Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

"Харківський авіаційний інститут"

Богуслаєв Олександр Вячеславович

УДК 621.793.7

ПІДВИЩЕННЯ ЖИТТЄВОГО ЦИКЛУ ОСНАЩЕННЯ НА ОСНОВІ ЗАХИСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Спеціальність 05.07.04 -

"Технологія виробництва літальних апаратів"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата

технічних наук

Харків 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жу- ковського “Харківський авіаційний інститут” Міністерства освіти і науки України і ВАТ “Мотор-Січ”.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Долматов Анатолій Іванович, завідуючий кафедрою технології виробництва авіаційних двигунів і енергетичних установок Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Борисевич

Володимир Карпович, директор Міжнародного інституту нових технологій і матеріалів (м. Харків );

кандидат технічних наук, доцент Горелик Борис Володимирович, ст. н. співр. Харківського науково-дослідного інституту технології машинобудування.

Провідна організація: Український науково-дослідний інститут авіаційної технології Державного комітету промислової політики України, м. Київ.

Захист відбудеться “1” березня 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.04 у Національному аерокосмічному університеті ім. М. Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”.

Автореферат розісланий “26” січня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, професор _____________Г.Л. Корнілов

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток науки і техніки України в даний час повинний бути підпорядкований, насамперед, рішенню питань підйому ефективності використання ресурсів і зниження енерго- і матеріалоємності виробництва. Інтенсифікація робочих процесів, ріст конструктивної складності виробів вимагає високої надійності і довговічності їхніх деталей і вузлів. У багатьох випадках утрата деталлю свого службового призначення і її руйнування починається з поверхневого шару, що дуже впливає на якість поверхневого шару заготівки, працездатність і довговічність технологічного оснащення й устаткування. Деталі технологічного оснащення, що застосовуються для одержання заготівок деталей авіаційних двигунів литтям і штампування - кокілі, штампи, матриці, пуансони тощо, піддаються різним видам руйнування, зносу і схоплювання їхньої поверхні з матеріалом заготівки. Наприклад, у кокілях - наскрізні тріщини (тріщини 1 роду), орієнтовані тріщини (тріщини 2 роду), сітка розпалу (тріщини 3 роду), розмив робочої поверхні і приварювання до неї сплаву, короблення і механічні ушкодження; у штамповому оснащенні - знос, сколювання й тощо. В результаті цього в процесі виготовлення заготівель ми одержуємо брак: невідповідність геометрії, невитримані показники механічних властивостей, різностінність. Поліпшення якості поверхневого шару може бути отримано термообробкою, зміцненням, зокрема, поверхневим пластичним деформуванням і використанням принципово нового підходу до конструювання технологічного оснащення – створенням на поверхні деталі тонкого шару іншого матеріалу, що додає поверхні спеціальні властивості. У зв'язку з цим знаходять усе більш широке застосування методи газотермічного напилювання покрить. Серед засобів газотермічного напилювання для одержання покрить, призначених для експлуатації в тяжких умовах при дії екстремальних навантажень і великих температур, перспективним є детонаційний. Не менш важливим є механічна обробка нанесених покрить, що говорить про актуальність поданого в дисертаційній роботі дослідження.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Дисертація виконувалася в рамках програми по науці й технології України "Розвиток виробничих потужностей по випуску великогабаритних двигунів і комплексної програми ВАП, ВПС, ЦПС" від 02.06.88 р., "Розвиток авіаційних двигунів до 2000 р.", програми Міністерства машинобудування ВПК і конверсії України "Імпульсні ресурсозберігаючі технології й устаткування для підвищення характеристик виробів машинобудування і ВПК України", Державної програми розвитку виробництва двигунів внутрішнього згоряння, програми Міністерства науки і освіти України "Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології" у рамках НД і ДКР.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є зниження витрат на виробництво й підвищення якості одержуваних заготівок авіадвигунів шляхом збільшення життєвого циклу оснащення на основі газодетонаційних захисних технологій.

Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

-

-

-

-

-

-

-

конкурентноздатності процесу й устаткування.

Об'єктом дослідження є технологія нанесення захисних покрить на технологічне оснащення з наступною фінішною обробкою.

