Системы обеспечения качества и надежности

Введение. Принципиальное значение для развития машиностроительной отрасли приобретает использование новейших технологий производства металлов и сплавов и технологий их обработки, соединения, защиты от коррозии и разрушения, в частности: разработка и освоение новых марок стали для производства литых, кованных и прокатных изделий с высоким комплексом физико-механических свойств, замкнутого цикла технологий формирования изделий и проката из алюминия, титана и их сплавов, применение нанотехнологий дисперсного насыщения металлических изделий тугоплавкими соединениями [1].
Хорошую перспективу составляет развитие инструментальной промышленности, как важной составляющей машиностроения и приборостроения. Для развития машиностроения большое значение имеет развитие приборостроения, электронной техники и информационных систем. РФ может выйти на мировой рынок с конкурент способным станочным оборудованием на основе наукоемкой механотроники, параллельной кинематики, компьютерного оснащения.
Основная часть.
Большое значение для повышения качества деталей машин и механизмов имеет создание и широкомасштабное промышленное применение эффективных технологий и оборудования для упрочнения поверхности металлических изделий путем поверхностного пластического деформирования, специальных видов термической обработки, нанесения покрытий, а также выпуск аппаратуры для оперативного неразрушающего контроля качества усиленной поверхности.
Значительные конкурентные преимущества на мировом рынке высокотехнологичной продукции может дать эффективное использование наследия отечественных ученых в области технологии функциональных материалов в частности, оптических и сцинтилляционных материалов с широким комплексом функциональных свойств [2].
Повышение долговечности и работоспособности деталей машин и механизмов, режущих инструментов, технологического оборудования, оборудования и снаряжения является актуальной проблемой современного машиностроения. Это обусловлено тем, что на изготовление, ремонт и обслуживание техники, запасных частей машин и механизмов используются значительные материальные, экономические и общественные ресурсы. Для современных машин характерно непрерывное увеличение мощностей и рабочих нагрузок при одновременном повышении скоростей и ускорений их исполнительных органов, передачи все больших усилий и вращающихся моментов, обусловливает существенное повышение требований к надежности машин [3].
Обычно потеря трудоспособности и ускоренный выход из строя во время эксплуатации является следствием процессов, происходят в приповерхностных слоях деталей, а именно: трение и износ, перераспределение остаточных напряжений и их чрезмерная концентрация, развитие микротрещин, разупрочнения. Приповерхностные слои, которые являются границей раздела фаз, подвергаются активному воздействию внешнего, часто агрессивной среды. Частичное устранение или полная нейтрализация этих негативных воздействий повышает точность контактных поверхностей, износостойкость, усталостную прочность, коррозионную стойкость, контактную жесткость. улучшение показателей приповерхностных слоев деталей возможно путем совершенствования конструкций, рационального выбора и применением качественных материалов, с улучшенными физико-механическими свойствами, разработка новых технологических процессов упрочнения поверхностей деталей.
Одним из самых действенных направлений повышения надежности машин является получения заданных свойств поверхностей деталей методами поверхностного упрочнения, развитие которых приобрел новый импульс на рубеже XX-XXI вв., когда было создано и внедрено в практическую деятельность ряд новых технологических методов и способов поверхностного упрочнения деталей машин [4].
Современные технологические процессы и методы укрепления позволяют управлять показателями качества формированием и оптимизацией параметров поверхностей и приповерхностных слоев, в частности микро- и макроотклонениямы; микротвердостью, глубиной и знаком остаточных напряжений

.
Из шести основных классов поверхностного упрочнения металлических поверхностей деталей перспективным является третий класс: укрепление изменением структуры приповерхностного слоя. К этому классу относится четыре метода: физико-термическая обработка, электрофизическая обработка, механическая обработка и наплавка легированным металлом. К физико-термической обработки относятся такие процессы, как обработка лазерным лучом и струей плазмы. К электрофизической обработке относятся такие процессы, как электроконтактная, электроэрозионная и ультразвуковая обработки.
Механическая обработка содержит такие процессы, как укрепление вибрацией, фрикционно-укрепляющее обработки, дробеструйных обработки, обработки взрывом, чеканка, вибрацийно-отцентровая укрепляющая обработка. Наплавку легированным металлом можно проводить газовым пламенем и электрической дугой [4].
Стремительное развитие в последние годы характерно для технологии упрочнения поверхностей лазерным лучом. Эта технология основана на локальном нагревании участка поверхности под действием лазерного излучения и охлаждения этого участка с сверхкритической скоростью, за счет теплоотвода в внутренние слои металла. Нагрев при лазерном укреплении не является объемным процессом, а осуществляется с поверхности.
Лазерное упрочнение материалов имеет ряд преимуществ, которые отличают его от других методов поверхностного упрочнения, а именно: возможность с помощью лазерного излучения проводить укрепление поверхности детали управлением процессами нагрева и охлаждения материала; экономия энергии за счет локальности укрепления, которая позволяет достичь высокой твердости приповерхностного слоя на строго определенных участках, сохраняя высокие динамические характеристики основного материала; высокая производительность процесса; возможность изменения свойств поверхности материала в труднодоступных местах; бесконтактность метода и тому подобное.
Однако этому прогрессивному методу присущи и определенные недостатки. Основными из которых являются: высокая стоимость мощного лазерного технологического оборудования; недолговечность и большая стоимость материалов линз и зеркал, которые применяются для управления лазерным излучением в пространстве; необходимость применения специальных покрытий для увеличения поглощающей способности облучаемых поверхностей; необходимость защиты обслуживающего персонала от рассеянного лазерного излучения; малая производительность процессов при обработке поверхностей, имеющих большую протяженность; большие габариты лазерного технологического оборудования [5].
В зависимости от режимов лазерного обработки глубина упрочненного слоя может составлять 0,05-3 мм, а микротвердость повышается в 1,5-5 раз.
Одной из самых перспективных является технология упрочнения поверхностей деталей машин струей плазмы, которая интенсивно разрабатывается как в нашей стране, так и за рубежом.
Плазменное поверхностное укрепление относится к методам укрепления источниками нагрева с высокой плотностью мощности, заключается в термических, фазовых и структурных преобразованиях, которые происходят при быстром концентрированном нагреве рабочей поверхности детали струей плазмы и отвода тепла в материал детали [6].
Важнейшим отличием структур, формирующихся при плазменном упрочнении, является высокий уровень дисперсности мартенсита, который и определяет комплекс эксплуатационных характеристик поверхностей.
Плазменная обработка можно эффективно применять для укрепления не только деталей из стали, но и чугуна