ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Зелений Анатолій Михайлович
УДК 621.921
ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
ЯКОСТІ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ
РОЛИКІВ ВИТЯЖНИХ МЕХАНІЗМІВ
05.02.08 – Технологія машинобудування
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Одеса - 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі Вищої математики № 2 Одеського національного політехнічного університету Міністерства освіти і науки Україні.
Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор
Усов Анатолій Васильович,
Завідувач кафедри Вищої математики № 2
Одеського національного політехнічного університету
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
Якiмов Олександр Васильович
Одеський національний політехнічний університет
професор кафедри “Технологія машинобудування”
кандидат технічних наук
Вайсман Владислав Олександрович,
Директор Одеського заводу прецизійного устаткування "Мікрон"
Провідна установа: | Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування м. Харків
Захист відбудеться 27 вересня 2002 р. о 14 годині на засіданні Спеціалізованої Вченої Ради Д 41.052.02 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою:
65044 м. Одеса, пр. Шевченка, 1.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою:
65044 м. Одеса, пр. Шевченка, 1.
Автореферат розісланий 26 серпня 2002 р.
Вчений секретар
Спеціалізованої Вченої Ради Оборський Г.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Виробництво кабельної продукції пов'язано з інтенсивним зношенням робочих поверхонь роликів витяжних механізмів. Зношення залежить від силових та кінематичних параметрів пар тертя, від властивостей поверхневого шару – його шорсткості, твердості, зносостійкості. Ефективним напрямком у вирішенні цієї проблеми в аспекті досягнення вимог експлуатаційних показників щодо витяжних роликів є використання зносостійких спеціальних покрить.
В зв'язку із жорсткими вимогами до точності робочих поверхонь вказаних деталей, а також високої твердості нанесених покрить завершальною технологічною операцією є шліфування, яка покликана забезпечити необхідні властивості обробленим поверхням.
На сьогодні якість поверхневого шару деталей з покриттям досягається за рахунок обробки їх граничними за бездефектністю технологічними умовами шліфування, що забезпечують найвищу продуктивність. Але при цьому внаслідок термомеханічних явищ, які супроводжують шліфування, на робочих поверхнях роликів виникають дефекти типу тріщин та відшарувань самих покрить.
Дослідження закономірностей формування шліфувальних тріщин та відшаровування покрить від основного матеріалу при обробці деталей з покриттям є важливим народно-господарським завданням, вирішення якого забезпечить значну економію матеріальних ресурсів, трудомісткості і собівартості відновлення деталей.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами темами. Робота виконувалась на базі тематичних планів НДР Одеського Національного політехнічного університету на 1997-2001 р. №363-31 фізико-механічні основи технології прецизійного машинобудування (реєстраційний №04:04-МВІ**-99) та технічних проблем ВАТ "Одескабель", які пов’язані з виробництвом кабельної продукції.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є забезпечення якісних характеристик зносостійких покрить на основі встановлення функціональних зв'язків технологічних параметрів шліфування із фізико-механічним станом поверхневого шару роликів витяжних механізмів з урахуванням спадкових дефектів, що виникають на операціях нанесення покрить.
Для реалізації мети в роботі необхідно вирішити наступні задачі:
- вивчити механізм формування пружно-деформованого стану поверхневого шару з покриттям при обробці шліфуванням з урахуванням технологічних дефектів, що виникають на попередніх операціях і особливо, при нанесенні покрить;
- розробити математичну модель, що описує термомеханічні процеси в поверхневому шарі при шліфуванні деталей з нанесеними на оброблювані поврехні покриттями, які мають часткове відшарування відносно матеріалу виробів;
- отримати розрахункові залежності, завдяки яким можливо прогнозувати умови сколювання покрить при певних режимах шліфування для конкретно вибраних характеристик обробляючих інструментів;
- апробірувати основні результати досліджень в умовах безпосереднього виробництва, при підготовці відповідальних механізмів, до робочих поверхонь яких пред'являються завищені вимоги відносно їх експлуатаційних якостей з метою визначення їх ефективності.
Об’єкт досліджень – якість робочих поверхонь витяжних роликів.
