Состояние технологии поверхностного пластического деформирования в России

чик, Г.С. Гун, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, Д.М. Чукин, А.Н. Матушкин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 43-47.

6. Исследование режимов термической обработки при производстве высокопрочных инварных сплавов нового поколения / М.В. Чукин, Н.В. Копцева, Э.М. Голубчик, Д.М. Чукин, Е.М. Медведева // Металлург. 2014. № 4. С. 97-101.

7. Микрорентгеноспектральный анализ неметаллических включений в высокопрочных инварных сплавах, полученных при использовании различных вариантов раскисления / Н.В. Копцева, Д.М. Чукин, Ю.Ю. Ефимова М., Дабала, Э.М. Голубчик // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. № 1 (49). С. 65-69.

УДК 621.011.015

СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В РОССИИ

Зайдес С.А.

Национальный исследовательский «Иркутский техническийуниверситет», Россия

Важнейшими задачами машиностроения на современном этапе являются повышение долговечности и надежности металлических изделий, их эффективности и конкурентоспособности на мировом рынке; снижение массы изделия благодаря применению конструктивно-технологических способов повышения несущей способности деталей машин.

Как правило, причинами поломок деталей при эксплуатации служат процессы, протекающие в поверхностном слое: концентрация напряжений, развитие микротрещин, выгорание легирующих элементов, разупрочнение, изнашивание, окисление, перераспределение остаточных напряжений и т. д. Поверхностный слой детали в условиях эксплуатации подвергается наиболее сильному механическому, тепловому, магнитно-электрическому, световому и другим воздействиям. Поэтому в нашей стране и за рубежом повышение точности и надежности машин достигается технологическими методами, обеспечивающими значительное увеличение прочности и износостойкости рабочих поверхностей деталей.

В последние годы в передовых развитых странах во всех отраслях промышленности все чаще применяют методы, основанные не на резании материалов, а на пластическом деформировании в холодном состоянии поверхностного слоя металлических деталей машин, что определяется существенными преимуществами метода обработки давлением, по сравнению с методом обработки резанием. Сочетание достигаемых при обработке давлением низкой шероховатости поверхности с гарантированным упрочнением поверхностного слоя обеспечивает высокие эксплуатационные свойства деталей: повышение твердости поверхностного слоя металла, его износостойкости, предела текучести и особенно предела усталости. Именно эти достоинства в сочетании с высокой экономичностью и простотой осуществления технологического процесса практически в любых производственных условиях определили быстрое развитие и широкое внедрение в производство методов отделочно-упрочняющей обработки, среди которых поверхностное пластическое деформирование (ППД) является одним из наиболее экономичных и эффективных методов упрочнения. ППД позволяет полнее реализовать потенциальные свойства конструкционных материалов в реальных деталях, особенно в деталях сложной формы.

Прошло около ста лет с того момента, когда вместо острого резца стали использовать радиусные гладилки для сглаживания шероховатых поверхностей. За это время ППД развилось как самостоятельный вид отделочно-упрочняющей обработки. Разработаны различные

методы ППД, разнообразные конструкции рабочих инструментов и технологического оснащения, выполнен большой объем исследовательских работ по оценке качества упрочненных деталей, их надежности, долговечности и декоративных свойств.

Существенный вклад в разработку теоретических основ процессов ППД внесли научные школы российских ученых: «Вибротехнология» (основатель и научный руководитель -А.П. Бабичев); «Виброударное упрочнение» (основатель - Ю.Р. Копылов); «Электрические методы обработки в авиакосмической отрасли» (научный руководитель - В.П. Смоленцев); «Механика поверхностного слоя как научная основа проектирования упрочняющих технологических процессов ППД» (основатель и руководитель - В.М. Смелянский); «Математическое моделирование источников тепла при выглаживании поверхностей тел качения» (научный руководитель - Я.И. Барац).

Динамично развивается научная школа по обработке ППД нефтеромыслового оборудования и трубопроводной арматуры под руководством В.К. Кузнецова. Научно-педагогическую школу по разработке прогрессивных технологических процессов формообразования и упрочнения поверхностей деталей машин абразивным, лезвийным, деформирующим, упрочняющим инструментами и гидрорезанием сформировал и возглавляет Ю.С. Степанов. Крупные научные школы в данном направлении развивались под руководством Д.Д. Папшева, Ю.Г. Проскурякова, A.M. Розенберга, O.A. Розенберга, Э.В. Рыжова, Ю.Г. Шнейдера и других ученых.

Методы ППД развиваются и совершенствуются благодаря созданию новых научных направлений. Так, например, А.Г. Суслов является создателем учения об инженерии поверхности деталей машин, основателем нового научного направления - технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений.

