Научно-технический отчет о выполнении гос.контракта №14.740
advertisement
Министерство образования и науки Российской Федерации УДК:621.7:895 ГРНТИ:55.01:55.03.11:87.15.09 Инв.№ УТВЕРЖДЕНО: Исполнитель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет» От имени Руководителя организации ______________/С.В. Большаков/ М.П. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ о выполнении 4 этапа Государственного контракта № 14.740.11.1094 от 24 мая 2011 г. и Дополнению от 08 августа 2011 г. № 1 Исполнитель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет» Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук. Проект: Разработка технических решений, направленных на снижение применения пожароопасных и экологически вредных смазочно-охлаждающих жидкостей на машиностроительных предприятиях Руководитель проекта: ______________/Мельников (подпись) Тольятти 2012 г. 1 Павел Анатольевич СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ по Государственному контракту 14.740.11.1094 от 24 мая 2011 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных нужд Организация-Исполнитель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет» Руководитель темы: кандидат технических наук, без ученого звания ______________________ Мельников П. А. подпись, дата Исполнители темы: доктор технических наук, доцент ______________________ Бобровский Н. М. подпись, дата кандидат технических наук, без ученого звания ______________________ Бобровский И. Н. подпись, дата кандидат технических наук, без ученого звания ______________________ Соболев А. А. подпись, дата без ученой степени, без ученого звания ______________________ Попов А. Н. подпись, дата без ученой степени, без ученого звания ______________________ Левицких О. О. подпись, дата без ученой степени, без ученого звания ______________________ Лукьянов А. А. подпись, дата без ученой степени, без ученого звания ______________________ Грошева А. Р. подпись, дата 2 Реферат Отчет 56 с., 1 ч., 18 рис., 0 табл., 18 источн., 0 прил. финишная обработка , смазочно-охлаждающие технологические средства , экспериментальные исследования , выглаживание , оптимизация, режимы обработки В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 4 этапу Государственного контракта № 14.740.11.1094 "Разработка технических решений, направленных экологически вредных на снижение применения смазочно-охлаждающих пожароопасных жидкостей и на машиностроительных предприятиях" (шифр "2011-1.2.2-220-010") от 24 мая 2011 по направлению "Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук в следующих областях:- мониторинг и прогнозирование состояния атмосферы и гидросферы; - оценка ресурсов и прогнозирование состояния литосферы и биосферы; - переработка и утилизация техногенных образований и отходов; - снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф; - экологически безопасные разработки месторождений и добычи полезных ископаемых; - экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания" в рамках мероприятия 1.2.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук.", мероприятия 1.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук и кандидатов наук" , направления 1 "Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий." федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 20092013 годы. 3 Цель работы Исключение - экологических загрязнений средств машиностроительных на технологических от процессов и риска возникновения смазочно-охлаждающих предприятиях, пожаров и технологических путем разработки технических решений направленных на осуществление механической обработки поверхностей деталей машин без применения СОТС. В работе использовался комплексный подход к проблеме исключения риска возникновения пожаров и экологических загрязнений от смазочноохлаждающих технологических средств на машиностроительных предприятиях, путем разработки технологических процессов и технических решений направленных на осуществление механической обработки поверхностей деталей машин без применения СОТС. При проведении исследований использовались теоретические положения технологии машиностроения, теплофизики, механики деформируемого твердого тела, теории контактного взаимодействия и пакета прикладных методик, разработанных автором, и стандартных методик с использованием методов математической статистики, а также современных физических методов исследования материалов. Теоретические исследования и анализ экспериментальных данных проводились на ЭВМ с применением программы для инженерно-математических вычислений Matlab и языка программирования Delphi. Научно-технические отчеты предыдущих этапов, Математические программные пакеты Mathcad, Mathlab, Опытно-промышленное оборудование, Производственная площадка МСП «ОАО» АВТОВАЗ, Лабораторно- измерительный комплекс, ГОСТ 2.102-68 «Единая система конструкторской документации. Виды и комплектность конструкторских документов», ГОСТ 7.32-2001 «Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления», ГОСТ Р 8.563-96 «Государственная система обеспечения 4 единства измерений. Методики выполнения измерений». 1. Проведены экспериментальные исследования на возможность использования альтернативных СОТС. 2. Обобщены математических результаты экспериментальных закономерностей, исследований связывающих основные в виде параметры обработки с качеством обработанной поверхностью, а также стабильностью протекания процесса, отражающейся в стойкости рабочего инструмента, без применения СОТС. 3. Оформлена заявка на патентование изобретения по тематике проекта. 4. Подготовлена и опубликована статья, отражающая ключевые результаты работы, в высокорейтинговом Российском журнале, рекомендованном ВАК РФ. 5. Подготовлен научно-технический 5 отчет по IV этапу ПНИР. СОДЕРЖАНИЕ Нормативные ссылки .................................................................................................. 8 Введение ....................................................................................................................... 9 1. Обобщение результатов экспериментальных исследований и вывод эмпирических зависимостей, описывающих процессы механической обработки без использования СОТС на примере технологии выглаживания....................... 12 1.1. Проведение экспериментальных исследований на возможность использования альтернативных СОТС. .............................................................. 12 1.2. Обобщение результатов экспериментального исследования в виде математических закономерностей, связывающих основные параметры обработки с качеством обработанной поверхностью, а также стабильностью протекания процесса, отражающейся в стойкости рабочего инструмента, без применения СОТС. ................................................................................................ 17 1.2.1. Контактная модель выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом. ....................................................... 18 1.2.2. Определение геометрии и размеров площадки контакта. .................. 20 1.2.3. Формирование микрогеометрии рабочей поверхности выглаживающего инструмента. ....................................................................... 22 1.2.4. Модель тепловых полей при выглаживании. ....................................... 