from 01.01.2008 until now
Lugansk, Russian Federation
from 01.01.1921 until now
Alchevsk, Russian Federation
from 01.01.1998 until now
Alchevsk, Russian Federation
from 01.01.2019 until now
Brynka, Russian Federation
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
The assessment of the physical deterioration of buildings and structures is an expensive, lengthy and to some extent subjective process. The process of making a decision on the need for repair, reconstruction or demolition of a building is stretched over time, sometimes dragging on for years. At the same time, the condition of a building or structure may undergo significant changes, and therefore, the efficiency of information is crucial. The authors of the article propose a method for assessing the physical wear of buildings and structures based on the results of thermal imaging, which allows you to accurately indicate the areas of heat loss. The building's enclosing structures combine load-bearing and heat-protective functions. The presence of defects (cracks, chips, soaking) lead to the formation of heat loss bridges, which are manifested in thermal imaging. The work is carried out both with stationary scanners and with the use of unmanned aerial vehicles. Thermal imaging should be carried out during the heating period. It is important to be able to obtain information about the presence of damage in a hard-to-reach part of buildings. When using stationary scanners, a combined assessment of the condition of the structure, including geometric parameters, is possible. The camera processing of the survey results is carried out on the basis of standard methods fixed by regulatory documents. Being an integral part of a complex of engineering surveys conducted to determine the physical wear of buildings and structures, this technique allows you to supplement the general situation analyzed when drawing up the final conclusion with quantitative data.
classification, coding, quality parameters of surface layer, surface, typing, unification, operational properties
УДК 621.91
1.Харламов Ю. А., 1Вишневский Д. А., 1*Петров П. А., 1Орлов А. А.
1Донбасский государственный технический институт
Луганская Народная Республика, 94204, Алчевск, пр. Ленина, 16
* E-mail: yuriy.kharlamov@gmail.com
Развитие конструкторско-технологической классификации деталей машин
Аннотация. Описаны проблемы классификации и кодирования деталей машин в системах автоматизированного проектирования технологических процессов. Проанализированы подходы технологии машиностроения к классификации поверхностей деталей машин. Показана необходимость учета параметров качества поверхностных слоев при разработке технологии производства ответственных деталей. Описаны теоретические основы конструкторско-технологической классификации деталей. Рассмотрены существующие подходы к оценке роли поверхностей при классификации деталей машин в существующих системах автоматизации проектирования технологических процессов. Предложена система кодирования основных показателей качества поверхностных слоев. Рассмотрены параметры качества поверхностного слоя, оказывающие основное влияние на работоспособность и различные эксплуатационные свойства деталей, в том числе на контактную жесткость, износостойкость, статическую и усталостную прочность, герметичность сопряжений и др. Предложена система классификации и кодирования типов и параметров качества поверхностных слоев деталей машин. Предложено применять кодирование поверхностей деталей машин по их функциональному назначению или эксплуатационным свойствам. Показана необходимость учета при проектировании требований к неоднородности свойств поверхностных слоев и допустимых дефектов ответственных деталей.
Ключевые слова: классификация; кодирование; параметры качества поверхностного слоя; поверхность; типизация; унификация; эксплуатационные свойства.
Введение. Одной из сложных и трудноформализуемых задач машиностроения является автоматизация технической подготовки производства. Сокращение трудоемкости и сроков конструкторской и технологической подготовки производства является актуальной задачей. Ее решение обеспечивается путем комплексной автоматизации процессов проектирования (CAE/CAD/CAM), а также использованием принципов унификации и типизации [1, 2]. Однако в существующих системах CAD/CAM недостаточно эффективно применяются типовые проектные решения, которые позволяют сохранять и передавать знания в производственных подразделениях [3]. Это относится к разработке унифицированных технологических процессов (ТП). Однако большое разнообразие конструктивных форм деталей, технических требований к ним и возможности использования различных методов получения и обработки одних и тех же элементов заготовки на разных видах технологического оборудования приводит к многовариантности технологических решений. Необходимым и начальным этапом разработки унифицированных ТП является кодирование и группирование деталей на основе классификации их конструктивных и технологических признаков.
Оперативно и обоснованно выполнять заимствование проектных решений можно только с использованием систем классификации, позволяющих описать объекты производства обезличенным кодом (вне зависимости от их функционального назначения). Для этого используют классификатор ЕСКД (К.ЕСКД) и технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения [4, 5]. Классификатор ЕСКД охватывает широкую номенклатуру деталей машин и приборов, разделенную на шесть классов. Для внедрения К.ЕСКД в производство разрабатываются автоматизированные экспертные системы кодирования и классификации деталей [2, 3].
