Дискретно-континуальное упрочнение контактирующих элементов конструкций: концепция, математическое и численное моделирование

Abstract

Предложен вариант дискретно-континуального упрочнения контактирующих элементов машиностроительных конструкций. Одна из деталей упрочняется дискретно, а ответная – континуально. Получаемая пара сочетает положительные качества двух разнотипных методов упрочнения. Исследование напряженно-деформированного состояния обработанных фрагментов дает основание для вывода о высокой эффективности предложенного комбинированного метода упрочнения. При его использовании, в отличие от традиционных вариантов технологий упрочнения, задействуются механизмы отрицательной обратной связи между этапами «нагружение – контактное взаимодействие – трение – износ». В результате получается положительный интегральный эффект от применения разработанной технологии упрочнения. Данный эффект существенно превышает сумму эффектов от использования каждой из технологий упрочнения. При этом обеспечивается благоприятное распределение контактных давлений между контактирующими телами. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению износа, что препятствует резкому возрастанию действующих между телами нагрузок. Таким образом происходит стабилизация исследуемых процессов. Для демонстрации положительных эффектов, возникающих при контакте упрочненных тел, рассмотрено напряженно-деформированное состояние представительного фрагмента исследуемой системы. Результаты расчетов свидетельствуют о справедливости прогнозных предположений. Действительно, упрочненные зоны воспринимают большие нагрузки. Однако в силу высоких трибомеханических свойств материала в упрочненных зонах трение и износ в них намного ниже, чем у основного материала. За счет этого формируются все положительные компоненты суммарного эффекта. Данный эффект подкрепляется тем, что ответная деталь обработана континуально. В частности, металлы из материалов типа алюминия покрываются тонким слоем оксидов путем их образования в сильном электрическом поле в специальной среде. Образуемые твердые фазы оксидов служат структурной основой формирования поверхностных слоев. В сочетании с дискретно упрочненными поверхностями ответных деталей образуемая пара приобретает высокие прочностные, антифрикционные и противоизносные свойства.