Технология и оборудование финишной обработки поверхностным пластическим деформированием для обеспечения требуемых свойств поверхностного слоя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Мельников Павел Анатольевич

• Мельников Павел Анатольевич
• доктор наук
• 2026

Оглавление диссертации доктор наук Мельников Павел Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМАТИКА ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОРЕЛЬЕФА И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ФИНИШНОЙ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ

1.1 Теоретические подходы к описанию контактного взаимодействия при поверхностном пластическом деформировании

1.1.1 Упругие и упруго-пластические модели зоны контакта

1.1.2 Тепловые процессы в зоне поверхностного пластического деформирования

1.1.3 Физико-механические эффекты в зоне поверхностного пластического деформирования

1.2 Технические решения и подходы к обеспечению усилия прижатия инструмента при поверхностном пластическом деформировании

1.3 Современные средства моделирования и цифровые технологии в прогнозировании параметров микрорельефа

1.4 Методы метрологической оценки и функционального анализа текстуры поверхности

1.5 Выводы по главе

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОРЕЛЬЕФА ПРИ ПОВЕРХНОСТНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ

2.1 Напряжённо-деформированное состояние в зоне обработки: моделирование и интерпретация

2.2 Подходы к моделированию исходного микрорельефа поверхности

2.3 Математическое моделирование формирования микрорельефа поверхности при поверхностном пластическом деформировании

2.4 Алгоритм цифрового моделирования формирования микрорельефа при выглаживании

2.5 Валидация цифровой модели по критериям соответствия структуры поверхности экспериментальным данным

2.6 Устойчивость локального пластического течения при поверхностном пластическом деформировании

2.7 Выводы по главе

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА СВОЙСТВА ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

3.1 Цели и задачи экспериментальных исследований

3.2 Лабораторные исследования

3.2.1 Методика проведения лабораторных экспериментов

3.2.2 Результаты лабораторных исследований

3.3 Исследования остаточных напряжений

3.3.1 Методика определения остаточных напряжений

3.3.2 Результаты исследований остаточных напряжений

3.4 Промышленные испытания

3.4.1 Методика проведения экспериментов в условиях действующего производства

3.4.2 Результаты промышленных испытаний

3.5 Методика статистической обработки данных

3.6 Цифровая обработка профилей микрорельефа на основе вейвлет-преобразования

3.7 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ РЕШЕНИЙ И ИХ ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ

4.1 Разработка установок для лабораторных исследований технологии поверхностного пластического деформирования

4.1.1 Описание конструкции устройства для выглаживания

4.1.2 Устройство для выглаживания широким индентором

4.1.3 Техническое решение для реализации вибровыглаживания

4.4.4 Повышение надежности устройств для выглаживания

4.2 Внедрение технологии поверхностного пластического деформирования в массовое производство

4.3 Технологический комплекс для финишной обработки поверхностным пластическим деформированием цилиндрических поверхностей в условиях массового производства

4.4 Технические решения, направленные на повышение надёжности технологии поверхностного пластического деформирования

4.5 Выводы по главе

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ, ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ

РАЗРАБОТАННЫХ РЕШЕНИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПРОТОКОЛЫ ИСПЫТАНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ПРОГРАММНЫЕ КОДЫ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень разработанности.

Повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей деталей машин и механизмов остается одной из приоритетных задач современного машиностроения. Особое значение приобретают технологии финишной обработки, обеспечивающие не только достижение заданного уровня шероховатости, но и формирование заданной микрогеометрии поверхности, способствующей удержанию смазки, снижению трения и увеличению ресурса деталей. Методы поверхностного пластического деформирования (ППД) находят широкое применение благодаря способности одновременно улучшать параметры микрорельефа, увеличивать микротвердость поверхностного слоя и формировать благоприятные остаточные напряжения сжатия. Однако управление формированием микрорельефа требует учёта множества факторов: геометрии инструмента, режимов обработки, свойств материала детали и состояния её поверхности после предыдущих операций.

Сложность и многопараметричность процесса обуславливают необходимость создания теоретических моделей, позволяющих количественно описывать и прогнозировать микрорельеф, возникающий при ППД. Это определяет актуальность разработки подходов к управлению формообразованием при ППД на основе математического моделирования, численных экспериментов и применения современных вычислительных технологий. Особый интерес представляет использование специализированных программных средств, включая системы моделирования на основе искусственного интеллекта и машинного обучения, способных адаптивно учитывать сложные нелинейные зависимости между параметрами обработки и результатами формообразования.

Указанная научная задача соответствует современным приоритетам технологического развития. В частности, в Указе Президента Российской Федерации от 07.05.2024 № 309 «О национальных целях развития Российской

Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года» в числе национальных целей определены технологическое лидерство и цифровая трансформация экономики, предполагающие развитие и внедрение передовых производственных технологий и применение методов моделирования при решении инженерных задач.

В диссертационном исследовании представлен комплексный подход к оценке и моделированию технологий финишной обработки, сформированный на основе анализа отечественного и зарубежного опыта в области ППД и развитый применительно к практическим условиям машиностроительного производства.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности технологий финишной обработки деталей методом поверхностного пластического деформирования за счёт совершенствования процессов управления формированием микрорельефа поверхности на основе моделирования и внедрения разработанных технических решений в условиях массового производства.

Для достижения поставленной цели выполнен комплекс теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских исследований, направленных на решение следующих основных задач:

1. Проведение анализа существующих теоретических и прикладных исследований в области ППД с систематизацией подходов к описанию контактного взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности, определяющего формирование микрорельефа поверхностного слоя.

2. Исследование закономерностей формирования микрорельефа при ППД в зависимости от параметров обработки, геометрии и траектории движения индентора, а также свойств обрабатываемого материала.

3. Исследование и систематизация способов создания и обеспечения усилия прижатия инструментов при ППД с учётом требований к стабильности процесса обработки в условиях серийного и массового производства.

4. Разработка математических моделей формирования микрорельефа

поверхности, учитывающих кинематику обработки, контактное взаимодействие и пластическую деформацию в зоне ППД.

5. Разработка физико-математической модели устойчивого пластического деформирования при ППД, направленной на определение условий исчерпания резерва пластичности, рассматриваемого как начальный этап деградации поверхностного слоя в процессе обработки.

6. Проведение экспериментальных исследований влияния режимов обработки на параметры микрорельефа, микротвёрдость и остаточные напряжения с верификацией разработанных моделей на основе сопоставления расчётных и экспериментальных данных.

7. Проектирование и изготовление оригинальных устройств и инструментов для реализации технологии ППД, включая системы пассивного обеспечения стабильности процесса.

8. Разработка конструктивных решений для модернизации специализированных станков, интегрированных в автоматические линии, обеспечивающих замену технологического процесса полирования на обработку методом ППД.

9. Разработка технико-экономического обоснования применения процессов ППД на основе результатов моделирования и экспериментальных исследований, обеспечивающих требуемые параметры микрорельефа обработанных поверхностей.

10. Промышленная апробация и внедрение разработанных технологий и оборудования на АО «АВТОВАЗ» с обоснованием возможности их масштабирования для предприятий машиностроительного кластера.

Научная новизна:

1. Сформирован научный подход к управлению формированием микрорельефа поверхности при ППД, основанный на выявлении взаимосвязи между кинематикой обработки, параметрами контактного взаимодействия и функциональными требованиями к поверхностному слою.

2. Разработана математическая модель формирования микрорельефа

поверхности при ППД, учитывающая кинематику обработки, технологическую наследственность и особенности контактного взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью.

3. Разработана физико-математическая модель, позволяющая предварительно определить условия, при которых происходит потеря устойчивости пластического течения материала в зоне обработки ППД.

4. Установлены закономерности влияния режимов ППД и свойств материалов, применяемых в отечественном автомобилестроении, на формирование микрорельефа и физико-механические характеристики поверхностного слоя.

5. Разработаны и внедрены оригинальные технологические и конструктивные решения для оборудования и инструментов при реализации технологии ППД в условиях массового производства, обеспечивающие стабильность процесса и воспроизводимость параметров микрорельефа обработанной поверхности.

Теоретическая значимость диссертационного исследования состоит в разработке математических моделей, позволяющих качественно и количественно описывать процессы формирования микрорельефа при поверхностном пластическом деформировании. Полученные зависимости позволяют прогнозировать параметры текстуры поверхности по микрогеометрическим и технологическим характеристикам, оказывающим влияние на трибологические и прочностные свойства деталей машин. Разработанная методология может быть использована для проектирования технологических процессов финишной обработки с заданными эксплуатационными характеристиками.

Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке и внедрении технических решений для управления формированием микрорельефа поверхностей деталей при поверхностном пластическом деформировании. Полученные модели и алгоритмы позволяют выбирать оптимальные параметры обработки для обеспечения требуемых

характеристик текстуры поверхности. Разработанные программные средства могут быть интегрированы в состав систем цифрового проектирования технологических процессов. Предложенные конструктивные решения инструментов и технологического оборудования прошли апробацию в условиях серийного производства и внедрены на предприятиях машиностроительной отрасли, включая АО «АВТОВАЗ».

Методология и методы исследования.

Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы. Теоретическая часть исследования базировалась на фундаментальных положениях механики сплошных сред и теории пластичности, а также современных представлениях о процессах формообразования в технологиях финишной отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (в том числе выглаживанием). Экспериментальные исследования выполнялись на специализированном лабораторном оборудовании и модернизированных станках, работающих в условиях серийного и массового производства. Объектами испытаний служили детали из сталей и чугунов, используемые в узлах трения.

Математическое моделирование процессов формирования микрорельефа и напряжённо-деформированного состояния выполнялось с применением современных вычислительных средств, включая MATLAB и Deform. Разработано проблемно-ориентированное программное обеспечение для моделирования рельефа и оценки параметров текстуры.

Положения, выносимые на защиту.

1. Научные подходы к управлению процессом формирования микрорельефа поверхности при поверхностном пластическом деформировании, обеспечивающие достижение заданных эксплуатационных характеристик деталей.

2. Математическая модель формирования микрорельефа поверхности при ППД, учитывающая технологические параметры обработки, свойства

материала, геометрию инструмента и технологическую наследственность.

3. Физико-математическая модель, позволяющая предварительно определить условия, при которых происходит потеря устойчивости пластического течения материала в зоне обработки ППД.

4. Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие адекватность разработанных моделей и выявляющие зависимости между параметрами обработки и характеристиками микрогеометрии обработанной поверхности.

5. Конструкции и принципы работы оригинальных устройств и инструментов, реализующих управляемое формообразование при ППД, включая выглаживание с наложением колебаний и пассивные системы обеспечения стабильности процесса.

6. Результаты апробации и внедрения разработанных технологий финишной обработки методом ППД на производстве АО «АВТОВАЗ» с подтверждением повышения качества обработки и эксплуатационных свойств деталей.

Степень достоверности результатов исследования.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением общепринятых методов теоретических и экспериментальных исследований, проведением параллельных экспериментов и измерений. Замеры параметров шероховатости, микротвёрдости и остаточных напряжений выполнялись с использованием поверенных средств измерений в профильных метрологических лабораториях, в том числе в термостатированных залах. При обработке данных применялись стандартизированные статистические критерии оценки рассеяния и согласия, что подтвердило воспроизводимость и устойчивость полученных закономерностей.

С 2000 года технология поверхностного пластического деформирования поэтапно внедрена в действующее массовое производство АО «АВТОВАЗ». В ходе исследований разработан ряд технических решений, направленных на повышение надёжности и стабильности технологии. По данной технологии

обработано более 15 млн деталей двигателей и трансмиссий в отечественном автомобилестроении. Реализация технологии способствовала снижению уровня дефектов «Течь в сальник» и повышению стабильности параметров качества обработки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология и оборудование финишной обработки поверхностным пластическим деформированием для обеспечения требуемых свойств поверхностного слоя»

Апробация работы.

На различных этапах исследования работа поддерживалась рядом федеральных и региональных грантовых программ, а также апробировалась в рамках хозяйственных договоров. С 2000 года проводились исследования в рамках цикла совместных работ с АО «АВТОВАЗ» по направлению «Совершенствование финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей автомобилей ВАЗ на основе технологии безсожевого поверхностного пластического деформирования». В период 2009-2013 годов выполнено четыре проекта в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России». Отдельные этапы работы осуществлялись при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-14.124.13.6076-М. В 2023-2025 годах исследования выполнялись при поддержке Российского научного фонда в рамках двух проектов по соответствующему направлению.

Результаты работы были апробированы на ряде всероссийских и международных конференций, конгрессах и семинарах.

По результатам диссертационного исследования было опубликовано 70 печатных работ, из числа которых 22 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, рекомендованный для опубликования результатов диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, 5 публикаций в изданиях, индексируемых в системах Web of Science и Scopus, получено 8 патентов и свидетельств о регистрации алгоритмов РФ. Также опубликована 1 монография.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМАТИКА ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОРЕЛЬЕФА И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ФИНИШНОЙ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ

Современное машиностроение предъявляет всё более жёсткие требования к качеству рабочих поверхностей деталей, что обусловлено глобальными тенденциями к снижению массы и габаритов изделий, повышению их надёжности, ресурса и плотности нагружения. Поверхностный слой детали становится критическим функциональным элементом, во многом определяющим её поведение в условиях трения, усталостных и контактных нагрузок. Именно на стадии финишной обработки формируются окончательные геометрические параметры (шероховатость, отклонения от заданной формы, микрорельеф, структура приповерхностного слоя и др.) и физико-механические характеристики (микротвёрдость, остаточные напряжения и др.), оказывающие определяющее влияние на эксплуатационные свойства рабочих поверхностей деталей и соответственно на готовое изделие в целом [20].

Обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД) занимает устойчивое положение среди финишных методов обработки благодаря способности формировать не только высококачественный микрорельеф, но и благоприятную структуру приповерхностного слоя. В отличие от абразивных методов, ППД основано не на удалении материала, а на его пластическом перемещении без изменения объема, что позволяет исключить внедрение абразивных частиц в поверхность, обеспечить повышение микротвёрдости и формирование остаточных сжимающих напряжений. Методы ППД применяются в качестве финишной обработки различных типов поверхностей (см. рисунок 1.1), работающих в условиях трения, подвергающихся абразивному износу, а также требующих увеличения удельной площади или регуляризации микрорельефа. Это делает ППД универсальным инструментом для обеспечения требуемых трибологических

характеристик в машиностроении, гидравлике, энергетике, авиации и других отраслях. Высокая технологичность, надёжность и воспроизводимость процесса, а также возможность интеграции с цифровыми системами проектирования делают технологии ППД востребованными в рамках современных производственных подходов.

Область применения ППД на машиностроительных предприятиях

Поверхности, работающие в Поверхности, Поверхности с повышенной

условиях трения подверженные удельной площадью

(направляющие, шейки валов под абразивному износу (поверхности теплообмена,

манжетные уплотнения, кольца (лопатки ГТД, шнеки и т.п.) светоотражающие поверхности т.п.)

подшипников и т.п.)

Рисунок 1.1 - Область применения ППД на машиностроительных

предприятиях

Существенный вклад в становление и развитие технологий поверхностного пластического деформирования внесли ведущие отечественные исследователи, среди которых Б.М. Аскинази [5], А.П. Бабичев [6, 7], Я.И. Барац [9, 10], Г.П. Башков [11], В.Ю. Блюменштейн [16], В.М. Браславский [26], Э.Г. Грановский [30], И.В. Кудрявцев [42, 80], Л.Г. Одинцов [62, 63], Д.Д. Папшев [66, 67], В.В. Петросов [78, 79], Ю.Г. Проскуряков [85], В.М. Смелянский [87, 88], А.Г. Суслов [93, 94], В.М. Торбило [95, 96], Л.А. Хворостухин [97], Г.И. Чекин [99, 100], П.А. Чепа [101, 102], Ю.Г. Шнейдер [105, 106], В.К. Яценко [107], П.И. Ящерицын [108] и др.

Дополнительно, на ранних этапах значительный вклад в развитие теории и практики ППД внесли учёные из смежных областей:

- Аркулис Г.Э. разработал теорию и практику совместной пластической деформации разнородных металлов, сформировал научную школу в области обработки давлением слоистых тел [4];

- Смирнов-Аляев Г.А. сформулировал основы современной теории

пластичности, основал ленинградскую научную школу по обработке материалов давлением и организовал первую в СССР лабораторию пластических деформаций [89];

- Резников Н.И. исследовал обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов, предложил методы финишной обработки, включая ППД, для повышения качества поверхностного слоя деталей [86];

- Береснев Б.И. создал научную школу по исследованию процессов пластической деформации материалов при высоких гидростатических давлениях, разработал установки для выдавливания металлов до 1000 МПа и обосновал перспективность метода гидроэкструзии [13];

- Губкин С.И. разработал теорию деформируемости металлов, определил допустимые температурные интервалы горячей обработки давлением и вывел расчётные зависимости усилий и деформаций [33];

- Грешнов В.М. исследовал физику и механику больших пластических деформаций, предложил новые методы прессования металлов и разработал теоретические модели сверхпластичности [31, 32].

Эти учёные заложили фундаментальные основы и способствовали широкому внедрению методов ППД в различных отраслях промышленности, обеспечивая повышение эксплуатационных характеристик деталей машин.

