Анотація до роботи:

Майборода В.С. Основи створення і використання порошкового магнітно-абразивного інструменту для фінішної обробки фасонних поверхонь. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – Процеси механічної обробки, верстати та інструмент. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2001.

Дисертація присвячена питанням створення і використання порошкового магнітно-абразивного інструменту (МАІ), який формується у великих магнітних щілинах для фінішної обробки деталей з складними фасонними поверхнями типу лопаток газотурбінних двигунів, осьового різального інструменту. Розроблено новий комплексний підхід для вивчення процесів, що відбуваються при формуванні порошкового інструменту під час магнітно-абразивної обробки (МАО), який базується на континуальній уяві порошкового середовища. Запропоновано фізичну модель МАІ, якій сформовано з моно- і полідисперсних порошкових магнітно-абразивних матеріалів. В залежності від задач обробки визначено оптимальні склади МАІ і його властивості – геометричні, тріботехнічні і реологічні. Визначено межи застосування МАІ при МАО в якості розмірної, поліруючої, підготовчої або зміцнюючої операції при виготовленні і ремонти деталей і в комбінації з нанесенням зносостійких покриттів. Розроблені нові методи об’ємної МАО і методика розрахунків основних вузлів верстатів для МАО лопаток і різального інструменту, яка враховує їх складну форму, кинематику руху і спеціальні властивості МАІ. Показано, що використання методу МАО з спеціальним МАІ забезпечує підвищення експлуатаційних властивостей деталей.

1. У дисертації наведено нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в розробці основ створення спеціального порошкового магнітно-абразивного інструменту в умовах великих щілин і його використання для фінішної обробки фасонних поверхонь з забезпеченням заданих фізико-механічних властивостей поверхні і поверхневого шару деталей, виготовлених з різних матеріалів.

2. Вперше на основі комплексного фізичного, кінематичного і реологічного аналізу, виконаного на мікро- і макрорівнях, процесів, що відбуваються в порошковому фероабразивному середовищі в умовах великих магнітних щілин при МАО розроблено фізичну модель МАІ. Модель побудовано з використанням континуальної уяви порошкового фероабразивного середовища у вигляді угруповань квазістабільних веретено- і конусоподібних макроформувань, що утворюються в ньому і безпосередньо визначають процеси, які відбуваються при МАО.

3. Встановлено роль пондеромоторних сил, яку вони відіграють при формуванні МАІ в умовах великих щілин з значним градієнтом магнітної індукції. Доведено, що зазначені сили є похідними від магнітної індукції і швидкості обробки, а також від геометричних і фізичних властивостей спеціальних порошкових магнітно-абразивних матеріалів, отриманих методом розпилення з розплаву. Показано, що дія пондеромоторних сил може або підвищувати ступінь фіксації МАІ при МАО, або призводити до ефекту його “псевдозрідження”.

4. Доведено, що МАІ в умовах великих щілин має риси рідини і за своїми властивостями може бути віднесений до класу бінгамовських середовищ. Встановлено, що зсувні зусилля в МАІ, що виникають при МАО лінійно залежать від магнітної індукції в щілинах в діапазоні 0,1-0,6 Тл і визначаються тріботехнічними характеристиками інструменту і умовами його контактної взаємодії з оброблюваною поверхнею.

5. Вперше визначено характеристики в’язкості МАІ, сформованого у великих щілинах і особливості його поведінки під час МАО в залежності від умов обробки, а саме явища стаціонарного – ламінарного руху частинок фероабразиву у робочих щілинах і турбулентного, пов’язаного з ефектом псевдозрідження. Отримані результати дозволили визначити межи застосування МАІ, а саме для отримання максимальних абразивної, поліруючої або зміцнюючої спроможності і напрямки керування його властивостями.

6. Встановлено, що дійсна площа контакту частинок МАІ з оброблюваною поверхнею складає не менше 5-7% від загальної, залежить від мікрогеометрії частинок магнітно-абразивного порошку і визначає ефективність процесу МАО.