Предмет дослідження – закономірності формування тріщин та відшарування зносостійких покрить від основного матеріалу витяжних роликів при шліфуванні їх робочих поверхонь.
Методи досліджень. Для вирішення поставлених задач використовувалися методи лінійної теорії термопружності, математичний апарат теорії механіки руйнування, рівняння математичної фізики, основи технології машинобудування. Аналіз експериментальних даних проводився методами теорії ймовірностей та математичної статистики.
Достовірність отриманих наукових результатів і висновків перевірена порівнянням теоретичних положень з експериментальними даними та залежностями, виготовленням дослідних зразків та їх перевірки.
Наукова новизна одержаних результатів. Вирішено наукову задачу по встановленню розрахунково-теоретичних залежностей між умовами відшарування покрить під дією термомеханічних явищ, що супроводжують обробку шліфуванням, пружно-деформованим станом робочих поверхонь виробів з покриттям та технологічними параметрами операції шліфування. Крім цього, наявність одержаних функціональних залежностей дозволяє здійснювати оптимальний вибір покрить для основного матеріалу із міркувань відповідності фізико-механічних властивостей покриття та основного матеріалу. Одержані критеріальні співвідношення по визначенню технологічних умов тріщино- та сколоутворення при шліфуванні виробів з покриттям.
Практичне значення одержаних результатів. На підставі проведених теоретико-експериментальних досліджень розв’язана задача по забезпеченню ефективності експлуатації роликів витяжних механізмів, які працюють в умовах інтенсивного зношення. Завдяки раціональному вибору типу покриття їх робочих поверхонь та наступної бездефектної обробки шліфуванням значно збільшено ресурс експлуатації цих деталей у витяжних механізмах.
Особистий внесок здобувача.
1.
Розроблена математична модель для дослідження температурних та пружно-деформаційних полів у виробах з покриттям з урахуванням їх часткового відшарування.
2.
Визначені розрахункові залежності, за якими можна досліджувати пружно-деформований стан робочих поверхонь виробів з покриттям в залежності від параметрів шліфування.
3.
Визначені технологічні умови шліфування деталей з покриттям при наявності дільниць часткового відшарування, які забезпечать відсутність на оброблюваних поверхнях дефектів типу тріщино- і сколоутворення та відшарування від основного матеріалу.
4.
Теоретично експериментально обгрунтовані основні результати наукових досліджень на конкретних виробах із зносостійкими покриттями, для яких важливими експлуатаційними показниками являються вимоги високої точності та низької шорсткості.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися, обговорені та схвалені на міжнародних, зональних і вузівських науково-технічних конференціях і нарадах. Дисертаційна робота в цілому розглянута і схвалена на розширеному засіданні кафедри Вищої математики № 2 за участю співробітників кафедр "Технологія машинобудування", "Металорізальні верстати, метрологія та сертифікація" Одеського Національного політехнічного університету, технічній Раді ВАТ "Одескабель".
Публікації. Результати дисертації викладені у 7 публікаціях, в тому числі є 4 статті у фахових журналах.
Структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, основних результатів і висновків, списку літератури з 117 найменувань і додатків, що містять методику експериментальних досліджень, документів про впровадження результатів дисертаційної роботи на промисловому підприємстві. Робота викладена на 193 сторінках машинописного тексту з додатками, містить 40 рисунків, 14 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі відображена важливість проблеми, її народногосподарське значення, актуальність питань, яким присвячена дисертація, поставлена мета роботи, сформульовані положення, що виносяться на захист, і стисло викладений зміст роботи.
У першому розділі, що має допоміжних характер наведено огляд літератури за станом розглядуваної проблеми. Операцію шліфування застосовують для виготовленя виробів, до робочих поверхонь яких висуваються підвищені вимоги по точності, шорсткості тому, що останні характеристики істотно впливають на експлуатаційні властивості та ресурс їх використання. До таких виробів відносяться деталі із зносостійкими покриттями, що працюють в умовах підвищеного зносу робочих поверхонь.
Одним із основних факторів, що визначає інтенсивне зношення, є шорсткість поверхонь тертя. Тому нанесення на ці поверхні покрить із заданими фізико-механічними властивостями є одним із раціональних і економічних шляхів підвищення зносостійкості деталей.