26 1.2.5. Энергетическая модель процесса выглаживания ................................ 27 1.2.6. Основные положения при построении модели. ................................... 29 1.2.7. Базовые зависимости при построении энергетической модели ......... 31 1.3. Оформление заявок на патентование изобретений по тематике проекта. 37 1.4. Подготовка к публикации статей, отражающих ключевые результаты работы, в высокорейтинговых Российском или зарубежном журнале. ........... 45 1.4.1. Заключение экспертной комиссии по открытому опубликованию ... 45 1.4.2. Статья, подготовленная к публикации в журнале ВАК РФ, с ссылкой на проведение поисковой научно-исследовательской работы в рамках 6 реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы ............................................... 46 Заключение ................................................................................................................ 54 Список литературы ................................................................................................... 55 7 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ В настоящем отчете о НИР использованы ссылки на следующие стандарты: ГОСТ 7.32-2001 Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления ГОСТ Р 15.000-94 Система разработки и постановки продукции на производство. Основные положения. ГОСТ 15.101-98 Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок выполнения научно-исследовательских работ. ГОСТ 7.9-95 (ИСО 214-76) Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования. ГОСТ 15.011-96 Система разработки и постановки продукции на производство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения ГОСТ 15.101-98 Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок выполнения научно-исследовательских работ ГОСТ 24026-80 Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения. ГОСТ Р 8.563-96 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений». ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения»; ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002 Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений» 8 ВВЕДЕНИЕ Характерной чертой современного этапа развития машиностроения является постановка и решение экстремальных задач по поиску оптимальных условий протекания технологических процессов при изменившихся критериях весомости параметров технологии изготовления деталей машин. Подобный рост исследовательского интереса к столь сложным задачам связан с ограниченностью природных, материальных и людских ресурсов, необходимостью жесткой экономии энергии и материалов. Обработка деталей машин без использования смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) на сегодняшний день является одним из перспективных направлений перехода к экологически чистому производству. Внедрение новой технологии в отечественную промышленность позволит решить следующие проблемы: снизить пожароопасность; улучшить условия труда; повысить экологическую безвредность производства; облегчить возможность использования средств активного контроля процесса обработки; снизить затраты на закупку, хранение и утилизацию СОТС. На предыдущих этапах ПНИР были проведены следующие работы: 1.1. Проведен анализ научно-технической литературы, нормативнотехнической документации и других материалов, по теме проекта. 1.2. Выполнен выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач. 1.3. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96. 1.4. Проведен аналитический обзор основных мировых тенденций развития технологий обработки поверхностей деталей без использования смазочно-охлаждающих технологических средств, а также анализ возможных проблем, возникающих при отказе от применения СОТС в процессе обработки. 2.1. Проведен анализ путей снижения пожароопасности использования СОТС, а также анализ вредного воздействия СОТС на человека и окружающую среду. 9 2.2. Сделана классификация современных СОТС по степени пожароопасности и экологической вредности. 2.3. Проработаны базы альтернативных экологически безвредных и менее пожароопасных СОТС. 2.4. Разработаны программы и методики проведения экспериментальных исследований: – методика экспериментальных исследований, направленных на проверку возможности осуществления финишной обработки поверхностей деталей машин без использования СОТС; – методика экспериментальных исследований на возможность исследований на возможность использования альтернативных СОТС; – методика экспериментальных использования микроподачи СОТС; – проведены экспериментальные исследования, с целью проверки возможности осуществления финишной обработки поверхностей деталей машин без использования СОТС; 2.5. Подготовлены и опубликованы результаты исследований в высокорейтинговом российском журнале. 3.1. Проведены экспериментальные работы по определению оптимальных режимов обработки без применения СОТС. 3.2. Проведен теоретический анализ теплофизических и термомеханических явлений в процессе финишной обработки поверхностей деталей без применения СОТС. 3.3. Проведены исследование топографии поверхностного слоя образцов обработанных выглаживанием без применения СОТС с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ). 3.4. Проведены производственные стойкостные испытания инструментов с рабочей поверхностью из разных материалов в массовом производстве при механической обработки без использования СОТС. 10 Исходя из полученных результатов теоретических исследований и аналитического обзора в рамках данного этапа ПНИР были поставлены и решены следующие задачи: – проведены экспериментальные исследования на возможность использования альтернативных СОТС; – обобщены результаты экспериментальных исследований в виде математических закономерностей, связывающих основные параметры обработки с качеством обработанной поверхностью, а также стабильностью протекания процесса, отражающейся в стойкости рабочего инструмента, без применения СОТС; – оформлены заявки на патентование изобретений по тематике проекта; – подготовлена результаты работы, и в опубликована статья, высокорейтинговом отражающая ключевые Российском журнале, рекомендованном ВАК РФ; – подготовлен научно-технический отчет по IV этапу ПНИР. 11 1. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВЫВОД ЭМПИРИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ, ОПИСЫВ АЮЩИХ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОТС НА ПРИМЕРЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫГЛАЖИВАНИЯ 1.1. Проведение экспериментальных исследований на возможность использования альтернативных СОТС. На данном этапе ПНИР был проведен сравнительный анализ качества поверхности, получаемой после обработки классическим выглаживанием без применения традиционных СОТС. Целью экспериментальных исследований являлось выявление технологических особенностей формирования качественных характеристик поверхности в результате обработки классическим выглаживанием при следующих условиях: 1) обработка без применения СОТС (сухая обработка); 2) с использованием в качестве СОТС альтернативного экологически чистого смазочного материала растительного происхождения – подсолнечного масла (ГОСТ 1129-93); 3) с применением в качестве СОТС – жидкости, используемой на моечных операциях, основными компонентами которой являются вода и сода. Критерием качества являлась шероховатость