В технологии машиностроения по функциональному назначению поверхности деталей машин принято подразделять на четыре вида: исполнительные (рабочие), обеспечивающие выполнение деталью своего служебного назначения (передача движения, резание материала, силовое нагружение, герметизация и др.); основные базирующие поверхности или основные базы, которые определяют положение детали относительно других деталей; вспомогательные базы, с помощью которых определяется положение всех прочих деталей, присоединяемых к данной детали; свободные (связующие), не сопрягаемые с поверхностями других деталей, при помощи которых исполнительные и базовые поверхности детали объединяются в пространственное тело и деталь приобретает соответствующие конструктивные формы. Различают также сопрягаемые поверхности (поверхности соприкосновения и взаимодействия двух или нескольких деталей в соединении) и свободные поверхности, которые с поверхностями других деталей не взаимодействуют.
Аналогичный подход используется в модульной технологии [6], в которой модули поверхностей делятся на три класса: базирующие (МПБ), рабочие (МПР), связующие (МПС) и деталь представляется собой совокупностью базирующих, рабочих и связующих модулей поверхностей.
Разрабатываются технологические классификаторы деталей и поверхностей применительно к различным методам получения и обработки заготовок, в том числе и подлежащих обработке резанием [7]. Технологический классификатор обрабатываемой детали состоит из базовой и технологической частей. Базовая часть включает описание конструктивных особенностей обрабатываемых поверхностей конкретного класса деталей, начиная от гладкой простой формы и по мере ее усложнения до фасонной, содержащей на обрабатываемой поверхности разнообразные конструктивные элементы и их сочетания, создающие прерывистость в процессе резания. Технологическая часть содержит подробные сведения о количественных и качественных характеристиках обрабатываемых поверхностей детали, в том числе: размерная характеристика; состояние обрабатываемой поверхности; степень точности; шероховатость; отклонения формы и расположения; материал; термическая обработка.
Во всех этих подходах к технологической классификации деталей машин их поверхности рассматриваются с геометрической точки зрения и не учитываются параметры качества поверхностного слоя, за исключением шероховатости поверхностей. В то же время известно существенное влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей [8, 9].
Целью данной статьи является разработка принципов классификации и кодирования информации о деталях машин, учитывающей особенности состояния и параметры качества поверхностных слоев.
1. Теоретические основы классификации деталей
Для разработки информационной модели детали (ИМД), которая является основной структурной единицей базы данных о деталях, необходимо определить их основные конструктивно-технологические характеристики.
Деталь D в базе данных обычно характеризуют и соответственно описывают некоторой совокупностью (множеством) признаков [3]. Однако для описания и анализа конструктивно-технологических особенностей деталей требуется весьма большое количество этих признаков. Это существенно затрудняет автоматизацию проектирования технологических процессов изготовления деталей и обусловливает необходимость систематизации, классификации и группирования этих признаков. Представляется более целесообразным отнести эти признаки к отдельным поверхностям и тогда детали могут быть описаны следующей совокупностью (множеством) признаков
где CT – класс и тип детали по ЕСКД; Pdi - общие конструктивные признаки детали (соотношение размеров детали; основные виды наружных и внутренних поверхностей и требования к их качеству; параметры взаимного расположения поверхностей; наличие и параметры ступеней на поверхностях; наличие и параметры специальных конструктивных элементов - закрытых уступов, наружных и внутренних резьб, кольцевых пазов, шлицев и пр., основной материал и его параметры и пр.); - общее количество конструкторских признаков детали; Pti - общие технологические признаки детали (группа материала; вид исходной заготовки, квалитет точности, параметр шероховатости, особые технологические требования, метод термической обработки, масса детали, основные виды дополнительной обработки, уточненная группа основного материала и др.; - общее количество технологических признаков детали; P11, …, Psn – s-й признак j-й поверхности детали; n – общее количество признаков поверхностей детали; – количество поверхностей детали.
Любой их этих признаков детали должен быть представлен двумя частями: наименованием признака Хi и его числовым значением xi. Для их кодирования применяют соответствующие системы классификации. Однако в существующих системах классификации учитывается ограниченное количество параметров качества поверхностного слоя, что исключает возможность автоматизированного выбора рациональной технологии обработки соответствующих поверхностей.
Создание информационной модели детали (ИМД) требует подбора классификационных признаков, наиболее информативными при разработке рабочего чертежа, а также технологии производства. Это класс задач, требующих оценки необходимости и достаточности выбранной совокупности признаков, которые могут быть решены наложением множества Y = (y1, …, yi) конструкторско-технологических параметров деталей на множество классификационных признаков Х = (х1, …, хi). Наложение множества Y на множество Х математически можно принято представить с помощью отображения множеств [3].
В нашем случае многозначное отображение v множества Y параметров рассматриваемых деталей трансформируется во множество Х их классификационных признаков:
(2)
В отображении v каждому элементу yi множества Y сопоставляется один или несколько элементов xi множества X, которые в той или иной степени влияют на yi.
Тогда отображением v(yi) каждого параметра элемента детали, например поверхности Пj, yij ∈ Yj по подмножеству Хj будет подмножество классификационных признаков xij ∈ Xj, сопоставляемых при отображении v элементу yij:
(3)
где {xi} – подмножество классификационных признаков, являющихся наиболее информативными для yij.
