Анотація до роботи:

Шкурупій В.Г. Підвищення ефективності технології фінішної обробки світловідбивних поверхонь деталей з тонкого листа і стрічок.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – Технологія машинобудування. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2006.

Робота присвячена створенню ефективного технологічного процесу фінішної обробки світловідбивних поверхонь деталей з тонкого листа і стрічок, що працюють в умовах впливу світлового потоку. Для цього вперше аналітично встановлений зв'язок шорсткості й оптичних характеристик світловідбивних поверхонь на основі трьох критеріїв шорсткості: відносної довжини профілю шорсткості, відносини середньоарифметичного відхилення профілю до максимального значення висотного параметра шорсткості поверхні ( ) і критерію шорсткості параметра, визначеного з умови енергетичної рівноваги регулярного або нерегулярного профілю, що утвориться при обробці поверхні, що дозволило науково обґрунтовано підійти до вибору оптимального методу обробки світловідбивних поверхонь.

Доведена можливість істотного підвищення світловідбивних характеристик поверхонь за рахунок зменшення відношення параметрів шорсткості обробки в межах 0,29...0 і показана ефективність використання абразивного й електрохімічного полірування, що забезпечують найменші значення відношення . Розроблено математичні моделі абразивного й електрохімічного полірування на основі багатофакторного планування експерименту, які дозволили визначити оптимальні умови обробки світловідбивних поверхонь. Показано можливість підвищення коефіцієнта відбиття світла поверхні за рахунок застосування при абразивному поліруванні алмазних паст із зернами АСМ 2/1. Установлено також, що введення в абразивний склад полімеру забезпечує збільшення інтенсивності знімання матеріалу і зменшення шорсткості за рахунок хімічної дії на оброблювану поверхню.

Експериментально встановлена можливість значного підвищення відбивної здатності поверхні при електрохімічному поліруванні, та ефективність електроконтактного способу його здійснення в порівнянні з ванним способом.

Запропоновано планетарну схему абразивної обробки довгомірних трубчастих елементів, виготовлених зі стрічки товщиною 0,15 мм. На основі результатів досліджень розроблені спеціальне устаткування й ефективні технології фінішної обробки світловідбивних поверхонь деталей з тонкого листа і стрічок (довгомірних трубчастих елементів та деталей термостата). Розроблена технологія впроваджена на ряді підприємств і по технічних і економічних показниках перевершує існуючі технології.

У дисертаційній роботі на основі отриманих нових наукових результатів вирішена важлива й актуальна науково-практична задача створення світловідбиваючих поверхонь деталей із тонкого листа і стрічок, що працюють в умовах впливу світлового потоку, за рахунок застосування ефективних технологій фінішної абразивно-електрохімічної обробки (абразивного і електрохімічного полірування), які дозволяють реалізувати необхідні значення шорсткості й оптичних характеристик поверхонь і підвищити експлуатаційні властивості оброблюваних деталей.

1. Розроблено нову математичну модель формування шорсткості поверхні при абразивній обробці що дозволила виразити зв'язок між шорсткістю й оптичними характеристиками оброблюваної поверхні за допомогою відносної довжини профілю. Доведено, що відносна довжина профілю цілком однозначно визначається відношенням середньоарифметичного відхилення профілю до максимального значення висотного параметра шорсткості поверхні ( ), яке змінюється в досить широких межах: 0…0,29. Це вказує на можливість значного підвищення світловідбиваючої здатності оброблюваних поверхонь і відповідно експлуатаційних властивостей деталей із тонкого листа і стрічок, розглядаючи як критерії оцінки шорсткості відносну довжину профілю і відношення середньоарифметичного відхилення профілю до максимального значення висотного параметру шорсткості поверхні ( ).