Предметом дослідження є моделювання процесу течії двохфазних середовищ у стовбурі установки, що дозволяє розраховувати енергетичні і кінематичні параметри процесу.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводилися на основі законів механіки суцільних середовищ, термодинаміки, методів чисельного моделювання, методів планування експерименту. Експериментальні результати отримані шляхом випробовування зміцнених моделей на виробничій базі підприємств.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Розроблено нові технологічні процеси газодетонаційного напилювання покрить на ливарне й штампове оснащення, які дозволяють керувати якістю оснащення робочої поверхні.

2. Створено й апробовано методику порівняльної оцінки ефективності зміцнюючих технологій, спрямованих на підвищення живучості деталей технологічного оснащення, яка базується на іспиті моделей, що забезпечує дію у процесі навантаження тисків, температури і газодинамічних характеристик, які імітують відповідні параметри експлуатаційних навантажень штатних деталей оснащення.

3. Уперше проведені дослідження з визначення зносостійкості й утворенню тріщин технологічного оснащення, що дозволяють розробляти оптимальні режими процесу детонаційного напилювання на робочі поверхні оснащення.

4. На основі уточнення математичних моделей течії двохфазного середовища у стовбурі для енергоносія пропан-бутану, отримано аналітичні залежності для визначення параметрів процесу.

5. На основі комплексних досліджень уточнено характеристичний критерій: КvT, що характеризує зв'язок температури й швидкості напилюваних часток у залежності від співвідношення об’ємів робочих газів для нового енергоносія пропан-бутану.

Практичне значення отриманих результатів. Проведені дослідження дозволили розробити технологічні процеси нанесення покрить на оснащення. Впровадження в серійне виробництво двигунів ТВ3-117СБМ1, ВК-1500 розроблених методик дозволило значно (до 50%) підвищити життєвий цикл технологічного оснащення.

Модернізоване устаткування (порошковий живильник, - новизна підтверджена авторським посвідченням) дозволяє підвищити скорострільність установки в 1,5…2,2 рази.

Загальний економічний ефект від розробок здобувача складає 75 тис. грн. у рік.

Результати досліджень дисертаційної роботи включено до програми курсу: "Технологія виробництва й ремонт двигунів" для студентів спеціальності "Авіаційні двигуни й енергетичні установки" Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "ХАІ".

Особистий внесок здобувача. Основна частина ідей, експериментальних і практичних розробок дисертації належить автору особисто.

Розроблені технічні рішення устаткування (захищені авторським посвідченням) й експериментальні розробки виконані разом із співробітниками Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "ХАІ" і ВАТ "Мотор-Січ", прізвища яких зазначені в переліку публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися на науково-технічних семінарах кафедри технології авіадвигунобудування Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "ХАІ" (з 1997 по 2001 р.).

Матеріали дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на Міжнародній науково-технічній конференції "Інженерія поверхні й реновація виробів" (29-31 травня 2001 р., м. Феодосія; зроблено 2 доповіді), на Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми теорії і практики технології машинобудування, механічної і фізико-технічної обробки" (22-26 травня 2000р., м. Харків, ХНПК "ФЭД").

Публікації. Основні матеріали роботи опубліковано в 7 наукових статтях та 3 патентах.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків, викладена на 231 сторінках, що включають 203 сторінок основного тексту, 60 рисунків, 24 таблиці, список використаних джерел з 167 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована тема дисертаційної роботи, наукова новизна, практична значимість, особистий внесок автора, приведені основні публікація і дана структура дисертації.

У першому розділі відзначається, що розповсюдженими методами одержання заготівок авіаційних двигунів є лиття і пластичне деформування. На рис. 1 показані частина заготівок деталей двигуна ТВ3-117, які отримані зазначеними методами.

Проведено аналіз руйнування ливарного оснащення, вплив дефектів оснащення на якість відливків, приділено увагу особливостям при литті алюмінієвих і магнієвих сплавів, що мають поширення в авіаційній промисловості.

Дано аналіз (рис. 2) нанесення захисних покрить на поверхні кокілів, що дозволяють пом'якшити термічний удар, ерозійний вплив, поліпшити заповнюваність кокілю, зменшити схоплювання металу, що заливається, з оснащенням.