В последние десятилетия значительный вклад в развитие теории и практики ППД внесли современные отечественные учёные, такие как:

- Бобровский Н.М. разработал гиперпроизводительные технологии ППД без применения смазочно-охлаждающих технологических средств, внедрённые в серийное производство на АО «АВТОВАЗ» [19, 21];

- Зайдес С.А. предложил новые способы ППД, включая охватывающее деформирование и осциллирующее выглаживание, а также разработал математические модели процессов с использованием метода конечных элементов [34-36];

- Кузнецов В.П. разработал финишную технологию наноструктурирующего выглаживания поверхностных слоёв при обработке

деталей машиностроения на многоцелевых станках [43-45];

- Тамаркин М.А. разработал технологии обработки деталей ППД в гибких гранулированных средах, обеспечивающие повышение качества поверхностного слоя [91, 92];

- Митрофанова К.С. провела исследования поверхностного слоя металла после упрочнения методом ППД с применением сложнопрофильного инструмента, выявив особенности формирования микроструктуры [18, 60].

Среди зарубежных исследователей, внёсших существенный вклад в развитие методов поверхностного пластического деформирования, можно отметить Paul S. Prevey (США) [151], Lothar Wagner (Германия) [162], Volker Schulze (Германия) [154], Fan-Jung Shiou (Тайвань) [157], José Travieso-Rodríguez (Испания) [160], Hamid Hamadache (Франция/Алжир) [126], T. A. El-Taweel (Египет) [121], Goutam D. Revankar (Индия) [152], N.S.M. El-Tayeb (Малайзия) [122], Ioan D. Marinescu (США) [143].

Отмеченные зарубежные исследователи представляют широкий круг научных школ, чьи работы охватывают ключевые направления в области ППД от разработки оригинальных технологических решений и численного моделирования процессов деформации до оптимизации параметров обработки и интеграции ППД в современные производственные циклы.

1.1 Теоретические подходы к описанию контактного взаимодействия при поверхностном пластическом деформировании

Формирование эксплуатационных характеристик поверхностного слоя при ППД напрямую связано с условиями и особенностями контактного взаимодействия между инструментом и обрабатываемой поверхностью. Именно в зоне контакта формируются основные параметры микрорельефа, распределение остаточных напряжений, изменение микротвёрдости и структура приповерхностного слоя. От корректности теоретического описания этой зоны зависят возможности прогнозирования результата обработки, подбора режимов и геометрии инструмента, а также обоснование

устойчивости процесса при массовом производстве.

Среди наиболее широко применяемых методов поверхностного пластического деформирования в промышленности следует выделить алмазное выглаживание. Этот процесс относится к числу простейших с точки зрения реализации на металлообрабатывающем оборудовании, он обеспечивает формирование заданных параметров микрорельефа, повышение микротвёрдости, выравнивание формы и создание остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое. Кинематически процесс аналогичен точению, однако вместо резца используется выглаживатель (индентор), воздействующий на поверхность заготовки не режущей, а пластически деформирующей силой. При этом отсутствует съём стружки, так как объём материала с вершин микронеровностей перераспределяется вглубь и в стороны, заполняя впадины и формируя более однородную микрогеометрию.

В процессе выглаживания материал перемещается от зон повышенного давления (вершин микронеровностей) в зоны с более низким напряжением, что сопровождается радиальным смещением объёма и частичным перекрытием исходного профиля. Как показано на рисунке 1.2, в зависимости от режима обработки возможны два характерных варианта развития микрорельефа: формирование нового рельефа с полным перекрытием исходной структуры (рисунок 1.2,а) и частичное сохранение микропрофиля (рисунок 1.2,б, полученного на предыдущих операциях. Оба случая важны с точки зрения управления текстурой и её повторяемостью при обработке рабочих поверхностей деталей.

Согласно данным многочисленных исследований, контактная зона при ППД характеризуется рядом особенностей: многоосевым тензорным напряжённым состоянием, неоднородностью формы и глубины вдавливания, наличием фронтального наплыва, обратных пластических течений и смещений материала в направлениях, отличных от вектора внешнего воздействия. Сложность её формализации обусловлена не только геометрией инструмента и пластичностью материала, но и динамикой процесса, износом

рабочей поверхности инструмента и, как следствие, изменением его геометрии, а также наличием исходного микрорельефа, сформированного на предыдущих технологических операциях.

и

и

а) б)

Рисунок 1.2 - Кинематика образования микрорельефа при выглаживании:

а) процесс выглаживания полностью формирует новый микрорельеф; б) процесс выглаживания частично сохраняет микрорельеф от предыдущей

обработки

В связи с этим разработка и систематизация теоретических моделей зоны контакта при ППД являются необходимым этапом для построения математического аппарата, на базе которого может быть реализовано управление формированием текстуры поверхности и заданными физико-механическими свойствами. Ниже рассмотрены основные подходы к описанию взаимодействия в зоне деформирования начиная от классических упругих и упруго-пластических моделей до современных экспериментальных, вычислительных и гибридных методов анализа процессов ППД.

1.1.1 Упругие и упруго-пластические модели зоны контакта

Одним из первых теоретических подходов к описанию контактного взаимодействия, оказавших влияние на развитие моделей поверхностного пластического деформирования, является модель упругого контакта Герца. Она описывает распределение давления и геометрию деформации при контакте двух упругих тел с криволинейными поверхностями, например, контакт между шаром и упругим полупространством. Согласно теории Герца,

при воздействии силы F на сферический индентор радиуса Яи, внедряемый в упругое тело, формируется симметричное круглое пятно контакта радиусом Я, внутри которого нормальное давление распределяется по параболическому закону. Максимальное давление наблюдается в центре контакта и плавно снижается к его краям.

Радиус пятна контакта может быть определен по формуле Герца [47]:

где F - радиальное усилие при ППД; уг и у2 - коэффициенты Пуассона соответственно материалов изделия и инструмента; Ег и Е2 - модули упругости этих материалов.

При ППД данная модель может быть использована как первичное приближение для оценки геометрических параметров контакта, особенно на ранней стадии внедрения инструмента при минимальных усилиях. Однако применимость модели Герца ограничивается тем, что она не учитывает пластическую деформацию материала, накопление остаточных напряжений и смещение объёма. Тем не менее, она используется как базовая референсная модель при оценке начальных условий в более сложных упруго-пластических схемах и численных расчётах.

Несмотря на теоретическую завершённость модели Герца, применение её в задачах поверхностного пластического деформирования существенно ограничено, поскольку реальные процессы связаны с превышением предела текучести, накоплением остаточных напряжений и развитием пластической зоны. Для учёта этих факторов применяются упруго-пластические модели, в которых распределение давления, форма зоны контакта и глубина внедрения зависят не только от геометрии индентора, но и от свойств материала при пластическом течении.

Одним из практичных приближений, позволяющих количественно описывать параметры зоны контакта при ППД, является метод эквивалентного радиуса и приведённого модуля упругости, применяемый в инженерной

практике для оценки геометрии и напряжённого состояния зоны взаимодействия инструмента и детали. В литературе он нередко обозначается как «модель Дилигенского», однако более детально геометрия очага деформации и распределение параметров контактного взаимодействия раскрываются в ряде работ, в частности в исследовании Чепы П.А. и Андрияшина В.А. [102], где предложены обобщённые схемы расчёта и визуализации зоны упруго-пластической деформации.

В данной модели взаимодействие между выглаживающим элементом и поверхностью детали рассматривается как контакт тел с различными радиусами кривизны, в которых формируется напряжённо-деформированное состояние, включающее как упругие, так и пластические составляющие. Геометрия очага деформации, его размеры и форма, а также распределение напряжений зависят от кривизны сопрягаемых поверхностей, действующего усилия, начального микрорельефа и свойств обрабатываемого материала.

На рисунке 1.3 приведены геометрические схемы взаимодействия индентора с поверхностью детали, включая проекции вдоль и поперёк направления подачи. Показаны положения характерных точек, линии давления, зоны пластической деформации, угол контакта и характерные перемещения материала в зоне упругой и пластической деформации. Эта модель позволяет более точно оценить реальные параметры очага деформации при ППД, включая глубину вдавливания, ширину пятна контакта и локальные давления в зоне взаимодействия.

Развитие упруго-пластических моделей зоны контакта при ППД потребовало перехода от статических расчетов к описанию динамики очага деформации, прежде всего поля скоростей, формы и размеров фронтального наплыва, а также распределения напряжений и пластических течений в объёме материала. В отличие от классических моделей, ограничивающихся статическим вдавливанием, при ППД наблюдается движение выглаживающего инструмента по поверхности с приложением постоянного или переменного усилия. Это приводит к формированию характерной волны

металла перед инструментом как результат накопления пластической деформации и смещения объёма вперёд и в стороны.

