс моделей, учитывающих взаимосвязь входных параметров технологической системы с выходными, позволяет прогнозировать на стадии проектирования технологического процесса параметры формирования шероховатости, съем металла и время обработки для достижения заданного качества при финишных методах обработки.

Полученные аналитические модели, описывающие рабочие процессы, протекающие при финишных методах обработки, в результате экспериментальной проверки показали, что разработанная обобщенная модель процесса съема металла с учетом гидродинамического эффекта абразивных и смазочно-охлаждающих сред позволяет с точностью до 25 % прогнозировать показатели производительности и формирование шероховатости для ВиО, хонингования и доводки.

Осуществлена экспериментальная проверка теоретических положений, устанавливающих влияние технологических параметров на производительность, шероховатость поверхности, стойкость абразивного инструмента, толщину смазочной пленки, распределение давлений и температур. Установлено, что найденные теоретические зависимости адекватно отражают экспериментальные результаты, и расхождение расчетных и полученных данных составляет не более 20 %.

Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при создании экологически чистых, не содержащих дефицитных компонентов, дешевых, пожаро- и взрывобезопасных СОТС и абразивного инструмента для ВиО и хонингования, абразивных паст для доводки, обеспечивающих повышение производительности, качества и эксплуатационных свойств обработанной поверхности. Новизна указанных решений на составы и способы получения абразивных и смазочно-охлаждающих сред подтверждена охранными документами (патентами).

Эксплуатационные испытания различных типов деталей, обработанных с использованием разработанных составов абразивных и смазочно-охлаждающих сред, показали, что их применение на 10-15 % снижает шероховатость поверхности, на 15% повышает производительность за счет сокращения времени обработки, для достижения заданной шероховатости и увеличивает ресурс работы пар трения на 15 - 20 %. Результаты работы прошли промышленную апробацию и внедрены на ряде предприятий различных отраслей.

Ключевые слова: технология обработки, хонингование, доводка, вибрационная обработка, система СПД, абразивные и смазочно-охлаждающие кремнесодержащие среды, модель, производительность, шероховатость, эксплуатационные свойства, детали ДВС, рекомендации по внедрению.

Размещено на Allbest.ru