поверхности, получаемой после обработки, по Rа , мкм ( Raчерт 0,25 мкм ) и опорная кривая профиля поверхности t р , %. Исследования проводились в производственных условиях на токарном станке 16К20. Классическому выглаживанию подверглась поверхность диаметром 35 мм и длиной l = 13 мм сальниковой шейки корпуса внутреннего шарнира ВАЗ 2108 – 2215064. Материал детали – легированная сталь 19 ХГН с твердостью нитроцементированной поверхности HRC 58…62. Исходная шероховатость поверхности, полученная на предыдущей операции 12 (шлифование) составляля порядка Rа =0,8…1,3 мкм. В качестве инструмента использовался алмазный наконечник со сферической рабочей частью радиусом r 1,5 мм, доведённый до шероховатости Rа =0,02 мкм. Выглаживатель прижимался к обрабатываемой поверхности с усилием F=200 Н при помощи специального приспособления закрепленным в резцедержателе станка. В качестве варьируемых параметров использовались технологические показатели режима обработки – подача и скорость, соответствующая определенному числу оборотов детали n (об/мин). Выглаживание партии деталей проводилась при следующих подачах s (мм/об) 0,05; 0,075; 0,1; 0,125; 0,15; и скоростях обработки υ (м/мин) 35; 69; 88; 110, что при диаметре обрабатываемой поверхности d=35 мм соответствует 315; 630; 800; 1000 об/мин соответственно. Перед обработкой, с целью исключения влияния остатков СОТС с предыдущих операций, поверхности тщательно обезжиривались этиловым спиртом. Шероховатость поверхности измерялась на профилографе – профилометре «Perphometer S6P» в трех точках обработанной поверхности, расположенных под углом 120 по длине окружности относительно друг друга. В результате проведенных экспериментов выявлено, что процесс обработки ППД как с подачей СОТС так и с подачей жидкостей, применяемых на моечных операциях, протекает практически без особых отличий, и обработанная поверхность получалось весьма удовлетворительной ( Rа =0,1…0,2 мкм.) При обработке без СОТС и с применением растительных СОТС обработанная поверхность хоть и имела шероховатость Rа =0,2…0,25 мкм была весьма приемлима. Полученные результаты на данном этапе работы говорят об актуальности проведения дальнейших исследовании. В ходе проведения данных исследований было предложено также интересное для действующего производства техническое решение – сформировать технологический процесс таким образом, чтобы при попадании на финишную операцию, на поверхности детали еще оставалась СОТС от 13 предыдущей операции (как правило, после шлифования), которой достаточно для стабильного протекания процесса выглаживания. По результатам исследования подана заявка на патент. Изобретение относится к способам обработки деталей резанием и поверхностным пластическим деформированием. Обрабатывают поверхность детали шлифованием или тонким точением с использованием смазочно-охлаждающей жидкости, в которую добавляют присадки или компоненты, используемые при обработке поверхностным пластическим деформированием, в виде полиакриламида или диметилформамида, или глицерина. Осуществляют поверхностное пластическое деформирование поверхности детали с использованием в качестве технологической смазки остатков смазочноохлаждающей жидкости, сохранившихся на поверхности изделия после предыдущей обработки. В результате сокращаются расходы на СОТС, ее регенерацию и утилизацию (Рисунок 1). Рисунок 1 – Схема обработки Изобретение относится к обработке металлов поверхностным пластическим деформированием и может быть применено для отделочной обработки поверхностей выглаживанием 14 для получения необходимой шероховатости и упрочнения поверхностного слоя деталей машин и механизмов. Известны способы обработки поверхностей деталей алмазным выглаживанием (Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник. - СПб.: Политехника, 1998. - 414 с: ил. 86-88 с.). При этом во многих источниках (Торбило, Башков) отмечается, что в подавляющем большинстве случаев необходимо присутствие смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в зоне обработки. Однако многие компоненты СОТС, бактерициды и фунгициды, возникающие в процессе обработки продукты реакций, а также занесенные инородные вещества могут вызвать заболевания рабочих. Кроме того, применение СОТС снижает экологичность и пожаробезпасность производства. Отработанные СОТС необходимо регенерировать или утилизировать, что приводит к значительным затратам. При обработке поверхностей деталей резанием существуют способы, при которых обеспечивается минимальный расход СОТС. Так, например, известен способ микроподачи СОТС в зону обработки (авторское свидетельство СССР №1399070, кл. B23Q 11/10, 1988 г.), при котором подача СОЖ осуществляется с помощью дозатора, обеспечивающего подачу небольших доз СОТС при обработке каждой детали. Однако реализация на практике такого способа обработки значительно усложняет и удорожает конструкцию устройств, используемых для осуществления процесса обработки. Между тем, опыт показывает, что при обработке шлифованием или тонким точением образующаяся в процессе резания ювенильная поверхность абсорбирует небольшое количество СОТС. Кроме того, непосредственно после обработки на поверхности остается тонкий слой смазочно-охлаждающей жидкости. Все это может быть использовано при последующей обработке поверхностно-пластическим деформированием 15 (например, алмазным выглаживанием), особенно, если речь идет о массовом производстве, где процесс обработки идет без перерыва между операциями. Технической задачей способа является снижение расхода СОТС при обработке поверхностным пластическим деформированием. Указанный технический результат достигается тем, что в качестве технологической смазки используются остатки СОТС, сохранившиеся на поверхности изделия после предыдущих операций (например, шлифования). При этом время между началом операции поверхностной пластической обработки и окончанием предыдущей операции, как правило, не должно превышать 15 мин. На чертеже изображена схема предлагаемого процесса обработки (Рисунок 1). К цилиндрической поверхности изделия 1 прижат с требуемым рабочим усилием выглаживающий инструмент, например индентор 2. После предыдущей операции на поверхности изделия 1 сохраняется абсорбированный слой СОТС 3 и остатки СОТС после предыдущей операции 4. Детали придают вращение по стрелке, а индентор перемещают вдоль оси детали со скоростью подачи. Слой СОТС 3 под действием пластического деформирования частично выдавливается на поверхность и вместе со слоем 4 выполняет роль технологической смазки, снижая тепловую напряженность процесса и силу трения между инструментом и обрабатываемой поверхностью. Применение предлагаемого способа в течение длительного времени в условиях массового производства показало хорошие результаты. Для достижения максимального эффекта при обработке таким способом можно в качестве СОТС на предыдущей операции применять компоненты или добавки, по своим свойствам схожие с теми, что применяются при обработке поверхностным пластическим деформированием (например, полиакриламид, диметилформамид, глицерин). Применение данного способа выглаживания позволяет значительно 16 сократить расходы на СОТС, ее регенерацию и утилизацию и при этом сохранить качество обрабатываемой поверхности и норму расхода инструмента. 