ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Надежность работы многих узлов машин (двигатели, гидравлические системы, тормозные пневмоприводы) определяется их герметичностью. Разгерметизация данных узлов приводит к уменьшению срока службы изделия, увеличению затрат на содержание и ремонт, к загрязнению окружающей среды. В ряде механизмов используются уплотнители типа «металл по металлу». Это обусловлено ограничением применения уплотнителей из резины и полимеров по допустимым давлением и температурам рабочей и окружающей сред. Так, например, в соединении «седло-диск», служащем запорным органом трубопроводной арматуры, требуется обеспечение поворота диска относительно седла без взаимного проскальзывания их поверхностей, что вызывает необходимость повышения силы трения покоя в данном сопряжении. Деформации в уплотнительном стыке при приложении к нему тангенциальной силы вызывают дополнительное сближение контактирующих поверхностей, увеличение фактической площади контакта, значительное изменение геометрических параметров профиля шероховатых поверхностей. Следует добиваться повышения силы трения покоя между контактирующими деталями, поскольку большее значение предельной величины предварительного смещения дает возможность повышения герметичности стыка вследствие приложения дополнительной сдвигающей нагрузки.

Разработан метод повышения герметичности уплотнительных узлов, основанный избирательной лазерной закалки поверхностей контакта и ступенчатом нагружении стыка в процессе сборки. Сущность метода заключается в нанесении на поверхность контакта одной из соединяемых деталей параллельных дорожек лазерной закалки постоянной ширины и с постоянным шагом. Образующийся в результате лазерной закалки мелкодисперсный мартенсит обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами по сравнению с исходной структурой. Появление в зоне контакта участков повышенной твердости приводит к перераспределению напряжений и внедрению более твердого материала в зонах лазерного влияния в материал контртела при приложении к стыку нормальной нагрузки. В результате линия контакта приобретает волнообразный характер, а образующиеся волны препятствуют сдвигу поверхностей при приложении тангенциальной нагрузки (рис. 1). Максимальное значение сдвигающего усилия, прикладываемого для повышения герметичности, ограничено величиной, при достижении которой происходит раскрытие стыка. Следовательно, большей герметичности сопряжения можно добиваться, прикладывая к одной из контактирующих деталей сдвигающее усилие, не превышающее силы трения покоя Т (Т ®max), т.е. технологическое обеспечение герметичности уплотнительных узлов машин представляет собой управляющее воздействие на стык, поверхности контактирующих деталей которого подвергнуты избирательной лазерной закалке. Подобное воздействие реализуется применением ступенчатого нагружения стыка в процессе сборки (рис. 2). Каждую последнюю ступень следует осуществлять по истечении некоторого периода времени, определяемого релаксацией напряжений в крепежных болтах. Сила затяжки n₁ на первой ступени нагружения принимается в зависимости от максимальной допустимой нагрузки n_доп для стыковочного узла и может

быть равна (0,5-0,8) n_доп. В свою очередь n_доп определяется началом пластического смятия неровностей. Затем осуществляют вторую ступень нагружения. При этом n ₂=(0,2-0,5) n_доп. При реализации метода формируется площадь контакта, близкая для данного стыка.

Дальнейшие экспериментальные исследования позволили установить, что приложение к стыку, подвергнутому лазерной обработке, сдвигающего усилия до значений, не превышающих силу трения покоя, вызывает повышение герметичности в 2,2-2,4 раза.