Зносостійкі покриття, що наносяться різними методами мають високу твердість і низьку оброблюваність. В звїязку з цим, виникає проблема розмірно-чистової обробки деталей з покриттям. Специфічною особливістю високопродуктивної операції шліфування є виділення великої кількості теплоти, основна частина якої сприймається поверхневим шаром деталі з покриттям. Із-за різноманітних термомеханічних властивостей покриття і основного металу по границі системи покриття-матриця формуються напруження, завдяки яким виникають дефекти типу тріщин.
Проблемі тріщиноутворення при шліфуванні деталей з покриттям присвячені роботи проф. Михайлова А.А., проф. Анельчика Д.Є., проф. Усова А.В., проф. Якімова О.В. та ін.
Розроблені нормативи шліфування деталей з різними типами покритть дають можливість суттєво понизити інтенсивність тріщиноутворення на оброблюваних поверхнях. Але повністю запобігти їх появі удається не завжди. Справа в тому, що розроблені рекомендації не враховують спадкові дефекти, які привносяться на етапі нанесення покрить із-за недосконалої технології. До них в першу чергу, відносяться часткові відшарування покриття від матриці.
Тому задача визначення технологічних умов бездефектного шліфування і управління якістю поверхневого шару виробів з покриттям, схильних до тріщино- і сколоутворення остається актуальною. Це обумовлює необхідність досліджень причин формування шліфувальних дефектів, з урахуванням наслідкових неоднорідностей від попередніх технологічних операцій.
У другому розділі досліджуються термомеханічні процеси, які супроводжують операцію шліфування роликів після нанесення на них покрить. На відміну від відомих, пропонується наступна модель для визначення термопружного стану поверхневого шару. Розрахункова схема наведена на рис. 1.
Локальні навантаження у вигляді інтенсивних теплових потіків q(y), що виникають у зоні контакту інструмента з оброблюваною поверхнею, формують термічні напруження, які приводять до відриву покрить від основного матеріалу, в особливості при наявних дефектах спадкоємного характеру у вигляді часткового відшарування.
Задача полягає у відшуканні коефіцієнтів інтенсивності контактних напружень в граничних точках . При визначенні цих коефіцієнтів можна вирішувати питання про стан рівноваги розглядуваного дефекту, тобто отримати відповідь на питання про умови сколювання частково відлущеного покриття.
Математична постанова задачі слідуюча: |
| (1)
Тут через позначена жорсткість покриття; E1 - модуль пружності матеріалу покриття; h - товщина покриття; - - коефіцієнт Пуасона матеріалу покриття; Р (у) - нормальні термічні контактні напруження, які діють між покриттям та матрицею; q(y) - навантаження, що відриває покриття від основного матеріалу; w(y) - прогин покриття.
Вертикальні переміщення w3(y) поверхневих точок матриці в області відшарування у а представляються у вигляді: |
(2)
Вирішення задачі (1) - (4) за допомогою інтегральних перетворень Фур'є дозволяє одержати вираз для коефіцієнта інтенсивності напружень K1.
Проведені дослідженння дозволяють здійснювати вибір покрить для основного матеріалу із міркувань відповідності фізико-механічних властивостей покриття і матеріалу матриці, а також умов нанесення його на поверхню матриці. Довжина 2а дільниці часткового відшарування покриття з матрицею не повинна бути більше 1/3 товщини нанесеного покриття. Інакше значення КІН будуть різко зростати, що свідчить про можливий відрив покриття на вказаній ділянці.
Крім вказаного критерію контролю відшарування покриття від основного матеріалу, в роботі вирішена задача по визначенню температур як в покритті, так і в матриці (рис. 3).
Формування ізотерм у покритті показує на деякі особливості. По перше, із-за суттєвої різниці між значеннями коефіцієнтів теплопровідності покриття п і основного матеріалу -м у покритті чиниться концентрація основної долі тепла, яке виділяється при різанні. По друге, наявність характерних зломів у місцях зміни граничних умов і збільшення grad T (0,y,) на межі покриття-матриця.