1.2. Обобщение результатов экспериментального исследования в виде математических закономерностей, связывающих основные параметры обработки с качеством обработанной поверхностью, а также стабильностью протекания процесса, отражающейся в стойкости рабочего инструмента, без применения СОТС. При внедрении в массовое производство процесса выглаживания без использования СОТС возникает ряд технологических ограничений (см. Рисунок 2): ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ПРОЦЕССА Производительность T = f(V, N) Качество обработки Ra = f (P, N) Стойкость инструмента J = f (P, V, N) Замена инструмента раз в смену (350 деталей) Тцикла = 8…12 с Рисунок 2 – Технологические ограничения процесса широкого выглаживания в массовом производстве Шероховатость обработанной поверхности зависит от основных параметров обработки Ra = f (P, S), где P – усилие, прикладываемое к выглаживающему инструменту[3], Н; S – подача на оборот, мм/об. 17 Длительность процесса ограничена во времени, основное время обработки при этом зависит Tосн = f(V, S), где V – скорость обработки, м/с (в условия массового производства допустимое Tосн = 8…12 с). Стабильность процесса обработки зависит от интенсивности изнашивания выглаживающего инструмента J = f (P, V, S). Ниже (Рисунок 4) представлен алгоритм построения модели технологии выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом. 1.2.1. Контактная модель выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом. Процесс обработки ППД идет без снятия стружки (Рисунок 3), и состояние рабочей поверхности инструмента непосредственно влияет на качество обработанной поверхности (шероховатость)[4]. Рисунок 3 – Схема формирования обработанной поверхности при ППД [13] 18 1. Постановка задачи. 1.1 Определение основных положений, требований и ограничений при построении модели технологии выглаживания 1.2 Схематизация задачи 2. Контактная модель Параметры обработки (режимы, материалы) 2.1 Определение геометрии и размеров площадки контакта 2.2 Формирование микрогеометрии выглаживающего инструмента рабочей поверхности 3. Модель тепловых полей при выглаживании без применения СОТС Конфигу– рация теплового источника 3.1 Схематизация тепловой картины, распределение тепловых потоков при обработке 3.2 Определение базовых зависимостей для расчета температур 3.4 Учет влияния формы и ограниченности площадок контакта при обработке 3.5. Получение зависимостей для расчета температур. Расчет температур в зоне контакта при выглаживании 4. Энергетическая модель 4.1 Определение основных положений, ограничений при построении модели требований и 4.1 Определение базовых зависимостей, построение модели изнашивания инструмента на основе уравнения энергетического баланса Рисунок 4 – Основные этапы построения энергетической модели технологии выглаживания 19 1.2.2. Определение геометрии и размеров площадки контакта. При традиционных схемах выглаживания пятно контакта между индентором и заготовкой имеет эллипсоидную форму с различными соотношениями между l и b ([12], Рисунок 5). Для процесса выглаживания широким инструментом для схематизации процесса принимаем прямоугольную форму пятна контакта (b>l). Обобщенно способы определения размеров площадки контакта можно разделить на теоретические, учитывающие физические закономерности деформации твердых тел, и практические (экспериментальные). Рассмотрим в первую очередь некоторые теоретические зависимости. Рисунок 5 – Различные формы рабочей поверхности инденторов, используемые для управления процессом ППД [12] Определить геометрические параметры очага деформации соприкосновения двух цилиндров с параллельными осями (Рисунок 6) позволяет задача Герца [2], если они сжимаются силой, равномерно распределенной вдоль оси цилиндра q, то напряженно-деформированное состояние будет одинаковым в каждом сечении. Область контакта цилиндров представляет собой полосу шириной l Д (Рисунок 6). Полуширина контакта определяется по формуле: 20 lД 2 области lД 2 4 Rq . Е * (1) где Е* – приведенный модуль упругости, МПа; R – приведенный радиус кривизны, мм; q – сила, действующая на единицу длины оси, Н/мм. В выражении (1) приведенный радиус кривизны определяется по формуле: 1 1 1 , R R R И Д (2) где RД и RИ – радиус детали и инструмента соответственно, мм. Рисунок 6 – Контактное взаимодействие двух параллельных цилиндров конечной длины Приведенный модуль упругости определяется по формуле: 1 Д2 1 И2 E Е ЕИ Д * 1 , где и Е – соответственно коэффициент Пуассона и модуль упругости для детали и инструмента. Фактической шириной контакта l будет являться дуга окружности (Рисунок 7), которую можно определить по формуле: 21 l l 2 RИ arcsin Д 2 RИ , (3) Рисунок 7 – Связь между полушириной контактной площадки l Д / 2 и глубиной проникновения h в деформированном состоянии Глубину внедрения выглаживателя можно определить по формуле: hmax RИ R 2 И 1.2.3. Формирование lД 2 4 (4) , микрогеометрии рабочей поверхности выглаживающего инструмента. Для реализации стохастического характера воздействия шероховатости инструмента на процесс изнашивания был разработан алгоритм формирования микрогеометрии поверхности инструмента. Как известно сечение поверхности, перпендикулярной к ней плоскостью дает представление о профиле её рельефа: о количестве, форме и величине выступов и впадин неровностей. Основным геометрическим параметром формируемой поверхности является шероховатость. Согласно ГОСТ 2789-73, параметры шероховатости представлены довольно широкой номенклатурой (Рисунок которых: Ra - среднее арифметическое отклонение профиля; Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам; Rmax - наибольшая высота профиля; Sm - средний шаг неровностей; 22 8), основные из S - средний шаг местных выступов профиля; tp - относительная опорная длина профиля, где р - значения уровня сечения профиля. Рисунок 8 – Профиль шероховатости поверхности и его характеристики При разработке алгоритма моделирования поверхности выглаживающего инструмента с заданными геометрическими параметрами в качестве основных параметров были приняты: среднее арифметическое отклонение профиля Ra, шаг между соседними неровностями k и базовая длина Lбаз, при этом дискретность построения поверхности B зависит от размера элементарной частицы, принятой в модели (Рисунок 9). элементарные частицы yi y m x B k Lбаз Рисунок 9 – Профиль поверхности инструмента в модели Шероховатостью профиля Rа поверхности называется среднеарифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины профиля и находится по формуле: 23 Rа 1 n yi , n i 1 (5) Таким образом, при моделировании профиля поверхности инструмента необходимо получить облако точек, характеризующих координаты вершин элементарных частиц выглаживающего инструмента, обеспечивающих заданную шероховатость согласно выражению (5). С целью уменьшения расчетов, целесообразнее сгенерировать профиль поверхности на определенной длине Lбаз, тогда профиль по всей длине поверхности инструмента образуется путем клонирования сгенерированного участка. Для обеспечения возможности клонирования сгенерированного профиля, должно обеспечиваться следующее условие (6), где y1 – координата 1ой точки профиля, y n – координата последней точки профиля на участке Lбаз. y1 yn , (6) Из схемы, представленной рис. 2.8, также следует, что базовая длина построения профиля Lбаз должна быть кратна шагу между соседними неровностями k, в свою очередь величина k должна быть кратна размеру элементарной частицы B, что обеспечивается следующими математическими операциями: k INT (k / B) B , Lбаз INT ( Lбаз / k ) k , (7) где INT – функция, целую часть числового выражения, стоящего под этой функцией. Первоначальное формирование высоты i-й точки профиля над средней линией через шаг k производится численным методом с помощью генератора случайных чисел с учетом условия (6) следующим образом: yi RND 0,5 , (8) где RND – функция, возвращающая случайное число из диапазона 0…1 по нормальному закону распределения. 