Потім дано аналіз факторів, що визначають формозміну й стійкість штампів: стирання, зминання й розпал.

На основі цього зроблений висновок, що підвищення життєвого циклу оснащення при литті й штампуванні можливо на двох стадіях (життєвий цикл об'єкта складається з чотирьох стадій: проектування, виготовлення, експлуатація, утилізація), це проектування й експлуатація. На першій стадії необхідно передбачити нанесення покрить, на другій – відновлення розміру.

В другому розділі, аналізуючи стан нанесення захисних покрить, розроблених ведучими країнами світу, відзначається великий внесок наукових установ України: ІПМ НАН України, ІСМ НАН України, Луганським тех. університетом, Східно-Українським національним університетом, ЦКБ "Ленінська кузня" тощо. З огляду на відзначені на основі критичного аналізу переваги газодетонаційних покрить, обирається для підвищення життєвого циклу технологічного оснащення газодетонаційний засіб нанесення покрить.

Газодетонаційний процес нанесення покрить – багатофакторний. Важливою стадією цього процесу є поширення детонаційної хвилі в установці й взаємодія порошку з газовим потоком. На основі теоретичних досліджень, проведених у ХАІ, модель течії обрана за схемою, яка подана на рис. 3.

Математична постановка задачі. За основу обрана модель. Стовбур довжиною L і діаметром d частково заповнено газовою сумішшю (ГС), яка здатна детонувати при початкових тисках Р0, щільності 0 і температурі Т0. Частину стовбура, що залишилася, заповнює інертний газ (ИГ). Рух середовища описується в координатах, початок яких зв'язано з закритим кінцем стовбура і вісь Х спрямована убік відкритого кінця стовбура. На деякій відстані від закритого кінця стовбура між перетинами Х1 і Х2 розташовані зважені частки порошку з об'ємною концентрацією 2. У результаті ініціювання вибуху у закритого кінця труби формується детонаційна хвиля (ДВ), що поширюється по суміші. При виході на контактну межу відбувається перехід детонаційної хвилі в ударну, що рухається по інертному газу.

При поширенні детонаційної хвилі і наступному витіканні продуктів детонації (ПД) зі стовбура відбувається силова й теплова взаємодія часток порошку з детонаційною хвилею і продуктами детонації. Потрібно визначити параметри продуктів детонації і часток порошку в залежності від часу. Рівняння течії двохфазного середовища у розглянутому випадку запишемо при наступних загальноприйнятих (при розгляді двохфазних течій) припущеннях - одним з основних факторів, що впливають на енергетичні параметри течії двохфазного середовища в стовбурі: швидкість, тиск, молекулярна маса, температура продуктів детонації, а також швидкість і температуру часток у різних кінцях стовбура, є склад суміші, що детонує, що характеризується характеристичним критерієм КVT - зв'язок швидкості й температури напилювання часток у залежності від співвідношення обсягів робочих газів. Теоретичні дослідження проводилися для уточнення критерію КVT для нового енергоносія – пропан-бутану.

Система рівнянь, за допомогою якої описується течія, являє собою запис законів збереження маси, кількості руху й енергії для газового компонента і часток при наступних кінцевих і початкових умовах.

Лівою межею, що збігається з початком координат (див. рис.3), є закритий торець стовбуру, де ставиться умова непротікання потоку крізь стінку, тобто Х = 0. Правою межею, поки не почалося витікання в атмосферу, є фронт детонаційної чи ударної хвилі. Рівняння збереження енергії на стрибку в цьому випадку має вигляд:

;

;

.

При контактному розриві між інертним газом і продуктами детонації ставиться умова рівності швидкостей і тисків по обох сторонах розриву.

Після виходу ударної хвилі з труби відбувається витікання ударно-стиснутого інертного газу, а після виходу контактної границі – витікання продуктів

детонації. Якщо витікання надзвукове, то при розв’язанні задачі про розпад розриву "розпадні" величини просто не будуть використані в розрахунку. Якщо потік дозвуковий, то на відкритому торці здійснюється звукове витікання доти, поки "розпадне" значення тиску не стане менше атмосферного. Тоді біля виходу встановлюється тиск середовища, куди витікає газ.