Последующее отображение множеств v заключается в объединении образов всех параметров элемента детали, например поверхности (y1j, ..., yij) ∈ Yj, что позволяет получить искомый набор наиболее информативных признаков по используемой системе классификации:
, (4)
где N – множество образов элементов (y1j, ..., yij)∈Yj при отображении v; en – элементы множества N.
Рациональный состав классификационных признаков Хj (или область значений отображения v) определяют следующим образом:
. (5)
Известны разработки систем классификации и кодирования деталей [3, 7, 10, 11]. В этих системах обезличенное кодовое обозначение формализует конструктивно-геометрические характеристики деталей. Конструкторский код детали определяет геометрию детали (тело вращения, корпусные, плоскостные и др.), форму и структуру поверхностей (цилиндрические, конические, гладкие, ступенчатые и др.). Технологический код определяет такие характеристики, как габаритные размеры, точность, материал, заготовка и др., а в ряде случаев и организационно-плановые характеристики (трудоемкость обработки, годовая программа выпуска и пр.).
Аналогичный подход можно использовать для разработки информационной модели модуля поверхностей (ИММП), которая является основной структурной единицей базы данных о модулях поверхностей МП, для которых также необходимо определить их основные конструктивно-технологические характеристики. Модуль поверхностей МП в базе данных может быть охарактеризован и соответственно описан некоторой совокупностью (множеством) признаков:
(6)
где Рмпw – w-й признак детали; q = 1, 2, … l; l – общее количество признаков модуля поверхности.
Деталь D в базе данных может быть охарактеризована и соответственно описана некоторой совокупностью (множеством) модулей поверхностей:
Здесь МПБe, МПРy, МПСp – модули поверхностей детали соответственно базирующие рабочие и связующие; t, u, s – количество модулей поверхностей детали соответственно базирующих, рабочих и связующих.
Для высоконагруженных ответственных поверхностей деталей целесообразно использовать информационные модели поверхностей, которые могут быть охарактеризованы и соответственно описаны некоторой совокупностью (множеством) признаков:
(7)
где Рпj – j-й признак поверхности; l – общее количество признаков поверхности.
2. Целесообразность классификации конструктивно-технологических особенностей и параметров качества поверхностного слоя деталей машин. Все отказы и разрушения деталей машин происходят по одному из эксплуатационных показателей (износо- и коррозионной стойкости, прочности и др.) и начинаются, как правило, с поверхности деталей. Все эксплуатационные свойства и их показатели тесно взаимосвязаны с геометрическими и физико-механическими характеристиками поверхностных слоев [6].
По многочисленным литературным данным [8, 9] эксплуатационные свойства деталей машин, определяющие их надежность, зависят от системы параметров качества их рабочих поверхностей: макроотклонения; волнистости; шероховатости; субшероховатости; физико-химических свойств (табл. 1). Изучением поверхностей твердого тела, в том числе деталей и рабочих органов машин занимается ряд научных дисциплин – физика и химия поверхности твердого тела, трибология, материаловедение, теория надежности машин и др. Исследования и разработки по конструированию и технологическому обеспечению параметров поверхностных слоев сформировали обширное научно-техническое направление — инженерию поверхности [8,9,12,13]. Современные методы инженерии поверхности активно внедряются в промышленности.
Развитие инженерии поверхности и ужесточение требований к обеспечению качества поверхностного слоя (ПС) обусловливает необходимость введения в маршрутные технологические процессы изготовления дополнительных технологических операций обработки и контроля поверхностей и соответствующих ПС. Это прежде всего относится к поверхностям деталей с высокой вероятностью изнашивания и возникновения повреждений, ведущих к возникновению отказов деталей. Решение этой проблемы требует расширения номенклатуры показателей качества ПС. Информация о показателях качества поверхностей, оказывающих существенное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и их соединений весьма противоречива. Коды наиболее распространенных показателей качества поверхностных слоев (ПС) [8,9,12,13] приведены в табл. 1.