24 Полученная совокупность точек профиля поверхности по выражению (8) формирует начальный профиль шероховатости, с фактической шероховатостью: Ra 1 n yi , n i 1 (9) Для получения профиля заданной шероховатости Ra необх необходимо произвести следующие вычисления: Ra необх yi yi , Ra (10) Из-за того, что формирование неровностей профиля проводилось с шагом k, равным по величине расстоянию между соседними неровностями, а необходимая дискретность построения профиля равна размеру элементарной частицы b, необходимо определить координаты промежуточных точек, лежащих между двумя соседними неровностями (Рисунок 10). Для этого необходимо создать цикл изменения переменной kb от нуля до шага между неровностями k, внутри которого рассчитывать промежуточные точки по формуле: yi kb yi kb yi k yi , k (11) yi y x kb k Рисунок 10 – Схема к определению промежуточных значений координат профиля Для формирования поверхности с заданной шероховатостью необходимо сформировать несколько профилей, 25 для чего надо проделать всю вышеописанную работу нужное количество раз и расположить полученные профили вдоль оси, перпендикулярной профилю, с шагом k, после чего просчитать промежуточные точки поверхности по формуле аналогичной (11): yi , j kb yi , j kb yi , j k y i , j k , (12) При этом, по аналогии с выражением (6), необходимо обеспечить соблюдение следующего условия: yi ,1 yi ,n , (13) В результате проделанных вычислений получается облако точек (Рисунок 11), формирующих участок поверхности инструментом размером Lбаз× Lбаз с заданной шероховатостью по Ra. Так как шероховатость носит стохастический характер, то с целью сокращения объема расчетов всю поверхность инструмента можно смоделировать, путем последовательного копирования спроектированного участка. Рисунок 11 – Пример построения участка поверхности 1×1 мм с шероховатостью Ra=0,04 мм (дискретность построения – 10 мкм) 1.2.4. Модель тепловых полей при выглаживании. Данный раздел отражен в отчета 3-го этапа в рамках выполнения данного государственного контракта (раздел 1.2) 26 1.2.5. Энергетическая модель процесса выглаживания При обработке ППД без использования СОТС требования к стойкости выглаживающего инструмента наиболее существенны, особенно в условиях массового производства, где необходимо достаточно достоверно определять период стойкости выглаживающего инструмента на стадии проектирования технологического процесса с целью предотвращения брака в процессе изготовления деталей. Поэтому далее более подробно остановимся на трибологических вопросах процесса обработки. Боуден и Тейбор [17] и Крагельский [8] практически одновременно предложили адгезионно-деформированную или молекулярно-механическую модель трения. Сущность этой модели заключается в том, что силы сцепления микронеровностей и, соответственно, коэффициент трения обусловлены двумя составляющими – молекулярной и механической. Под молекулярным взаимодействием понимается адгезионное сцепление той или иной степени прочности, вплоть до мощного металлического или ковалентного соединения при катастрафическом изнашивании, приводящего к вырыванию больших объемов поверхностного слоя. Предполагается, что схватывание и переход к заеданию происходят тогда, когда сумма напряжений, создаваемых давлением микронеровностей друг на друга и сил адгезии превысит прочность наклепочного материала по Мизесу или Треску [6, 7, 9, 15, 17]. Однако есть несколько факторов, плохо укладывающихся в эту модель, которые современная теория трения или не полностью объясняет или обходит стороной [10]: Во-первых – реальные микронеровности, если не имеют изначально, то приобретают сразу после нескольких циклов взаимодействия форму пологих гребней, сильно вытянутых в направлении скольжения [10]. Трудно представить каким образом такие неровности могут зацепляться механически: их кривизна в направлении движения фактически близка к нулю. 27 Во-вторых – простейший эксперимент показывает, что для большого класса материалов величина и форма шероховатости поверхностей в широком диапазоне не оказывают влияния на силу трения, если при этом не изменяются свойства поверхностных пленок [10]. В этом можно убедиться, сдвигая стальные бруски вдоль и поперек направлению строжки. Только изменение шероховатости на много порядков или создание на поверхностях острых и твердых выступов может изменить силу трения. Более детальный анализ работ, где доказывается учитываемое влияние шероховатости, одновременное изменение обычно обнаруживает физико-химического не состояния поверхностей. В-третьих – это полная невозможность замерить силы адгезионного сцепления между техническими поверхностями на воздухе [10]. Известно, что тела сцепляются только если поверхности смазаны клеем. Если просто сдавить и отпустить технические поверхности, то ощутимое сцепление наблюдается лишь у мягких металлов типа свинца, и то, если поверхности свежесрезанные. Все технические поверхности на воздухе, если их специально не подготовить, не испытывают ни малейшего адгезионного взаимодействия. Из этого положения нашли следующий выход: было сделано допущение, что прочные адгезионные связи возникают только на очень чистых, ювенильных поверхностях, а ювенильные поверхности образуются только при пластической сдвиговой деформации микронеровностей в процессе трения [1]. Но тогда остается непонятным, почему после остановки движения эти связи исчезают. Для объяснения этого было сделано предположение, что адгезионные связи, возникающие при сжатии и сдвиге тел, рвутся после снятия нагрузки из-за упругого восстановления микронеровностей. Получается, что оперируются виртуальными силами, которые невозможно зафиксировать в эксперименте. На основе подходов нового научного направления – синергетики деформируемое твердое тело рассматривается как синергетическая система, обменивающаяся энергией и веществом с окружающей средой, а разрушение трактуется как неравновесный фазовый переход, которому предшествует спон28 танная перестройка дислокационной структуры. При этом частные задачи решаются с позиций механики твердого тела на микро-, мезо- и макроуровнях; на основе законов термодинамики необратимых процессов с учетом термоактивационной природы процессов деформирования и разрушения материалов; например, на основе молекулярно-кинетической теории повреждаемости и разрушения твердых тел [16]. 1.2.6. Основные положения при построении модели. В работе разработана энергетическая модель изнашивания инструмента из поликристаллического материала с гомогенной структурой при широком выглаживании. При построении модели принято следующее утверждение: изнашивание инструмента – это процесс отделения «частиц» с рабочей поверхности, причиной отделения частиц с поверхности инструмента является энергетический критерий, т.