7. Для ефективного керування спеціальними технологічними характеристиками МАІ, що використовується при обробці складних фасонних поверхонь запропоновано застосування композиційного порошкового інструменту, складеного з сумішей порошків, які суттєво відрізняються за своєю формою, розміром і властивостями. Визначено особливості структурування МАІ, який сформовано з двохкомпонентних сумішей, його тріботехнічні і експлуатаційні властивості. Розроблено рекомендації для практичного створення і використання сумішей порошків для формування МАІ з характеристиками, які визначаються задачами обробки.

8. На основі досліджень фізико-механічних властивостей поверхневого шару і мікрогеометрії поверхні деталей після МАО визначено силовий вплив і характер контактної взаємодії МАІ з оброблюваною поверхнею. Доведено, що використання МАІ, який сформовано у магнітних щілинах з значним градієнтом магнітної індукції забезпечує ефективне проведення поліруючо-зміцнюючої обробки з локальним керованим впливом на окремі ділянки поверхні деталей і дозволяє формувати у поверхневому шарі стискаючі напруження з регульованою величиною в межах від –200 МПа до –1200 МПа на глибині до 200-250 мкм, підвищення мікротвердості і поверхневої твердості на 20-40%.

9. Визначено галузь використання розробленого МАІ на фінішних операціях обробки деталей типу лопатки ГТД, осьовий різальний інструмент при їх виготовленні і ремонті. Розроблено нові методи об’ємної МАО з застосуванням МАІ, що формується у великих магнітних щілинах. Розроблено методику розрахунку основних вузлів верстатів для МАО лопаток і осьового різального інструменту, яка враховує їх складну форму, кінематику руху при обробці, а також спеціальні властивості МАІ.

10. Встановлено оптимальні технологічні умови МАО, яка використовує МАІ з спеціальними властивостями для фінішної обробки, для формування кромок лопаток і обробки різальних поверхонь осьового інструменту, у якості підготовчої операції перед нанесенням іонно-плазмових і дифузійних покриттів і як поліруючо-зміцнюючої операції після нанесення зносостійких покриттів. Встановлено, що після комбінованої фінішної обробки за технологічним циклом МАО+ TiN покриття +МАО має місце стабільне підвищення опору втоми лопаток компресорів ГТД на менш ніж на 18%, стійкості різального інструменту в 1,8-2 рази і більше у порівнянні з необробленим в такий спосіб інструментом.

11. Вперше виконано дослідження технологічного комбінування процесів ХТО і МАО різального інструменту, виготовленого з швидкорізальної сталі. Встановлено, що оптимальною є комбінація технологічних обробок МАО+ХТО+МАО, яка забезпечує шорсткість з Ra<0,2 мкм, формування зміцненого шару глибиною до 300 мкм з підвищеною мікротвердості до 13,5 ГПа на глибині 25 мкм, зростання стійкості інструменту більш ніж у 2 рази у порівнянні з необробленим.

12. Результати виконаної роботи впроваджено і використовуються на державному підприємстві “АВІАКОН”, у ВАТ ”КИЇВПОЛІГРАФМАШ”, КЦКБ арматуробудування, в державній акціонерній холдінговій компанії “АРТЕМ”, в OTTO-VON-GUERICKE-UNIVERSITT MAGDEBURG. Економічний ефект від впровадження склав 2855 гривень при ремонті одного комплекту лопаток компресору для газоперекачувальної станції і до 15 тисяч гривень на рік від використання розробленого методу і технології МАО різального інструменту.

Публікації автора:

1. В.С.Майборода, О.В.Степанов, В.Я.Шлюко, В.В.Джемелинский Закономерности формирования ферроабразивного порошка в магнитно-абразивный инструмент в условиях кольцевого расположения магнитных зазоров // Порошковая металлургия. – 1989. - №5. – С.72-77.

2. Степанов О.В., Майборода В.С., Шлюко В.Я. Магнитно-абразивная обработка кромок лопаток ГТД // Авиационная промышленность. – 1990. - №5. – С.15-17.