Найбільш високі температури формуються в поверхневому шарі під джерелом - у зоні обробки. За рахунок параметру Vд чиниться спотворення ізотерм, які зсуваються до задньої кромки джерела. Теплообмін з поверхні для точок IyI l сприяє різкому падінню температури як в точках за задньою кромкою джерела, так і в точках перед передньою кромкою. На ділянці часткового відшарування покриття формується спотворення ізотерм. Вони обгинають цю дільницю як зі сторони покриття, так і збоку матриці. Така поведінка ізотерм пояснюється тим, що область часткового відшарування має властивості теплоізоляції.
Таким чином, аналіз температурного поля в системі покриття-матриця з дільницями часткового відшарування показав, що поле є неоднорідним, з характерними спотвореннями як на межі, так і в місцях відшарування. Зміна граничних умов, також впливає на характер розподілу ізотерм.
Аналіз пружного стану (рис. 4) показав, що у поверхневому шарі деталей з покриттям формуються напруження різної величини і знаку. Ці напруження особливо великі поблизу поверхні деталі і на межі покриття-матриця, коефіцієнти температурного розширення і другі теплофізичні та пружні характеристики яких різко відрізняються між собою. Інтенсивність розтягуючих напружень зростає навколо часткових відшарувань покриття. Стрибок напружень при переході через межу покриття-матриця, також свідчить про можливість сколювання покриття.
Зміна режимів, наприклад, глибини різання, швидкості деталі або товщини покриття, а також характеристик інструменту приводить до формування різних напружень в покритті, основному матеріалі і в місцях часткового відшарування
Одержані залежності дозволяють моделювати термомеханічні явища, що супроводжують процес шліфування виробів з покриттям. При цьому, з допомогою керуючих технологічних параметрів можна забезпечити виконання умов обробки при якій усуваються структурні перетворення у поверхневому шарі.
Запобігти тріщиноутворення на оброблюваній поверхні можливо, якщо текучі значення напружень не перевершують гранично допустимі значення для матеріалів покриття - підложка: |
(7)
(8)
Критеріальні співвідношення (6)-(9) правомірні для умови повного зчеплення покриття з основним матеріалом. Так як технологічно забезпечити такі умови неможливо, то слід розглядати додаткові вимоги у вигляді нерівності: |
K1c , | (10)
Тобто, при наявності часткового відшарування покриття на дільниці (-а*, а*) від основного матеріалу, інтенсивність напружень у гирлі дефекту не може перевершувати коефіцієнт тріщиностійкості K1c покриття.
Комплекс критеріальних співвідношень (6) - (10), у яких технологічні параметри представлені через температуру шліфування і інтенсивність теплового потіку q(y), дозволяє керувати обробкою виробів з покриттям так, щоб забезпечити необхідні якості, навіть при наявності дефектів типу часткового відшарування, які на практиці завжди мають місце.
Застосування рекомендуємих режимів обробки на досліджуваних покриттях показало, що повністю усунути тріщиноутворення на шліфованих поверхнях не вдається. Фрактографічний аналіз поверхні сколів показав, що руйнування носить транскристалітний характер, який відображає механізм низько-енергоємного крихкого руйнування.
Вищенаведені критерії не дозволяють з’ясувати роль вказаних дефектів покрить в інтенсивності тріщиноутворення при шліфуванні. Неоднорідність та дефектність структури покриття враховується лише через функцію розподілу границі міцності. Тому вищерозглянутий підхід враховує разом всі дефекти і неоднорідності, незалежно від їх фізичної природи, величини, форми, розташування. Але, з другої сторони, остається завуальованою роль дефекту в елементарному акті руйнування.
Для більш повного уявлення про роль дефектності матеріалу у механізмі пониження міцності, розглядається задача у якій допускається, що в поверхневому шарі покриття розсіяні не взаємодіючі між собою дефекти з глибиною залягання набагато меншою, ніж їх довжина. При цьому вони знаходяться в межах товщини знятого матеріалу за один прохід. Під дією контактних температур шліфування такі дефекти починають розвиватися у тріщину. Умовою рівноваги спадкоємних дефектів, довжиною 2l є така нерівність
(11)
У цій формулі величина контактної температури Тк у зоні шліфування залежить від технологічних параметрів та теплофізичних властивостей оброблюваного матеріалу. В роботі встановлені відповідні розрахункові залежності для її визначення по заданим режимам шліфування, та характеристикам кругів.
