Анотація до роботи:

Гусєв В.В. Наукові основи технологічного забезпечення експлуатаційних характеристик виробів із технічної кераміки при алмазному шліфуванні. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - Технологія машинобудування – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2006.

Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної проблеми забезпечення експлуатаційних характеристик виробів із технічної кераміки. На основі системного аналізу «життєвого циклу» виробів із технічної кераміки запропоновано методологічний підхід до формування потрібних експлуатаційних показників поверхневого шару деталей, що сприяє ефективному впровадженню їх у промисловість. Використання наукового положення про те, що процес шліфування являє собою як взаємодію випадкових векторних полів шліфувального круга та заготовки дозволило описати закономірності усунення матеріалу припуску та формування поверхневого шару деталей.

У роботі встановлено функціональний зв’язок між структурою (поверхневою щільністю, лінійними розмірами та кутом орієнтації дефектів) дефектного поверхневого шару виробів із технічної кераміки після алмазного шліфування та силовою дією на поверхневий шар, яка визначається індексом крихкості матеріалу, параметрами процесу обробки та станом робочої поверхні круга. Теоретично й експериментально досліджено спільний вплив дефектів заготовки й обробки кераміки з урахуванням характеру їх формування при алмазному шліфуванні (зокрема, напрями оброблювальних дефектів, стани робочої поверхні круга) на напруження в поверхневому шарі деталі, що дозволяє обирати технологію обробки заготовки для забезпечення потрібної ймовірності безвідмовної роботи виробів.

В наслідок проведених досліджень вирішено важливу науково-технічну проблему забезпечення експлуатаційних показників технічної кераміки за рахунок формування структури поверхневого шару при алмазному шліфуванні, що має велике народно-господарске значення, оскільки дозволить ефективно впроваджувати кераміку в промисловість.

1. На засадах представлення формування поверхневого шару як системи «життєвого циклу» деталей (етапи: синтез порошку, отримання заготовки, механічної обробки, зміцнення поверхневого шару, експлуатації та утилізації) розроблено методику технологічного забезпечення при алмазному шліфуванні експлуатаційних показників виробів із ТК.

2. Розроблено методику оцінювання стану поверхні круга за результатами її профілографування з обробкою результатів за методологією стереологічної реконструкції поверхні, яка забезпечує більш точний математичний опис стану РПК в різні періоди алмазного шліфування кераміки.

3. Теоретично доведено, що для прогнозування міцності деталей із кераміки необхідно враховувати вплив структурних дефектів ОМ та оброблюваних дефектів, виниклих після алмазного шліфування, а також розподіл оброблюваних дефектів як за розмірами, так і за орієнтацією їх відносно докладеного експлуатаційного навантаження.

4. Доведено, що розподіл вершин зерен на робочій поверхні круга можна розглядати як нестаціонарне скалярне поле з розподілом Пуассона. Кожному рівневі робочої поверхні круга відповідає певна скалярна величина, яка характеризує відносну опірну площу поверхні алмазних зерен, об’ємну частку алмазних зерен і визначає можливість усунення на цьому рівні матеріалу припуску з допомогою інструменту.

5. Процес обробки заготовок при шліфуванні можна розглянути як взаємодію випадкових полів круга та матеріалу заготовки. Це дозволило встановити розподіл активних зерен по зоні контакту, значення площі середніх перерізів зрізу на них, врахувати нерівномірні умови роботи зерен у робочому шарі круга, що є необхідним для аналізу умов його роботи, визначення сил різання, вибору схеми та режимів шліфування, аналізу формування поверхневого шару деталей із ТК.

6. Встановлено, що найбільше впливає на формування висотних параметрів поверхневого шару кераміки руйнування у вигляді відколів, імовірність появи яких на поверхні деталі та розподіл їх величини залежить од індексу крихкості матеріалу, змінення кількості та розподілу активних зерен у зоні контакту при шліфування ТК, значення площі середніх перерізів зрізу на них. Неврахування впливу відколів на параметри шорсткості приводить до похибки в розрахунках до 5 разів.

7. Розроблено імітаційну математичну модель для визначення параметрів, що характеризують шорсткість поверхні кераміки з урахуванням імовірнісного характеру відколів оброблюваного матеріалу на алмазних зернах. Модель адекватно відбиває основні закономірності формування висотних параметрів мікрорельєфу при алмазному шліфуванні кераміки, і її застосування дозволяє прогнозувати та забезпечувати потрібні параметри шорсткості поверхні кераміки.

