Аналитическое определение критериев износостойкости штамповочного инструмента для различных условий нагружения

Введение. Статья посвящена аналитическому определению общих критериев для прогнозирования износостойкости тяжелонагруженных пар трения, в частности, штамповочного инструмента, работающих при различных условиях нагружения. В основу предложенной системы критериев положены физические зависимости, связывающие основной показатель износостойкости — число циклов нагружения NF с параметрами трещиностойкости n и C.

Целями работы являлись разработка и аналитическое обоснование расчетной методики, позволяющей прогнозировать износостойкость штамповочного инструмента для различных условий нагружения, а также создание предпосылок для экспериментального подтверждения эффективности применения разработанной методики.

Материалы и методы. Предложены математические модели, связывающие основной критерий износостойкости — число циклов нагружения NF c параметрами трещиностойкости n и C. Проведено аналитическое обоснование предложенных моделей.

Результаты исследования. Разработаны математические модели для прогнозирования износостойкости штамповочного инструмента, работающего в различных условиях нагружения. В частности, для случаев: при трении скольжения и качения инструмента о пластически деформируемый металл, для условий термомеханической контактной усталости, многоцикловой хрупкой контактной повреждаемости, пульсирующего контакта о пластически деформируемый металл, а также для комбинированных разновидностей фрикционного контакта.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы в процессе проектирования и оптимизации конструкций штамповочного инструмента, работающего в различных условиях нагружения, а также при прогнозировании долговечности его работы.

1. Колотиенко, С. Д. Критерий контактной выносливости наплавочных материалов при качении / С. Д. Колотиенко, Л. В. Красниченко, А. М. Дидовец // Теория и практика создания, испытания и эксплуатации триботехнических систем : сб. науч. трудов Всесоюзной научно-техн. конф. — Москва, 1986. — С. 235-236.

2. Рубанов, В.В. Исследование износостойкости наплавочных материалов при трении о пластически деформируемый металл / В. В. Рубанов, С. Д. Колотиенко // Современные методы наплавки и наплавочные материалы : сб. науч. трудов Всесоюзной научно-техн. конф. — Харьков, 1981. — С. 103-104.

3. Рубанов, В.В. Износостойкость наплавочных материалов при качении / В. К. Рубанов, С. Д. Колотиенко, А. М. Дидовец. — Деп. ВНИИТЭМР, 18.08.94. №249.

4. Рубанов, В.В. Критерии износостойкости наплавочных материалов в условиях тяжелого нагружения / В. В. Рубанов, К. Паства, М. М. Денищенко // Механика. — Познань, 1991. — № 36. — С.119-124.

5. Рубанов, В.В. Критерий износостойкости наплавочных твердых сплавов / В. В.Рубанов // Вестник Донского государственного технического университета. — 2006. — Т.6. — №3 (30). — С. 224-227.

6. Рубанов, В. В. Изнашивание наплавочных материалов при трении скольжения о пластически деформируемый металл / В. В. Рубанов, С. Д. Колотиенко // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. — 2016. — №2(53). — С. 201-206.

7. Колотиенко, С. Д. Контактная выносливость наплавочных материалов при качении / С. Д. Колотиенко, А.М.Дидовец, А. Л.Пивоваров // Применение новых материалов в сельскохозяйственном машиностроении : сб. науч. трудов Всесоюзной научно-техн. конф. — Ростов-на-Дону, 1985.— С. 56-60.

8. Колотиенко, С. Д. Анализ процесса контактного разрушения при трении качения о пластически деформируемый материал. / С. Д. Колотиенко, А. М. Дидовец, А. Л.Пивоваров // Оптимизация и интенсификация процессов отделочно-зачистной упрочняющей обработки : сб. науч. трудов Всесоюзной научно-техн. конф. — Ростов-на-Дону, 1986. —С. 103-105.

9. Колотиенко, С. Д. Исследование контактной выносливости наплавочных материалов при качении. / С. Д. Колотиенко, А. М. Дидовец, А. Л.Пивоваров // Совершенствование процессов отделочно-упрочняющей обработки деталей : сб. науч. трудов Всесоюзной научно-техн. конф. — Ростов-на-Дону, 1986. — С. 114-118.

10. Колотиенко, С.Д. Исследование изнашивания наплавочных твердых сплавов при реверсивном трении о пластически деформируемый металл. Дис. ... канд. техн. наук/С. Д. Колотиенко. — Ростов-на-Дону, 1978. — 210 с.