Технологічна реалізація наведеного співвідношення дозволяє запобігти появи тріщин на оброблюваних поверхнях.
Адекватність побудованої моделі перевірялась експериментально на зразках із сталі 40Х , на поверхні яких напорошувалось зносостійке покриття Al2O3 +TiO2, товщиною h=0,6- 0,8 мм. Для розрахунку параметрів бездефектної обробки були використані слідуючі фізико-механічні характеристики: Кс= 2,0 МПа м1/2; t =8,58 К-1; G = 168 ГПа.
Враховуючи випадковість розміру ll у розподілі дефектів у тілі, встановлений закон ймовірного розподілу цих дефектів. Аналіз мікрошліфів робочих поверхонь зразків до операції шліфування показав, що функція розподілу f(l) розмірів дефектів задовільняє нормальному розподілу.
Ймовірність руйнування обчислювалась за передумовою, що окремі дефекти не взаємодіють між собою, тобто на основі "найбільш слабкого ланцюга".
Для перевірки критерію (11) відсутності шліфувальних тріщин на оброблюваних поверхнях визначалась контактна температура в зоні шліфування. Враховуючи те, що домініруючим фактором із режимів шліфування є глибина шліфування, була визначена залежність Т= f( tшл)
(рис. 5). Решта режимів вибирались із умов максимальної продуктивності із збереженням необхідних якостей поверхонь.
Експериментальні дослідження показали, що круги із природних та синтетичних діамантів володіють стабільними різальними здатностями, високою розмірною стійкостю, формують порівняно низьку температуру у зоні шліфування, що відображається, в свою чергу, на відсутності тріщин при значних глибинах шліфування ( в порівнянні з кругом 24А 25 СМ18К5 ).
Було, також, встановлено , що найбільш продуктивним при збереженні необхідних якостей є шліфування покриття діамантовими кругами АСР Б1 зернистістю 80/63 Б11.
В зв’язку з тим, що пористість при напорошенні даного покриття регулюється швидкістю транспортуючої струмини газу, а також іншими параметрами процесу напорошення, можна відповідним вибіром режимів шліфування і характеристик кругів запобігти появи шліфувальних тріщин на оброблюваних поверхнях.
Результати визначення мікротвердості обробленої поверхні та мікроструктури поверхневого шару свідчать про те, що у діапазоні досліджених режимів структурні зміни після шліфування зносостійкого покриття Al2O3+TiO2 будуть відсутніми.
Характер тріщиноутворення на цих покриттях в залежності від характеристик кругів, режимів різання можна прослідити використовуючи критерій граничного теплового потоку q*. Тепловий потік, що поступає у деталь при шліфуванні, є не тільки функцією режимів різання, але і характеристик кругів - твердості зв’язки, зернистості, властивостей ріжучих зерен, їх твердості та ін.
Тому слід чекати, що для кожного круга мають місце свої значення граничного теплового потоку при яких покриття, що містять в собі дефекти розміром 2l, не будуть схильними до тріщиноутворення.
Для ранжировки кругів по критерію граничного теплового потоку були проведені слідуючі дослідження. Покриття Аl2O3+TiO2 шліфувалися різними кругами з глибиною шліфування, при якій на покритті появлялись тріщини. Паралельно вимірювалися значення теплового потіку q (як еквівалент потужності різання), контактної температури Тк (методом півштучної термопари), регіструвалися миттєві значення температур Тм, питома робота шліфування. Було встановлено, що інтенсивність тріщиноутворення на покриттях для різних кругів досить добре корелювалася з граничними значеннями теплового потоку (рис. 6) Найменшою величиною теплового потоку володіють діамантові круги зернистістю 80/63 на органічних зв’язках, які і рекомендуються для операцій тонкого шліфування Аl2O3+TiO2 покрить.
