Учебное пособие 782
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический университет Областное правление НТО машиностроителей
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Межвузовский сборник тезисов научно-технической
конференции
Воронеж 2001
УДК 621.002.5
В сборнике представлены материалы, посвященные теории и практике машиностроительного оборудования.
Большой интерес представляют работы по реновационным технологиям, особенностям проектирования автоматизированного оборудования, комбинированным методам обработки, новым конструкционным материалам, доводочным методам обработки, вопросам математического моделирования.
Содержание статей соответствует научному направлению, «Компьютерная механика и автоматизированные системы проектирования технологий и конструкций машиностроения и аэродинамической техники», отражающему отдельные разделы перечня Критических технологий федерального уровня, утвержденного Правительством РФ.
Публикуемые материалы могут быть полезны студентам, аспирантам, инженерно-техническим работникам.
Сборник подготовлен в электронном виде в редакторе Microsoft Word и содержится в файле statii2001.doc.
Редакционная коллегия:
В.М. Пачевский – кандидат технических наук, профессор ВГТУ, Академик МАНЭБ – ответственный редактор;
М.И. Чижов – доктор технических наук, профессор ВГТУ; Ю.С. Ткаченко – кандидат технических наук, доцент ВГТУ; В.А. Кондратьев – кандидат технических наук, генеральный
директор АО «Воронежпресс»; В.И. Корнеев – кандидат технических наук, доцент ВГТУ;
А.П. Иванов – кандидат технических наук, доцент ВГТУ А.Н. Осинцев – доктор технических наук, профессор ВГТУ –
ответственный секретарь Рецензенты: ОАО «Воронежпресс»
Генеральный директор В.А. Кондратьев Д-р техн. наук Проф. ВГТА В.С. Борсяков
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
Коллектив авторов, 2001 Оформление Воронежского государственного технического университета, 2001
Раздел 1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
УДК 621.891.(031)
ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ВОССТАНОВЛЕННЫЙ ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ
В.М. Пачевский, Р.В. Струков
Механическая обработка поверхности значительно влияет на свойства поверхностного слоя. При обработке основного материала это играет определенную роль, но значение этого фактора существенно возрастает при механической обработки поверхности после ее восстановления. При обработке резанием вследствие пластической деформации поверхностного слоя и влияния окружающей среды в поверхностном слое отмечается понижение плотности и возникновение остаточных деформаций. Повышается плотность дислокаций, появляются трещины внутри зерен, увеличивается температура и усиливаются диффузионные процессы. В результате микротвердость и механическая прочность поверхностных слоев увеличивается по сравнению с нижележащими слоями.
Разрыхление поверхностного слоя, отмечаемого в результате некоторых процессов механической обработки, облегчает проникновение в поверхностный слой молекул окружающей среды, что создает условия для проявления эффекта Ребиндера. Проникая по микротрещинам в поверхностные слои твердых тел и адсорбируясь на их стенках, молекулы поверхностно активных веществ понижают поверхностную энергию, что облегчает разрушение поверхностных слоев. Поверхностный слой, сформированный при восстановлении, имеет сложную структуру, что следует учитывать при выборе метода механической обработки и подборе материала режущего инструмента.
Воронежский государственный технический университет
УДК621.891. (031)
НОВЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПОДБОРОМ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕНОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В.М. Пачевский, Т.В. Петрова
Структура восстанавливаемого слоя при ремонте деталей машин существенно отличается от структуры основного материала. Метод восстановления, реновационная технология и материал предопределяют как саму структуру, так и ее плотность, физикомеханические свойства. Это позволяет рассмотреть вопрос о создании структуры заранее заданного вида со свойствами, предопределяемыми условиями эксплуатации детали.
В машиностроении существует и широко распространен способ повышения износостойкости трущихся поверхностей нанесением регулярного микрорельефа. Этот вид микрорельефа искусственно создается по специальной технологии, позволяющей получать поверхность, обеспечивающую благоприятные условия для смазки. Альтернативой этому методу может служить создание новых реновационных технологий, способных создать пористость и рельеф поверхности, создающий аналогичные условия. При соответствующем подборе методов восстановления деталей материала и параметров обработки можно создать реновационные технологии, обеспечивающие необходимые прочностные качества поверхностного слоя, необходимую контактную поверхность и другие особенности поверхностного слоя, оптимальные для различных условий эксплуатации. Такой подход может оказаться значительно более экономичным и открыть новые перспективы повышения долговечности и надежности деталей машин.
Воронежский государственный технический университет
УДК 621.891.(031)
РОЛЬ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В РЕНОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
В.М. Пачевский, Р.П. Ююкин
Разработка реновационных технологий, реализующего их технического оснащения, параметров процессов должна обосновываться научно-техническими рекомендациями. В процессе проектирования реновационных технологий возникает комплекс вопросов, требующих четного знания исходных параметров. Прежде всего следует учитывать сцепляемость восстанавливаемого материала с исходным материалом детали. Более того, необходимо знать эту информацию по всей толщине покрытия, так как при разных толщинах нанесения она может быть различной. Следует учитывать физикомеханические свойства наносимого слоя и сопоставлять их с основным материалом детали, а главное, с физико-механическими свойствами поверхностного слоя восстанавливаемой поверхности детали. Необходимо учитывать также условия эксплуатации детали и особенности работы в этих условиях материала восстановленного слоя. Поэтому особое место при разработке реновационных технологий следует отвести испытательному оборудованию. Комплекс испытательного оборудования должен предусматривать установку для испытаний на трение, оснащенную аппаратурой для теплофизического и тензометрического испытаний, позволяющую вести исследования в широком диапазоне изменяющихся скоростей взаимного перемещения, температур контакта, исследуемых контактирующих материалов, видов контактирующих поверхностей, особенностей эксплуатации.
