Экспериментально теоретический способ изучения кинетики износа поверхностей с регулярной микрогеометрией

связанных с изменением размеров деталей, входящих в узлы автоматики СПВ, в процессе приработки.

Список литературы

1. Баранов В.Л., Тер-Данилов Р.А. Процесс формирования равновесной микрогеометрии при циклическом ударном нагружении // Изв. ТулГУ. Актуальные вопросы механики. 2005. С. 50-54.

2. Тер-Данилов Р.А. Теоретический анализ процесса контактной приработки при циклическом ударном нагружении // Изв. ТулГУ. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. 2006. С. 135-142.

3. Тер-Данилов Р.А.. Плахов П.В., Людвик Р.Г. Образование полностью регулярного микрорельефа на поверхностях деталей стрелково-пушечного вооружения подверженных циклическому ударному нагруже-нию // Материалы докладов VII Региональной научно-технической конференции «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов». Тула: ТулГУ. 2008. С. 103-108.

Yu.S. Babich, D. A., Konovalov, R A. Ter-Danilov

THE INFLUENCE OF QUALITY OF THE SURFACE ON THE PERIOD OF RUNNING IN DETAILS OF INFANTRY CANNON ARMAMENT

The paper deals with the repeated longitudinal blow in rigid weight with known speed taking into account consideration of the elastic-viscous - plastic waves of tension in the deformed material as a first approximation . The task was solved on an example of the micro-roughnesses which geometrical sizes corresponded to various methods of processing. Micro-roughnesses are modeled by the jammed cantilever beams.

Key words: repeated longitudinal blow, elastic-viscous - plastic waves, microrough-

nesses.

Получено 17.10.12

УДК 621.8

В.Л. Баранов, д-р техн. наук, проф., 8-915-684-28-19 ivts. tul gu@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

В.Н. Лаврухин, канд. техн. наук, доц., 8-910-943-07-93 (Россия, Тула, ТулГУ),

Н.В. Третьяков, асп., 8-920-275-52-21, Torr 86@mail.ru

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ КИНЕТИКИ ИЗНОСА ПОВЕРХНОСТЕЙ С РЕГУЛЯРНОЙ МИКРОГЕОМЕТРИЕЙ

Рассматриваются вопросы технологического обеспечения требуемых эксплуатационных свойств поверхностного слоя деталей машин с помощью определения кинетики износа поверхности.

Ключевые слова: шероховатость, микрогеометрия, равновесная шероховатость, регулярный микрорельеф, кинетика износа.

В современном мире остро стоит проблема получения продукции требуемого качества при минимальных затратах на производство изделия. Многими отечественными и зарубежными учеными доказано сильное влияние состояния поверхностных слоев на эксплуатационные свойства узлов, деталей и механизмов в целом.

Такие эксплуатационные свойства, как износостойкость, теплоот-ражение, усталостная прочность, контактная жесткость, виброустойчивость, прочность сопряжений, плотность соединения, коррозионная стойкость, прочность сцепления покрытий, обтекаемость газами и жидкостями, являются важными параметрами качества. Обеспечение этих и других свойств технологическими методами связано с регламентированием двух групп показателей. К первой относятся показатели геометрического, ко второй - физико-механического характера.

Основной составляющей геометрических показателей является шероховатость поверхности. Задаваемое конструктором назначение параметров шероховатости непосредственно связано с качеством деталей машин. Представленная ГОСТ 2789—73 система параметров шероховатости поверхности позволяет задать необходимую микрогеометрию в зависимости от требуемых эксплуатационных свойств детали. В то же время конструктора и технологи регулярно описывают микрогеометрию поверхности только высотными параметрами, хотя в ГОСТе, помимо высотных, регламентированы и шаговые параметры, а также относительная опорная длина профиля - наиболее важный параметр с точки зрения обеспечения качества поверхности. Например, по сравнению относительных опорных длин профиля проводится оценка несущей способности поверхности и контактной жесткости.

Также немаловажную роль шероховатость играет в процессе приработки поверхностей. На этапе приработки, если поверхность имеет исходную микрогеометрию с очень малыми высотами неровностей, между поверхностями возникает «пленочное голодание» и микрозадиры, которые постепенно сглаживаются, если поверхность имеет микрогеометрию с большими высотами неровностей, то при контакте поверхностей имеют место деформации и наклеп неровностей. По завершении этапа приработки устанавливается равновесная шероховатость зависящая от условий эксплуатации, а не от исходной шероховатости [1]. Равновесная шероховатость является оптимальной для заданных условий работы и воспроизводится на всем последующем процессе нормальной работы контактирующих поверхностей (рис. 1).

Существует ряд методов, позволяющих определить окончание этапа приработки. Один из них основан на регулярном взвешивании деталей для определения момента начала установившегося износа и определении времени от начала работы трущейся пары до момента начала установивше-

гося износа. Недостатками данного способа являются недостаточная точность измерений и принципиальная невозможность его использования в случаях неразборных конструкций.