У початковий момент часу параметри продуктів детонації знаходяться з автомодельного рішення для плоскої детонаційної хвилі, що описується двома звичайними рівняннями:

;

.

Розроблена програма, на основі математичної моделі течії двохфазного середовища, дозволяє розрахувати й уточнити характеристичний критерій

КVT для суміші кисень + пропан-бутан.

КVT = 5,75 для стехіометричного об'ємного співвідношення ;

КVT = 0,63 для еквімолярного співвідношення .

На основі цих співвідношень ведеться розрахунок оптимального КVT і розрахунки параметрів швидкості, тиску, молекулярної маси, температури продуктів детонації, що дозволяють дати рекомендації по веденню технологічного процесу.

Дані досліджень подано на рис. 4 - 9.

Доцільність обраного методу підвищення життєвого циклу технологічного оснащення. На першому етапі проектування технологічного процесу здійснювався вибір режимів напилювання, тобто визначався склад вибухової суміші. Змінюючи склад суміші, можна у широкому діапазоні варіювати енергетичними параметрами часток і властивостями покрить.

Розрахунки розгону і нагрівання часток порошку в стовбурі детонаційної установки показують, що максимальний прогрів досягається при стехіометричному співвідношенні О2/ПБ=1,26. Це зв'язано з тим, що стехіометрична суміш має велике значення виділеного тепла при протіканні хімічної реакції, а також, з тим, що оскільки динамічний натиск цієї суміші найменший, то частка знаходиться в стовбурі і нагрівається до більшої температури. Отже, для порошків тугоплавких металів необхідно вибирати стехіометричне співвідношення компонентів, тому що при цьому можна досягти плавлення часток і переходу їх у рідкий стан, що необхідно для одержання міцного зчеплення. Для легкоплавких матеріалів склад суміші треба підбирати таким чином, щоб частки досягали максимальної швидкості, тобто брати співвідношення О2/ПБ не близьке до 1,05. Зменшити температуру нагрівання часток можна розведенням суміші інертним газом чи недозаповненням стовбура.

Другим етапом розробки технологічного процесу напилювання є вибір наважки порошку, що подається в стовбур установки. Для збільшення продуктивності необхідно вибирати максимальне значення дози порошку. Однак, це значення обмежується якістю розпилу матеріалу й енергетичних можливостей суміші. Проведено вибір "ефективного значення" наважки порошку, що характеризується тим, що на всьому шляху руху часток зберігаються максимальні значення температури і швидкості продуктів детонації, що сприяє найбільшому прогріву і прискоренню часток.

Третім етапом побудови технологічного процесу є визначення фракції напилюваного порошку (звичайно від 5 до 100 мкм). Розмір часток вибирається таким чином, щоб забезпечити перехід часток у рідкий стан у широкому діапазоні глибини завантаження. Раніше визначається глибина завантаження порошку з умови нагрівання часток від 1,3 Тпл до 0,7 Ткип і досягнення її максимальної швидкості. Дані досліджень подано на рис. 4 - 9.

Аналіз результатів показує, що характер зміни швидкості і температури часток на кінці стовбура для одних напилюваних матеріалів (фракцій порошків і умов напилювання) має екстремальний вигляд, тобто частки набувають максимальної швидкості і температури. Для інших характерно наявність одного максимуму або по V, або по Т. При виборі початкового положення часток необхідно для кожного конкретно напилюваного матеріалу й умов напилювання виходити з конкретних розрахунків. При цьому бажано вибирати початкове положення часток, що відповідає екстремальним значенням V і Т (рис.10-15).

За запропонованою методикою оптимізовано режимні параметри для напилення покрить з порошків WC+15%З, WC+20%Ni, Al2O3, ZrО2+7%Al2O3, Ni+20%Cr.

У третьому розділі подано експериментальні дослідження зміни фізико-механічних характеристик і якісних властивостей поверхневого шару оснащення з напиленими детонаційними покриттями, які проведено на основі теоретичних моделей і розрахунків.

У розділі створена й апробована методика порівняльної оцінки ефективності зміцнюючих і захисних технологій, спрямованих на підвищення життєвого циклу технологічного оснащення, що базується на іспиті моделей і забезпечує відповідні дії в процесі навантаження моделей тиском, температурою та іншими параметрами експлуатаційних навантажень.