8. Встановлено, що складові сили шліфування залежать од індексу крихкості ОМ. Нормальна складова сили різання для полікристалічної кераміки є пропорційною критичній силі, за якої в ОМ виникають медіанні тріщини, .

9. Експериментально встановлено, розподіл півдовжини оброблювальних дефектів у поверхневому шарі ТК після алмазного шліфування описується спрощеним b - розподілом із параметрами тріщинуватості і можливі максимальні дефекти обробки визначаються індексом крихкості оброблювального матеріалу. Параметр тріщинуватості комплексно оцінює вплив умов механічної обробки, зокрема вплив режимів різання і стану робочої поверхні круга, на формування поверхневого шару ТК і може застосовуватися для обґрунтування вибору режимів обробки заготовок із технічної кераміки.

10. Уперше на основі результатів досліджень структури дефектного шару пояснено вплив напряму вектора швидкості при шліфуванні зразків на їх міцність у разі згину, що пов’язано з переважною орієнтацією тріщин у напрямі обробки. За структурних дефектів, які перевищують розміри оброблювальних дефектів, останні не впливають на міцність деталі. Можливий вибір режимних параметрів обробки кераміки, за яких рівень оброблювальної дефектності не перевищуватиме рівень структурної дефектності.

11. Розроблено нові схеми шліфування, які перерозподіляють припуск по РПК, змінюючи напряму вектора сили різання на заготовку, що дозволяє забезпечити при механічній обробці потрібні параметри поверхневого шару, виходячи з необхідних експлуатаційних властивостей деталей.

12. Основні результати досліджень впровадженно на Костянтинівському казенному науково-виробничому підприємстві «Кварсит», що забезпечило отримання економічного ефекту у розмірі 65 тис. карб. на річну програму виробів (за цінами 1991 р.). Упровадження рекомендацій до застосування нових схем шліфування та вибору раціональних режимів алмазного шліфування технічної кераміки на дослідному виробництві ВАТ НДІ «Ізотерм» (м. Брянськ) дозволило скоротити тривалість механічної обробки на 25-30 %, забезпечити їх експлуатаційні характеристики при очікуваному річному економічному ефекті в 125 тис. карб. Використання рекомендацій із обґрунтування технічних вимог до деталей і впровадження запропонованого ефективного технологічного процесу виготовлення мінералокерамічних підшипників ковзання і бандажних кілець у Донецькому ТОВ «Кераміка» дозволило зменшити видатки на їх виробництво та експлуатацію на 25 % і збільшити ресурс їх роботи на 95 %. Наукові та практичні результати досліджень використовуються ДонНТУ в навчальному процесі при підготовці спеціалістів і магістрів за фахом 7.090203.

Публікації автора:

1. Гусев В.В. Повышение качества и долговечности изделий из керамики за счет применения прогрессивных схем шлифования // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Сборник научно-техн. трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 1994. – Вып.1. – С.14–24.

2. Гусев В.В. Технологическое обеспечение качества узлов трения с использованием конструкционной керамики // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Межд. сб. науч. трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 1998. - Вып.5. - С.44-48.

3. Гусев В.В. Влияние структурных и обработочных дефектов на прочность керамики // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Сб. научн. трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 2000. – Вып.10. – С.63-71.

4. Гусев В.В. Общий подход к определению кинематических параметров для различных схем шлифования // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Межд. сб. науч. трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 2001. – Вып.15. – С.88-97.

5. Гусев В.В. Математическое моделирование взаимодействия шлифовального круга и материала заготовки при обработке // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. – 2001. – Вип. №11. – С.68–71.

6. Гусев В.В. Обеспечение эксплуатационных характеристик поверхностного слоя конструкционной керамики // Справочник. Инженерный журнал с приложением. - М.: Машиностроение. – 2002. – Приложение №9 к журналу Инженерия поверхности. – С.2–5.

7. Гусев В.В. Влияние состояния алмазного круга на качество поверхностного слоя изделий из керамики // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. – 2002. – Вип. №12. – С.234-241.

8. Гусев В.В. Силы резания и формирование дефектного слоя при алмазном шлифовании керамики // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. – Краматорськ: ДДМА. – 2003.- Вип. №13. – С. 70-76.

