Определение маслоемкости поверхности после финишных переходов многоцелевой обработки деталей трибосопряжений

УДК 621.9.02

В.П. Кузнецов, О.В. Дмитриева, В.Г. Горгоц Курганский государственный университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАСЛОЕМКОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПОСЛЕ ФИНИШНЫХ ПЕРЕХОДОВ МНОГОЦЕЛЕВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТРИ БОСОП РЯЖЕНИЙ

Аннотация

В представленной статье раскрыты вопросы оценки маслоемкости поверхностей со смазочными микровпадинами различной формы. На основе трехмерного анализа изображений поверхностей сканирующей микроскопией с помощью пакета программ МеХ фирмы Alicona Imaging GmbH определены абсолютные значения объема полученных смазочных микровпадин и фактическая маслоемкость поверхности после каждого финишного перехода многоцелевой обработки. Установлено, что разработанные модели маслоемкости позволяют с достаточной степенью точности рассчитать маслоемкость поверхностей, сформированных финишными переходами многоцелевой обработки.

Ключевые слова: смазочные микровпадины, маслоемкость.

V.P. Kuznetsov, O.V. Dmitrieva, V.G.Gorgots Kurgan State University

VALUATION OF OIL ABSORPTION POWER SURFACE AFTER FINISHING TRANSITIONS OF MULTI-PURPOSE PROCESSING OF FRICTION UNITS

Annotation

This article is proved the valuation of oil absorption power surfaces with lubricant micro hollows of different shapes. Based on the three-dimensional analyses of the surfaces the scanning microscopy by the software package of MeX of Alicona Imaging GmbH firm were defined absolute values of volume of the received lubricant micro hollows and the actual oil absorption power of a surface after each finishing transition of multi-purpose processing. It is established that the developed models of an oil absorption power allow with reasonable degree of accuracy to calculate an oil absorption power of the surfaces created by finishing transitions of multipurpose processing.

Keywords: lubricant micro hollows, oil absorption power.

Введение

Современные технологии финишной обработки позволяют не только существенно улучшить точность и качество поверхности деталей трибосопряжений, но и увеличить ресурс деталей за счет придания поверхности антифрикционных свойств. Эффективным способом повышения задиростойкости поверхности является увеличение ее маслоемкости. Исследования Ю.Г.Шнейдера [1] показали, что у поверхностей, обладающих одинаковой шероховатостью по параметру Ra, но имеющих большую маслоемкость, износостойкость увеличивается в 3-6 раз, период приработки уменьшается в 1,5-2 раза, снижается

уровень шума и повышается плавность хода сопряженных деталей.

В работах [2; 3] обоснована финишная технология формирования плосковершинных поверхностей со сма-зочнымимикровпадинами (СМВ) многопереходным выглаживанием и деформирующим профилированием при многоцелевой обработке высокоточных деталей из закаленной стали. Перед выглаживанием выполнялся переход чистового точения.

На первом переходе отделочно-упрочняющим выглаживанием формируется поверхность без следов микрорельефа предшествующей обработки с новым регулярным микрорельефом, наибольшая высота которого определена радиусом индентора Я? и шагом подачи выглаживания. Для получения плосковершинного нанорельефа поверхности с Я?а< 0,05 мкм обосновано применение второго перехода выглаживания поверхности цилиндрическим индентором, ось которого может быть направлена параллельно вектору скорости выглаживания или составлять с ним некоторый угол ср [4].

На следующем финишном переходе деформирующим профилированием специальным инструментом на основе хон-бруска (Патент РФ № 91307) формируются смазочные микровпадины глубиной от 3 до 7 мкм.

Для окончательного формирования плосковершинной поверхности со СМВ и без выступов микрорельефа, образующихся при деформирующем профилировании, выполняется полирующее выглаживание. Разработанная финишная технология обеспечивает формирование опорной поверхности с Я?а<0,04 мкм и сохранением рельефа смазочных микровпадин.

1. Расчетный метод оценки маслоемкости поверхности на основе оптической профилометрии

Для определения расчетной маслоемкости поверхностей после финишных переходов обработки тестовых образцов выполнялся анализ профилограмм, полученных с помощью оптического профилометра \Л/УКО N11100 (рис.1).

Рис. 1. Исследование микропрофиля и ЗО-топографии на оптическом профилометре WYKONT-11QO

Для повышения точности оценки параметров рельефа тестовый образец подвергался обработке на трех участках по длине. Обработка профилограмм с трех участков поверхности заключалась в установлении глубины и шага неровностей профиля, а также ширины смазочных микровпадин. На основе обработки параметров сформированы выборки статистических данных [5], которые обрабатывались с помощью программного пакета

ЭТАНЭИСА. В результате определены средние значения шага, глубины и ширины смазочных микровпадин и установлены законы их распределения.

Микрорельеф поверхности после точения с высоким приближением можно считать по форме регулярным и треугольным (рис.2).