е. состояние, когда: E Eкр , (14) где Eкр – энергия, необходимая для «вырывания» частицы инструмента с его поверхности; E – энергия, аккумулированная частицей рабочей поверхности инструмента в процессе обработки. Для уменьшения объема вычислений, а также в силу того, что невозможно с полной достоверностью вычислить некоторые физические величины, при построении модели изнашивания, были приятны следующие допущения: 1. Модель изнашивания распространяется только на движение цилиндрического индентора из поликристаллического материала с различной зернистостью по упругопластическому полупространству (Рисунок 12). 2. Структура материала представляет из себя гомогенную смесь состоящую из твердых частиц и связки меньшей твердости. 29 3. За элементарную (неделимую) частицу в модели принимается куб с гранью равной размеру максимальной частицы твердой фракции инструментального материала с прилегающей к ней связкой (Рисунок 13). Рисунок 12 – Исследуемый объект при построении модели изнашивания Рисунок 13 – Элементарная частица в модели 4. Воздействие со стороны детали в процессе обработки трактуется, как энергетический поток E f (l , P, ) , часть которого аккумулируется элементарных частицах поверхности инструмента (Рисунок 14). 30 в 5. Поверхность инструмента не является гладкой, а состоит стохастически распределенных выступов и впадин. Рисунок 14 – Воздействие процесса обработки на поверхность инструмента 1.2.7 Базовые зависимости при построении энергетической модели Особенность процесса трения – сложность напряженного состояния поверхностных слоев индентора в результате одновременного воздействия напряжений сжатия, растяжения и сдвига [5]. При этом на участках фактического контакта поверхностей трения циклически происходит переход от напряжений одного знака к другому, в результате чего постепенно накапливаются условия для усталостного разрушения. Следует отметить, что механизмы накопления повреждений в условиях фрикционной усталости во многом аналогичны объемной усталости и имеют случайный характер. К известным факторам, влияющим на разброс значений усталостных характеристик деталей машин (строение и структура материала как результат технологии изготовления, параметры операций изготовления, остаточные напряжения, погрешность геометрии, колебания параметров внешней среды) для трения прежде всего следует добавить – шероховатость, а также недетерминированный характер изменения фактической площади контакта, свойства и роль продуктов изнашивания. 31 Как в настоящее время доказано, при трении в большинстве встречающихся на практике случаев почти вся механическая энергия превращается в тепло (Рисунок 15) [18]. При упругом взаимодействии микронеровностей энергия может расходоваться только на механические колебания и звук, а это, как видно из представленного рисунка, величина небольшая. Адгезия сама по себе, без пластической деформации также не должна производить тепло: если при образовании адгезионных связей тепло выделяется, то при разрыве оно должно поглощаться. Попытка Томлинсона объяснить потери энергии необратимостью (гистерезисом) адгезионных сил при возникновении и разрыве молекулярных связей была раскритикована Биром и Боуденом [10]. Было доказано, что даже при самых мягких режимах трения микровыступы сминаются, причем пластическая деформация не ограничивается одними выступами и захватывает подповерхностные слои. Когда это обнаружилось, преимущественное "право" превращать энергию движения тел в тепло было безоговорочно отдано пластической деформации. Поэтому, какова бы ни была природа сил трения основной вопрос, на который должна ответить теория – как эти системы связаны с диссипацией энергии, каков механизм превращения механической энергии движения тел в тепло (при пластической деформации ≈10% работы остается в виде скрытой накопленной энергии [11]). Таким образом энергия, аккумулированная частицей рабочей поверхности инструмента в процессе выглаживания, в (14) есть функция: E f (T , ) , (15) Тогда Рисунок 14 можно представить в виде следующей схемы ( Рисунок 16). 32 Рисунок 15 – Распределение энергии при трении [18] При построении тепловой картины в энергетической модели необходимо учесть стохастичность формирования микрогеометрии поверхности инструмента. Данный фактор для теплового расчета ведет к сосредоточению теплового потока соответствующих на индивидуальных установленному микроплощадках распределению контакта, микронеровностей по поверхности инструмента. Это ведет к соответствующей корректировке величины температуры на поверхности инструмента, обобщенно выражаемой коэффициентом концентрации КRa. C учетом ранее полученных зависимостей и выражения (15), аккумулированную частицей энергию можно определяется по формуле: E C P VЗерна K Ra ( ) , где – аккумулированная во времени (16) температура поверхности рассматриваемой частицы, К; C P – объемная теплоемкость материала из которого изготавливается широкий выглаживатель, Дж/(м3·K); VЗерна – объем 33 частицы, м3; τ – временной параметр, с. В модели рассматривается индентор из поликристаллического материала. Согласно [14], твердосплавные материалы – это композиции, состоящие из твердых, тугоплавких соединений (карбид вольфрама, титана, тантала и др.) в сочетании со значительно более легкоплавкими металлами, носящими название «цементирующих» («связующих»). В качестве элементарной частицы в предлагаемой модели принимается зерно твердой фракции инструмента с прилегающей к ней связкой (Рисунок 17). Рисунок 16 – Энергетическое состояние поверхности инструмента в модели 1 – область рабочей поверхности инструмента; 2 – тепловая интенсивность При этом критическую энергию связи в выражении (14) можно оценить: n Eкр св i , i 1 (17) где n – число связей с соседними элементарными частицами; св i – энергия связи с одной элементарной частицей. Выражение (2.36) также моно выразить ввиде: E кр S Зерна св , (18) где S Зерна – площадь поверхности элементарной частицы, м2; св – энергия связи элементарной частицы, Дж/м2. 34 Рисунок 17 – Элементарная частица в модели При сопоставлении двух видов энергий введем вспомогательный эмпирический коэффициент К энерго , получаемый экспериментальным путем, тогда выражение по определению площади износа примет вид: Sизноса n S i ( ) i 1 C V P Зерна K Ra ( ) S Зерна св К энерго (2.38) Энергетическое состояние, при котором происходит отделение элементарной частицы с рабочей поверхности целесообразнее определять численным методом, путем последовательных итераций данному состоянию. Ниже представлена структурная схема энергетической модели (Рисунок 18). 35 Поверхность инструмента состоит из Рабочая часть выглаживателя выступов и впадин: F Обрабатываемая поверхность υ Критическая одной энергия элементарной n частицы: Eкр св i тепло i 1 Условие отделения частицы с 2xu 0,5l 2 T2x, y, z, exp k l поверхности инструмента E Eкр 2 2 2 1 erf ( xu x) ( zu z ) y 4 x x z z 2 u 2 u y2 Рисунок 18 – Структурная схема энергетической модели 36 dxu dzu 1.3. Оформление заявок на патентование изобретений по тематике проекта. В рамках выполнения ПНИР подготовлена и подана заявка на патентование изобретения: В 24 В 39/04 Широкий выглаживающий инструмент с цилиндрическим индентором Изобретение относится к обработке металлов поверхностным пластическим деформированием и может быть применено для отделочной обработки коротких наружных цилиндрических поверхностей по всей длине без продольной подачи выглаживанием для получения необходимой шероховатости и упрочнения поверхностного слоя деталей машин. Известны методы обработки широким самоустанавливающимся индентором (а.