3. Майборода В.С., Степанов О.В. Ратошнюк В.С. Особенности магнитно-абразивной обработки деталей в кольцевой магнитной системе // Технология и организация производства. - 1990.-№2. - С.32-33.

4. Применение магнитно-абразивного метода для обработки лопаток / Л.М.Вязовская, В.С.Майборода, Б.И.Крамаровский, О.В.Степанов, В.Г.Никифоров, В.А.Самыкин, А.Ф.Шпатаковский, А.В.Андронов // Авиационная промышленность. - 1990. - №9.- С.20-22.

5. Майборода В.С., Андронов А.В. Расчет отдельных узлов станков для магнитно-абразивной обработки лопаток ГТД // Технология и автоматизация машиностроения. - №46. – 1991. – С.24-26.

6.Майборода В.С. Магнитно-абразивная обработка кромок деталей // Технология и автоматизация машиностроения.-№47.–1991.–С.38-39.

7. Степанов О.В., Майборода В.С., Шлюко В.Я., Андронов А.В. Методика расчета конcтруктивных параметров станка для магнитно-абразивной обработки лопаток ГТД //Авиационная промышленность. – 1992. - №4. – С.17-19.

8. Майборода В.С., Шлюко В.Я., Тараненко Н.Л., Степанов О.В. Исследование электрического сопротивления порошкового магнитно-абразивного инструмента // Порошковая металлургия. - 1992.- №4.- С.83-87.

9. Майборода В.С., Степанов О.В., Тараненко Н.Л., Верменко В.Я. Реологические характеристики магнитно-абразивных порошков в магнитном поле// Порошковая металлургия.-1994.- №1/2, - С.62-66.

10. Степанов О.В, Майборода В.С. Влияние магнитно-абразивной обработки на свойства поверхности лопаток ГТД //Авиационная промышленность.–1994.- №11/12.-С.32-34.

12. Майборода В.С., Степанов О.В. Формирование порошкового магнитно-абразивного инструмента при обработке лопаток газотурбинных двигателей // Порошковая металлургия. - 1996.- №1/2.- С.92-98.

12. Гейчук В.М., Майборода В.С. Верстати для магнітно-абразивної обробки, побудовані на основі модульного принципу // Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва. – Київ:НТУУ”КПІ”. - 1998.- Т.1. - С.217-221.

13. Майборода В.С. Дослідження триботехнічних особливостей формування порошкового фероабразивного інструменту при магнітно-абразивній обробці // Металознавство та обробка матеріалів.-№1-2,-1998.-С.59-63.

14. Майборода В.С. Вплив магнітно-абразивної обробки на стан поверхневого шару лопаток газотурбінних двигунів// Вестник национального технического университета Украины ”Киевский политехнический институт”. Машиностроение.-вып.34. -1999.-С.217-222.

15. Майборода В.С. Особенности формирования и взаимодействия порошкового магнитно-абразивного инструмента с поверхностью деталей в кольцевых зазорах //Порошковая металлургия.-1999.-№7/8. - С.117-121.

16. Майборода В.С., Костенко А.В., Степанов О.В. Дослідження властивостей магнітно-абразивного інструменту, складеного з сумішей порошків // Металознавство та обробка матеріалів.-№1-2,-1999.-С.82-88.

17. Исследование влияния видов обработки поверхности и многослойного покрытия пера лопаток на их характеристики сопротивления усталости./ Б.А.Грязнов, В.С.Майборода Ю.С.Налимов, О.Н.Герасимчук, О.В.Кононученко, А.В.Костенко // Проблемы прочности. - №5, - 1999. – С.109-116.

18. Майборода В.С., Костенко А.В.,Ульяненко Н.В. Використання сумішей фероабрабразивних порошків для магнітно-абразивної обробки // Вестник Национального технического университета Украины ”Киевский политехнический институт”. Машиностроение.- вып.37. - 1999. - С.183-188.