Ю.Г. Шнейдером был разработан способ определения окончания этапа приработки [2], суть которого заключается в том, что контактирующие поверхности электрически связаны с сигнальным устройством (лампа) и регистрирующим прибором (электрочасы). Образцы эксплуатируются в условиях обильной подачи нетокопроводящей смазывающей жидкости в зону контакта. Считается, что в начальный момент контакты поверхностей замкнуты, загорается лампа, включаются электрочасы. В момент окончания этапа приработки опорные контактирующие поверхности настолько возрастают, что исходное давление оказывается недостаточным, чтобы прорвать образовавшуюся масляную пленку, контакт между поверхностями нарушается и выключается регистрирующая аппаратура (лампа и электрочасы). Предложенный способ также имеет ряд существенных недостатков: вынужденное наличие нетокопроводящего смазочного слоя между контактирующими деталями (это значительно ограничивает область практического применения, так как существует большое количество контактирующих деталей машин циклической автоматики, работающих в режиме сухого трения), наличие нетокопроводящей смазывающей жидкости, оказывает существенное влияние на текущие параметры электрической цепи, данный способ не позволяет регистрировать изменение параметров микрорельефа поверхности во времени, что необходимо для анализа особенностей эксплуатации контактирующих деталей на этапе приработки с целью выбора предпочтительного профиля микрогеометрии.

1

Зона

Зона

Формирование равновесной шероховатости при сглаживании выступов и образовании выступов

Предлагается следующий способ определения кинетики износа поверхностей деталей машин: на контактирующие детали, нагруженные в соответствии с реальными условиями эксплуатации, подается ток, проводится регистрация тока в цепи во времени, используя расчетные зависимости изменения опорной контактной площади микронеровности, выражение для текущего значения общего сопротивления электрической цепи и экспериментально полученную зависимость силы тока в цепи от времени несложно определить изменение величины эксплуатационного износа и изменение опорной контактной площади микронеровности от времени.

При обработке поверхностей традиционными методами микрогеометрия поверхности носит иррегулярный характер, что в значительной мере затрудняет технологическое обеспечение требуемых параметров качества поверхности. Значительно упростить расчеты геометрических показателей и технологически обеспечить требуемое качество поверхности позволяет регулярная микрогеометрия. Существует ряд способов обработки поверхностей, позволяющих получать регулярную микрогеометрию - вибронакатывание, обкатывание, выглаживание и т.д. [3]. Применение обработки методами поверхностной пластической деформации позволяет не только получить регулярную микрогеометрию, но и повысить износостойкость поверхности.

Регуляризация микрорельефа позволяет нормировать и технологически обеспечивать такие геометрические параметры, как число выступов и впадин на единицу поверхности, длина профиля, коэффициент заполнения, радиус выступов и впадин, являющихся во многих случаях основными, определяющими эксплуатационные свойства поверхностей (например, фактическую площадь контакта).

Используя данный способ определения кинетики износа поверхностей деталей машин и прогрессивные методы обработки поверхностей, позволяющие получать регулярный микрорельеф, появляется возможность не только прогнозировать изменения микрогеометрии в реальных условиях эксплуатации и определять этапы работы контактирующих поверхностей, но и свести период приработки к минимуму за счет формообразования регулярной микрогеометрии, максимально приближенной к равновесной, что в свою очередь приведет к снижению себестоимость изделия и повышению качества продукции.

Список литературы

1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977.

2. А. с. № 110825.

3. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982.

V.L. Baranov, V.N. Lavruhin, N.V. Tretyakov

EXPERIMENTAL AND THEORETICAL METHOD OF WEAR KINETICS STUDY OF SURFACES WITH REPETITIVE MICROGEOMETRY.

This article investigates questions of machine components manufacturing with preplanned performance of their surface by definition of surface wear kinetics.

Key words: roughness, microgeometry, stable roughness, microrelief wear kinetics.

Получено 17.10.12

УДК 621.8

Н.В. Третьяков, асп., 8-920-275-52-21, Torr 86@mail.ru

ЭЛЕКТРОАНАЛОГОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ КОНТАКТНОЙ ПРИРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ

Рассмотрены вопросы определения этапов жизненного цикла поверхности деталей машин, а также проведено моделирование кинетики приработки поверхности

Ключевые слова: шероховатость, относительная опорная длина профиля, фактическая площадь контакта.

Эксплуатационные свойства деталей машин в значительной мере зависят от состояния их поверхностных слоев, характеристики которых подразделяются на геометрические и физико-механические.

Физико-механические свойства поверхностного слоя зависят от вида конструкционного материала, из которого изготавливается деталь, вида и способа получения заготовки, вида термической обработки, наличия в технологическом процессе отделочно-упрочняющих операций для формирования требуемых остаточных напряжений и достижения необходимой микротвердости, вида защитно-декоративных покрытий.

Под геометрическими параметрами поверхности деталей понимают параметры шероховатости, волнистости и макрооотклонения.

Шероховатость, волнистость и макроотклонения на контактирующих поверхностях деталей машин приводят к дискретности их контакта и дифференциации площадей контакта на фактическую, контурную и номинальную. Номинальная площадь контакта, обусловленная наличием макроотклонений на поверхностях деталей, будет равна сумме отдельных номинальных площадок. На номинальных площадках контакта расположены отдельные контурные площади контакта, обусловленные волнистостью поверхностей. Сумма отдельных контурных площадок приводит в целом к образованию контурной площади контакта. Контакт деталей машин происходит по вызванным шероховатостью фактическим площадкам контакта, которые в сумме составляют фактическую площадь контакта.