с. №416227, №1539049, №1563954). В монографии: Бобровский Н.М. Разработка научных основ процесса обработки деталей поверхностнопластическим деформированием без применения смазочно-охлаждающих жидкостей: монография / Н. М. Бобровский. – Тольятти: ТГУ, 2008, описаны способы обработки (с. 100…104) и конструкции инструментов с цилиндрическим индентором (с.105…108), принятые за прототип. Здесь описан широкий инструмент с закрепленным в корпусе с помощью пайки индентором, рабочая часть которого имеет цилиндрическую форму. Недостатками такого инструмента являются технологическая сложность получения участка цилиндрической поверхности, сопрягаемой с призматической частью державки, а также невозможность многократного использования инструмента без дорогостоящей переточки и доводки. Описан также сборный инструмент, включающий державку и цилиндрический индентор, закрепляемый в державке с помощью клеммового зажима. Такой индентор можно по мере износа использовать многократно, 37 предварительно повернув его относительно оси на некоторый угол и снова закрепив его в клеммовом зажиме. Силы прижима индентора к изделию, необходимые для широкого выглаживания весьма велики и достигают 5000…10000 Н. Главный недостаток такого инструмента – возможность проворота цилиндрического индентора силами трения, возникающими на поверхности соприкосновения индентора и выглаживаемого изделия. В результате нарушается процесс обработки и становится невозможным наладочный поворот индентора для многократного использования его после износа без переточки Технической задачей, которая решается с помощью предлагаемого инструмента, является предотвращение проворота цилиндрического индентора силами трения в процессе обработки, что позволит многократно использовать индентор по мере износа его рабочей поверхности. Указанный технический результат обеспечивается тем, что в широком выглаживающем инструменте, включающем державку и цилиндрический индентор, закрепляемый в державке с помощью клеммового зажима, на цилиндрическом инденторе выполнены расположенные вдоль его оси пазы. На поверхности державки, сопрягающейся с индентором, выполнены съемные или заодно с державкой выступы (по крайней мере – один выступ). Выступы державки входят в пазы индентора, удерживая его от проворота. Количество и расположение пазов на инденторе и выступов на державке выбираются так, чтобы при перестановке индентора путем поворота его относительно оси участок рабочей поверхности индентора, обращенный к обрабатываемому изделию и соприкасающийся с ним, не содержал паза. С целью обеспечения технологичности инструмента, выступы на державке, удерживающие индентор от проворота, могут быть выполнены в виде цилиндрических стержней, помещенных в неполные отверстия (гнезда) державки параллельно оси индентора. Для того чтобы обеспечить невыпадение стержня-выступа из гнезда 38 тогда, когда выполняется перестановка индентора, неполные отверстия (гнезда) должны охватывать более половины окружности стержня-выступа. На рисунке Фиг. 1 показан внешний вид инструмента; на Фиг. 2 – чертеж инструмента и сопряжение его с обрабатываемой поверхностью; на Фиг. 3 – расположение стержня-выступа в теле державки и в пазу индентора, причем часть отверстия (гнезда), охватывающая стержень-выступ составляет больше половины окружности; на Фиг. 4 – примеры выбора расположения стержнейвыступов при различном количестве пазов на инденторе. Позициями на рисунках обозначены: 1 – державка, 2 – цилиндрический индентор, 3 – стержни-выступы, 4 – винт, закрепляющий индентор в клеммовом зажиме. Широкий выглаживающий инструмент устроен и работает следующим образом. Инструмент (Фиг. 1 и 2) включает державку 1, которая предназначена для закрепления инструмента в суппорте станка. В державке выполнено цилиндрическое отверстие, в котором установлен цилиндрический индентор 2, а также паз и отверстие, образующие клеммовый зажим. На цилиндрическом инденторе выполнены расположенные вдоль его оси пазы (на рисунках Фиг. 1 и 2 показан конструктивный вариант с двумя пазами). На поверхности державки, сопрягающейся с индентором, выполнены выступы 3. На Фиг. 1 и Фиг. 2 показаны выступы, выполненные в виде цилиндрических стержней, помещенных в неполные отверстия (гнезда) державки параллельно оси индентора. Стержни-выступы державки входят в пазы индентора, удерживая его от проворота. Цилиндрический индентор закреплен в отверстии державки с помощью клеммового зажима, который затягивается одним или несколькими винтами 4. Гнездо под установку стержня-выступа выполняют так, как показано на Фиг.3 - часть отверстия (гнезда), охватывающая стержень-выступ составляет 39 больше половины окружности. При переналадке инструмента, когда индентор извлекают из державки, стержни-выступы не будут выпадать. Для осуществления процесса обработки (выглаживания) таким инструментом его державку устанавливают относительно изделия так, чтобы образующая цилиндрического индентора была параллельна образующей выглаживаемой поверхности. Прижимают индентор к выглаживаемой поверхности и сообщают изделию 3…4 оборота, после чего обработка заканчивается. После износа участка поверхности индентора, контактирующего с обрабатываемой поверхностью, производят переналадку инструмента. Для этого отпускают винт 4 клеммового зажима и смещают индентор вдоль оси, освобождая его из державки. Затем поворачивают индентор относительно оси на угол, соответствующий 1/к части окружности, где "к" – число пазов на инденторе. Снова устанавливают индентор в державке и закрепляют его в клеммовом зажиме с помощью винта 4. В результате индентор оказывается обращенным к изделию неизношенным участком рабочей поверхности и надежно зафиксированным от проворота. На рисунке Фиг. 4 показано, как должны располагаться гнезда и стержнивыступы в державке при различном количестве пазов на инденторе, чтобы после поворота индентора при переналадке участок рабочей поверхности индентора, обращенный к обрабатываемому изделию и соприкасающийся с ним, не содержал паза и был пригоден для очередного цикла обработки. Применение такого инструмента позволяет надежно предотвращать проворот индентора силами трения в процессе обработки, что дает возможность многократно использовать индентор по мере износа его рабочей поверхности. 