Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0040

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0040
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук
Название доклада
Разработка прибора и способов диагностики наношероховатости и физико-механических свойств внутренних поверхностей тяжелонагруженных опор скольжения с топокомпозитным поверхностным слоем
Докладчик
Воронин Николай Алексеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели проекта. Создание макета прибора и разработка методик диагностирования наношероховатости, твердости и модуля упругости материала поверхности опор скольжения, в том числе с топокомпозитным строением поверхности трения.
Задачи проекта. Проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на: разработку конструкции измерительного датчика и макета прибора в целом; разработку программного обеспечения управлением и обработкой данных, получаемых измерительным модулем; математическое моделирование контактного взаимодействия измерительного индентора при профилографировании наношероховатости и при инструментальном индентировании поверхности с топокомпозитной структурой; разработку методик диагностирования наношероховатости и физико-механических характеристик внутренних труднодоступных поверхностей отверстий прецизионных изделий машиностроения.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность проекта заключается в создании высокоточного метрологического инструмента с нанометровым разрешением, обеспечивающего изготовление прецизионной продукции, к которой относятся опоры скольжения различного типа, формы и размеров, применяемые в машиностроительной отрасли.
Новизна проекта заключается в создании оригинального макета прибора и разработки оригинальных методик диагностирования физико-механических характеристик поверхностей с топокомпозитной структурой в труднодоступных внутренних функциональных местах изделий машиностроения.
Описание исследования

Описание исследований, проведенных в 2016г.

  • Разработка методик диагностирования наношероховатости, твердости  и модуля упругости материала внутренней поверхности опор скольжения.
  • Разработка эскизной конструкторской документация тестовых образцов опоры скольжения и их изготовление для проведения исследовательских испытаний с помощью разрабатываемого макета прибора.
  • Проведение предварительных исследовательских испытаний тестовых образцов опоры скольжения с помощью разработанного макета прибора  в соответствие с разработанной  методикой диагностирования наношероховатости, твердости и модуля упругости материала внутренней поверхности  опор  скольжения.
  • Проведение  анализа и систематизации данных, полученных с помощью различных методов измерения наношероховатости, твердости и модуля Юнга.
  • Сопоставление результатов проведенных в предыдущие этапы  ПНИ теоретических исследований  и результатов предварительных экспериментальных исследований, проведенных с использованием изготовленного макета прибора на тестовых образцах опор скольжения.
  • Проведение окончательной тарировки макета прибора по результатам  экспериментального исследования эталонной шероховатости, твердости и модуля упругости.
  • Проведение   исследовательских испытаний тестовых образцов опоры скольжения после окончательной   тарировки макета прибора.
  • Проведение дополнительных патентных исследований  по  способам и устройствам определения твердости  и модуля упругости материалов с поверхностным топокомпозитным слоем и подготовка заявок на изобретение.
  • Оценка полноты решения задачи и достижения поставленных целей ПНИ по данному проекту.
  • Разработка технических требований  и предложений по разработке, производству и эксплуатации прибора  с учетом технологических возможностей и особенностей Индустриального Партнера.
  • Технико-экономическая оценка результатов ПНИ.
  • Разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка прибора для диагностики наношероховатости, твердости и модуля упругости  материала поверхности опор скольжения».

 

Результаты исследования

Разработаны методики диагностирования наношероховатости, твердости  и модуля упругости материала внутренней поверхности опор скольжения.

Проведено сопоставление результатов теоретических исследований  и результатов реальных экспериментальных исследований, полученных с использованием изготовленного макета прибора. Показано их близкое совпадение (не более 10% расхождения значений).

Проведены исследовательские испытания тестовых образцов опоры. Показано, что  значения и диапазоны значений технических характеристик макета прибора и исследуемых параметров качества поверхностей опор скольжения соответствуют значениям и диапазону значений характеристик и параметров, регламентированных Техническим заданием проекта, а в ряде случаев превосходят их. Макет прибора для диагностирования наношероховатости  и физико-механических свойств  материала  внутренних поверхностей опор скольжения обеспечивает: измерение наношероховатости внутренней поверхности опоры скольжения (производится методом полуконтактной сканирующей зондовой микроскопии) 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 (проводится методом инструментального индентирования) в диапазоне значений от 0,5 до 50 ГПа; измерение модуля упругости (Юнга) материала внутренней поверхности опоры скольжения в диапазоне значений от 50 до 500 ГПа; исследование опор скольжения с диаметром (или минимальным поперечным размером) открытого или глухого канала, не менее 30 мм;  исследование  места диагностирования  от входного отверстия открытого или глухого канала опоры скольжения на расстоянии  не более 300 мм.

Поданы и зарегистрированы в ФИПС 2 заявки на изобретение (Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления, заявка на изобретение, регистрационный № 2016139028 от 04.10.2016. Способ определения модуля упругости материала покрытия на изделии,  заявка на изобретение № 2016116828 от 28.04.2016).

Получен и зарегистрирован как РИД патент на полезную модель «Прибор для измерения шероховатости и микромеханических характеристик внутренних поверхностей изделий» (Патент РФ на полезную модель №  164739. Опубликовано 10.09.2016 г., Бюл. № 25.).

По результатам ПНИ в 2016 г.  в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus,  опубликовано 3 научных статьи.

Институт машиноведения РАН, как исполнитель проекта, принял участие и представил результаты  ПНИ на 3-х мероприятиях по демонстрации и популяризации результатов достижений науки.  На 2-ой международной специализированной выставке «ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ»  (13-15 сентября 2016 г., Москва, Крокус Экспо) ИМАШ РАН был награжден  дипломом за разработку «Прибора для диагностирования наношероховатости, твердости и модуля упругости материала внутренних поверхностей опор скольжения (НаноТопоЭндоМетр (НТЭМ-1))». На 17-ой международной специализированной выставке «МЕТАЛЛОБРАБОТКА» (23-27 мая 2016 г., Москва, ЦВК Экспоцентр)   ИМАШ РАН был награжден дипломом за разработку «Технологии лазерно-ударно-волновой обработки (ЛУВО) материалов».  Планируется принятие участия ИМАШ РАН в национальной выставке «ВУЗПРОМЭКСПО-2016» (14-15 декабря 2016 г., Москва, ЦВК Экспоцентр) . 

 

Практическая значимость исследования
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.