Рисунок 1.3 - Параметры области деформации при ППД: а) геометрия зоны контакта в целом; б) схема взаимодействия шара с цилиндром в осевом сечении; в) схема в окружном сечении [102]

Фронтальный наплыв представляет собой зону локального вытеснения материала, возникающую перед линией контакта и сопровождающуюся значительным градиентом напряжений и скоростей. Профиль наплыва, его высота и форма существенно зависят от подачи, усилия прижатия, геометрии инструмента и свойств материала. Как отмечают Барац Я.И., Смелянский В.М. и Папшев Д.Д., некорректное описание этой зоны приводит к искажению расчёта глубины внедрения, площади контакта и характеристик остаточного состояния поверхностного слоя, что критично для задач цифрового

управления ППД.

В работах Папшева Д.Д. [67] подробно рассмотрен характер изменения микропрофиля при ППД с продольной подачей инструмента. Установлено, что формируемый после обработки вторичный микропрофиль отличается от исходного (первичного) как по форме, так и по численным значениям параметров шероховатости. Это отклонение объясняется неодинаковой глубиной деформации вершин и впадин микронеровностей, а также упругим восстановлением материала после разгрузки. Как показано на рисунке 1.4, расчётный профиль не совпадает с фактически полученным вследствие того, что после снятия нагрузки вершины микронеровностей восстанавливаются в меньшей степени по сравнению с впадинами, в которых наблюдаются остаточные пластические смещения.

При этом после упругого восстановления высота микронеровностей будет отличаться от расчетной Яг:

Рисунок 1.4 - Схема к расчету высоты неровностей [67]

(1.2)

где шс и шв - значение упругой деформации в точках С и В.

Упругая деформация может быть приближенно определена с помощью задачи Герца:

ш1 + ш2 = а-^х2, (1.3)

где х - расстояние от точек до оси (центра), а - сближение обоих тел, в -постоянная величина, зависящая от радиуса кривизны.

В работах Смелянского В.М. [88] исследована структура очага деформации при различных способах ППД, включая алмазное выглаживание, шариковое и роликовое обкатывание. Особое внимание уделено форме и размерам фронтального наплыва, формирующегося вокруг площади контакта и перемещающегося вместе с инструментом в виде стационарной пластической волны. Установлено, что при стабилизированном режиме обработки форма очага деформации сохраняется в системе координат, связанной с инструментом, что свидетельствует о стационарности напряжённо-деформированного состояния.

На рисунке 1.5 представлена схема профиля очага деформации и его характерных элементов. Величины вертикальных и горизонтальных размеров зоны контакта зависят от метода обработки, усилия обкатки, подачи и кинематики инструмента. Смелянский показал, что при увеличении подачи или уменьшении усилия наблюдается изменение пропорций очага деформаций, что следует учитывать при выборе параметров режима.

Линия (¡падин \ ~~ ' "

/ _ I,

Рисунок 1.5 - Профиль очага деформации при ППД [88]

В работах Торбило В.М. [96] проанализирован характер взаимодействия алмазного выглаживателя с поверхностью в динамическом процессе. Установлено, что при продольной подаче инструмент раздвигает материал вершин неровностей в стороны, формируя валик деформированного металла и вызывая пластическое искажение ранее сформированного микропрофиля. При этом, как видно на рисунке 1.6, после каждого оборота детали происходит осевое смещение следа выглаживателя, а из-за перекрытия траектории происходит многократная деформация одних и тех же участков поверхности.

Рисунок 1.6 - Схема деформации поверхности при выглаживании [96]: а) в направлении, совпадающем с направлением скорости; б) в направлении подачи; 1 - V - последовательные положения выглаживателя после каждого оборота детали; 1 - профиль следа движения выглаживателя; 2 -фактический профиль выглаженной поверхности; 3 - упругое восстановление поверхности; 4 - пластическое искажение профиля

Контакт между выглаживателем и поверхностью осуществляется по дуге, и из-за несимметричной нагрузки (валик формируется только со стороны подачи) возникает осевая сила Рх. Формирующийся рельеф характеризуется

частично регулярной структурой, высота которой зависит от подачи, глубины внедрения, упругого восстановления материала и неровностей рабочей части алмаза. Поверхность, образованная после выглаживания, определяется совокупностью факторов: кинематикой, геометрией инструмента, пластичностью материала и вибрациями системы.

В обобщающей статье Бараца Ф.Я. [8] представлен обзор теоретических и экспериментальных исследований в области отделочно-упрочняющей обработки методом поверхностного пластического деформирования. Особое внимание уделено механике перемещения материала в зоне контакта между инструментом и поверхностью. Установлено, что деформируемый металл перемещается преимущественно в направлении подачи, формируя перед инструментом характерную волну материала (рисунок 1.7). Эта волна сопровождает очаг деформации на всём протяжении обработки и формирует устойчивую структуру поверхности.

Рисунок 1.7 - Пластическое течение металла в направлении подачи, с

образованием волны [10]

Следует отметить, что приведённая в работе Бараца схема волны металла по существу восходит к классическим представлениям, изложенным в трудах Папшева Д.Д., где впервые была зафиксирована стационарность очага деформации и направленный характер пластического течения при ППД.

Авторами уточнено, что вблизи зоны контакта наблюдаются локальные градиенты напряжений, переходящие из упруго-пластического в пластический режим. Введено понятие эквивалентного радиуса зоны контакта гэкв, вычисляемого по упрощённой герцевой зависимости. При этом реальный размер пятна деформации корректируется с учётом параметра шероховатости через поправочный множитель А, что позволяет учитывать влияние исходной микрогеометрии.

Таким образом, развитие теоретических представлений о контактном взаимодействии при ППД от упругих моделей Герца до упруго-пластических и эмпирико-графических описаний, предложенных Папшевым Д.Д., Смелянским В.М., Торбило В.М., Барацем Я.И. и другими исследователями, позволило сформировать целостное понимание структуры очага деформации, характера перемещения материала и факторов, влияющих на формирование микрорельефа [50]. Эти модели послужили основой для последующего перехода к численным расчётам и управляемому формообразованию поверхности, что и станет предметом рассмотрения в последующих разделах.

1.1.2 Тепловые процессы в зоне поверхностного пластического деформирования

Различные методы поверхностного пластического деформирования характеризуются своей спецификой контактного взаимодействия: при скольжении (выглаживание) преобладает трение, при качении (накатывание роликом) оно минимально, а при ударных воздействиях (дробеструйная обработка) контакт кратковременный [12]. Во всех случаях в зоне обработки происходит выделение тепла за счёт работы пластической деформации и сил трения. Несмотря на то, что ППД традиционно относят к «холодным» видам обработки, современные исследования показали, что тепловые процессы оказывают значительное влияние на эффективность и результат упрочнения [117].

Таким образом, процессы ППД сопровождаются не только изменением

микрорельефа и напряжённого состояния, но и выделением тепла в зоне контакта инструмента с деталью. Тепло генерируется как в очаге деформации, так и в контактной зоне, влияя на сопротивление материала пластическому течению, формирование остаточных напряжений и структуру поверхностного слоя. Отмечено, что возникающие температурные поля напрямую влияют на величину пластической деформации, зону упрочнения и изменение микроструктуры материала [10]. В то же время избыточный нагрев может привести к снижению эффективности обработки из-за релаксации напряжений, смягчения наклёпанного слоя или фазовых превращений [153].

Основными источниками тепловыделения являются силы трения и диссипация энергии в результате пластической деформации. Хотя уровень температуры при ППД существенно ниже, чем при резании или шлифовании, даже умеренный нагрев влияет на глубину и степень упрочнения, величину остаточных напряжений и параметры упругого восстановления. При этом характер теплообмена определяется комплексом факторов: параметрами обработки (прежде всего скорость обработки и усилие прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности), физико-механическими свойствами материала, геометрией инструмента и применением или отсутствием смазочно-охлаждающих технологических средств [22].

С позиций тепловых процессов методы поверхностного пластического деформирования можно классифицировать по характеру контактного взаимодействия между инструментом и обрабатываемой поверхностью. Это взаимодействие определяет не только механическую, но и тепловую нагрузку в зоне обработки. Выделяют три основные группы:

1) методы с преобладанием скольжения - классическое выглаживание и широкое выглаживание, где основным источником тепла выступает сила трения;

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Мельников Павел Анатольевич, 2026 год

- 2 с.

2. Амельченко А.Г., Бардин В.А., Васильев В.А. Системы управления и элементы усиливающего пьезоэлектрического актюатора для прецизионного позиционирования // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2015. - № 3 (35). - С. 111-124.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.1.

- 8-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 2001. - 920 с.

4. Аркулис Г.Э. Совместная пластическая деформация разных металлов.

- М.: Металлургия, 1964. - 271 с.

5. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 200 с.

6. Бабичев А.П. Сб. научн. тр. межвуз. научн.-техн. программ. Ресурсосберегательные технологии машиностроения. - М.: М., 1995. - 120 с.

7. Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. -Ростов-на-Дону: Издательство Донского государственного технического университета, 1999. - 621 с.

8. Барац Ф.Я., Кочетков А.В., Шашков И.Г. Обзор исследований отделочно-упрочняющей обработки методом поверхностного пластического деформирования // Науковедение. - 2013. - № 4.

9. Барац Я.И., Шапошник Р.К., Варчев В.М. Оптимизация сочетания регулярных микрорельефов сопрягаемых поверхностей трения // Вестник машиностроения. - 1992. - № 5. - С. 18-20.

10. Барац Я.И. Финишная обработка металлов давлением (теплофизика

и качество). - Саратов: Издательство Саратовского университета, 1982. -184 с.

11. Башков Г.П. Выглаживание восстановленных деталей. - М.: Машиностроение, 1979. - 80 с.

12. Берберов С.А., Блюменштейн В.Ю., Болдырев А.И., Бубнов А.С., Букатый А.С. Справочник по процессам поверхностного пластического деформирования. - Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2021. - 504 с.

13. Береснев Б.И., Езерский К.И., Трушин Е.В., Каменецкий Б.И. Высокие давления в современных технологиях обработки материалов. - М.: Наука, 1988. - 244 с.

14. Берсудский А.Л. Технологическое обеспечение долговечности деталей машин на основе упрочняющей обработки с одновременным нанесением антифрикционных покрытий : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / А.Л. Берсудский. - Саратов: Московский государственный университет путей сообщения, 2007. - 355 с.

15. Биргер И.А. Остаточные напряжения. - Москва: МАШГИЗ, 1963. -

232 с.

16. Блюменштейн В.Ю. Механика технологического наследования как научная основа проектирования процессов упрочнения деталей машин поверхностным пластическим деформированием : Докторская диссертация / В.Ю. Блюменштейн. - Москва: МАМИ, 2002. - 595 с.

17. Блюменштейн В.Ю., Махалов М.С. Расчетная модель остаточных напряжений упрочненного поверхностного слоя при размерном совмещенном обкатывании // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2008. - № 5(69). - С. 50-58.

18. Блюменштейн В.Ю., Митрофанова К.С. Исследование влияния технологических факторов процесса поверхностного пластического деформирования сложно профильным инструментом на качество поверхностного слоя // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2020. -

Т. 16. - № 2(182). - С. 68-74.

19. Бобровский И.Н., Мельников П.А., Бобровский Н.М., другие Технологическое обеспечение трибологических свойств сальниковых шеек деталей машин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2012. - Т. 14. - № 1-2. - С. 340-343.

20. Бобровский И.Н. Технология и оборудование финишной механической обработки деталей на основе моделирования процесса формирования требуемой текстуры поверхности : диссертация доктора технических наук / И.Н. Бобровский. - Москва: ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2023. - 371 с.

21. Бобровский Н.М., Мельников П.А., Бобровский И.Н., Ежелев А.В. Технология обработки деталей поверхностно-пластическим деформированием без применения смазывающе-охлаждающих технологических средств. - Самара: Самарский научный центр РАН, 2012. -141 с.

22. Бобровский Н.М. Разработка высокопроизводительной технологии широкого выглаживания деталей самоустанавливающимся инструментом для массового машиностроительного производства : диссертация доктора технических наук / Н.М. Бобровский. - Москва: Московский государственный технологический университет «Станкин», 2010. - 320 с.

23. Бобровский Н.М., Мельников П.А., Бобровский И.Н., Левицких О.О. Разработка и промышленное освоение высокопроизводительной и экологически чистой технологии поверхностно-пластического деформирования деталей автомобиля // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2015. - № 2-2(32-2). - С. 32-37.

24. Бобровский Н.М., Мельников П.А. Стойкость твердосплавного выглаживающего инструмента при работе без СОЖ // Автомобильная промышленность. - 2004. - № 8. - С. 33-35.

25. Богатов А.А., Мирижицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. - М.: Металлургия, 1984. - 144 с.

26. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. -М.: Машиностроение, 1975. - 160 с.

27. ГОСТ 24773-81 Поверхности с регулярным микрорельефом. Классификация, параметры и характеристики. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 15 с.

28. ГОСТ Р ИСО 25178-2-2014 Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Ареал. Часть 2. Термины, определения и параметры структуры поверхности - М.: Стандартинформ, 2015. - 50 с.

29. ГОСТ-25178-2-2014. Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Ареал. Ч. 2. Термины, определения и параметры структуры поверхности. - М.: Стандартинформ, 2015. - 52 с.

30. Грановский Э.Г. Исследование износостойкости алмазных инструментов для выглаживания // Алмазы. - 1966. - № 1. - C. 100.

31. Грешнов В.М. Физико-математическая теория больших необратимых деформаций металлов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2018. - 232 с.

32. Грешнов В.М., Иванов М.А. Полуфеноменологическая модель сверхпластичности на основе учёта дислокационных превращений // Металлофизика. - 1993. - Т. 15. - № 7. - C. 3-12.

33. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Том II. - М.: Металлургиздат, 1960. - 416 с.

34. Зайдес С.А. Охватывающее поверхностное пластическое деформирование. - Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2001. - 309 с.

35. Зайдес С.А. Новые способы поверхностного пластического деформирования при изготовлении деталей машин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2018. - Т. 16. - № 3. - C. 129-139.

36. Зайдес С.А., Кропоткина Е.Ю., Лебедев А.Р. Моделирование процессов поверхностного пластического деформирования: монография. -Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2004. - 309 с.

37. Зиновьев Е.В. Полимеры в узлах трения машин и приборов: справочник. - Москва: Машиностроение, 1980. - 208 с.

38. Колмогоров В.Л. Напряжения. Деформации. Разрушение. - М.: Металлургия, 1970. - 229 с.

39. Кольцова Э.М., Гордеев Л.С. Методы синергетики в химии и химической технологии. - М.: Химия, 1999. - 256 с.

40. Комиссар А.Г. Уплотнительные устройства опор качения. - Москва: Машиностроение, 1980. - 192 с.

41. Крагельский И.В. Трение, изнашивание и смазка: справочник: в 2 кн. Кн. 2. - Москва: Машиностроение, 1979. - 358 с.

42. Кудрявцев И.В. Резервы повышения качества изделий поверхностным пластическим деформированием // Вестник машиностроения. - 1977. - № 4. - С. 43-44.

43. Кузнецов В.П., Смолин И.Ю., Дмитриев А.И., другие Конечно-элементное моделирование наноструктурирующего выглаживания // Физическая мезомеханика. - 2011. - Т. 14. - № 6. - С. 87-97.

44. Кузнецов В.П., Макаров А.В., Скоробогатов А.С. Влияние нормальной силы на сглаживание и упрочнение поверхностного слоя стали 03Х16Н15М3Т1 при сухом алмазном выглаживании сферическим индентором // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2022. -Т. 24. - № 1. - С. 6-22.

45. Кузнецов В.П. Теоретическое обоснование и реализация наноструктурирующего выглаживания при обработке прецизионных деталей из конструкционных сталей : Диссертация доктора технических наук / В.П. Кузнецов. - Курган: Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 2013. - 341 с.

46. Кургузов С.А., Капленко А.А. Разработка устройства с автоматической регулировкой усилия индентора для выглаживания // Обработка сплошных и слоистых материалов. - 2011. - № 37. - С. 100-104.

47. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. - М.: Наука, 1987. -

246 с.

48. Махалов М.С. Расчётные модели остаточных напряжений поверхностного слоя после упрочнения способами поверхностного пластического деформирования // Обработка металлов. - 2012. - № 3(56). -C. 110-115.

49. Мельников П.А., Пахоменко А.Н. Повышение надёжности работы манжетных уплотнений за счёт оптимизации микрорельефа шейки вала // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10-5. - C. 1005-1009.

50. Мельников П.А. Эволюция моделей контактного взаимодействия и зоны пластической деформации при поверхностном пластическом деформировании // СТИН. - 2025. - № 11. - C. 19-23.

51. Мельников П.А. Повышение эффективности технологии выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом без смазочно-охлаждающей жидкости: диссертация ... кандидата технических наук: 05.02.08 : PhD Thesis / П.А. Мельников. - Тольятти: Самарский государственный технический университет, 2008. - 176 с.

52. Мельников П.А. Оценка износостойкости выглаживающего инструмента из мелкозернистых твердых сплавов в производственных условиях // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. - 2005. - № 39. - C. 126-131.

53. Мельников П.А., Бобровский Н.М., Попов А.Н., Гусарова Д.В. Особенности образования аэродисперсных систем при использовании СОТС на машиностроительных предприятиях // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2011. - № 3(17). - C. 87-91.

54. Мельников П.А., Бобровский Н.М. Метрологический анализ текстуры поверхности и методы её функциональной оценки при поверхностном пластическом деформировании // СТИН. - 2025. - № 11. -C. 14-18.