9. Гусев В.В. О распределении параметров срезов при глубинном круглом шлифовании периферией круга // Резание и инструмент в технологических системах: Межд. научн.-техн. сборник. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2003. – Вып.65. – С.37-46.

10. Гусев В.В. Влияние хрупкого разрушения материала припуска керамики на формирование микрорельефа поверхности детали при алмазном шлифовании // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: “Машинобудування і машинознавство”. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – Вип.71. – С.22-27.

11. Гусев В.В. Описание рабочей поверхности алмазного круга в статике и при работе // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. – Краматорськ: ДДМА. – 2004.- Вип. №15. – С. 71-77.

12. Гусев В.В. Обеспечение эксплуатационных требований к изделиям из технической керамики при разработке операции алмазного шлифования // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. – 2006. – Вип. №19. – С. 186-190.

13. Выбор рациональных параметров процесса алмазного шлифования керамики из нитрида кремния / В.В. Бурмистров, В.В. Гусев, В.А. Каплун, И.В. Воробей // Сверхтвердые материалы. – 1990. – №4. – С.68-80.

14. Формирование поверхностного слоя оксидной керамики при алмазном шлифовании /Вяльцев Н.В., Гусев В.В., Киселева И.В., Молчанов А.Д. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Межд. сборник научных трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 1999. – Вып.8. – С.40-44.

15. Исследование механизма разрушения и формы поперечного сечения среза при алмазном шлифовании алюмооксидной керамики / Гусев В.В., Молчанов А.Д., Вяльцев Н.В., Ткач В.Н. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Межд. сборник научных трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 2000. – Вып.11. – С.198-203.

16. Гусев В.В., Молчанов А.Д. Исследование процесса разрушения поверхностного слоя оксидной керамики при алмазном шлифовании // Труды Одесского политехнического университета. Научный и производственно-практический сборник по техническим и естественным наукам. – Одесса: Одесский национальный политехнический университет. – 2001. – Вып.5. – С.128-130.

17. Новоселов Ю.К., Гусев В.В. Влияние направления обработки керамики на ее прочность при изгибе // Вестник СевГТУ „Автоматизация процессов и управление”. - Севастополь: Издательство СевГТУ. – 2002. – Вып.36. – С.212-217.

18. Гусев В.В., Молчанов А.Д., Войтенко В.Л. Особенности разрушения поверхности хрупких неметаллических материалов при алмазном шлифовании // Межд. сборник научных трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 2002. – Вып.20. – С. 111-116.

19. Гусев В.В., Молчанов А.Д. К определению микрогеометрии рабочей поверхности шлифовального круга в статике // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Випуск 10. «ПIДВИЩЕННЯ НАДIЙНОСТI ВIДНОВЛЮЕМИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН. ФIЗИЧНI ТА КОМПЮТЕРНI ТЕХНОЛОГII» – Харків: ХДТУСГ. – 2002. – С.379-384.

20. Гусєв В.В., Калафатова Л.П. Вплив стану робочої поверхні алмазного інструмента на процес шліфування крихких неметалевих матеріалів // Вісник Житомирського державного технічного університету.–№2 (26).– 2003.– С.49-54.

21. Гусев В.В., Молчанов А.Д. Определение рациональных параметров алмазного шлифования керамики для изделий триботехнического назначения // Межд. сборник научных трудов.– Донецк: ДонГТУ.– 2003. – Вып.24. – С. 46-54.

22. Особенности формирования микрорельефа поверхности деталей из керамики при алмазном шлифовании / В.В. Гусев, А.Д. Молчанов, A. Cellary, K. Jozwiak // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: “Машинобудування і машинознавство” – Донецьк: ДонНТУ, 2005. – Вип.92. – С.26-36.

23. Гусев В. В., Лукашевич Е. А., Фомченко В.А. Исследование напряженно-деформированного состояния в керамических соплах гидросбива окалины и влияние на их прочность структурных и обработочных дефектов // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА. – 2005. – Вип. №18. – С. 157-164.

24. А.с. СССР №1463403, МКИ В 23 В 35/00, В24 В 5/06 Способ обработки отверстий/ В.В. Бурмистров, Л.Н. Феник, В.В. Гусев, В.Н. Дубовик, В.М. Гомон (СССР). – № 4217093/31-08; Заявлено 30.03.87; Опубл.07.03.89, Бюл. №9. – 3с.