Таблица 1
Кодирование основных показателей качества поверхностных слоев
Код |
Обозначение |
Параметр состояния поверхностного слоя |
01 |
Hmax |
максимальное макроотклонение, мкм |
02 |
Hp |
высота сглаживания макроотклонения |
03 |
Wz |
средняя высота волн, мкм |
04 |
Wp |
высота сглаживания волнистости |
05 |
Smw |
средний шаг волн, мм |
06 |
Ra |
среднее арифметическое отклонение профиля, мкм |
07 |
Rz |
высота неровностей профиля по десяти точкам |
08 |
Rmax |
наибольшая высота профиля |
09 |
Rp |
высота сглаживания профиля шероховатости, мкм |
10 |
tp |
относительная опорная длина профиля, % |
11 |
Sm |
средний шаг неровностей профиля, мм |
12 |
S |
средний шаг местных выступов профиля, мм |
13 |
Rmax’ |
наибольшая высота профиля субшероховатости |
14 |
Sm’ |
средний шаг неровностей профиля субшероховатости |
15 |
sост |
остаточные напряжения, МПа |
16 |
hs |
глубина залегания остаточных напряжений, мм |
17 |
Hm0 |
поверхностная микротвердость |
18 |
hm |
толщина поверхностного слоя |
19 |
e |
упругая деформация кристаллической решетки |
20 |
lз |
размер, форма и распределение зерен по слою и их кристаллографическая ориентация |
21 |
rD |
плотность дислокаций |
Полная оценка значимости и назначение параметров качества ПС деталей машин представляет весьма сложную проблему при конструкторско-технологической подготовке их производства. Существующие аналитические подходы приемлемы для ограниченного круга реальных задач. Они часто не учитывают всего комплекса технологических и эксплуатационных факторов, влияющих на надежность деталей. Поэтому для подтверждения расчетных значений параметров качества ПС наиболее ответственных деталей широко используются экспериментальные методы исследований на моделях и натурных образцах. Наиболее распространенными являются опытно-статистические методы, основанные на обобщении опыта изготовления и эксплуатации деталей и их сопряжений с подобными и близкими значениями влияющих факторов. Весьма важными являются имеющиеся статистические данные по эксплуатации прототипов проектируемых узлов или машин, а также опыт конструкторов и технологических служб.
На стадиях конструирования и анализа конструкций деталей на технологичность выявляют и уточняют реальные условия их функционирования (нагрузка, скорость, температура, окружающая среда и пр.) и требуемые показатели надежности. При этом учитывают наиболее нагруженные и подверженные интенсивному воздействию рабочей среды детали изделия. Особое внимание уделяется определению эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений, лимитирующих надежность и точность узлов и машины в целом, например, допустимый износ сопрягаемых деталей. На этой основе ведется поиск и изучение соответствующей научно-технической информации, подбор теоретических и эмпирических зависимостей и табличных данных, характеризующих качественную и количественную взаимосвязь между данными эксплуатационными свойствами и параметрами качества рабочих поверхностей. В ряде случаев выбор параметров качества рабочих поверхностей ответственных дорогостоящих деталей, обеспечивающих требуемые значения эксплуатационных свойств изделия в допустимых пределах их изменения, требует проведения специальных исследований. Параметры качества поверхностного слоя, определяющие основное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и их соединений, приведены в табл.2.
Таблица 2
Параметры качества поверхностного слоя, определяющие основное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и их соединений
Эксплуатационные свойства |
Коды параметров поверхностного слоя |
Контактная жесткость при нагружении: первом повторном |
02; 04; 09; 10; 15; 17; 19; 20; 21 03; 09; 10; 11; 19; 20; 21 |
Коэффициент трения |
04; 09; 10; 17 |
Износостойкость |
02; 04; 09; 10; 11; 15; 19; 20; 21 |
Герметичность соединений |
02; 04; 09; 10; 11 |
Прочность посадок |
02; 04; 09; 10 |
Прочность деталей |
09; 11; 16; 18; 20; 21 |
Усталостная прочность |
08; 11; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21 |
Коррозионная стойкость |
06/07; 10; 11; 13; 14; 15; 19; 20; 21 |
Поверхностная теплопроводность |
01; 02; 03; 04; 06/07; 09; 10; 13 |
Термостойкость |
20; 21 |
Выбор параметров качества ПС желательно выполнять с использованием параллельного проектирования, совмещающего: конструирование и выбор основного материала детали, определение размеров и их точности, параметров состояния поверхностного слоя и пр. Распространена практика, когда при конструировании деталей машин обычно учитывается влияние состояния поверхности на циклическую прочность и коррозионную стойкость [14]. Причем под качеством ПС часто понимают параметры макро- и микрогеометрии, точность размеров поверхности и твердость. Однако для нагруженных поверхностей ответственных деталей важную роль играют физико-механические характеристики ПС: степень и глубина наклепа, остаточные напряжения, искажения кристаллической решетки, плотность дислокаций, структурно-фазовые превращения, накопление пластической деформации, изменение химического состава и др. [8-10,15]. Это обусловливает целесообразность разработки теоретических и поиск эмпирических зависимостей между параметрами качества ПС и точности обработки и эксплуатационными свойствами деталей машин. В настоящее время подобные зависимости существуют для весьма ограниченных условий и параметров эксплуатации деталей машин.
Решение этих задач часто связано преодолением ряда противоречий и ограничений. Так, например, требуемые физико-механические свойства поверхностного слоя детали не могут быть достигнуты при заданном ее основном материале, отсутствии соответствующих марок сталей, отсутствии технологических возможностей достижения выбранных точности размеров и параметров качества поверхностного слоя и пр. Для высоконагруженных ответственных деталей и сопряжений часто необходимо проведение оригинальных теоретических и экспериментальных исследований для определения влияния различных параметров качества поверхностного слоя на те или иные эксплуатационные свойства.