55. Мельников П.А., Бобровский Н.М. Оптимизация параметров процесса выглаживания в производственных условиях с целью получения

поверхности, пригодной для работы в условиях гидродинамического трения // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2011. -№ 2(16). - С. 65-67.

56. Мельников П.А., Пахоменко А.Н., Лукьянов А.А. Математическая модель формирования микрорельефа шейки вала при обработке алмазным выглаживанием // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2015. - № 2-2(32-2). - С. 104-111.

57. Мельников П.А., Попов А.Н., Липандина Н.В. Моделирование процесса формирования микрорельефа обработанной поверхности при алмазном выглаживании // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2010. - № 3(13). - С. 112-114.

58. Мельников П.А., Чернякин С.В. Обзор технологических решений для обеспечения усилия прижатия инструмента при поверхностном пластическом деформировании // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - 2025. - № 10. - С. 33-39.

59. Милованова Л.Р., Барац Я.И., Стекольников М.В., Разуменко В.С. Моделирование теплофизической задачи, возникающей при обработке глубокого отверстия // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - Т. 4. - № 4(62). - С. 28-33.

60. Митрофанова К.С. Исследование патентной активности в области технологий отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием // Упрочняющие технологии и покрытия. -2019. - Т. 15. - № 12(180). - С. 572-576.

61. Николис Г., Пригожин И.Р. Самоорганизация в неравновесных системах. - М.: Мир, 1979. - 512 с.

62. Одинцов Л.Г. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием. - М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.

63. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: справочник. - М.: Машиностроение, 1987. -328 с.

64. Оптическая 3D профилометрия: [Электронный ресурс]. Минатех. URL: https://minateh.ru/stati/opticheskaya-3d-profilometriya. (дата обращения: 05.06.2025).

65. Паламарь И.Н., Гагарина А.И., Кулиманов И.Е. Прогнозирование профиля шероховатости поверхности детали на основе глубокой сети доверия // Информатика: проблемы, методы, технологии. Материалы XXIII Международной научно-практической конференции им. Э.К. Алгазинова. -Воронеж: Воронежский государственный университет, 2023. - C. 634-643.

66. Папшев Д.Д. Технологические основы повышения надежности и долговечности деталей машин поверхностным упрочнением. - Самара: Самарский государственный технический университет, 1993. - 74 с.

67. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 1978. - 152 с.

68. Папшева Н.Д., Александров М.К., Акушская О.М. Тепловые явления при поверхностном пластическом деформировании // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2010. - Т. 12. - № 4-3. -C. 682-685.

69. Патент № 2533 Российская Федерация, МПК B24B 39/04 (1995.01). Деформирующее устройство: № 9404277/20 : заявл. 23.11.1994 : опубл. 16.08.1996 / А.В. Киричек, И.А. Телков, И.Б. Кульков ; заявитель и правообладатель Киричек А.В. - 7 с.

70. Патент № 114433 Российская Федерация, МПК B24B 39/00 (2006.01). Выглаживающий инструмент: № 2011145345/02 : заявл. 08.11.2011 : опубл. 27.03.2012 / В.П. Кузнецов, В.Г. Горгоц ; заявитель и правообладатель ООО "Предприятие «СЕНСОР». Бюл. № 9 - 7 с.

71. Патент № 2303512 Российская федерация, МПК B24B (2006.01). Комбинированный алмазно-абразивно-выглаживающий инструмент: № 2005133929/02 : заявл. 02.11.2005 : опубл. 27.07.2007 / Ю.С. Степанов, А.В. Киричек, Н.Н. Самойлов, Б.И. Афанасьев, Д.С. Фомин, О.П. Шакулин, М.А. Батранина, Т.В. Савостикова, Ю.В. Василенко ; заявитель и правообладатель

ОрелГТУ. Бюл. № 21 - 8 с.

72. Патент № 2348501 Российская Федерация, МПК В24В 39/00. Способ обработки поверхностным пластическим деформированием поверхностей деталей машины: № 2008102217/02 : заявл. 21.01.2008 : опубл. 10.03.2009 / Н.М. Бобровский, В.А. Вильчик, В.В. Бокк, Н.Н. Максименко, П.А. Мельников, М.В. Гомельский, И.Н. Бобровский ; заявитель и правообладатель Бобровский Н.М. Бюл. № 7 - 4 с.

73. Патент № 2348502 Российская Федерация, МПК В24В 39/04. Устройство для обработки выглаживанием наружных поверхностей вращения: № 2008102215/02 : заявл. 21.01.2008 : опубл. 10.03.2009 / Н.М. Бобровский, В.А. Вильчик, В.В. Бокк, Н.Н. Максименко, П.А. Мельников, М.В. Гомельский, И.Н. Бобровский ; заявитель и правообладатель Бобровский Н.М. Бюл. № 7 - 5 с.

74. Патент № 2348503 Российская Федерация, МПК В24В 39/04. Инструмент для обработки выглаживанием наружных поверхностей вращения: № 2008102216/02 : заявл. 21.01.2008 : опубл. 10.03.2009 / Н.М. Бобровский, В.А. Вильчик, В.В. Бокк, Н.Н. Максименко, П.А. Мельников, М.В. Гомельский, И.Н. Бобровский ; заявитель и правообладатель Бобровский Н.М. Бюл. № 7 - 5 с.

75. Патент № 2413336 Российская Федерация, МПК Н0^ 41/083 (2006.01). Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом: № 2008129372/28 : заявл. 08.12.2006 : опубл. 08.12.2006 / Б. Громман, Б. Констанцер, Ш. Шторм ; заявитель и правообладатель ЕАДС ДОЙЧЛАНД ГМБХ. Бюл. № 3 - 13 с.

76. Патент № 2482953 Российская Федерация, МПК В24В 39/00(2006.01). Устройство для обработки выглаживанием поверхностей вращения: № 2011150362/02 : заявл. 12.09.2011 : опубл. 27.05.2013 / Н.М. Бобровский, И.Н. Бобровский, М.В. Гомельский, А.В. Ежелев, П.А. Мельников, А.А. Лукьянов ; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Тольяттинский государственный университет». Бюл. № 15 - 5 с.

77. Пашкевич В.М., Афаневич В.В., Попковский В.А. Моделирование топографии микро- и макрорельефа поверхности при инерционно-импульсной обработке // Polish Journal of Science. - 2020. - № 33-1(33). - C. 29-36.

78. Петросов В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. - М.: Машиностроение, 1977. - 166 с.

79. Петросов В.В., Малкин В.С., Казаков В.М. Повышение долговечности и надежности деталей автомобилей гидродробеструйным методом // Надежность механических систем: материалы науч.-техн. конф. -1995. - C. 34-37.

80. Кудрявцев И.В.,ред. Повышение прочности и долговечности деталей машин поверхностным пластическим деформированием : Труды ЦНИИТМАШ. Т. 90. - М.: ЦНИИТМАШ, 1972. - 152 с.

81. Попов А.Н., Мельников П.А., Бобровский И.Н., Гречников Ф.В. Стохастическая имитационная модель микрорельефа поверхности, обработанной абразивным инструментом // СТИН. - 2025. - № 9. - C. 1014.

82. Пригожин И.Р. От существующего к возникающему. - М.: Наука, 1985. - 327 с.

83. Пригожин И.Р. Введение в термодинамику необратимых процессов.

- Ижевск: РХД, 2001. - 160 с.

84. Пригожин И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М.: Прогресс, 1986.

- 280 с.

85. Проскуряков Ю.Г. Технология упрочняюще-калибрующей и формообразующей обработки металлов. - М.: Машиностроение, 1971. - 208 с.

86. Резников Н.И., Бурмистров Е.В., Жарков И.Г., Зыкин А.С., Кравченко Б.А., др. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов. - М.: Машиностроение, 1972. - 200 с.

87. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным

пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 2002. - 299 с.

88. Смелянский В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностным пластическим деформированием. - М.: Объединение «МАШМИР», 1992. - 60 с.

89. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию: инженерные расчёты процессов конечного формоизменения материалов. - Л.: Машиностроение, 1978. - 368 с.

90. Степчева З.В. Повышение эффективности алмазного выглаживания на основе рационального использования энергии модулированного ультразвукового поля : кандидатская диссертация / З.В. Степчева. -Ульяновск: —, 2007.

91. Тамаркин М.А., Тищенко Э.Э., Лебеденко В.Г. Повышение качества поверхностного слоя деталей при обработке поверхностным пластическим деформированием в гибких гранулированных средах // Вестник Донского государственного технического университета. - 2009. - Т. 9. - № 3(42). -С. 469-480.

92. Тамаркин М.А., Шведова А.С., Тищенко Э.Э. Методика проектирования технологических процессов обработки деталей динамическими методами поверхностного пластического деформирования // Вестник машиностроения. - 2018. - № 4. - С. 78-83.