У третьому розділі проводиться аналіз отриманих результатів, що дозволяють здійснювати оптимальний вибір характеристик та типу зміцнюючого покриття для робочих поверхонь витяжних роликів, та вимоги до технології його нанесення. Із теоретичних досліджень було встановлено, що для основного матеріалу сталі 40Х, із якого виготовляються витяжні ролики, за механічними властивостями найбільш притаманними є покриття на основі окису алюмінію з добавками окису титану – Al2O3/TiO2, та карбідвольфрамові WC. Виявлені покриття наносяться детонаційним напорошенням. Покриття із Al2O3/TiO2 при їх нанесенні мають за розміром менші дільниці (0,090,15мм), де спостерігаються часткові відшарування, ніж для карбідвольфрамових покрить (0,120,18 мм).
За літературними даними міцність зчеплення вибраних покрить з основним матеріалом – сталлю 40Х, практично мало відрізняються між собою. Тому, при подальшому шліфуванні робочих поверхонь із вказаними покриттями значно менше утворювалось мікротріщин на одиниці площі при обробці покриття на основі окису алюмінію. Режими шліфування та інструмент – алмазний круг АСР 80/63 на бакелітовій зв'язці були при цьому одинакові. Тим самим було підтверджено, що важливу роль у тріщиноутворенні при шліфуванні покрить відіграють крім напружень зчеплення – зч, ще концентратори типу часткових відшарувань. Тому при розробці технологічних умов зниження інтенсивності тріщиноутворення необхідно режими шліфування та характеристики інструменту назначати з урахуванням концентраторів напружень у вигляді часткових відшарувань по межі покриття-матриця.
Для цього можна використати інтегральний критерій потоку, при якому вказані дефекти зберігають стан рівноваги.
На основі теоретично-експериментальних досліджень технологічних умов вибору та обробки покрить, нанесених на робочі поверхні роликів витяжних механізмів розроблені рекомендації та нормативи режимів різання. Параметри інструменту назначаються із умов забезпечення теплових потоків, значення яких не перевершують критичних, що визначаються правою частиною нерівності.
Якість поверхневого шару покриття після шліфування, його макро- і мікрогеометрія досягається чистовою операцією шліфування алмазними кругами на режимах, які назначаються відповідно до вимог, що забезпечують збільшення ресурсу експлуатації роликів витяжних механізмів в 1,2 рази.
Наведені дослідження по бездефектному шліфуванню деталей з зносостійкими покриттями сприяють впровадженню даних розробок на підприємствах. Так, на підприємстві ВАТ "Одескабель" впроваджена технологія обробки роликів витяжних механізмів з економічним ефектом 57 тис. гривень в рік.
ВИСНОВКИ
1.
Встановлені граничні значення геометричних параметрів типу часткового відшарування при нанесенні покрить, починаючи з яких при обробці їх шліфуванням різко підвищується інетнсивність тріщино- та сколоутворення.
2.
Розроблена математична модель для визначення термомеханічних напружень у зоні дефектів при шліфуванні виробів з покриттям. Встановлені критеріальні співвідношення, які пов'язують технологічні параметри операції шліфування, властивості основного матеріалуа покриття, а також геометричні розміри наслідкових дефектів типу часткових відшарувань.
3.
Визначені режими шліфування та характеристики інструмента, які забезпечують до 30% зменшення браку по тріщино- та сколоутворенню на робочих поверхнях виробів з покриттям.
4.
Одержані науково-експериментальні дослідження, апробовані на роліках витяжних механізмів, на робочі поверхні яких для збільшення ресурсу експлуатації наносяться зносостійкі покриття типу Al2O3/TiO2. Завдяки розробленим рекомендаціям до вибіру характеристик інструменту та режимів різання при підготовці до експлуатації робочих поверхонь, вдалося підвищити довговічність роликів у 1,2 раза, що сприяло конкурентоздібності цієї продукції по відношенню до виробів фірми Nokia Meileffer.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1.
Усов А.В., Зеленый А.М., Иоргачев Д.В. и др. Повышение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей из материалов, предрасположенных к трещинообразованию. // "Проблемы прочности". – 1998. – №4. – С.93-105.
2.
Зеленый А.М., Усов А.В. Технологическое обеспечение эффективности эксплуатации роликов вытяжных механизмов. // Труды Одесского политехнического университета – 1998. – №2(6) – С.154-158.