Рис.2. Типовая профилограмма поверхности тестового образца после чистового точения

2-1,203

= 0,802 мкм1 / мк\г

На рис. 4 представлена типовая профилограмма поверхности тестового образца после деформирующего профилирования смазочных микровпадин. На профилограм-ме выделены ширина а., глубина 1. и шаг Н. рельефа г'-й смазочной микровпадины. Определение параметров СМВ выполнено относительно средней линии диапазона размеров выступов микрорельефа СМВ. Диапазон размеров выступов рельефа микровпадин на рис. 4 обозначен д.

Маслоемкость плосковершинной поверхности с регулярным рельефом смазочных микровпадин продольного типа треугольной формы определяется зависимостью [5]:

=

аН

2Т

где а,Н — соответственно основание и глубина смазочной треугольной микровпадины; /- шаг микровпадин.

Расчетная маслоемкость поверхности после точения определяется на основании зависимости (1) и установленных из профилограмм средних значений параметров

профиля: ¿/=100 мкм,^ =100 мкм,/=3 мкм. Среднее значение маслоемкости точеной поверхности составило 100-3

К, =

= 1,5 мкм3 /мкм"

2-100

Типовая профилограмма поверхности после выглаживания с увеличенным в 10 раз масштабом по горизонтали представлена на рис. 3. Микрорельеф поверхности после выглаживания сферическим индентором с достаточным приближением можно принять по форме регулярным и округлым.

Рис.3. Профилограмма поверхности образца после выглаживания

Маслоемкость плосковершинной поверхности с регулярным рельефом смазочных микровпадин продольного типа округлой формы определяется зависимостью [5]:

=

2(1 - 5пв)# 2 аН

Рис.4. Профилограмма поверхности тестового образца после деформирующего профилирования смазочныхмикровпадин

На основе обработки профилограмм участков поверхности тестового образца после деформирующего профилирования получены выборки параметров СМВ [5]. В программном пакете ЭТАНЭЛСА проведена статистическая обработка параметров выборок и построены гистограммы распределения (рис.5).

Установлено, что распределение параметров СМВ подчиняется нормальному закону. При этом среднее значения шага / составляет 25,16 мкм, средняя глубина ]-[

равна 3,85 мкм, средняя ширина а -23,41 мкм.

Расчетную маслоемкость поверхности после деформирующего профилирования смазочныхмикровпадин предложено определять по зависимости для нерегулярного продольного типа рельефа смазочных микровпади-нокруглой формы [5]:

- _ 2(1 - £пв)Я _ 2аН

¥по" з " ~зГ

где / , ]-[ и а-соответственно средние основание,

глубина и шаг смазочных микровпадин.

На основе полученных статистических данных рассчитана средняя маслоемкость поверхности после деформирующего профилирования, которая составля-

V -2аН ет: V дп - ——

2-23,41-3,85

: 2,389 мкм3 /мкм2

3 3/

В результате статистической обработки параметров профилограмм установлено:

д=80 мкм, /=80 мкм, ц =1,2 мкм. На их основе по

зависимости (2) определена расчетная маслоемкость выглаженной поверхности, которая составила

31 3-25,16 На основе анализа профилограмм поверхности после полирующего выглаживания установлено, что рельеф микровпадин можно считать нерегулярным продольного типа и округлой формы (рис.6).

РгоЛ

Histogram of a1 Spreadsheet68 1v"63c a1 = 63*5"normal(x; 23,41 27;8,222

программном пакете БТАИБИОА получены гистограммы распределения параметров СМВ (рис.7).

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 a1

а

Histogram of hi Spreadsheet64 1v*63c hi = 63*0,5*normal

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 55 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 h1

б

Histogram of L1 Spreadsheet67 1V63c L1 = 63*5*ncrmd

г 8 <0 6 4 2 0

0 5 10 1 5 20 25 3 0 35 4 0 45 5 0 55 L1

в

Рис.5. Гистограммы распределения параметров смазочных микровпадин после деформирующего профилирования: а - ширина микровпадины а; б - глубина микровпадины Н; в - шаг микровпадины I

22 20 18 16 14 12 10

z

° 8

Ь 6

4 2 0

18 16 14 12 10 8

z о ° 6 o s

4 2 0

Histogram of a2 Spreadsheet62 1v*63c a2 = 63*4,1667*ncrm d

шш

шш

V////W/

ШШ жт

iffifP

Я И

щШк 1

Ш Ш §§

5,0000 9,1667 13,3030 17,5000 ^,6667 25,8333 30,0000 a2

а

histogram of h2 Spreadsheet61 1v*63c h2 = 63*0,5*noirrid

05 10 15 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 h2

Hstogram of 12 Spreadsheet60 1v*63c 2 = 63*5*normal

20 12

Рис.6. Профилограмма поверхности тестового образца после полирующего выглаживания

На основе обработки параметров выборок а I Н в

Рис.7. Гистограммы распределения параметров смазочных

микровпадин на плосковершинной поверхности после полирующего выглаживания: а - ширина микровпадины а; б -глубина микровпадины Н; в - шаг микровпадины I

Установлено, что распределение параметров СМВ подчиняется нормальному закону. При этом среднее значение шага I составляет 18,73 мкм, средняя глубина н

равна 2,34 мкм и средняя ширина а - 15,32 мкм.