93. Суслов А.Г.,ред. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. Т. 1. - М.: Машиностроение, 2014. - 480 с.

94. Суслов А.Г.,ред. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. Т. 2. - М.: Машиностроение, 2014. - 444 с.

95. Торбило В.М. Силовое выглаживание // Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей технологии в машиностроении: сб. науч. тр. - Пермь: Перм. политехн. ин-т, 1983. - С. 5760.

96. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. - М.: Машиностроение, 1972. - 105 с.

97. Хворостухин Л.А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. - М.: Машиностроение, 1988. - 144 с.

98. Хейфец С.Г. Аналитическое определение глубины наклёпанного слоя при обработке роликами стальных деталей // Сборник трудов ЦНИИТМАШ. - Москва: Машгиз, 1952. - Т. 49. - C. 7-17.

99. Чекин Г.И. Алмазное выглаживание закаленных сталей // Вестник машиностроения. - 1965. - № 6. - C. 37-40.

100. Чекин Г.И. Исследование процесса выглаживания поверхностей деталей машин алмазным инструментом : Диссертация кандидата технических наук / Г.И. Чекин. - Москва, 1965. - 192 с.

101. Чепа П.А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным деформированием. - Минск: Наука и техника, 1981. - 128 с.

102. Чепа П.А., Андрияшин В.А. Эксплуатационные свойства упрочнённых деталей. - Минск: Наука и техника, 1988. - 192 с.

103. Чижик С.А., others Обеспечение качества изделий в технологических комплексах : Технологические комплексы: проектирование, производство, применение. - Минск: Белорусская наука, 2019. - 248 с.

104. Швецов А.Н., Скуратов Д.Л., Абульханов С.Р. Устройство для алмазного выглаживания отверстий с нагружением выглаживателя центробежной силой // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). - 2011. - № 3-1 (27). - C. 118-122.

105. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. - Л.: Машиностроение, 1982. - 248 с.

106. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: справочник. - СПб.: Политехника, 1998. - 414 с.

107. Яценко В.К., Зайцев Г.З., Притченко В.Ф., Ивщенко Л.И. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием.

- М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

108. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Аверченков В.И. Технологическая наследственность в машиностроении. - Минск: Наука и техника, 1977. - 256 с.

109. Abdulstaar M., Mhaede M., Wollmann M., Wagner L. Effects of shot peening and ball-burnishing on the fatigue performance of al 6082 // Conference Proceedings. - Clausthal-Zellerfeld, Germany: Clausthal University of Technology, 2014.

110. Abdulstaar M., Mhaede M., Wollmann M., Wagner L. Effects of Shot Peening and Ball-burnishing on the Fatigue Performance of Al 6082 // Proceedings of the 12th International Conference on Shot Peening (ICSP-12). - Goslar, Germany, 2014. - C. 142-146.

111. Agletdinov E.A., Yasnikov I.S. Application of recurrence quantification analysis of acoustic emission time series to analysis of a plastic flow of metals // Physical Review E. - 2023. - Vol. 108. - P. 044217.

112. Ashby M.F., Jones D.R.H. Engineering Materials 2: An Introduction to Microstructures, Processing and Design. - 3. - Oxford: Elsevier, 2006. - 451 p.

113. ASME B46.1-2002 Surface texture (surface roughness, waviness, and lay) - New York: American Society of Mechanical Engineers, 2003. - 63 p.

114. Пожар на АО «АвтоВАЗ» 20 июля никак не отразился на работе главного конвейера автозавода: [Электронный ресурс]. РБК / Autonews.ru, 2002. URL: https://www.autonews.ru/news/5825a1019a79474743121750. (дата обращения: 09.11.2025).

115. Balland P., Tabourot L., Degre F., Moreau V. Mechanics of the burnishing process // Precision Engineering. - 2013. - Vol. 37. - No. 1. - P. 129134.

116. Batu T., Lemu H.G., Shimels H. Application of artificial intelligence for surface roughness prediction of additively manufactured components // Materials. -2023. - Vol. 16. - No. 18. - P. 6266.

117. Bobrovskij I., Bobrovskij N., Khaimovich A., Travieso-Rodriguez J.A. Impacts of surface texture and nature of friction on energy-force efficiency of

surface plastic deformation during burnishing // Metals. - 2022. - Vol. 12. -No. 10. - P. 1568.

118. Bukaty A., Akhtamianov R., Sangines Lezama F.A., Mukhin A., Akhtamianova L. Research of Residual Stresses and Deformations for Parts After Shot Peening Using Finite Element Analysis // Eng. - 2025. - Vol. 6. - No. 6. -P. 104.

119. Considère A. Note sur l'apparition d'un étranglement (necking) dans les barres d'acier // Annales des ponts et chaussées. - 1885. - T. 9. - № 1. - C. 574.

120. Cui P., Liu Z., Yao X., Cai Y. Effect of ball burnishing pressure on surface roughness by low plasticity burnishing Inconel 718 pre-turned surface // Materials. - 2022. - Vol. 15. - No. 22. - P. 8067.

121. El-Taweel T.A., El-Axir M.H. Analysis and optimization of the ball burnishing process through the Taguchi technique // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2009. - Vol. 41. - No. 3-4. - P. 301310.

122. El-Tayeb N.S.M., Low K.O., Brevern P.V. Influence of roller burnishing contact width and burnishing orientation on surface quality and tribological behaviour of Aluminium 6061 // Journal of Materials Processing Technology. -2007. - Vol. 186. - No. 1-3. - P. 272-278.

123. Ercetin A., Der O., Akkoyun F., Gowdru Chandrashekarappa M., §ener R., Çaliçan M., Olgun N., Chate G., Bharath K. Review of image processing methods for surface and tool condition assessments in machining // Journal of Manufacturing and Materials Processing. - 2024. - Vol. 8. - No. 6. - P. 244.

124. Felho C., Varga G. 2D FEM investigation of residual stress in diamond burnishing // Journal of Manufacturing and Materials Processing. - 2022. - Vol. 6. - No. 5. - P. 123.

125. Grochala D., Grzejda R., Parus A., Berczynski S. The wavelet transform for feature extraction and surface roughness evaluation after micromachining // Coatings. - 2024. - Vol. 14. - No. 2. - P. 210.

126. Hamadache H., Zemouri Z., Laouar L., Dominiak S. Improvement of

surface conditions of 36 Cr Ni Mo 6 steel by ball burnishing process // Journal of Mechanical Science and Technology. - 2014. - Vol. 28. - No. 4. - P. 14911498.

127. Hassan A.M. The effects of ball- and roller-burnishing on the surface roughness and hardness of some non-ferrous metals // Journal of Materials Processing Technology. - 1997. - Vol. 72. - No. 3. - P. 385-391.

128. Horvatic Novak A., Runje B. Influence of object surface roughness in CT dimensional measurements // 7th Conference on Industrial Computed Tomography (iCT) 2017, 7-9 Feb, Leuven, Belgium/journalAbbreviation: e-Journal of Nondestructive Testing. - 2017. - Vol. 22.

129. Hutsaylyuk V., Lytvynenko I., Maruschak P., Dzyura V., Schnell G., Seitz H. A New Method for Modeling the Cyclic Structure of the Surface Microrelief of Titanium Alloy Ti6Al4V After Processing with Femtosecond Pulses // Materials. - 2020. - Vol. 13. - No. 21. - P. 4983.

130. ISO 25178-2:2021. Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture: Areal - Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters. International Organization for Standardization, 2021. - 64 p.

131. Jeziorski N., Redenbach C. Stochastic geometry models for texture synthesis of machined metallic surfaces: sandblasting and milling // Journal of Mathematics in Industry. - 2024. - Vol. 14. - Stochastic geometry models for texture synthesis of machined metallic surfaces. - No. 1. - P. 17.

132. Jianming W., Feihong L., Feng Y., Gang Z. Shot peening simulation based on SPH method // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2011. - Vol. 56. - No. 5-8. - P. 571-578.

133. John M., Ralls A.M., Kuruveri U.B., Menezes P.L. Tribological, Corrosion, and Microstructural Features of Laser-Shock-Peened Steels // Metals. -2023. - Vol. 13. - No. 2. - P. 397.

134. Juha H., Henrik S. Influence of ultrasonic burnishing on the surface integrity of planar plates // International Journal of Machining and Machinability of Materials. - 2021. - Vol. 23. - No. 5/6. - P. 473.

135. Kanovic Z., Vukelic D., Simunovic K., Prica M., Saric T., Tadic B., Simunovic G. The modelling of surface roughness after the ball burnishing process with a high-stiffness tool by using regression analysis, artificial neural networks, and support vector regression // Metals. - 2022. - Vol. 12. - No. 2. - P. 320.