2. Введено новий параметр для оцінки шорсткості світловідбивних поверхонь критерій шорсткості, заснований на використанні умови енергетичної рівноваги регулярного або нерегулярного профілю, що утвориться при обробці поверхні. Доведено, що три вищевказані параметри аналітично зв'язані між собою й у сукупності дають досить повне фізичне уявлення про зв'язок шорсткості з оптичними характеристиками оброблюваної поверхні і дозволяють науково обґрунтовано підійти до вибору оптимального методу обробки світловідбивних поверхонь. Теоретично визначені умови підвищення світловідбивної здатності поверхонь, що складаються в зменшенні відношення , відносної довжини профілю і збільшенні критерію шорсткості.

3. Оцінкою теплового балансу на поверхні трубчастого елементу встановлено, що, змінюючи шорсткість і відповідно оптичні характеристики поверхні, з'являється можливість зменшення температури нагрівання і температурних деформацій довгомірного трубчастого елемента. Поряд із традиційними підходами (вибір геометричних розмірів перетину трубчастого елемента і теплофізичних характеристик застосовуваних матеріалів), це створює додаткові резерви підвищення його експлуатаційних властивостей (зниження нерівномірності нагрівання і теплового вигину). Таким чином, оцінкою теплового балансу установлений значний вплив на величину теплового вигину довгомірного трубчастого елемента поглинальної (світловідбивної) здатності поверхні, коефіцієнтів теплопровідності і теплового лінійного розширення матеріалу пружної стрічки.

4. Проведено комплекс експериментальних досліджень по встановленню зв'язку параметрів шорсткості обробки , , і критерія шорсткості з оптичними характеристиками поверхонь, оброблених різними механічними і фізико-технічними методами (точінням і тонким точінням алмазним інструментом, фрезеруванням, шліфуванням, вигладжуванням кулею, гідроабразивною обробкою й обробкою металевим дробом, абразивним і електрохімічним поліруванням і т.д.). Установлено чіткий взаємозв'язок між відношенням параметрів шорсткості , критерієм шорсткості і коефіцієнтами відбиття світла, поглинання і випромінювання. Доведено, що меншим значенням відповідають більші значення критерію шорсткості, коефіцієнта відбиття світла і менші значення коефіцієнтів поглинання і випромінювання. При цьому найменші значення відношення досягаються при абразивному поліруванні (0,033 – для зразків із прокату алюмінієвого сплаву АМг4). Отримані експериментальні дані добре погодяться з теоретичними, що свідчить про вірогідність розробленої математичної моделі, яка дозволяє встановити функціональні зв'язки між шорсткістю і оптичними характеристиками оброблених поверхонь.

5. Експериментально встановлено, що з усіх досліджуваних методів механічної обробки найбільш ефективними з погляду створення світловідбивних поверхонь (при забезпеченні дзеркального характеру відображення) жорстких деталей з алюмінієвих і мідних сплавів є тонке точіння алмазним інструментом і алмазне вигладжування, а для деталей з тонкого листа і стрічок – методи абразивного й електрохімічного полірування. Дані методи забезпечують найменші значення і найбільші значення критерію шорсткості і коефіцієнта відбиття світла поверхнею.

6. Показано можливість підвищення коефіцієнта відбиття світла поверхні за рахунок застосування при абразивному поліруванні алмазних паст із зернами АСМ 2/1. Встановлено також, що введення в абразивний склад полімеру забезпечує збільшення інтенсивності знімання матеріалу і зменшення шорсткості за рахунок хімічної дії на оброблювану поверхню. На цій основі розроблений і захищений авторським посвідченням на винахід ефективний абразивний склад: 5–8% алмазного мікропорошку, 5–7% полівінілацетатної дисперсії, а інше – дистильована вода.

7. Експериментально встановлена можливість значного підвищення відбивної здатності поверхні при електрохімічному поліруванні за рахунок збільшення сили струму (до 70 А/дм²), температури електроліту (до 70⁰С) і збільшення часу обробки (до 1 хв). Показано, що електрохімічне полірування забезпечує поліпшення механічних характеристик оброблюваного матеріалу, а электроконтактный спосіб його здійснення більш ефективний ванного способу за рахунок активації відновлення і зняття прианодного шару. На цій основі розроблений і захищений авторським посвідченням на винахід пристрій для електроконтактного полірування.