Расчетная средняя маслоемкость поверхности после деформирующего профилирования и полирующего выглаживания составляет [5]

0

14

12

10

8

6

b 4

2

0

0

б

0

5

10

15

25

30

35

40

в

2 аН

~~зГ~

2-15,32-2,34 3-18,73

= 1,277 мкм3 /мкм2

Расчетная маслоемкость плосковершинной поверхности определяется суммой маслоемкости рельефа смазочных микровпадин и маслоемкости плато.Результаты расчетов маслоемкости поверхности после финишных переходов многоцелевой обработки приведены в табл. 1.

Таблица 1

Расчетная маслоемкость поверхности со смазочными микровпадинами после переходов многоцелевой обработки

Переход формирования поверхности Расчетная маслоемкость, мкм3/мкм2

Точение 1,5

Выглаживание 0,802

Деформирующее профилирование смазочных микровпадин 2,389

Полирующее выглаживание 1,277

2. Определение фактической маслоемкости поверхности основе сканирующей электронной микроскопиии проверка адекватности расчетной модели

Фактическая маслоемкость поверхностей тестовых образцов деталей исследована с применением сканирующего электронного микроскопа ТеэсапМ^А 3 1_М11. На основе применения пакета программ двух- и трехмерного анализа изображений МеХ фирмы АПсопа1тадтдСтЬН разработан метод оценки адекватности разработанной модели маслоемкости поверхности [5].

Проверка адекватности математических моделей маслоемкости поверхности с различным типом рельефа осуществлялась на основе определения отклонения расчетной маслоемкости (табл.1) от фактической маслоемкости, установленной на основе метода сканирующей мик-

роскопии,по формуле

V

S = —-M 00%.

V,

ф

Данные о фактической маслоемкости и расчетные значения маслоемкости поверхностей и отклонений 5 приведены в табл. 2.

Таблица 2

Расчетная и фактическая маслоемкость поверхности со смазочными микровпадинами после переходов многоцелевой обработки

Переход формирования поверхности Расчетная маслоемкость, мкм3/мкм2 Фактическая маслоемкость, мкм3/мкм2 Отклонение расчетной маслоемкости от фактической, %

Точение 1,5 1,433 4,6

Выглаживание 0,802 0,818 2,0

Деформирующее Профилирован ие Смазочных микровпадин 2,389 2,473 3,4

Полирующее выглаживание 1,277 1,305 2,1

Выводы

Проверка адекватности математических моделей маслоемкости показала высокую сходимость значений в пределах 2,0-4,6%.

Список литературы

1. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным

микрорельефом. - СПб.: СПбГИТМО(ТУ), 2001. -264с.

2. Кузнецов В.П., Горгоц В.Г., Дмитриева О.В. Инженерия плосковершин-

ного регулярного микрорельефа поверхности при многоцелевой обработке деталей (статья) //Вестник УГАТУ. - 2009. - №4 (33). - С.113-115.

3. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В. Моделирование и исследование

формирования плосковершинного микрорельефа поверхностей трения со смазочнымимикрокарманами при многоцелевой обработке деталей (статья) // Известия ТПУ. - 2011. - Т. 319. -№ 2,- С.35-40.

4. Кузнецов В.П., Дмитриева О.В., Горгоц В.Г. Формирование плосковер-

шинного нанорельефа прецизионных поверхностей деталей двухпереходнымвыглаживанием (статья) //Вестник КГУ. Серия «Технические науки». - Вып. 7,- 2011. - №2 (20).

5. Дмитриева О.В. Многопереходное формирование плосковершинных

поверхностей деталей со смазочнымимикровпадинамивыглажива-нием и деформирующим профилированием: Дис. ...канд. техн. наук. - Курган: Курганский гос.ун-т, - 2011. -121с.

УДК 621.787.4 В.П. Кузнецов

Курганский государственный университет

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПАРАМЕТР ФРИКЦИОННО-СИЛОВОГО НАГРУЖЕНИЯ И ОЦЕНКА НАКОПЛЕННОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ СДВИГА ПРИ НАНОСТРУКТУРИРУЮЩЕМ ВЫГЛАЖИВАНИИ

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы накопления пластической деформации сдвига при наноструктурирующем выглаживании за счет повышенного трения и многократного контакта инструмента с элементарным объемом поверхностного слоя и предлагается интегральный параметр фрикционно-силового нагружения.

Ключевые слова: наноструктурирующее выглаживание, многократное фрикционно-силовое нагружение, интенсивная пластическая деформация сдвига.

V.P. Kuznetsov Kurgan State University

INTEGRAL PARAMETER OF FORCE-FRICTIONAL LOADING AND EVALUATION OF CUMULATIVE PLASTIC SHEAR STRAIN IN THE PROCESS OF NANOSTRUCTURE FORMING BURNISHING

Annotation

This paper considers the issues of accumulation of the plastic shear strain in the process of nanostructure forming burnishing by means of excessive friction and multiple contact oftool and elementary volume ofthe surface layer. The integral parameter of force-frictional loading is provided.

Keywords: nanostructure forming burnishing, multiple force-frictional loading, severe plastic deformation ofthe shear.