11. Колотиенко, С. Д. Механизм изнашивания литых твердых сплавов в тяжелонагруженных парах трения / С. Д. Колотиенко, В.В. Рубанов, Ю. А. Гордин // Вестник Донского государственного технического университета.— 2003. — Т.3, №3 (17).— С.5-16.

12. Духовченко, В. И. Исследование термонагруженного состояния и разработка инструмента для горячей штамповки осесимметричных деталей :дис. . канд. техн. наук/В. И. Духовченко.— Краматорск, 1982. — 210 с.

13. Сулейманов, В. Н. Исследование изнашивания и повышения износостойкости тяжелонагруженных кулаков кузнечнопрессовых машин, работающих в условиях трения качения: дис. . канд. тех. наук / В.Н.Сулейманов. — Ростов-на-Дону, 1978. — 150 с.

14. Рубанов, В.В. Установка для исследования изнашивания наплавочных материалов при трении качения / В. В. Рубанов, С. Д. Колотиенко // Вестник Донского государственного технического университета. — 2011. — Т. 11, № 9(60). — С.1646-1650.

15. Нетягов, П. Д. Исследование триботехнических характеристик металлических покрытий, нанесенных наплавкой, электродуговым и плазменным напылением // П. Д. Нетягов [и др.] // Трение и износ. — 1989. — Т.10, №5. — С. 909-913.

16. Щипачев, А. М. Определение предела выносливости с учетом параметров качества поверхностного слоя / А. М. Щипачев, В. С. Мухин // Известия вузов. Авиационная техника. — 1999. — № 3. — С. 23-25.

17. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В.С. Комбалов // Машиностроение. — Москва. — 1977. — 526 с.

18. Колотиенко, С. Д. Расчетно-экспериментальные методы прогнозирования выносливости наплавочных материалов / С. Д. Колотиенко, А. В. Журавлев, Е. В. Рощина // Молодой исследователь Дона : [сайт] — 2019, № 3(18). — С. 36-42. — URL: http://mid-journal.ru/upload/iblock/625/8_Kolotienko_36_42.pdf.

19. Саврай, Р. А. Контактная выносливость NiCrBSi покрытий, полученных методом газопорошковой лазерной наплавки /Р.А. Саврай [и др.] // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). — 2014.— №4. — С. 43-51.

20. Степнов, М.Н. Прогнозирование характеристик сопротивления усталости материалов и элементов конструкций / М. Н. Степнов, А. В. Зинин. —Москва: Инновационное машиностроение, 2016. —392 с.

21. Бисерикан, М.В. Экспериментальное исследование усталостной долговечности вагонного колеса повышенной твердости при взаимодействии с рельсом / М.В.Бисерикан, С. В. Петроченко, К. В.Аверков // Омский научный вестник. — 2019. — № 2(164). — С. 18-22.

22. Гучинский, Р.В. Прогнозирование усталостной долговечности металлов с учетом неоднородности микроструктуры / Р.В.Гучинский, С. В. Петинов, Ш. Сиддик, М. Имран, Ф. Вальтер // Научно-технические ведомости еПГПУ. — 2015, № 4(231). — С.134-143.

23. Махутов, Н. А. Закономерности накопления малоцикловых повреждений с учетом эксплуатационных параметров процесса нагружения / Н. А. Махутов, М. М. Гаденин // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. — 2019,№ 56. — С. 45-57.

24. Махутов, Н. А. Локальные критерии прочности, ресурса и живучести авиационных конструкций / Н.А. Махутов, М. М. Гаденин, В.В.Москвичев [и др.]. — Новосибирск: Наука, 2017. — 600 с.

25. Прис, Н.М. Оценка усталостной долговечности при действии ступенчатого нагружения / Н.М.Прис, А. В. Безменова / Технические науки — от теории к практике : сб. трудов L междунар. научно-практ. конф. — 2015, № 9 (45). — С.34-40.

26. Воробьев, А. А. Методика расчета размера контактно-усталостных повреждений железнодорожного колеса по результатам, полученным на модельных роликах /А. А. Воробьев, И.В.Федоров, И.А. Иванов [и др.] // Бюллетень результатов научных исследований. — 2018, № 1. — С. 18-24.