19. Майборода В.С. Внутрішнє тертя у магнітно-абразивному інструменті // Наукові вісті НТУУ ”КПІ” - №3.-2000-С.40-43.

20. Майборода В.С. Дослідження характеристик внутрішнього тертя сумішей магнітно-абразивних порошків у магнітному полі // Порошковая металлургия.- 2000.- №3, с.62-67.

21. Майборода В.С., Дюбнер Л.Г., Ульяненко Н.В. Магнітно-абразивна обробка осьового і кінцевого різального інструменту.1. Вплив магнітно-абразивної обробки на характеристики різальних поверхонь свердел // Наукові вісті НТУУ ”КПІ” - №2.-2001-С.60-66.

22. Майборода В.С., Дюбнер Л.Г. Магнітно-абразивна обробка осьового і кінцевого різального інструменту. 2.Використання магнітно-абразивної обробки, як підготовчої операції перед нанесенням покриттів типу TiN // Наукові вісті НТУУ ”КПІ” - №3.-2001-С.77-83.

23. В.С.Майборода, О.А.Хоменко, В.М.Гейчук, Н.В.Ульяненко Дослідження особливостей тертя порошкового магнітно-абразивного інструменту об поверхню деталей при магнітно-абразивній обробці // Вестник Национального технического университета Украины ”Киевский политехнический институт”. Машиностроение. - 2001. - вып.41. - С.113-119.

24. Майборода В.С., Дюбнер Л.Г., Ульяненко Н.В. Магнітно-абразивна обробка осьового і кінцевого різального інструменту. 3.Використання магнітно-абразивної обробки, як фінішної операції після нанесення іонно-плазмових покриттів//Наукові вісті НТУУ”КПІ” - №4.-2001-С.94-99.

25. Дюбнер Л.Г., Майборода В.С. Магнитно-абразивная обработка осевого режущего инструмента // Вестник национального технического университета Украины ”Киевский политехнический институт”. Машиностроение.-вып.40. -2001.-С.150-159.

26. Майборода В.С., Бобіна М.М., Ульяненко Н.В. Магнітно-абразивна обробка кінцевого і осьового різального інструменту. 4.Використання магнітно-абразивної обробки, як попередньої операції перед дифузійним насиченням поверхневого шару під час хіміко-термічної обробки //Наукові вісті НТУУ «КПІ». – 2001. - №6. – С.38-45.

27. Способ магнитно-абразивной обработки. А.С.СССР № 1676180, В 24 В, 31/112 / Майборода В.С., Крамаровский Б.И., Степанов О.В., Трофимов Н.Г., Шлюко В.Я., Шпатаковский А.Ф., 1991, №4686508/08.Заявлено 03.05.89 – не публикуется.

28. Спосіб магнітно-абразивної обробки. Патент України на винахід №18814 В24В 31/112 /Майборода В.С., Степанов О.В., Андронов А.В ., Верменко В.Я., Давыдов С.П., Устенко В.Г., Шлюко В.Я №95321339. Заявлено 29.10.93. Опубл. 25.12.97. Бюл.№6.

29. Спосіб магнітно-абразивного об’ємного полірування. Патент України на винахід №16512 В24В31/112 / Майборода В.С., Шлюко В.Я., Степанов О.В., Верменко В.Я., Крамаровський Б.І., Шпатаковський О.Ф., Андронов О.В. №4362185/SU. Заявлено 11.01.89. Опубл. 29.08.97, Бюл. №4.

30. Спосіб магнітно-абразивної об’ємної обробки . Патент України на винахід № 25441 А, В24В 31/112 / Майборода В.С., Гейчук В.М., Степанов О.В., № 95094329. Заявлено 29.09.95. Опубл. 30.10.98, Бюл.№6.

31. Спосіб хіміко-термічної обробки інструменту з швидкорізальної сталі. Патент України на винахід №42541А С23С8/00 В24В31/112 / Майборода В.С., Бобіна М.М., Ульяненко Н.В № 2001032104. Заявлено 30.03.2001 Опубл.15.10.2001р. Бюл.№9.