Визначено, що основними видами пошкодження робочих поверхонь оснащення є: стирання, наклеп, шелушіння поверхонь, мікрорізання, утворення тріщин термічної втоми з ознаками газової ерозії, задири тощо.

Установлено коефіцієнти живучості оснащення для різних видів покрить. Для цього проведений іспит 11 видів покрить (див. рис. 16).

Рис. 12. Залежність швидкості часток на виході зі стовбура від початкового розташування часток

Частки ВН – 20 ; m =0,1 г;

Склад суміші: О2/ПБ =1,26 + 20%N2;

– діаметр 60 мкм;

– діаметр 40 мкм;

– діаметр 20 мкм. | Рис. 13. Залежність температури часток на виході зі стовбура від початкового розташування часток

Частки ВН – 20 ; m =0,1 г;

Склад суміші: О2/ПБ=1,26+ 20%N2;

– діаметр 60 мкм;

– діаметр 40 мкм;

– діаметр 20 мкм.

На основі аналізу розроблених властивостей різних покрить, нанесених і випробуваних на експериментальних зразках на виробництві, доведено, що, незважаючи на більш високі кількості циклів навантаження і коефіцієнти живучості (рис.16), в оснащенні, хромованого за технологією НХ, і навіть почасти за сумсько-швейцарською технологією, газодетонаційне напилювання (коефіцієнт живучості 1.8) є кращим.

Це доведено відповідними порівняльними металографічними дослідженнями, що розглянуті в роботі.

Спосіб зміцнення

Рис. 16. Діаграма зносостійкості до появи початкових ознак руйнування зміцненого шару:

ИСП – початковий стан; ЭИЛ – електроіскрове легування; Crип1 – іонно-плазмове хромування за типовою технологією; Crб – хромування розкладанням з'єднання “Бархос”; КНП – карбонітридне покриття; ЛТО – лазерна термічна обробка; Crип2 – іонно-плазмове хромування за удосконаленою технологією; Crгм – гальванічне хромування за технологією “ЗіМ”; Crгс – хромування за сумсько-швейцарською технологією; ДУ – детонаційне зміцнення; НХ – наплавлення сплавом хастеллою.

Таким чином, проведена багатофакторна оцінка ефективності зміцнюючих обробок по живучості моделей оснащення, зносостійкості, по кількості й характеру тріщин термічної втоми тощо, показала не тільки кращі середні характеристики покрить, нанесених газодетонаційним способом, але й показала, що в низці випадків при прийнятті конкретних рішень по способу нанесення покрить необхідно провести такий багатофакторний експеримент. На рис. 17 подано зовнішній вигляд напилюваного оснащення.

У 4 розділі наведено рекомендації з механічної обробки детонаційних покрить, у тому числі за глибиною різання і застосовуваних кіл. Так, для покрить ВК 18С рекомендовано обробку колами з ельбора, а для покрить з Х20Н8 – колами з електрокорунда. Аналіз експериментів з впливу режимів шліфування на величину і характер залишкових напруг показав, що у великому ступені на ці параметри впливає поперечна подача, а ще в більшій – глибина різання.

Отримані результати можна пояснити таким чином: при збільшенні поперечної подачі площа контакту кола з деталлю збільшується, це з одного боку зменшує інтенсивність охолодження, а з іншого - збільшує сили тертя, що спричиняє підвищення контактної температури, що призводить до появи залишкових напруг розтягання. У свою чергу збільшення глибини різання сприяє підвищенню зусиль різання, що також веде до збільшення температури і, у першу чергу, миттєвої і, як наслідок, до появи і росту напруг розтягання. Таким чином, серія проведених експериментів підтвердила, що механічна обробка сприяє перерозподілу напруг у покриттях. Тому обґрунтування вибору режимів обробки в роботі є необхідним.

У дисертаційній роботі подано класифікатор розвитку детонаційного устаткування й технологій: подача компонентів, стабілізація процесу детонації, оптимізація режимів напилювання, активація підкладки, оптимізація розподілу порошку в стовбурі і за напрямком. Дано пропозиції з конструктивних змін устаткування й системи подачі порошку, підтверджені трьома авторськими посвідченнями.

