Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка прибора и способов диагностики наношероховатости и физико-механических свойств внутренних поверхностей тяжелонагруженных опор скольжения с топокомпозитным поверхностным слоем

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
нанорельеф, наношероховатость, сканирующий зондовый микроскоп, цифровая голография, безлинзовый цифровой голографический микроскоп, интерферометрия, механика контактного взаимодействия, упругая деформация, пластическая деформация, индентирование, композиционная твердость, эффективная упругость, тонкие покрытия, топокомпозиты.

Цель проекта:
1. Создание прецизионной продукции, к которой относятся опоры скольжения механизмов, применяемые в машиностроительной отрасли, невозможно без высокоточных метрологических инструментов с нанометровым разрешением. Метрологическое обеспечение производства гарантирует качество продукции и воспроизводимость функциональных параметров изделия. 2. Цели проекта: - обеспечение возможности контроля с нанометровым пространственным разрешением наношероховатости, твердости и модуля упругости внутренних поверхностей открытых или глухих каналов; - создание макета прибора и разработка методик диагностирования наношероховатости, твердости и модуля упругости материала поверхности опор скольжения, в том числе с топокомпозитным строением поверхности трения.

Основные планируемые результаты проекта:
1.Основные планируемые результаты:
- разработка эскизной конструкторской документации макета прибора для диагностирования наношероховатости и физико-механических свойств материала внутренних поверхностей опор скольжения.
- разработка алгоритмов управления измерительными процедурами и обработки экспериментальных данных, полученных с помощью разрабатываемого макета прибора;
- разработка математической модели контактного взаимодействия цилиндрического штампа с поверхностью упруго пластичного твердого тела с топокомпозитной поверхностной структурой.
- определение диапазона рациональных значений ряда параметров шероховатости, модуля упругости, значений твердости материала внутренней поверхности опоры скольжения, работающей в режиме эластогидродинамической смазки (ЭГС);
- разработка методик расчета деформационно-силовых параметров контакта сферическоо и пирамидального штампов с поверхностью, имеющей топокомпозитное строение;
- определение диапазона рациональных значений глубин внедрения пирамидального индентора для измерения истинной твердости топокомпозитной поверхности;
- изготовление узлов макета прибора, проведение сборки, юстировки и тарировки макета прибора;
- разработка методик диагностирования твердости и модуля упругости материала внутренней поверхности опор скольжения с учетом топокомпозитного строения рабочей поверхности;
- проведение исследовательских испытаний тестовых образцов опоры скольжения с помощью разработанного макета прибора, в соответствии с разработанными методиками диагностирования наношероховатости, твердости и модуля упругости материала внутренней поверхности опор скольжения
- разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка прибора для диагностики наношероховатости, твердости и модуля упругости материала поверхности опор скольжения механизмов в машиностроительной отрасли».
2.Макет прибора для диагностирования наношероховатости и физико-механических свойств материала внутренних поверхностей опор скольжения обеспечит:
- измерение наношероховатости внутренней поверхности опоры скольжения должно производиться методом полуконтактной сканирующей зондовой микроскопии в соответствии с ГОСТ2789-73 по параметру Rmax(наибольшая высота профиля) в диапазоне от 0,03 до 0,2 мкм и по параметру Sm (средний шаг неровностей) в диапазоне от 0,1 до 1 мкм;
- измерение твердости материала внутренней поверхности опоры скольжения должно проводиться методом инструментального индентирования в соответствии с ГОСТ Р 8.748-2011 в диапазоне значений от 0,5 до 50 ГПа;
- измерение модуля упругости (Юнга) материала внутренней поверхности опоры скольжения должно проводиться методом инструментального индентирования в соответствии с ГОСТ Р 8.748-2011 в диапазоне значений от 50 до 500 ГПа;
- исследование опор скольжения с диаметром (или минимальным поперечным размером) открытого или глухого канала, доступного для проведения диагностирования, не менее 30 мм.
- исследование места диагностирования от входного отверстия открытого или глухого канала опоры скольжения на расстоянии не более 300 мм.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Разрабатываемый макет прибора для диагностирования наношероховатости и физико-механических свойств материала внутренних поверхностей опор скольжения должен позволять проводить измерение наношероховатости, твердости и модуля упругости (Юнга) поверхности внутри сквозных или глухих каналов диаметром 30 мм и более, на удалении от входного отверстия канала не более 300 мм, в том числе с топокомпозитным строением поверхности трения. Создание современных опор скольжения, с модифицированным поверхностным слоем при работе в смазочной среде, возможно при правильном выборе нанорельефа рабочих контактируемых поверхностей, твердости и упругих характеристиках поверхностного слоя материала, участвующего в деформировании контактной области под локальным пятном контакта.
2. С точки зрения технологических решений в разрабатываемом приборе реализуется возможность позиционирования измерительного модуля по угловой координате. С методической точки зрения расширяется круг одновременно измеряемых параметров качества исследуемой поверхности за счет разработанной теории контактного взаимодействия, учитывающей влияние на параметры качества толщину и физико-механические характеристик тонкого поверхностного упрочненного слоя (топокомпозитного строения поверхности).
3. Технологические и методологические решения проекта соответствуют мировому уровню.
4. Разработка научных основ создания топокомпозитов триботехнического назначения, которые включают в себя вопросы материаловедения, технологии создания поверхностных слоев с использованием воздействия на поверхность концентрированными потоками энергии и вещества, механики контактного взаимодействия поверхностно слоистых твердых тел, разработку методов аттестации микро-физико-механических характеристик локальных объемов материала в поверхностных слоях твердых тел.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты проведенной ПНИ могут быть использованы при инженерных расчетах несущей способности и ресурса работы узлов трения, рабочие поверхности которых подвергнуты упрочняющей обработке с созданием поверхностных слоев малой толщины с отличными по отношению к материалу основы природой, структурой и физико-механическими характеристиками материала. Узлы трения относятся к классу тяжелонагруженных устройств прецизионного типа, работающих в условия эластогидродинамической смазки.
2 Результаты проведенной ПНИ позволят производителям продукции, типа узлов трения и опор скольжения, использовать для аттестации параметров качества рабочих поверхностей скольжения, как в исходном состоянии (аттестация качества и воспроизводимости технологических финишных операции и выбора материалов контактируемых тел), так в режиме периодического контроля при эксплуатации путем применения разработанного прибора и методик исследования наношероховатости, модуля упругости и твердости.
3. Результаты проведенной ПНИ позволят освоить производство нового прибора для оценки с нанометровым пространственным разрешением наношероховатости, твердости и модуля упругости внутренних поверхностей открытых или глухих каналов. Использование результатов в виде применения предлагаемых методик расчета или создания программных продуктов для автоматизации процессов проектирования новых узлов трения или модернизации старых.
Результаты проведенной ПНИ предполагают разработку совместно с индустриальным партнером новой продукции, с улучшенными потребительскими свойствами, позволяющие говорить о реальной возможности импортозамещения.
4. Результаты проведенной ПНИ окажут заметное положительное влияние на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.