3.
Усов А.В., Зеленый А.М., Иоргачев Д.В. Технические проблемы производства кабельной и волоконно-оптической продукции.// "Перспективы" – №2 – 1998. – С.88-93.
4.
Усов А.В., Зеленый А.М. Технологические возможности повышения эффективности роликов вытяжных механизмов. // "Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування. Праці Міжнародної наук.-техн.конф. – 1998 р. – Т.II, К. - С.15-19.
5.
Усов А.В., Зеленый А.М., Богач А.А. Применение ЭВМ для управления качественными характеристиками шлифуемых поверхностей. // "Високі технології в машинобудуванні" Зб. наукових праць ХДПУ, Харків – 1998 – с.285-288.сов А.В., Зелений А.М., Іоргачов Д.В. Математичний аналіз умов відриву у виробах з покриттям. // Вісник Державного університету "Львівська політехніка" Прикладна математика, Львів, 1998, №337, с.277-280.
6.
Усов А., Зелений А., Іоргачов Д. Математичне моделювання термомеханічних явищ при механічній обробці металів. // "Сучасні проблеми механіки і математики". Матеріали міжнародної наукової конференції. НАН України, ІППМіМ ім.Підстригача Я.С., Львів – 1998. – с.153-154.
7.
Усов А.В., Зелений А.М., Богач А.О. Технологічні методи забезпечення якісних характеристик інструментів для виробництва волоконо-оптичних кабелів. //Ж. Машинознавство, 4/5. Львів, 2000. – С. 35-39.
Зелений А.М. Технологічне забезпечення якості поверхневого шару роликів витяжних механізмів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – Технологія машинобудування – Одеський національний політехнічних університет, Одеса, 2002.
Дисертація присвячена технологічним методам забезпечення ефективності експлуатації роликів витяжних механізмів, на робочі поверхні яких нанесені зносостійкі покриття. При шліфуванні на оброблюваних поверхнях виникають дефекти типу тріщин та сколів покрить.
Розроблено математичну модель, яка дозволяє прогнозувати технологічні умови шліфування з суттєвим зниженням тріщино- та сколоутворення на робочих поверхнях виробів з покриттям при наявності наслідкових дефектів типу часткових відшарувань, розташованих на межі покриття - основний матеріал.
Визначені умови відповідності фізичних властивосетй матеріалу і покриття за якими напруження зчеплення їх досягає найбільших значень. Наявність дільниць з частковим відшаруванням покрить, що виникають на етапі їх нанесення, має бути врахованою при виборі режимів шліфування параметрів круга та геометричних розмірів самого відшарування.
Результати роботи пройшли виробничу апробацію.
Ключові слова: шліфування, вироби з покриттям, відшарування, тріщино- та сколоутворення.
Zelenij А.М. Technological supplying of surface layer condition of Rollers Pulling Mechanisms. - Manuscript.
The dissertation on reaching of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.02.08 - Technology of mechanical engineering. - Odessa National Polytechnical University. Odessa, 2002.
The dissertation is devoted to technological methods of efficiency provision of rollers pulling mechanisms exploitation, on which working surfaces are rendered deterioration proof coverings. At grinding on processable surfaces there are defects such as cracks and having chopped off coverings.
The mathematical model is developed which allows to predict technological conditions of grinding at which is essentially reduced cracks- and shear off-forming on working surfaces of products with a covering in view of hereditary defects such as partial off-layerings on border a covering - basic material.
The conditions of conformity of physical properties of a material and covering are determined at which durability of couplings of coverings, which occur at a stage of their drawings, should be taken into account (discounted) at purpose (assignment) of modes of grinding, parameters of a circle and geometrical sizes of off-layering area.
The results of work have passed industrial approbation.
Keywords: grinding, product with a covering, off-layering, cracks- and off-shear forming.
Зеленый А.М. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя роликов вытяжных механизмов. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 – Технология машиностроения. – Одесский национальный политехнический университет. Одесса, 2002.