Для виявлення шляхів поліпшення споживчих властивостей продукції і визначення напрямків технічного удосконалення об'єктів аналогів в області технології й устаткування для детонаційного напилювання була перевірена конкурентноздатність застосовуваного устаткування і розроблених технологій (як базу порівняння був обраний аналог фірми-виробника Union Carbide) за показниками:

-

-

-

-

-

-

-

Проведені розрахунки показали: об'єкт життєздатний, комплекс споживчих властивостей відповідає рівню закордонних аналогів.

Загальні висновки по роботі

Проведений аналіз одержання заготівок авіаційних двигунів литтям і штампуванням, показав, що на якість дуже впливає стан робочих поверхонь технологічного оснащення (ливарного і штампувального), тому підвищити якість деталей можна за рахунок підвищення життєвого циклу оснащення на двох етапах: проектування й експлуатації.

На основі досліджень, проведених у дисертаційній роботі, отримано такі результати:

1. Здійснено моделювання течії двохфазного середовища в стовбурі установки і на основі цього розроблений програмний продукт, що дозволив провести розрахунки енергетичних параметрів для порошків: ВН-20, Zr2, КХН-15, Al2O3, ВК-25 (75%)+ ПТНА-01 (25%).

2. На основі комплексних досліджень проведене уточнення характеристичного критерію KVT для нового енергоносія пропан-бутану,

характеризуючого зв'язок температури й швидкості напилювання в залежності від співвідношення робочих газів.

3. На основі проведених теоретичних досліджень були розроблені технологічні процеси напилювання на ливарне й штампувальне оснащення, що дозволили збільшити стійкість у 2,5 рази.

4. Експериментальними дослідженнями підтверджено теоретичні передумови і наведено рекомендації з проектування технологічного процесу напилювання покрить на ливарне й штампове оснащення порошками, до складу яких входять матеріали з температурою плавлення до 2000К та порошками, у яких температура плавлення окремих компонентів вище 2000К.

Для першого й другого випадків запропоновані раціональні склади сумішей, величини наважки порошків, їхнє початкове положення в стовбурі, розміри часток, режими, технічні характеристики процесів, представлені таблицями і графіками.

5. Зроблено розрахунок енергетичних параметрів нанесення покрить на оснащення, що працює одночасно на стирання, наклеп, мікрорізання, термічну втому, а також з ознаками газової ерозії, тощо. Отримані результати порівняно з результатами дослідження покрить, нанесених іншими методами. Показано, що газодетонаційне напилювання збільшує стійкість оснащення в найбільшій кількості випадків причин виходу її з ладу (розглянуті результати 11 видів покрить).

6. Створено й апробовано методику порівняльної оцінки ефективності зміцнюючих і захисних технологій, спрямованих на підвищення життєвого циклу технологічного оснащення, що базується на іспиті моделей і забезпечує відповідні дії у процесі навантаження моделей тисками, температурами та іншими параметрами експлуатаційних навантажень.

Визначено, що основними видами ушкодження робочих поверхонь оснащення є: стирання, наклеп, шелушіння поверхонь, мікрорізання, утворення тріщин термічної втоми з ознаками газової ерозії, задири тощо. Встановлено коефіцієнти живучості оснащення для різних видів покрить.

Доведено, що незважаючи на більш високі коефіцієнти живучості (незначні) при хромуванні за технологією “ЗіМ”, сумсько-швейцарською технологією і наплавленням сплавом “хастеллою”, газодетонаційне напилювання (коефіцієнт живучості 1,8) є кращим. Це доведено металографічними дослідженнями (зносостійке покриття зберігається практично на всій контрольованій поверхні), а також економічними підрахунками.

7. Розглянуто й досліджено всі можливі види пошкодження оснащення, що виникають вже після нанесення різних покрить. Запропоновано методи, що усувають ці ушкодження (для газодетонаційних технологій).

8. Досліджено 11 видів покрить (у т.ч. газодетонаційне) і виявлені основні їхні недоліки, кожний з яких піддався аналізу причин їхньої появи. Наведено залежності ступеня зносу оснащення від способу зміцнення її поверхні й циклів навантаження.

9. Вперше представлені порівняльні характеристики всіх застосовуваних методів нанесення покрить.