Преобладающими в производстве точных ответственных деталей являются операции механической обработки лезвийным и абразивным инструментом. Однако более полное технологическое обеспечение требуемых параметров качества поверхностного слоя деталей машин достигается методами упрочняющей инженерии поверхности с использованием предварительной и последующей обработки механическими и другими методов размерной и упрочняющей обработки. Таким образом, достижение высокого качества машин, и прежде всего их надежности, требует решения сложных задач обеспечения соответствующих параметров качества поверхностных слоев в процессе конструкторской и технологической подготовки производства.
Все более широко в машиностроении применяются детали с поверхностным упрочнением. Однако разработка технологических процессов (ТП) изготовления таких деталей затруднена ограниченностью сведений об особенностях их обработки. Существующие системы автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления деталей машин не учитывают конструктивно-технологические особенности строения поверхностных слоев и параметры их качества, за исключением отдельных параметров шероховатости. Это требует соответствующей доработки существующих систем проектирования ТП, классификации и кодирования деталей.
3. Классификация и кодирование деталей машин по типам и параметрам качества поверхностных слоев. Конструкторско-технологическая классификация деталей машин широко используется при технологической подготовке производства для анализа и группирования номенклатуры деталей по конструкторско-технологическим признакам с последующей разработкой типовых групповых технологических процессов. На основе конструкторско-технологической классификации каждая деталь описывается классификационным кодом. Система кодирования должна обеспечивать однозначность присвоенного каждой детали определенного кодового обозначения и возможность расширения множества деталей, подлежащих кодированию без нарушения системы кодирования.
В классификаторе ЕСКД [4] детали подразделяются на следующие классы: 71 – тела вращения типа колец, дисков, шкивов, втулок, стаканов, крышек, валов, осей, шпинделей и др.; 72 - тела вращения с элементами зубчатого зацепления и др.; 73 - не тела вращения: корпусные, опорные, емкостные и др.; 74 - не тела вращения: плоскостные, рычажные, грузовые, тяговые, изогнутые из листов, полос, лент, аэродинамические и др.; 75 - тела вращения и (или) не тела вращения: кулачковые, карданные, арматуры, санитарно-технические, пружины, ручки, уплотнительные и др.
Детали машин отличаются широким разнообразием конструктивно и технологически сложных поверхностей, обработка которых требует длительной и трудоемкой технологической подготовки. Особенно это касается деталей из труднообрабатываемых сплавов, деталей с защитными и функциональными покрытиями и модифицированными поверхностными слоями, обработка которых имеет специфические особенности [16-18].
Анализ конструкций деталей на технологичность должен включать проверку соответствия строения и параметров качества поверхностных слоев их функциональному назначению. Условия работы технических поверхностей весьма разнообразны и развитие фундаментальных наук о поверхности твердого тела стимулировало разработку поверхностных слоев с разнообразными эксплуатационными свойствами. Кодирование поверхности по ее функциональному назначению или эксплуатационным свойствам выполняется двумя разрядами (табл. 3), а в случае многофункционального назначения комплексом таких разрядов. По функциональному назначению и требуемым эксплуатационным свойствам осуществляют выбор и проверку назначения конструктивно-технологических особенностей и параметров состояния поверхностного слоя. Для этого необходимо использование и создание соответствующих баз данных.
Таблица 3
Кодирование поверхностей по их требуемым эксплуатационным свойствам
Код |
Требуемое эксплуатационное свойство поверхности |
00 |
Контактная жесткость |
01 |
Износостойкость |
02 |
Антифрикционность |
03 |
Фрикционность |
04 |
Герметичность соединений |
05 |
Прочность посадок |
06 |
Прочность деталей |
07 |
Усталостная прочность |
08 |
Коррозионная стойкость |
09 |
Поверхностная теплопроводность (термическое сопротивление) |
10 |
Термостойкость (жаростойкость) |
11 |
Антиадгезионность |
12 |
Термобарьерные свойства |
13 |
Диэлектрические свойства |
14 |
Электропроводность |
15 |
Интенсификация теплообмена |
16 |
Уплотняемость соединений |
17 |
Восстановление размеров и свойств поверхности |
18 |
Радиационная стойкость |
19 |
Повышение адгезионных свойств сухих поверхностей |
20 |
Антипригарные свойства |
21 |
Самовосстанавливаемость |
22 |
Супергидрофобность |
23 |
Контролируемая смачиваемость |
24 |
Снижение гидросопротивления |
25 |
Противообрастающие свойства |
26 |
Работоспособность в условиях вакуума |
27 |
Сенсорные свойства |
28 |
Оптические свойства |
29 |
Многофункциональные свойства |
30 |
Прочие свойства и функции |
Методы инженерии поверхности позволяют создавать различные конструкции поверхностных слоев из различных материалов. Их кодирование выполняется одной цифрой по данным табл. 4 и 5.