Воронежский государственный технический университет
УДК 620.198
СПОСОБЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОССТАНАВЛИВАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
А. В. Шевцов, Р. В. Струков, Т. В. Петрова, Р. П. Ююкин
Основными параметрами, определяющими работоспособность восстановленных поверхностей деталей машин, являются прочность и износостойкость нанесенного слоя материала. Прочность восстанавливающего покрытия объединяет в себе такие характеристики, как прочность сцепления покрытия с основой и прочность самого материала покрытия. Очевидно, что все восстанавливающие покрытия вне зависимости от вида пары трения работают в условиях, вызывающих возникновение сдвиговых напряжений на границе покрытие - основа, а также нормальных сжимающих напряжений в покрытии. Поэтому прочность сцепления покрытия с основой целесообразно определять по испытаниям на сдвиг, а прочность самого материала покрытия - по испытаниям на сжатие.
При всем многообразии узлов трения по характеру взаимного перемещения трущихся поверхностей и размерам возникающей области контакта деталей их можно разбить на несколько основных групп: скольжение цилиндрических поверхностей при вращательном движении одной из них; скольжение плоских поверхностей; воз- вратно-поступательное движение поверхностей. В связи с этим исследования процесса изнашивания восстанавливающих покрытий деталей целесообразно проводить на следующих парах трения: цилиндрической вращательной; плоской возвратно-поступательной и плоской поступательной. Последнюю пару целесообразно моделировать двумя кольцевыми поверхностями втулок при вращательном движении одной из них.
Температура трения является основным фактором, определяющим предельно-допустимые режимы эксплуатации поверхностей трения скольжения. Во всех указанных парах для измерения температуры трения следует использовать хромель-алюмелевые термопары, располагаемые в неподвижных образцах, непосредственно в зоне трения.
Для определения сил трения по нашему мнению наилучшим является метод тензометрирования с применением балок равного сопротивления. Данные устройства нашли широкое распространение в экспериментальных исследованиях динамических характеристик процессов механической обработки поверхностей деталей. При исследованиях трибологических процессов метод тензометрирования позволяет исключить влияние сил трения, возникающих между поверхностями, не участвующими в моделируемом процессе, на результаты измерений.
С целью получения наибольшего количества экспериментальной информации, а также для исключения ошибок измерения, обусловленных случайными факторами, при испытаниях следует одновременно определять весовой и линейный износ образцов.
Воронежский государственный технический университет
УДК 621.81/.85.004.6
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОЛЯ ЛИНЕЙНОГО ИЗНОСА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ
А. В. Шевцов Теоретические модели изнашивания материалов, разработан-
ные к настоящему времени, описывают течение данного процесса на достаточно малом элементарном участке поверхности трения, имеющем такие размеры, что распределения контактного давления и скорости относительного скольжения поверхностей в пределах этого участка можно считать равномерными, а сам участок - плоским. Другими словами, моделируется микрокартина процесса механического изнашивания поверхностей твердых тел при их взаимном трении скольжения. Но, кроме этого, весьма важное значение для задач прогнозирования работоспособности узлов трения имеет макрокар-
тина процесса изнашивания трущихся поверхностей подвижного сопряжения. Существующие теоретические методы отыскания распределения линейного износа по поверхности трения (поля линейного износа поверхности) позволяют получать дифференциальные уравнения, имеющие решения для очень ограниченного количества узлов трения. Возникает задача разработки универсального метода определения поля линейного износа поверхности трения.
По нашему мнению для определения поля линейного износа произвольной поверхности трения следует использовать основные положения метода конечных элементов. Любой численный метод предполагает дискретизацию каких-либо параметров изучаемого объекта, имеющих непрерывные распределения. В данном случае следует дискретизировать трехмерные области рассматриваемых поверхностей, подверженные непосредственному механическому взаимодействию, заменяя их совокупностями двумерных (плоских) конечных элементов определенной формы и без зазоров заполняющих соответствующие участки. Такая дискретизация трибологической системы позволит заменить бесконечно большое количество участков поверхности, образующих реальную область трения и имеющих бесконечно малые площади, конечным числом плоских элементов, каждый из которых аппроксимирует определенную область поверхности трения и имеет малую, но конечную площадь. Это, в свою очередь, предоставляет возможность численного моделирования макроизнашивания. Если площадь любого конечного элемента поверхности значительно меньше общей площади области контакта, то распределения скорости относительного скольжения и контактного давления в его пределах можно считать равномерными. Поэтому для каждого плоского элемента разбиения с определенной степенью соответствия применима какая-либо модель микроизнашивания. Учет взаимного влияния процессов изнашивания конечных элементов осуществляется посредством использования условия полного касания приработанных поверхностей.
Воронежский государственный технический университет
УДК 621.797:62-2/-8.004.6