25. А.с. №1808498 СССР, МКИ В23 В 35/00, 51/00. Способ обработки отверстий и алмазно-абразивное сверло для его осуществления. / В.В. Бурмистров, В.В. Гусев, Л.Н. Феник, В.Н. Дубовик, Е.Б. Щепановский. (СССР). – № 48887857/08; Заявлено 16.10.90; Опубл.15.04.93, Бюл. №14. – 6с.

26. Патент на винахід. Україна (UA). 54942 С2 7 В24В 19/00. Спосіб шліфування тіл обертання з прямолінійними і криволінійними твірними.. / Вяльцев М.В., Гусєв В.В., Молчанов О.Д., Покаленко Д.В., Сірченко О.В. (Україна) – №2002054348. Заявлено 28.05.2002. Опубліковано 17.01.05. // Бюл. №1 17.01.2005г. – 6с.

27. Деклараційний патент на винахід. Україна (UA). 65894 А 7 В24В9/14. Спосіб шліфування плоских поверхонь. / Вяльцев М.В., Гусєв В.В., Молчанов О.Д., Бєлов С.Г. (Україна) – №2003065853. Заявлено 24.06.2003. Опубліковано 15.04.04.// Бюл. №4 15.04.2004г. – 2с.

28. Совершенствование технологии обработки отверстий в специзделиях из технических ситаллов / В.В. Бурмистров, В.В. Гусев, Л.Н. Феник, В.М. Гомон // Конструкция и технология получения изделий из неметаллических материалов. Конструкционная оптика, ч.2. – Москва: ВНИИ межотраслевой информации 1988. - С.71.

29. Прочность и качество нитридной керамики после алмазного шлифования / В.В. Бурмистров, В.В. Гусев, В.А. Каплун, И.В. Воробей // Конструкция и технология получения изделий из неметаллических материалов. Жаропрочные керамические материалы. Ч.1. Тез. докл. Всесоюзной конф.- Обнинское Н-П объединение. – 1990. – С.69-70.

30. Гусев В.В. Технологические основы обеспечения качества изделий из керамики // Современные проблемы машиностроения и технический прогресс. Тез. докл. – Донецк: ДонГТУ. – 1996. – С.69-70.

31. Гусев В.В., Молчанов А.Д. Исследование трибологических характеристик минералокерамических подшипников скольжения // Прогрессивные технологии машиностроения и современность. Сб. трудов межд. науч.-техн. конференции в г. Севастополе 9-12 сентября 1997г. – Донецк: ДонГТУ. – 1997. – С.77-79.

32. Гусев В.В., Молчанов А.Д. Влияние технологических и структурных факторов на триботехнические показатели минералокерамики // Проблемы повышения качества промышленной продукции. Сб. трудов 3-й межд. научн.-техн. конференции 14-16 октября 1998г. – Брянск: БГТУ. – 1998. – С.116-119.

33. Гусев В., Молчанов А. Формирование качественных показателей поверхностного слоя триботехнической керамики //Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare. Conferinta internationala de comunicari stiintifice consacrata aniversarii a 35-a Universitatii Tehnice a Moldovei. 27-29 mai 1999. – Chisinau: Universitatea tehnica a Moldovei. – Vol.1. – 1999. – T.173-175.

34. Gusev V., Kiseliova I., Molchanov A. Diamond grinding influence on strength characteristics of ceramics // BULETINUL INSTITUTULUI POLITEHNIC DIN IASI,T.XLVI(L), Supliment 1,2000. – p.55-58..

35. Гусев В.В., Молчанов А.Д. Формирование поверхностного слоя оксидной керамики при алмазном шлифовании // Качество машин. Сборник трудов 4^ой международной научно-технической конференции т.2. – Брянск: БГТУ. – 2001. – С.37-39

36. Gusev V., Kalafatova L. The dependence of the defectness of the machined surface of the brittle non-metallic goods on the technological parameters of the grinding process // Ksztaltowanie materialow niemetalowych. Zbior prac. 6 konferencji Naukowo-Technicznej, politechnika Rzeszowska, Zakopane 2001, 39-45.

37. Гусев В.В., Калафатова Л.П., Молчанов А.Д. Влияние износа алмазного инструмента на дефектность шлифуемой поверхности изделий из технических керамик и ситаллов // Инженерия поверхности и реновация изделий. Материалы 2-й Международной научно-технической конференции 28-30 мая 2002г. – Ялта - Киев: АТМ Украины, 2002. – С.31-33.