Теоретические экспериментальные исследования А.П. Бабичева и руководимого им коллектива аспирантов, докторантов и сотрудников обеспечили разработку теоретических основ методов виброволновой обработки, основанных на использовании колебаний широкого спектра частот. При этом разработаны пути развития комбинированных процессов обработки и покрытий на основе воздействия физических эффектов магнитного, теплового и энергетических полей, химических реакций.

В.Ю. Блюменштейн - автор и руководитель научного направления «Механика технологического наследования на стадиях жизненного цикла ответственных деталей машин», в рамках которого разработана теория формирования и трансформации состояния поверхностного слоя на стадиях резания, поверхностного пластического деформирования и последующего усталостного нагружения. Под руководством С.А. Зайдеса успешно развивается научное направление «Технологическая механика осесимметричных процессов поверхностного пластического деформирования».

Научные интересы Кузнецова В.П. сосредоточены на актуальных проблемах создания технологий наноструктурирования поверхностного слоя конструкционных материалов методами интенсивной пластической деформации. Разработаны теоретические основы технологии наноструктурирующего выглаживания поверхностного слоя конструкционных сталей методом, реализуемой интенсивной пластической

Основные научные интересы М.Е. Попова направлены на решение проблем по снижению материалоёмкости и себестоимости производства машин на основе моделирования и оптимизации конструкторско-технологических структур,

По результатам проводимых научных исследований профессором В.А. Лебедевым разработаны энергетические основы упрочняющей обработки деталей динамическими методами ППД, принципы проектирования эффективных технологий упрочнения на основе формирования рациональной структуры операции. С позиций энергетического подхода предложены расчётно-аналитические модели прогнозирования характеристик качества поверхностно-

го слоя, модифицированного в процессе ППД и их влияние на повышение эксплуатационных свойств деталей машин.

Научные исследования профессора O.A. Горленко направлены на управление параметрами качества поверхности деталей машин, определяющими такие их эксплуатационные свойства, как износостойкость и контактная жёсткость при поверхностном пластическом деформировании на основе учёта закономерностей влияния технологической наследственности, под которой понимается влияние вида предварительной обработки и исходного состояния поверхности на качество и эксплуатационные свойства деталей машин после ППД.

Научной деятельностью профессора Ю.С. Степанова в рамках направления ППД является технологическое обеспечение качества ответственных деталей машин и механизмов для повышения их эксплуатационных характеристик, создание новых способов и инструментов для отдел очно-упрочняющей обработки, расширение технологических возможностей и повышением эффективности существующих методов ППД.

Профессор A.B. Тотай в своих исследованиях показал, что алмазное выглаживание является наиболее эффективным методом финишной обработки ответственных поверхностей деталей машин, способным на разработанной теоретической базе получать оптимальные значения размера зерна и плотности дислокаций для различных конструкционных материалов и заданных условиях эксплуатации.

Профессор Ю.Г. Шнейдер - создатель нового в науке и технике направления - регуляризации микрорельефа поверхностей, которое позволяет повышать качество и надежность машин и приборов. Под руководством Ю.Г. Шнейдера разработан ГОСТ «Поверхности с регулярным микрорельефом», а на его основе - проект международного стандарта. Новое направление получило признание за рубежом, в частности, в США, о чем свидетельствовал американский журнал «Прецизионная техника».

Последняя монография ученого «Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом» переведена и издана Оксфордским издательством в Англии. Дело своего учителя продолжают ученые Польши и Болгарии, которые в свое время окончили аспирантуру вуза под руководством Ю.Г. Шнейдера.

Область научных интересов профессора А.И. Болдырева - электрические и комбинированные методы обработки деталей с обеспечением требуемых эксплуатационных характеристик. Он предложил технологическое решение проблемы обеспечения высокого уровня точности металлических деталей с одновременным достижением предельного значения эксплуатационного показателя - предела прочности изделий при многоцикловых нагружениях, свойственных высокоресурсным объектам ракетно-космической, авиационной и другой техники.

Профессор Л.А. Хворостухин разработал основы технологии поверхностного упрочнения деталей алмазным выглаживанием. Им оценены технологические возможности и даны обоснования по применению методов упрочнения деталей авиадвигателей (электроискровое легирование, ионноплазменное напыление, химико-термическая обработка деталей из титановых сплавов, различные кинематические разновидности выглаживания и вибровыглаживания, виброударная обработка алмазным индентором).

