Материал: Понятие и свойства фрактальных поверхностей

Определение режимов механической обработки является одной из основных задач технологической подготовки производства. Назначаемые режимы обработки должны обеспечить не только заданную производительность при наименьшей себестоимости, но и регламентированные параметры качества поверхностного слоя.

Для каждой пары "инструмент - заготовка" существует средняя температура контакта, при которой достигается наименьшая интенсивность износа инструмента.

Для большинства методов механической обработки не удается получить теоретические зависимости между технологическими факторами и параметрами качества поверхностного слоя и поэтому оптимальные режимы резания устанавливают опытным путем, в частности на основе методов планирования экспериментов.

Связанные с этим затраты, безусловно, окупаются в условиях массового и крупносерийного производств, поскольку доля затрат, приходящаяся на одну деталь в условиях этих производств, незначительна.

Имеющиеся в практике нормативы режимов обработки, как правило, не учитывают многообразия встречающихся на практике технологических задач, рассчитаны на обеспечение лишь одного из высотных параметров шероховатости Ra или Rz и нуждаются в корректировании.

Однако, если перейти к созданию, централизованной непрерывной замене, проверке и дополнению базы данных по режимам обработки, эффективность определения условий механической обработки, безусловно, может быть повышена.

До настоящего времени еще недостаточно разработаны методы технологического обеспечения совокупности параметров качества поверхностного слоя, обусловливающей эксплуатационные свойства деталей машин.

Перспективным в этом отношении является экспериментально-статистический метод, основанный на проведении механической обработки опытных заготовок с использованием современных методов планирования и статистического анализа результатов экспериментальных исследований.

2.3 Конструкторско-технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей узлов трения

При решении такого рода задач определенный интерес представляет известный опыт одного зарубежного автомобильного объединения.

Требования к качеству поверхностного слоя деталей устанавливают на этапе конструкторской подготовки, исходя из технических условий на автомобиль.

На основе анализа предшествующих исследований, производственного опыта и опыта собственных ремонтных ателье в производственном объединении выделяют наиболее важные в функциональном отношении поверхности деталей, работающих в условиях трения скольжения (палец поршня, ось зубчатого колеса масляного насоса, стержень клапана, распределитель зажигания и др.), трения качения (шарики и ролики подшипников качения, зубья колес), сопротивления смятию (несущая сторона стержня клапана, поверхность коромысла клапана, кулачки кулачкового вала), жидкостного трения (отверстие иглы инжектора, лопатки турбины, впускной и выпускной патрубки), динамического уплотнения (втулка шкива коленчатого вала, рабочая площадка водяного насоса), статического уплотнения (гнездо клапана, опора кожуха клапана).

Условия эксплуатации поверхностей деталей подразделяют на очень трудные, трудные, средние и легкие и в дальнейшем их уточняют в виде числовых значений факторов (например, скорости перемещения, нагрузки, применяемые смазки и т.п.).

По роду применяемого материала детали подразделяют на стальные, чугунные, алюминиевые и бронзовые.

Для каждой поверхности на основании анализа опытных данных, теоретических расчетов и данных ремонтных ателье о надежности деталей устанавливают требования к качеству их поверхностных слоев и прежде всего к неровностям.

Требования к новым деталям определяют на основе сравнения условий их работы с условиями работы аналогичных деталей уже апробированного узла (по результатам испытаний опытных образцов). При этом учитывают экономические соображения.

Так, если стоимость ремонта узла является низкой, то к качеству рабочих поверхностей его деталей предъявляют пониженные требования.

Технологическая служба разрабатывает нормативы на процессы изготовления деталей, оборудование, инструмент, режимы обработки, обеспечивающие выполнение регламентированных требований к качеству поверхностных слоев.

Служба контроля качества разрабатывает методы и средства контроля. В основе подобного подхода, очевидно, лежит физико-технический анализ двусторонних взаимосвязей параметров качества поверхностных слоев деталей с эксплуатационными свойствами и технологическими факторами, на основе которого параметры качества поверхностных слоев деталей, их материала, способов термической, химико-термической и даже для некоторых поверхностей механической обработки назначаются на стадии конструкторской подготовки производства.