8. Встановлено, що для створення світловідбивних поверхонь (при забезпеченні дифузійного характеру відбиття світла, для якого відношення коефіцієнтів поглинання і випромінювання приймають невеликі значення) найбільш ефективними є струйно-абразивна обробка, хімічне й електрохімічне травлення, обкатування поверхонь еластичним інструментом, а також нанесення покрить электрохімічним засобом. Доведено, що найменші значення відношення коефіцієнтів поглинання і випромінювання (0,2...0,27) для анодируваних поверхонь досягаються при наповненні у воді і хромпіку зразків стрічки у стані постачання.

9. Для контролю фізико-хімічного стану оброблених поверхонь у роботі запропонована методика оцінки роботи виходу електронів. Установлено, що максимальним значенням критерію шорсткості відповідають максимальні значення контактної різниці потенціалів (КРП), а мінімальні значення КРП відповідають забрудненим або окисленим поверхням.

10. Розроблено математичну модель стійкості тонкостінних трубчастих елементів із пружних стрічок в процесі абразивного полірування їх поверхонь, що дозволила визначити межові значення параметрів режиму різання, при яких сила різання досягає критичного значення, обумовленого втратою стійкості пружної стрічки.

11. На основі досліджень розроблені спеціальне устаткування й ефективні технології фінішної обробки світловідбивних поверхонь деталей з тонкого листа і стрічок (довгомірних трубчастих елементів). За розробленою технологією на спеціальному устаткуванні виготовлена партія довгомірних трубчастих елементів діаметром 0,024 м з поліпшеними експлуатаційними характеристиками і високою світловідбивною здатністю оброблених поверхонь (коефіцієнт відображення на рівні 0,7...0,75 і більше). Розроблена технологія впроваджена на ряді підприємств і за технічними і економічними показниками перевершує існуючі технології.

У роботі розроблена нова технологія фінішної обробки деталей термостата з тонколистових матеріалів, що забезпечує створення світлорозсіюючих поверхонь. Кінематика процесу заснована на обкатуванні поверхні еластичним абразивним інструментом, у результаті чого досягається матування поверхні з заданими оптичними характеристиками. Технологія впроваджена на Харківському заводі транспортного устаткування. Загальний економічний ефект від упровадження розробок автора склав понад 200 тис. крб. у рік (за цінами 1991 року).

Публікації автора:

1. Шкурупий В.Г., Дудко П.Д., Назаров Ю.Ф. Повышение эффективности финишных методов обработки материалов. – К.: «Знание», 1979. – 24 с.

2. Шкурупий В.Г., Шкурупий Ю.В. Финишная обработка поверхностей тонкостенных деталей // Авиационно-космическая техника и технологии. Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”. – Харьков, 2000. – Вып. 14. –С. 259-261.

3. Шкурупий В.Г., Шкурупий Ю.В. Технологическое обеспечение оптических свойств поверхностей тонкостенных деталей // Труды Одесского политехнического университета. – Одесса: ОГПУ, 2001. – Вып. 5. –С. 56-61.

4. Шкурупий В.Г., Шкурупий Ю.В. Выбор формы абразивных зерен для финишной обработки поверхностей // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. – Харків: ХДТУСГ, 2002. – Вип. 10. –С. 164-168

5. Шкурупий В.Г. Шероховатость и оптические свойства электроосажденных поверхностей // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. – Харків: ХДТУСГ, 2004. – Вип. 26. –С. 315-319.

6. Шкурупий В.Г., Новиков Ф.В. Аналитическое описание и технологическое обеспечение параметров шероховатости обработки // Резание и инструмент в технологических системах. – Харьков: НТУ “ХПИ”, 2004. – Вып. 67. –С. 46-56.