Таблица 4
Кодирование типа поверхностного слоя (ПС)
Код |
Тип поверхностного слоя |
0 |
ПС основного материала в состоянии предшествующей обработки |
1 |
Модифицированный ПС основного материала (ОМ) |
2 |
Дискретно модифицированный ПС ОМ |
3 |
Сплошное однослойное покрытие |
4 |
Сплошное покрытие с подслоем |
5 |
Сплошное композиционное покрытие |
6 |
Сплошное градиентное покрытие |
7 |
Сплошное многослойное покрытие |
8 |
Дискретное покрытие |
9 |
Комбинированный ПС (сочетание покрытий с модифицированием ПС) |
Таблица 5
Кодирование материала поверхностного слоя (ПС) по химическому составу
Код |
Материал поверхностного слоя (ПС) |
0 |
Основной материал (в соответствии с соответствующими таблицами колирования) |
1 |
Покрытие из Fe, Ni, Cr, Al, Ti и сплавов на их основе |
2 |
Покрытие из самофлюсующихся сплавов систем Ni-Cr-B-Si-C и Fe-Cr-B-Si-C |
3 |
Покрытие из Cu, Pb, Cd, St, бронзы, баббитов |
4 |
Покрытие из Al, Zn |
5 |
Покрытие из оксидов Al2O3, ZrO2, TiO2, Cr2O2, SiO2, CaO, Yo, MgO, Fe2O3 |
6 |
Покрытие из карбидов вольфрама в смеси с Со, самофлюсующимися сплавами, интерметаллидами Al, Ti, Ni |
7 |
Покрытие из карбидов хрома и титана в смеси с самофлюсующимися сплавами, интерметаллидами Al, Ni, Ti и никельхромистыми сплавами |
8 |
Покрытие из тугоплавких металлов W, Mo, Nb, Ta в чистом виде и в смеси с самофлюсующимися сплавами |
9 |
Покрытие из керметов на основе смесей BN-Al-NiCr, Mg-ZrO2-NiCr, MgO-ZrO2 с Al и Ni, графита с Al, Al2O3, Ni, алюминидом никеля, ZrO2 с алюминидом никеля |
Каждый из параметров геометрии поверхности и физико-химического состояния поверхностного слоя кодируется одной цифрой по данным табл. 6 и 7.
Таблица 6
Кодирование параметров геометрии поверхности
Код |
Hmax, мкм |
Wz, мкм |
Smw, мм |
Ra, мкм |
Rp, мкм |
Sm, мм |
S, мм |
0 |
400…500 |
50…60 |
12…15 |
25…40 |
100…125 |
10…12,5 |
3,5…5 |
1 |
300…400 |
40…50 |
9…12 |
16…25 |
85…100 |
8…10 |
2,75…3,5 |
2 |
250…300 |
30…40 |
6,5…9 |
12…16 |
60…80 |
6…8 |
2…2,75 |
3 |
200…250 |
20…30 |
4,5…6,5 |
8…12 |
50…60 |
4…6 |
1,25…2 |
4 |
150…200 |
15…20 |
3…4,5 |
5…8 |
40…50 |
2,5…4 |
0,75…1,25 |
5 |
100…150 |
10…15 |
2…3 |
2,5…5 |
30…40 |
1,25…2,5 |
0,5…0,75 |
6 |
50…100 |
5…10 |
1.2…2 |
1,6…2,5 |
20…30 |
0,5…1,25 |
0,25…0,5 |
7 |
20…50 |
3…5 |
0,4…1,2 |
0,8…1,6 |
10…20 |
0,2…0,5 |
0,032…0,25 |
8 |
10…20 |
1,5…3 |
0,2…0,4 |
0,1…0,8 |
5…10 |
0,032…0,2 |
0,016…0,032 |
9 |
3…10 |
0,08…1,5 |
0,08…0,2 |
0,01…0,1 |
0,032…5 |
0,0006…0,032 |
0,002…0,016 |
Таблица 7
Кодирование параметров физико-химического состояния поверхностного слоя
Код параметра |
±sост, МПа |
hs, мм |
uн, % |
hн, мм |
0 |
500…600 |
1,5…2,0 |
65…80 |
2,5…4 |
1 |
450…500 |
1…1,5 |
55…65 |
1,5…2,5 |
2 |
400…450 |
0,75…1,0 |
45…55 |
1…1,5 |
3 |
350…400 |
0,5…0,75 |
35…45 |
0,5…1 |
4 |
300…350 |
0,4…0,5 |
25…35 |
0,25…0,5 |
5 |
250…300 |
0,3…0,4 |
20…25 |
0,15…0,25 |
6 |
200…250 |
0,2…0,3 |
15…20 |
0,05…0,15 |
7 |
150…200 |
0,1…0,2 |
10…15 |
0,02…0,05 |
8 |
100…150 |
0,01…0,1 |
5…10 |
0,01…0,02 |
9 |
60…100 |
0.005…0,01 |
0…5 |
0,005…0,01 |
Большинство методов размерной и упрочняющей обработки характеризуется образованием существенной значительной неоднородности параметров качества поверхностного слоя – химического, структурного и фазового состава, остаточных напряжений, микротвердости, параметров микро- и субшероховатости и др. Например, при шлифовании поверхностей качения колец и роликов подшипников качения распространенными дефектами являются такие как трооститное пятно, забоина, метальная, закалочная или шлифовальная трещины, штриховой или пятнистый прижоги [19, 20]. В процессе профильной механической обработки поверхностей сложного профиля деталей образуются локальные технологические концентраторы напряжений, способствующие зарождению, росту усталостных трещин и последующему разрушению деталей в эксплуатации [21].