10. Створено й апробовано методику порівняльної оцінки ефективності зміцнюючих технологій, що базується на іспиті моделей і імітує відповідні параметри експлуатаційних навантажень оснащення.

11. Представлено класифікатор тенденцій розвитку детонаційного устаткування і технологій за одним з напрямків: система подачі порошку і розробка нових живильників. Ці пропозиції підтверджені авторськими посвідченнями.

12. Проведено розрахунок конкурентноздатності досліджуваного процесу.

13. Економічний ефект від впровадження результатів дослідження на ВАТ “Мотор Січ” складає 75 тис. грн.

Список опублікованих праць по темі дисертації

1. Богуслаев А.В. О необходимости нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности оснастки для штамповок и литья. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 23(6). Харьков, НАКУ, 2000 г. – С. 48-54, 171 с.

2. Долматов А.И., Богуслаев А.В. Структурные исследования и сравнение материала защитных покрытий оснастки, наносимых различными методами. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып.24(1). Харьков, НАКУ, 2001 г. – С. 37-47, 162 с.

3. Богуслаев А.В. Разработка технологии нанесения покрытий на оснастку с исследованием ее износостойкости. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 22(5). Харьков, НАКУ, 2000 г. – С. 27-36, 168 с.

4. Долматов А.И., Богуслаев А.В. Определение энергетических параметров нанесения покрытий газодетонационным методом. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 23(6). Харьков, НАКУ, 2000 г. – С. 28-36, 171 с.

5.Богуслаев А.В. Исследование качества материала деталей после нанесения покрытий. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 21(4). Харьков, НАКУ, 2000 г. – С. 55-66, 166 с.

6. Долматов А.И., Богуслаев А.В., Ткаченко В.В., Колтун К.С. Исследование влияния асимметрии цикла нагружения, создаваемого остаточными напряжениями из условия нераспространения трещин. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 21(4). Харьков, НАКУ, 2000 г. – С. 17-22, 166 с.

7. Долматов А.И., Колтун К.С., Войтенко В.С. Богуслаев А.В. Остаточные напряжения в предварительно деформированном образце. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 21(4). Харьков, НАКУ, 2000 г. – С. 31-38, 166 с.

8. Патент . МКИ В 05 В 7/20. Пристрій для детонаційного напилювання покриттів / Долматов А. І., Жеманюк П. Д., Сергеєв С. В., Зорік І. В., Богуслаєв О. В.(Украина).- № 2001075475. Заявл. 31.07.2001г.

9. Патент 43220А, МКИ В 05 В 7/20. Пристрій для дозованої подачі порошкового матеріалу в ствол детонаційної установки для нанесення покриттів / Богуслаєв В. О., Долматов А.І., Жеманюк П. Д., Сергеєв С. В., Зорік І. В., Богуслаєв О. В.(Украина). -№2001642467. Заявл. 12.04.2001г.

10. Патент . МКИ G 01 N 3/32. Спосіб визначення коефіцієнта зміцнення деталей після алмазного вигладжування / Богуслаєв О.В., Дубровін В.І., Суботін С.О., Яценко В.К.(Украина). - №2001107022. Заявл. 16.10.2001г.

Анотація

Богуслаєв О.В. Підвищення життєвого циклу оснащення на основі захисних технологій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.04 – технологія виробництва літальних апаратів. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "ХАІ", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2002.

Дисертацію присвячено розробці технології нанесення захисних покриттів на технологічне оснащення з наступною фінішною обробкою.

На основі уточненого характеристичного критерію процесу проведено розрахунок енергетичних і кінематичних параметрів детонаційного нанесення покриттів на технологічне оснащення для нового енергоносія пропан-бутану.

Запропоновано методику побудови технологічного процесу з вибору раціональних режимів напилення.

З метою поліпшення споживчих властивостей визначена конкурентоспроможність застосовуваного обладнання й розроблених технологій. Основні результати роботи знайшли застосування при зміцненні й відновленні деталей технологічного оснащення, що використовуються при виробництві авіаційних газотурбінних двигунів, які випускаються ВАТ "Мотор-Січ", м. Запоріжжя, Україна.