Профессор П. С. Чистосердов - один из немногих теоретиков и практиков науки, занимавшихся ППД фасонных поверхностей деталей машин ротационными инструментами. В его работах получила дальнейшее развитие общая теория формообразования таких поверхностей, методика проектирования обрабатывающих устройств и создание на её основе новых схем и способов накатывания вплоть до их практического применения на производстве.

ППД применяют не только для отделочно-упрочняющей обработки, но и для восстановления изношенных поверхностей (научный руководитель направления В.А. Забродин), правки маложестких деталей (В.Н. Емельянов, С.А. Зайдес, Г.В. Мураткин и другие), для формообразования изделий из листовых материалов (А.Е. Пашков), сборки трубчатых заго-

товок (А.Н. Исаев,), получения декоративных поверхностей (Ю.Г. Шнейдер, М.Е. Попов) и других технологий.

Для совершенствования известных методов отделочно-упрочняющей обработки, создания новых способов упрочнения и внедрения их на производстве созданы научно-производственные подразделения. Так, в Новосибирском государственном техническом университете под руководством Х.М. Рахимянова организован центр электрофизических технологий, осуществляющий научно-инновационную деятельность в области лазерных, плазменных, электрохимических, ультразвуковых технологий. В Иркутском национальном техническом университете под руководством А.Е. Пашкова и при его непосредственном участии были разработаны и внедрены в производство технология и опытно-промышленное оборудование для формообразования панелей крыла самолетов ТУ-204, ТУ-334, БЕ-200. В лаборатории новых методов обработки, руководимой Л.И. Маркусом, разработаны, исследованы и внедрены в промышленность новые перспективные методы ИНД (алмазное выглаживание, обдувка микрошариками), а также прогрессивные способы объемной вибрационной и электрохимической обработки. Под руководством Н.М. Бобровского в Тольяттинском государственном университете создано малое инновационное предприятие «Техномаш+» для внедрения наукоемких технологий на промышленных предприятиях. В.П. Кузнецов создал инновационное предприятие «Сенсор», серийно выпускающее оборудование и запасные части для нефтедобываю -щей и нефтеперерабатывающей промышленности. Потребителями продукции являются более 170 предприятий России и ближнего зарубежья.

Работы, направленные на разработку и внедрение методов поверхностного пластического деформирования, выполняются на ООО НПК «Станкопроект», которое успешно реализовало свои инновационные разработки на ряде предприятий России, включая АО «АВТОВАЗ » (г. Тольятти), ОАО «АВТОВАЗагрегат» (г. Тольятти), ОАО «Завод малолитражных автомобилей», КАМАЗ (г. Набережные Челны), ОАО «Тяжпромарматура» (г. Алексин), ОАО «ДААЗ» (г. Димитровград), ООО «Самараволгомаш» (г. Самара), ОАО «Автоагрегат» (г. Кинешма), ООО "Авто-Раут" (г. Кинешма), АО «Самеко» (г. Самара), ООО «М-Драйв» (г. Тольятти), ООО «ЛабИнТех» (г. Москва) и др.

Научные разработки профессора В.П. Кузнецова активно внедряются на предприятиях Кургана и области. Ежегодно с применением методов поверхностного пластического деформирования на резьбонакатном оборудовании и наноструктурирующего выглаживания на многоцелевых станках изготавливается свыше 4 миллионов шпилек диаметром от 6 до 72 мм и более 100 тысяч шпинделей задвижек, детали погружных нефтяных насосов и т.п.

НИОКР выполняются в созданной Бобровским Н.М. лаборатории «Автомобильные технологии». Совместно с ТГУ создано малое инновационное предприятие «Техномаш+» для трансфера наукоемких технологий на промышленные предприятия области, выполняющие работу при поддержке Фонда содействия развитию МП НТС. Результаты работ внедрены на ФГУП «НПО «Техномаш»», ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», ОАО «КамАЗ» и

др.

Содержащиеся в работах профессора М.М. Матлина научные результаты нашли применение на ряде предприятий машиностроения и энергетики: Волгоградском ПО «Баррикады», ООО «Волгоградский завод буровой техники», Краснодарском опытном заводе «Нефтемашремонт», Хабаровскэнерго, Мосэнергоремонт, Спецэнергоремонт (Волгоград), Киевэнергоналадка, опытном заводе сварочного оборудования института электросварки им. Е.О. Патона (Киев), ЦНИИпроектстальконструкции (Москва) и др.

Представленный обзор деятельности специалистов показывает роль отделочно - упрочняющих процессов ППД при повышении прочности, надежности, износостойкости изделий машиностроения. Отделочно-упрочняющая обработка занимает устойчивую позицию среди технологий, обеспечивающих выпуск продукции высокого качества.