40 Широкий выглаживающий инструмент с цилиндрическим индентором Фиг. 1 – Внешний вид широкого выглаживающего инструмента Широкий выглаживающий инструмент с цилиндрическим индентором Фиг. 2 - Чертеж инструмента и сопряжение его с обрабатываемой поверхностью 41 Широкий выглаживающий инструмент с цилиндрическим индентором Фиг. 3 - Расположение стержня-выступа в теле державки и в пазу индентора Широкий выглаживающий инструмент с цилиндрическим индентором Фиг. 4 - Примеры выбора расположения стержней-выступов при различном количестве пазов на инденторе 42 Формула изобретения 1. Широкий выглаживающий инструмент, включающий державку и цилиндрический индентор, закрепляемый в державке с помощью клеммового зажима, отличающийся тем, что с целью предотвращения проворота цилиндрического индентора силами трения в процессе обработки, на цилиндрическом инденторе выполнены расположенные вдоль его оси пазы, а на поверхности державки, сопрягающейся с индентором, выполнены съемные или заодно с державкой выступы, которые входят в пазы индентора, удерживая его от проворота, причем количество и расположение пазов на инденторе и выступов на державке выбираются так, чтобы при перестановке индентора путем поворота его относительно оси участок рабочей поверхности индентора, обращенный к обрабатываемому изделию и соприкасающийся с ним, не содержал паза. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что с целью обеспечения технологичности, выступы на державке, удерживающие индентор от проворота, выполнены в виде цилиндрических стержней, помещенных в неполные отверстия (гнезда) державки параллельно оси индентора, причем часть отверстия (гнезда), охватывающая стержень-выступ составляет больше половины окружности. Реферат Изобретение относится к обработке металлов поверхностным пластическим деформированием и может быть применено для отделочной обработки коротких наружных цилиндрических поверхностей по всей длине без продольной подачи выглаживанием для получения необходимой шероховатости и упрочнения поверхностного слоя деталей машин. Технической задачей, которая решается с помощью предлагаемого инструмента, является предотвращение проворота цилиндрического индентора 43 силами трения в процессе обработки, что позволит многократно использовать индентор по мере износа его рабочей поверхности. Указанный технический результат обеспечивается тем, что в широком выглаживающем инструменте, включающем державку и цилиндрический индентор, закрепляемый в державке с помощью клеммового зажима, на цилиндрическом инденторе выполнены расположенные вдоль его оси пазы. На поверхности державки, сопрягающейся с индентором, выполнены съемные или заодно с державкой выступы (по крайней мере – один выступ). Выступы державки входят в пазы индентора, удерживая его от проворота. Количество и расположение пазов на инденторе и выступов на державке выбираются так, чтобы при перестановке индентора путем поворота его относительно оси участок рабочей поверхности индентора, обращенный к обрабатываемому изделию и соприкасающийся с ним, не содержал паза. С целью обеспечения технологичности инструмента, выступы на державке, удерживающие индентор от проворота, могут быть выполнены в виде цилиндрических стержней, помещенных в неполные отверстия (гнезда) державки параллельно оси индентора, причем часть отверстия (гнезда), охватывающая стержень-выступ составляет больше половины окружности. 44 1.4. Подготовка к публикации статей, отражающих ключевые результаты работы, в высокорейтинговых Российском или зарубежном журнале. 1.4.1. Заключение экспертной опубликованию 45 комиссии по открытому 1.4.2. Статья, подготовленная к публикации в журнале ВАК РФ, с ссылкой на проведение поисковой научно-исследовательской работы в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы 46 47 48 49 50 51 52 53 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Высокая степень экологической и пожарной опасности СОТС в период во время и после эксплуатации их обуславливает существование множества способов нейтрализации вредного воздействия СОТС на окружающую среду и человека. Однако, все эти способы в сочетании с недостаточной эффективностью и высокой стоимостью затрат на каждый м3 отработанной СОТС вынуждают научные сообщества многих стран, в том числе и в Российской Федерации переходить на процессы обработки без применения СОТС. Проведено комплексное исследование процесса обработки ППД без применения СОТС. В рамках данного этапа ПНИР проведены следующие работы: 1. Проведены экспериментальные исследования на возможность использования альтернативных СОТС. 2. Обобщены результаты экспериментальных исследований в виде математических закономерностей, связывающих основные параметры обработки с качеством обработанной поверхностью, а также стабильностью протекания процесса, отражающейся в стойкости рабочего инструмента, без применения СОТС. 3. Оформлена заявка на патентование изобретения по тематике проекта. 4. Подготовлена и опубликована статья, отражающая ключевые результаты работы, в высокорейтинговом Российском журнале, рекомендованном ВАК РФ. 5. Подготовлен научно-технический отчет по IV этапу ПНИР. Результаты выполненных работ позволят в дальнейшем проработать основные технические решения, которые лягут в основу технического проекта технологического комплекса для финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей машин без применения СОТС. 54 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Алисин В.В., Асташкевич Б.М., Браун Э.Д., Крагельский И.В., Палкин Ф., Палкин В. Т. 3 / [В. В. Амесин, Б. М. Асташкевич, Э. Д. Браун]. - М.: Мир, 1982. - 264 с. 2. Беляев В.И., Макушок Е.М., Калиновская Т.В., Красневский С.М., Физико-технический ин-т. Теоретические основы процессов поверхностного пластического деформирования. - Минск: Наука и техника, 1988. - 182,[2] с. 3. Бобровский Н.М. Повышение долговечности наружных поверхностей валов методом выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.02.08. - Москва, 1999. - 16 с. 4. Гурьев А.В., Носко И.Н. Влияние поверхностного пластического деформирования на изменение физино-механических свойств поверхностного слоя металла // Поверхностное упрочнение деталей машин и инструментов - Куйбышев, 1976. - C. 3-13. 5. Жарин А.Л., Шипица Н.А., Сарока Д.И. Определение характеристик усталостного разрушения материалов при трении скольжения// Трение и износ. 2001. № 4. - C. 410-414. 6. Колмогоров Л.М. Напряжения, Деформации. Разрушение. - М.: Металлургия, 1970. - 229 с. 7. Крагельский И.В. Молекулярно-механическая теория трения // Докл. II Всесоюзн. конф. По трению и износу в машинах. 1949. 8. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с. 9. Лудема С.К. Основы теории трения и изнашивания. Перспективы трибологических исследований. 55 // Трибология. Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ. - М.: Машиностроение, 1943. - C. 19-29. 10. Макаров Д.П. Фононное трение // Трение и износ. 2002. № 6. - C. 597-606. 11. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. - М.: Ин. Лит., 1954. 647 с. 12. Резников А.Н. Теплофизика резания. - М.: Машиностроение, 1969. - 288 с. 13. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. - М.: Машиностроение, 1972. 104 с. 14. Хает Г.Л., Гах В.М., Громаков К.Г. Сборный твердосплавный инструмент. - М.: Машиностроение, 1989. - 253,[1] с. 15. Чичинадзе А.В. Основы трибологии : (Трение, износ, смазка) : Учеб. для техн. вузов. 2. изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001. - 663 с. 16. Чулкин С.Г. Прогнозирование долговечности трибосопряжений на основе структурно-энергетической концепции изнашивания : диссертация ... доктора технических наук : 05.02.04. - Санкт-Петербург, 1999. - 420 с. 17. Bowden F.P., Tabor D. Трение и смазка твердых тел. - М.: Машиностроение, 1968. 18. Uetz H., Föhl J. Wear as an energy transformation process // Wear. 1978. № 49. - C. 253-254. 56