Текущие результаты проекта:
В 2015 году были получены следующие результаты:
- разработана математическая модель контактного взаимодействия сферического и пирамидального штампов с поверхностью деформируемого упругопластичного твердого тела, имеющего топокомпозитную поверхностную структуру;
- разработана методика расчета эффективных параметров контакта сферического и пирамидального штампов с поверхностью, имеющей топокомпозитное строение.
- проведена проверка адекватности разработанных теоретических моделей контактного взаимодействия сферического и пирамидального штампов с поверхностью упругопластичного твердого тела с топокомпозитной поверхностной структурой;
- проведены прочностные и кинематические расчеты узла нагружения индентора, механизма поступательного перемещения индентора, механизма возвратно – качательного движения опорного столика.
- разработана эскизная конструкторская документация измерительного модуля и узлов макета прибора для диагностирования наношероховатости и физико-механических свойств материала внутренних поверхностей опор скольжения;
- исследованы возможности создания топокомпозитного поверхностного слоя методом лазерно-ударно-волнового (ЛУВО) воздействия на поверхность твердого тела.
- разработано программное обеспечение, необходимое для управления измерительными процедурами и обработки экспериментальных данных;
- разработаны методики сборки и юстировки узлов; разработана методика предварительной тарировки макета прибора
- изготовлены узлы макета прибора; проведены сборка, юстировка и предварительная тарировка макета прибора;
проведено тестирование и отладка разработанного программного обеспечения макета прибора.