Диссертация посвящена технологическим методам обеспечения качества поверхностного слоя роликов вытяжных механизмов, на рабочие поверхности которых нанесены износостойкие покрытия. При шлифовании на обрабатываемых поверхностях возникают дефекты типа трещин и сколов покрытий.
Разработанные предшествующими исследованиями нормативы и рекомендации по шлифованию изделий с различными покрытиями не позволяют полностью избежать появления данных дефектов, так как не учитываются наследственные неоднородности, привнесенные на этапе нанесения покрытий из-за несовершенной технологии. Являясь концентраторами напряжений, они способствуют образованию шлифовочных трещин и сколов даже при щадящих режимах обработки.
В данной работе исследуются термомеханические процессы, которые сопровождают операцию шлифования деталей вытяжных механизмов после нанесения на них покрытий. В отличие от известных моделей, предлагаемая модель позволяет изучать термоупругое состояние поверхностного слоя изделий с покрытием с учетом наследственных дефектов типа частичного отслоения по границе покрытие-матрица. По найденным из решения задачи коэффициентам интенсивности напряжений можно определить условия равновесия рассматриваемых дефектов и, тем самим, установить технологические предпосылки для устранения шлифовочных трещин и сколов на обрабатываемых поверхностях.
Разработанная модель позволяет осуществлять оптимальный подбор покрытий для основного материала из условий соответствия их физико-механических свойств и нанесения его на поверхность матрицы.
Кроме указанного критерия контроля отслоения покрытия от основного материала, в работе решена задача по определению температур как в покрытии, так и в матрице. Установлено, что из-за существенной разницы коэффициентов теплопроводности покрытия и основного материала основная часть тепла, формирующегося при шлифовании, концентрируется в покрытии. Изотермы в местах смены граничных условий и на границе покрытие -матрица имеют характерные изломы, свидетельствующие об изменении grad T(0,y,) температур.
Анализ напряженного состояния показал, что в поверхностном слое деталей с покрытием формируются напряжения разной величины и знака. Эти напряжения достигают особенно больших значений на границе покрытие-матрица из-за существенной разницы между температурными коэффициентами линейного расширения покрытия и матрицы, а также других теплофизических и упругих характеристик. Интенсивность растягивающих напряжений растет в местах частичного отслоения покрытий. Скачек напряжений при переходе через границу покрытие -матрица, также свидетельствует о возможном скалывании покрытия.
Полученные зависимости позволяют моделировать термомеханические процессы, сопровождающие операцию шлифования изделий с покрытием. При этом, с помощью управляющих технологических параметров можно обеспечить выполнение условий обработки, при которой устраняются структурные превращения в поверхностном слое. Избежать трещинообразования на обрабатываемой поверхности можно, если текущие напряжения не превосходят предельно-допустимых значений для материалов покрытие-подложка.
В работе получен комплекс критериальных соотношений, в которых технологические параметры представлены через температуру шлифования и интенсивность теплового потока, позволяющих управлять обработкой изделий с покрытием при обеспечении необходимых качеств даже при наличии частичных отслоений покрытий.
Адекватность построенной модели проверялась экспериментально на конкретных изделиях с детонационным напылением. Исследовались круги с природных и синтетических алмазов . Проведена их ранжировка по критерию предельного теплового потока, так как интенсивность трещинообразования на покрытиях для различных кругов достаточно хорошо кореллируется с предельными значениями теплового потока. Установлено, что наименьшее значение теплового потока имеют алмазные круги АСР зернистостью 80/60 на органических связках, которые и рекомендуются для операций тонкого шлифования нанесенных покрытий.
На основании теоретико-экспериментальных исследований технологических условий выбора и обработки покрытий, нанесенных на рабочие поверхности роликов вытяжных механизмов, разработаны рекомендации и нормативы режимов шлифования, позволяющие обеспечить необходимое качество их рабочих поверхностей и увеличения ресурса их эксплуатации.
Проведенные исследования по бездефектному шлифованию деталей с износостойкими покрытиями имеют конкретное внедрение на ряде предприятий.
Ключевые слова: покрытие, шлифование, отслоение, трещинообразование, сколы, термомеханические напряжения, интенсивность напряжений, качество поверхностного слоя, ролики вытяжных механизмов.