7. Новиков Ф.В., Шкурупий В.Г. Исследования шероховатости поверхности при алмазно-абразивной обработке методами теории вероятности // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2004. – № 44. –С. 140-149.

8. Новиков Ф.В., Шкурупий В.Г. Обоснование связи геометрических характеристик светоотражающих поверхностей штанг с отверстиями с их эксплуатационными свойствами // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства. – Харків: ХНТУСГ, 2005. – Вип. 33. –С. 294-301.

9. Новиков Ф.В., Шкурупий В.Г. Установление функциональных связей между параметрами шероховатости и оптическими характеристиками обработанной поверхности // Резание и инструмент в технологических системах: Межд. научн.-техн. сборник. Харьков: НТУ “ХПИ”, 2005. Вып. 68. –С. 312-318.

10. А.с. 478067 СССР МКИ С 23в 5/68 Устройство для гальванической обработки электроконтактным методом /П.Д.Дудко, Ю.Ф. Назаров, Д.А.Стороженко, В.Г.Шкурупий, О.С. Кирзунов.- № 1977546/22-1; Заявл. 20.12.73; Опубл.25.07.75. Бюл. №27. –3 с.

11. А.с. 905256 СССР МКИ С 09 К 3/14. Доводочный алмазно-абразивный состав /П.Д.Дудко, Ю.Ф.Назаров, В.Г. Шкурупий, В.С. Коваленко, В.М.Рубан, А.И. Соловьев. – № 2861281/23-26; Заявл. 03.12.79; Опубл. 15.02.82.Бюл.№ 6. –4с.

1. А.с. 1633278 СССР МКИ G01в 11/27. Визуальный целевой знак для контроля соосности объектов /В.М. Алимочкин, В.М. Самарин, В.Г. Шкурупий, Ю.И. Малыхин, Г.И. Губин. - № 4625342/28; Заявл 26.12.88; Опубл.07.03.91.Бюл.№ 9 – 2с.

2. Шкурупий В.Г. Особенности анализа шероховатости поверхности, обработанной резанием // Резание и инструмент. – Харьков, 1982. – Вып.27. –С. 74-77.

3. Коваленко В.С., Рубан В.М., Шкурупий В.Г., Дудко П.Д. Алмазно-абразивные составы с полимерными добавками, применяемые при доводке прецизионных деталей // Резание и инструмент. – Харьков, 1982. – Вып.28. –С. 30-32.

4. Шкурупий В.Г. Особенности процессов финишной обработки светоотражающих поверхностей // Динамика элементов конструкций летательных аппаратов. Сборник научных трудов Харьковского авиационного института. – Харьков: ХАИ, 1985. –С. 111-121.

5. Шкурупий В.Г. Светопоглощательная способность поверхностей после полирования алмазно-абразивными пастами // Алмазы и сверхтвердые материалы. – М.: НИИМаш, 1978. –№10.–С. 11-12.

6. Шкурупий В.Г., Шкурупий Ю.В. Технологическое обеспечение свойств декоративных поверхностей тонкостенных деталей // Вісник інженерної академії України. – К., 2001. – Вип. 3. – С. 107-109.

7. Шкурупий В.Г. Технологии изготовления выдвижных упругих элементов // Труды 4-й Международной научно-технической конференции. Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве. – Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2001. – С. 63-66.

8. Новиков Ф.В., Шкурупий В.Г. Теоретические и экспериментальные исследования шероховатости обработанной поверхности // Труды 9-й Международной научно-технической конференции. Физические и компьютерные технологии. – Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2004. –С. 11-15.

9. Шкурупий В.Г. Оценка эксплуатационных свойств упругих выдвижных ленточных элементов // Труды 10-й Международной научно-технической конференции. Физические и компьютерные технологии. – Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2004. –С. 281-284.