Локальные дефекты и неоднородность физико-химического состояния ПС также влияют на работоспособность поверхностей деталей, работающих в сложных условиях эксплуатации. Основными видами дефектов поверхности являются [22]: углубления (риски, царапины, трещины, поры, раковины, разрывы, расщелины, щели (трещины), закругления, выбоины); выпуклости (наросты, вздутия, чешуйки, включения, заусенцы, налеты), комбинированные (кратеры, нахлестки, задиры, остатки стружки), поверхностные и внешнего вида (отпечатки, разрушения и разъедания, корродирование, точечная коррозия, волосные трещины, пятна, обесцвечивание, полосы, слоистость, шелушение). Для наиболее нагруженных поверхностей ответственных деталей машин возможно также нормирование параметров допустимых дефектов поверхности. Один из возможных вариантов перечня параметров допустимых дефектов поверхности приведен в табл. 8.
Таблица 8
Перечень параметров допустимых дефектов поверхности
№ п/п |
Параметры допустимых дефектов поверхности |
1 |
Вид допустимого дефекта |
2 |
Относительный размер дефектов |
3 |
Общее число допустимых дефектов на данной поверхности детали с учетом установленных ограничений |
4 |
Число допустимых дефектов на единицу площади поверхности |
5 |
Общая площадь допустимых дефектов поверхности с учетом установленных ограничений |
6 |
Площадь единичного дефекта поверхности, спроектированная на поверхность |
7 |
Длина дефекта |
8 |
Ширина дефекта |
9 |
Форма и четкость границы пятна дефекта |
10 |
Ориентация дефекта на поверхности |
11 |
Высота (глубина) дефекта |
12 |
Группирование и периодичность дефектов |
Заключение
Разработаны принципы и методика классификации и кодирования поверхностей деталей машин на основе их конструктивно-технологических особенностей и качества поверхностных слоев. Применение предложенных принципов дополнительной конструкторско-технологической классификации деталей машин позволяет: 1) присваивать кодовые обозначения типовым обрабатываемым поверхностям с учетом их функционального назначения по условиям работы в процессе эксплуатации машины и выбора оптимальных конструктивно-технологических решений; 2) выполнять анализ конструкций деталей на технологичность по обеспечению их надежности и предупреждения их физических отказов, развивающихся в поверхностных слоях; 3) систематизировать опыт создания и применения поверхностно упрочненных деталей машин; 4) распределять детали по типам, видам, функциональному назначению и параметрам качества поверхностных слоев для разработки типовых и групповых технологических процессов их изготовления; 5) стимулировать разработку и применение технологий поверхностного упрочнения деталей; 6) совершенствовать системы автоматизированного проектирования технологических процессов.
1. Norenkov I.P. Basis of computer-aided design [Osnovy avtomatizirovannogo proektirovaniya]. M.: MSTU named after N.E.Bauman, 2009. 434 p. (rus)
2. Akulovich L.M. Basis of computer-aided design of technological processes in mechanical engineering [Osnovy avtomatizirovannogo proektirovaniya tekhnologicheskih processov v mashinostroenii]. M.: Novoe znanie, 2012. 488 p. (rus)
3. Epifanov V.V. Automated system of coding and classification of production objects [Avtomatizirovannaiya sistema kodirovaniya i klassifikacii obiektov proizvodstva]. Automated Management Processes. 2017. No. 3(49). Pp. 49-55. (rus)
4. Classifier of ESKD. Classes 71, 72, 73, 74, 75. Illustrated parts identifier [Klassifikator ESKD. Klassy 71, 72, 73, 74, 75. Illustrirovannyj opredelitel’ detalej]. M.: Publishing House of Standards, 1988. 401 p. (rus)
5. Technological classifier of mechanical engineering and instrument parts [Tekhnologicheskij klassifikator detalej mashinostroeniya i priborostroeniya]. M.: Publishing House of Standards, 1988. 256 p. (rus)
6. Suslov A.G. High-tech technologies in mechanical engineering [Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii]. M.: Mashinostroenie, 2012. 528 p. (rus)
7. Kudryashov E.A., Altukhov A.Yu., Lunin D.Yu. Technological classifier of parts and surfaces to be processed by cutting [Tekhnologicheskij klassifikator detalej i poverhnostej, podlezhashchih obrabotke rezaniem]. Metal processing. 2009. No. (45). Pp. 3-8. (rus)