Ключові слова: технологічне оснащення, нанесення покриттів, детонація, міцність зчеплення, зносостійкість, кількість тріщин термовтомленості, циклові навантаження, якість покриттів, конкурентоспоспроможність об'єкта.

Аннотация

Богуслаев А.В. Повышение жизненного цикла оснастки на основе защитных технологий. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.04 – технология производства летательных аппаратов. – Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”, Министерство образования и науки Украины, Харьков, 2002.

Диссертация посвящена разработке технологии нанесения защитных покрытий на технологическое оснащение с последующей финишной обработкой.

Анализ и классификация видов и факторов возникновения дефектов технологической литейной и штамповочной оснастки, а также получаемых на ней деталей позволили выделить основные причины их разрушения и предложить наиболее рациональные методы повышения жизненного цикла оснастки.

Приведенные технико – экономические параметры методов упрочнения убеждают в необходимости использования газодетонационного метода для защиты рабочих поверхностей технологического оснащения.

На основе уточненного характеристического критерия процесса произведен расчет энергетических и кинематических параметров детонационного нанесения покрытий на технологическую оснастку для нового энергоносителя пропан-бутан.

Предложена методика построения технологического процесса по выбору рациональных режимов напыления.

В экспериментальной части создана и апробирована методика сравнительной оценки эффективности упрочняющих технологий, направленных на повышение жизненного цикла технологической оснастки, основанная на имитации параметров эксплуатационных нагрузок. Проведенная многофакторная оценка эффективности упрочняющих обработок по живучести, износостойкости, характеру трещин, термической усталости, качеству материала – позволила сделать вывод о правильном выборе детонационного метода напыления покрытий.

В работе представлен классификатор развития детонационного оборудования и технологий. Даны предложения по конструктивным изменениям системы зажигания и подачи порошка.

Для улучшения потребительских свойств продукции и определения направлений технического совершенства определена конкурентоспособность применяемого оборудования и разработанных технологий.

Расчеты показали: технология конкурентоспособна, комплекс потребительских свойств соответствует уровню зарубежных аналогов.

Разработана типовая документация технологических процессов по напылению различных покрытий на детали технологической оснастки с их последующей финишной обработкой.

В диссертации приводятся практические рекомендации, касающиеся выбора материалов для нанесения покрытия, режимов нанесения покрытий на детали авиационных и автомобильных двигателей, а также на технологическую оснастку в целях ремонта (восстановления геометрических размеров и эксплуатационных свойств поверхностного слоя).

Основные результаты работы нашли применение при упрочнении и восстановлении деталей технологической оснастки, применяемой при производстве авиационных газотурбинных двигателей, выпускаемых ОАО “Мотор-Сич”, г. Запорожье, Украина. Кроме этого, приведенные в диссертации рекомендации были использованы при модификации существующего на данном предприятии детонационного оборудования с целью перехода на пропан-бутановую детонационную смесь и повышения скорострельности детонационных установок.

Ключевые слова: технологическая оснастка, нанесение покрытий, детонация, прочность сцепления, износостойкость, количество трещин термоусталости, цикловые нагружения, качество покрытий, конкурентоспособность объекта.

Abstract

Boguslaev A.V. Improvement of tooling life cycle on the basis of protective production processes. – Typescript.

Thesis on competition for academic degree of candidate of technical science, specialty 05.07.04 - Production process for manufacture of aircraft. – N.Y. Zhukovsky National Aerospace University " KhAI", Ministry of education and science of Ukraine, Kharkov, 2002.

The thesis is dedicated to development of production process for applying protective coatings to production tools followed by finishing.

On the basis of perfected process characteristic criteria, calculation of energy and kinematic parameters for gas-detonation application of coating on production tools with the use of new energy carrier – propane-butane – is made.

The method for organizing production process on the basis of selection of efficient spraying conditions is offered.

In order to find ways to improve product user-friendly features and determine directions of technical improvement, competitiveness of the equipment and elaborated production processes has been evaluated.

The basic results of this work have been adopted for hardening and restoring the parts of production tools used for manufacture of the gas-turbine aero-engines at Motor Sich JSC, Zaporozhye, Ukraine.

Key words: production tools, application of coating, detonation, adhesion strength, wear-resistance, number of thermal fatigue cracks, cycle loading, quality of coating, competitiveness of object.