Исходя из требований чертежа детали проектируется технологический процесс ее изготовления, выбираются методы и режимы предварительной и окончательной механической обработки. На стадии изготовления детали обязательным является контроль заданных конструктором ее параметров качества.

Стендовые испытания, по результатам которых вносятся изменения в конструкторскую, а затем и технологическую документацию, имеют своей главной целью проверку, качественную оценку работоспособности испытываемого узла машины.

Таким образом, решение проблемы обеспечения эксплуатационных свойств деталей узлов трения сводится к решению двух задач:

) задачи конструктора по выбору материала деталей, определению их размеров, точности и параметров качества поверхностного слоя, обеспечивающих необходимые эксплуатационные свойства исходя из их функционального назначения (рис. 2.3);

) задачи технолога по технологическому обеспечению точности размеров и параметров качества поверхностного слоя деталей, назначенных конструктором (рис. 2.4).

Сложность решения этих задач обусловлена тем, что для конкретного узла трения (геометрические размеры, материал деталей и т.п.) и определенных условий эксплуатации (нагрузка, скорость скольжения, наличие смазки и т.п.) важнейшими в функциональном отношении могут оказаться те или иные параметры качества в силу, например, взаимной корреляционной зависимости между ними, обусловленной условиями технологической обработки рабочих поверхностей деталей.

Технологическое обеспечение системы параметров качества поверхностного слоя (табл.2.1) вызывает известные трудности. В этой связи представляет интерес применение комплексных показателей качества рабочих поверхностей деталей.

Исследователи, занимающиеся вопросами трения и изнашивания, установили, что в период приработки шероховатость поверхности трения претерпевает значительные изменения.

Рис. 2.3 Структурная схема выбора конструктором материалов, размеров, точности и параметров состояния рабочих поверхностей деталей машин

Рис. 2.4 Структурная схема задачи технолога

Одним из основных условий завершения процесса приработки было принято считать переход исходной технологической шероховатости к эксплуатационной.

До настоящего времени для большинства технологических методов обработки не удается получить необходимые теоретические зависимости, связывающие режимы резания с параметрами качества поверхностных слоев обрабатываемых заготовок, в частности с параметрами их шероховатости (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Рекомендуемые к нормированию и указанию в чертежах деталей машин параметры шероховатости

Трудности здесь главным образом обусловлены особенностями оценки параметров шероховатости, которые связаны с определением, прежде всего, положения средней линии профиля (ГОСТ 25142-82), проводимой так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение ординат его профиля до этой линии минимально.

При оценке эксплуатационных свойств элементов трибосистем и прогнозировании поведения узлов трения классических параметров шероховатости, указанных в табл. 2.1, в ряде случаев оказывается недостаточно. Так, при оценке герметичности соединения необходимо знать особенности структуры контактных поверхностей, которые дают возможность определить извилистость каналов, пористость межконтактного зазора и др. Представление о поверхности как о фрактальном объекте позволяет создавать модели контактного взаимодействия без упрощающих допущений.

Список литературы

1.      Безъязычный, В.Ф. Технологические процессы механической и физико-технологической обработки в авиадвигателестроении: учеб. пособие / В.Ф. Безъязычный, М.Д. Кузьменко, А.В. Лобенев [и др.]. - М.: Машиностроение, 2001. - 290 с.

2.      Гаркунов, Д.Н. Триботехника (износ и безопасность): учебник/Д. Н Гаркунов. - М.: Издательство МСХА, 2001. - 616 с.

.        Гаркунов, Д.Н. Триботехника (производство изготовления и эксплуатации машин): учебник / Д.Н. Гаркунов. - М.: Издательство МСХА, 2002. - 632 с.

.        Основы трибологии (трение, износ, смазка): учебник для втузов /А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, НА. Буше [и др.]; под общ. ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2001. - 644 с.

.        Рыжов, Э.В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин / Э.В. Рыжов. - Киев: Наукова думка, 1984. - 272 с.

.        Суслов, А.Г. Научные основы технологии машиностроения / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. - М.: Машиностроение, 2002. - 694 с.

.        Суслов, А.Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / А.Г. Суслов, В.П. Федоров, О.А. Горленко [и др.]. - М.: Машиностроение, 2006. - 448 с.