РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДОВ УПРОЧНЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН И РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Памфилов Е.А., Пыриков П.Г., Рухлядко А.С. (БГИТА, Брянск, РФ)
В докладе рассматриваются технологические аспекты обеспечения износостойкости деталей машин и режущих инструментов на основе комплексного управления характеристиками качества рабочих поверхностей. Формирование заданных эксплуатационных характеристик деталей машин и инструментов достигается как конструктивными, так и технологическими методами.
Структура работ, проведённых в этой области, представлена следующими направлениями:
1. Разработка основ обеспечения износостойкости деталей машин и инструментов за счёт рационализации конструктивных параметров и режимов эксплуатации.
2. Разработка основ управления и регламентации параметров состояния поверхности металлических материалов с применением методов механического упрочнения.
3. Разработка основ управления и регламентации параметров состояния поверхности деталей машин и инструментов с применением комплексной упрочняющей обработки на базе механических и электрофизических методов упрочнения.
Разработка способов упрочнения базируется на основе изучения закономерностей трибопроцессов с применением методов компьютерного моделирования механизма контактных взаимодействий пар трения и оптимизационного анализа. Результатом является выработка технологических рекомендаций по назначению марки конструкционного или инструментального материала, вида и режимов упрочняющей обработки, а также условий эксплуатации деталей или инструмента.
Разрабатываемые способы упрочняющей обработки позволяют, дифференцировано или комплексно управлять параметрами характеристик изнашиваемого материала, оказывающими наибольшее влияние на его стойкость (уровнями микротвёрдости, напряжённого состояния, шероховатостью, химической стойкостью) с формированием в итоге их благоприятного сочетания в зонах износа.
В настоящее время для повышения износостойкости деталей машин и инструментов всё шире используются методы поверхностного упрочнения, такие как алмазное выглаживание, обработка концентрированными потоками энергии и другие.
В частности, управление параметрами структурного состояния поверхностных слоёв металла, уровнями микротвёрдости, остаточных напряжений и шероховатостью поверхности упрочняемого объекта обеспечивается при реализации технологий выглаживания двухинденторным и вращающимся инструментом, а также при электродеформационной обработке, сочетающей эффекты расплавления и переноса легирующего материала в поверхностные слои обрабатываемого объекта с одновременным их пластическим деформированием. Это позволяет уменьшить шероховатость поверхности с Ra 1,25 - 2,5 мкм до 0,32 - 0,63 мкм, сформировать мелкозернистую структуру поверхностных слоёв, обеспечить формирование благоприятных остаточных напряжений сжатия, повышающих микротвёрдость материала, что в итоге способствует его износостойкости.
Комплексное формирование благоприятных характеристик поверхности деталей машин и инструментов обеспечивается на основе применения новых технологий электрофизического упрочнения (лазерного, плазменного, электродеформационного и других). Сущность их заключается в сочетании упрочняющего термического воздействия на поверхностные слои объекта, свойства которых направленно изменяются перед упрочнением. Например, обеспечить формирование поверхности с регулярным микрорельефом представляется возможным путём воздействия лазерного луча на поверхность с переменной отражательной способностью. Обеспечить регламентированный уровень напряжённого состояния в упрочняемом изделии возможно путём совмещения его предварительной деформации с воздействием на поверхность источником упрочнения. Обеспечить управление прочностными свойствами рабочих поверхностей возможно при формировании анизотропной структуры в процессе термической обработки объекта в управляемых магнитных полях. Сущность способа заключается в нагреве материала до температуры плавления и последующего охлаждения в магнитном поле. Управляя положением плоскости силовых линий магнитной индукции, удаётся обеспечить управление векторами анизотропии в формирующихся кристаллитах по отношению к направлению вектора внешней нагрузки. В результате появляется возможность направленной переориентации плоскостей скольжения в кристаллах с позиции создания в них наибольшей сопротивляемости сдвиговым деформациям в процессе скольжения. Реализация в определённых направлениях данного способа требует учёта полиморфной модификации поверхностных структур и их магнитных характеристик. В качестве источника теплоты использован луч оптического квантового генератора, позволяющий создать необходимый градиент температуры в локальных участках поверхностных слоёв с определённой дискретностью теплового импульса.
В зависимости от технологии реализации и условий применения указанные способы упрочнения обеспечивают повышение износостойкости различных конструкционных и инструментальных материалов в среднем на 40 - 50 %, что свидетельствует о их эффективности.