8. Engineering of the surface of parts [Inzheneriya poverhnosti detalej]. Collective auth.; edited by A.G. Suslov. M.: Mechanical Engineering, 2008. 320 p. (rus)
9. Suslov A.G. The quality of the surface layer of machine parts [Kachestvo poverhnostnogo sloya detalej mashin]. M.: Mechanical Engineering, 2000. 320 p. (rus)
10. Vivdenko Yu.N., Lyashkov A.A., Rezin S.A., Kusik B.V. Design and technological classification of parts as the initial basis of their manufacturing technology [Konstruktorsko-tekhnologicheskaya klassifikaciya detalej kak iskhodnaya baza tekhnologii ih izgotovleniya]. Omsk Scientific Bulletin. 2007. No. 2. Pp.106-108. (rus)
11. Shiryalkin A.F., Ugasin A.N. Development of methods of classification and coding of information about parts for technical training and production management in aircraft engineering [Razrabotka metodiki klassifikacii i kodirovaniya informacii o detali dlya tekhnicheskoj podgotovki i upravleniya proizvodstvom v aviastroenii]. Bulletin of UlSTU. 2012. No. 2. Pp. 24-31. (rus)
12. Sulima A.M. Surface layer and operational properties of machine parts [Poverhnostnyj sloj i ekspluatacionnye svojstva detalej mashin]. M.: Mechanical Engineering, 1988. 240 p. (rus)
13. Kharlamov Yu.A. Fundamentals of engineering of friction surfaces [Osnovy inzhenerii poverhnostej treniya]. Vologda: Infra-Engineering, 2022. 288 p. (rus)
14. Orlov P.I. Fundamentals of design: a reference manual. Book 1 [Osnovy konstruirovaniya: spravochno-metodicheskoe posobie. Kniga 1]. Moscow: Mechanical Engineering, 1988. 560 p. (rus)
15. Bezylagny V.F. Similarity method in mechanical engineering technology: monograph. 2nd ed [Metod podobiya v tekhnologii mashinostroeniya: monografiya. 2-e izdanie]. M.; Vologda: Infa-Engineering, 2021. 356 p. (rus)
16. Kharlamov Yu.A., Heifetz M.L. Formation of gas-thermal coatings in the production of parts [Formirovanie gazotermicheskih pokrytij pri proizvodstve detalej]. Nats. Academy of Sciences of Belarus, Department of Physics and Technology. Sciences, Nats. Academy of Sciences of Ukraine, V. N. Bakul Institute of Superhard Materials. Minsk: Belorusskaya navuka, 2020. 416 p. (rus)
17. Kharlamov Yu.A. Processing of parts at the recovery and hardening : Study guide. Luhansk: Publishing house of the East Ukrainian National University named after Volodymyr Dahl, 2007. 500 p. (ukr)
18. Kozhuro L.M. Processing of wear-resistant coatings [Obrabotka iznosostojkih pokrytij]. Mn.: Design PRO, 1997. 208 p. (rus)
19. Shumarova O.S., Ignatiev S.A., Samoylova E.M. Automation of recognition of defects of grinding surfaces of bearing parts during eddy current control with justification of the choice of the type of wavelet [Avtomatizaciya raspoznavaniya defektov shlifoval'nyh poverhnostej detalej podshipnikov pri vihretokovom kontrole s obosnovaniem vybora vida vejvleta]. News of higher educational institutions. Volga region. Technical sciences. 2015. No. 1 (33). Pp. 121-132. (rus)
20. Gorbunov V.V., Samoilova E.M., Ignatiev A.A. Automation of eddy current control of the surface layer of bearing parts using neural network technology [vtomatizaciya vihretokovogo kontrolya poverhnostnogo sloya detaleĭ podshipnikov s primeneniem tekhnologii neĭronnyh seteĭ]. News of higher educational institutions. Volga region. Technical sciences. 2016. No. 4 (40). Pp. 114-122. DOIhttps://doi.org/10.21685/2072-3059-2016-4-11 (rus)
21. Makarov V.F., Nikitin S.P., Pesin M.V., Gorbunov A.S. The influence of local technological stress concentrators on the operational properties of machined parts [Vliyanie lokal'nyh tekhnologicheskih koncentratorov napryazhenij na ekspluatacionnye svojstva obrabatyvaemyh detalej]. High-tech technologies in mechanical engineering. 2017. No. 5. Pp. 31-37. DOI:https://doi.org/10.12737/article_591947e238a398.97451989 (rus)
22. Tabenkin A.N. Roughness, undulation, profile. International experience [SHerohovatost', volnistost', profil'. Mezhdunarodnyj opyt]. St. Petersburg: Publishing house of the Polytechnic University, 2007. 136 p. (rus)