38. Гусев В.В., Молчанов А.Д. Определение параметров разновысотности зерен алмазного круга при шлифовании // Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве. Труды 5-й международной научно-технической конференции, 28-29 мая 2002. – Харьков: ХНПК «ФЭД» 2002 - С.175-179.

39. Бутенко В.И., Гусев В.В., Калафатова Л.П. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя изделий из керамики // Контактная жесткость. Износостойкость. Технологическое обеспечение. Сборник трудов международной научно-технической конференции. Брянск 22-24 октября 2003.- Брянск: БГТУ – 2003. – С.170-173.

40. Гусев В.В., Калафатова Л.П., Молчанов А.Д. Влияние состояния алмазного круга на качество поверхностного слоя изделий из керамики // та сучасні технологічні системи: Краматорськ23-25 квітня 2002 р. :Тези доповідей – Краматорськ: ДДМА, 2002. – С.26.

41. Гусев В.В. Системный подход к формированию качества изделий при алмазном шлифовании керамики // Материалы пятого международного научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 2-х кн. – Таганрог: Изд-во ТРТУ. Кн.1. 2004, №4. – С.151-155.

42. Гусев В.В., Калафатова Л.П. Управление формированием дефектного слоя при алмазном шлифовании изделий из керамики и ситаллов / Технологическое управление качеством поверхности деталей машин. Материалы Международной научной конференции 11-13 ноября 2003г. г. Киев, ИСМ НАН Украины. – Киев: АТМ Украины. – 2003. – С.50-52.

43. Гусев В.В., Калафатова Л.П., Феник Л.Н. Обеспечение эксплуатационных характеристик изделий радиотехнического назначения при алмазном шлифовании // Машиностроение и техносфера ХХ1 века. Сборник трудов международной научно-технической конференции в г. Севастополе 13-18 сентября 2004г. В 4-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2004. – Т1. – С.214-217.

44. Гусев В.В., Белов С.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния в материале при воздействии на него зерна шлифовального круга // Физические и компьютерные технологии. Труды 9-ой международной научно-технической конференции, 3-4 июня 2004г. – Харьков: ХНПК «ФЭД», 2004. – С.44-46.

45. Гусев В.В. Влияние физико-механических свойств керамики на формирование микрорельефа поверхностного слоя керамики. // Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла. Материалы 5-й международной научно-технической конференции, 10-21 октября 2005г. – Брянск: Издательство БГТУ, 2005. – С. 103-105.

Особистий внесок у публікаціях у співавторстві:

[13], [29] – ідея проведення експерименту, обробка та аналіз отриманих результатів дослідження впливу напрямку обробки на міцність виробу; [14], [36], [42] – результати дослідження глибини тріщинуватого шару і дослідження структури дефектного шару, їх вплив на міцність кераміки; [15], [16] –використання шліфування клинових зразків для аналізу характеру руйнування припуску, аналіз результатів досліджень; [17] – ідея існування впливу напрямку обробки на структуру дефектного шару, результати експериментальних досліджень; [35] – результати експериментальних досліджень впливу режимів обробки і властивостей оброблювального матеріалу на формування поверхневих відколів, ідея необхідності урахування вірогідного характеру відколів і їх розмірів для математичного моделювання формування шорсткості поверхні кераміки; [18] – використовування імітаційного моделювання для опису механізму формування мікрорельєфу поверхні кераміки при алмазному шліфуванні, опис механізму відколів; [19], [38] – ідея стереологічної реконструкції робочої поверхні шліфувального кругу за результатами профілографування, обробка і опис результатів досліджень; [20], [37], [40] – результати експериментальних досліджень зміни параметрів робочої поверхні кругу при шліфуванні і їх вплив на сили різання та стан дефектного шару кераміки; [21], [31], [32] – використування режимів різання і характеристики інструмента для управління формуванням мікрорельєфу поверхневого шару; [22] – ідея використання при математичному моделюванні формування поверхневого шару генерування вірогідності появи відколів при імітаційному моделюванні процесу шліфування, алгоритм моделювання результатів експериментального і імітаційного дослідження; [23], [44] – ідея роботи, аналіз і результати досліджень; [28], [43] – розробка конструкції інструмента, технології обробки ситалу; [33], [34] – результати досліджень та аналіз впливу обробних і структурних дефектів на міцність виробів з кераміки; [39] – результати експериментальних досліджень обробка і опис результатів досліджень.