Разработка метода установления эксплуатационно-технологических характеристик функциональных покрытий по результатам воздействия на них высокоскоростной гидроструи

Актуальность работы. В современном машиностроении технический прогресс во многом определяется совершенствованием традиционных и созданием новых технологий и средств диагностики и контроля. Особое место занимают вопросы получения информации о параметрах технологических процессов и показателях качества материалов и изделий из них. Для этапа технологической подготовки производства важно получение достаточно оперативной информации о функционально-эксплуатационных параметрах изделия, что требует предъявления высоких требований к быстродействию систем контроля и диагностики, а также их точности. Производство изделий, использующих технологические покрытия требует создания диагностических средств, которые бы достаточно оперативно могли оценивать их эксплуатационные свойства, что необходимо для отработки режимов нанесения покрытий, характеризующихся значительным числом варьируемых технологических параметров. Характеристики поверхности покрытий во многом определяют их химические, механические, оптические и трибологические свойства, поскольку именно поверхность или тонкий приповерхностный слой воспринимают основные внешние воздействия, играя важную роль при создании новых покрытий. Из вышеизложенного следует, что исследование механических (твердость, модуль упругости, адгезионная и когезионная прочность) и трибологических (коэффициент трения, износостойкость) свойств функциональных покрытий, является актуальной задачей, требующей создания соответствующих средств диагностики. На кафедре технологий ракетно-космического машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана в последние годы проведена серия исследований, показывающих возможность получения информации о эксплуатационно-технологических параметрах состояния поверхностного слоя различных материалов и изделий путем воздействия на них высокоскоростной гидроструи (ультраструи) – ультраструйная технологическая диагностика. Под термином «ультраструйная технологическая диагностика» (УСД) понимается процесс получение информации о техническом состоянии объекта исследования на основании анализа характеристик гидроэрозионного разрушения его поверхностного слоя ультраструей жидкости. Основой для реализации процедур УСД является технологическое оборудование, применяемое для гидроабразивных резки материалов с рабочим давлением от 300 до 400 МПа, скоростью ультраструи в пределах от 300 до 1000 м/с. Плотность потока мощности ультраструи составляет значение порядка 0,5 МВт/мм2. Вместе с тем, исследований, направленных на оценку возможности применения метода УСД для определения показателей качества функциональных покрытий, проведено не было. Таким образом, сложившееся научное противоречие, между необходимостью показателей качества покрытий, требующих создания соответствующих средств диагностики, и имеющимся, но не реализованным потенциалом ультраструйной технологической диагностики для исследования этих характеристик требует разрешения. В то же время, основываясь на результатах проведения исследований методом экспертного оценивания, было установлено, что УСД является перспективной в решении поставленных задач, обладает научно-практическим потенциалом. Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении положения о взаимосвязи эксплуатационно-технологических характеристик ФП с информативными параметрами результатов воздействия на них высокоскоростной гидроструи. Признаками научной новизны обладают следующие положения: 1. Разработана конечно-элементная модель процесса взаимодействия высокоскоростной гидроструи с образцами, имеющими ФП различной степени поврежденности, в условиях варьируемых входных параметров технологического воздействия. 2. Доказано физико-технологическое подобие изменения поврежденности ФП механизму нестационарного воздействия высокоскоростной гидроструи и соответствия экспериментальных данных и теоретических расчётов, установивших начало развития магистральных трещин в ФП по достижении 60 тысяч циклов усталостных испытаний. 3. Выявлены высокие значения корреляции (Rs= 0,85–0,98) информативных параметров фрикционных и гидроструйных испытаний ФП, доказывающих возможность использования высокоскоростной гидроструи в качестве инструмента их ускоренных испытаний. 4. Доказана возможность применения метода УСД для изделий с ФП на этапе технологической подготовки производства на основе результатов оценки интенсивности гидроэрозии поверхности деталей с покрытиями различной степени поврежденности, сформированной в результате усталостных испытаний. Практическая значимость работы: 1. Разработана и апробирована в лабораторных условиях инженерная методика установления эксплуатационно-технологических характеристик изделий с ФП по результатам воздействия на них высокоскоростной гидроструи. 2. Разработаны математические модели взаимодействия высокоскоростной гидроструи с образцом, имеющим ФП с различной степенью повреждённости, позволяющие провести детальный экспресс анализ факторов, влияющих на характер его гидроэрозионного разрушения. 3. Разработаны практические рекомендации по применению методики УСД для изделий с ФП, работающих в условиях гидроэрозионного и кавитационного изнашивания и действия знакопеременных нагрузок. Достоверность и корректность результатов работы подтверждается использованием апробированных и научно-обоснованных методик обработки и анализа данных, результатами опытной валидации и верификации полученных теоретических результатов