136. Khanna H., Singh H. Burnishing Process for Surface Enhancement in Manufacturing Industry: A Comprehensive Review // International Refereed Journal of Engineering and Science (IRJES). - 2024. - Vol. 13. - No. 5. - P. 101-109.

137. Kocks U.F., Mecking H. Physics and phenomenology of strain hardening: the FCC case // Progress in Materials Science. - 2003. - Vol. 48. -No. 3. - P. 171-273.

138. Пожар на «движках»: как в 1993 году был уничтожен завод двигателей КАМАЗа: [Электронный ресурс]. 5 Колесо, 2023. URL: https://5koleso.ru/articles/istoriya-avto-brendov/pozhar-na-dvizhkah-kak-v-1993-godu-byl-unichtozhen-zavod-dvigatelej-kamaz/. (дата обращения: 09.11.2025).

139. Kulakowska A., Bohdal L. Researches and simulation of elastic recovery phenomena during roller burnishing process of macro-asperities of surface // Materials. - 2020. - Vol. 13. - No. 22. - P. 5276.

140. Lee S.K., Ko H. Generative machine learning in adaptive control of dynamic manufacturing processes: a review. Generative machine learning in adaptive control of dynamic manufacturing processes. - arXiv, 2025.

141. Li X., Guo Z., Yang S., Zhang H., Wang Z. Study on the effect of milling surface plastic deformation on fatigue performance of 20Cr and TC17 specimens // Metals. - 2022. - Vol. 12. - No. 5. - P. 736.

142. Lu G.X., Wang R.Z., Liu J.D., Zhou Y.Z. Formation mechanism of residual stress field induced by surface strengthening process // Journal of Testing and Evaluation. - 2020. - Vol. 48. - No. 4. - P. 2936-2945.

143. Luca L., Neagu-Ventzel S., Marinescu I. Effects of working parameters on surface finish in ball-burnishing of hardened steels // Precision Engineering. -2005. - Vol. 29. - No. 2. - P. 253-256.

144. Nesterkin G., Konkin M., Golinitsky P., Cherkasova E., Antonova U.

Justification of the method of surface plastic deformation to strengthen the surface of the shaft under the cuff during repair // E3S Web of Conferences. - 2023. -Vol. 458. - P. 10017.

145. Oliveira D.A.D., Brito P.P., Magalhâes F.D.C., Azzi P.C., Ardisson J.D., Abrâo A.M. Influence of low plasticity burnishing on the formation of strain induced martensite in the surface layer // Journal of Materials Research and Technology. -2023. - Vol. 27. - P. 4573-4594.

146. Patir N., Cheng H.S. An average flow model for determining effects of three-dimensional roughness on partial hydrodynamic lubrication // Journal of Lubrication Technology. - 1978. - Vol. 100. - No. 1. - P. 12-17.

147. Pawlus P., Reizer R., Wieczorowski M. Functional importance of surface texture parameters // Materials. - 2021. - Vol. 14. - No. 18. - P. 1-29.

148. Poozesh A., Arezoo B. An analytical model for predicting residual stress in shot peening with strain energy method // Scientific Reports. - 2024. - Vol. 14.

- No. 1. - P. 19826.

149. Popov A.N., Melnikov P.A., Bobrovskii I.N., Grechnikov F.V. Stochastic Simulation Model of Surface Microrelief after Machining with an Abrasive Tool // Russian Engineering Research. - 2025. - T. 45. - № 10. -C. 1428-1432.

150. Popov A.N., Melnikov P.A., Bobrovskii I.N., Grechnikov F.V., Glazunov M.A. Validation of a Simulation Model of Microrelief after Abrasive Machining // Russian Engineering Research. - 2025. - T. 45. - № 10. - C. 14331436.

151. Prevéy P.S., Jayaraman N., Cammett J. Overview of Low Plasticity Burnishing for Mitigation of Fatigue Damage Mechanisms // Proceedings of the 9th International Conference on Shot Peening (ICSP-9). - Marne la Vallée, France, 2005. - C. 260.

152. Revankar G.D., Shetty R., Rao S.S., Gaitonde V.N. Analysis of surface roughness and hardness in ball burnishing of titanium alloy // Measurement. - 2014.

- Vol. 58. - P. 256-268.

153. Saalfeld S., Wegener T., Scholtes B., Niendorf T. Thermal stability of residual stresses in differently deep rolled surface layers of steel SAE 1045 // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2021. - Vol. 30. - No. 8. -P. 6160-6166.

154. Schulze V. Modern mechanical surface treatment: states, stability, effects. - Weinheim: Wiley-VCH, 2006. - 375 p.

155. Scientific Forming Technologies. DEFORM v11.2 User's Manual; Scientific Forming Technologies Corporation: Columbus, OH, USA, 2017.

156. Shang S., Jiang G., Sun Z., Tian W., Zhang D., Xu J., Cheung C.F. Roughness prediction of end milling surface for behavior mapping of digital twined machine tools // Digital Twin. - 2023. - Vol. 3. - P. 4.

157. Shiou F.-J., Chuang C.-H. Precision surface finish of the mold steel PDS5 using an innovative ball burnishing tool embedded with a load cell // Precision Engineering. - 2010. - Vol. 34. - No. 1. - P. 76-84.

158. Skoczylas A., Zaleski K. Study on the surface layer properties and fatigue life of a workpiece machined by centrifugal shot peening and burnishing // Materials.

- 2022. - Vol. 15. - No. 19. - P. 6677.

159. Teimouri R., Amini S., Ashrafi H. An analytical model of burnishing forces using slab method // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. - 2019. - Vol. 233. - No. 3.

- P. 630-642.

160. Travieso-Rodriguez J.A., Gomez-Gras G., Dessein G., Carrillo F., Alexis J., Jorba-Peiro J., Aubazac N. Effects of a ball-burnishing process assisted by vibrations in G10380 steel specimens // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2015. - Vol. 81. - No. 9-12. - P. 1757-1765.

161. Vishwanatha J.S., Srinivasa Pai P., D'Mello G., Sampath Kumar L., Bairy R., Nagaral M., Channa Keshava Naik N., Lamani V.T., Chandrashekar A., Yunus Khan T.M., Almakayeel N., Ahmad Khan W. Image-processing-based model for surface roughness evaluation in titanium based alloys using dual tree complex wavelet transform and radial basis function neural networks // Scientific Reports. -

2024. - Vol. 14. - No. 1. - P. 28261.

162. Wagner L., Ludian T., Wollmann M. Ball-Burnishing and Roller-Burnishing to Improve Fatigue Performance of Structural Alloys // Engineering Against Fracture/ eds. S. Pantelakis, C. Rodopoulos. - Dordrecht: Springer Netherlands, 2009. - P. 1-11.

163. Wang H., Wang X., Tian Y., Ling Y. Study on surface residual stress of 42CrMo steel treated by ultrasonic rolling extrusion // Scientific Reports. - 2023. - Vol. 13. - No. 1. - P. 6956.

164. Weidner A., Biermann H. Review on Strain Localization Phenomena Studied by High-Resolution Digital Image Correlation // Advanced Engineering Materials. - 2021. - Vol. 23. - No. 4. - P. 2001409.

165. Xue L. Localization conditions and diffused necking for damage plastic solids // Engineering Fracture Mechanics. - 2010. - Vol. 77. - No. 8. - P. 12751297.

166. Yasnikov I.S., Vinogradov A., Estrin Yu. Revisiting the Considere Criterion from the Viewpoint of Dislocation Theory Fundamentals // Scripta Materialia. - 2014. - Vol. 76. - P. 37-40.

167. Zhang L., Liu J., Zhuang C. Digital twin modeling enabled machine tool intelligence: a review // Chinese Journal of Mechanical Engineering. - 2024. -Vol. 37. - Digital twin modeling enabled machine tool intelligence. - No. 1. -P. 47.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Утверждаю:

Главныйашженер МСП ОАО «АВТОВАЗ»

авньнышжеш

« 5 »

А.1 Короткевич

/ / 2003 г.

Утверждаю: Начальник ПНУ ОАО «АВ ГОВАЗ»

В.Ь. Квшко

2003 г.

/

Расчет экономического )ффекта (технико-экономическое обоснование) при реализа-

цни проекта: «Совершенствование финишной обрабо1кн наружных цилиндрических поверхностей детален автомобилей ВАЗ на основе гехнологин бсзсожсвою по-верхностно-пластическо! о деформирования».

1. Цель работы

Целью данной работы является создание усовершенствованной технологии финишной обработки поверхностно-пластическим деформированием наружных цилиндрических поверхностей деталей автомобилей ВАЗ без использования СОЖ, что позволит при замене оборудования использовать станки отечественного производства взамен более дорогостоящим импортным. Работа рассчитана на периоде 01.01.2004 по 31.12.2008 гг.

Сухая обработка представляет с сегодняшней точки зрения наиболее эффективное начинание, обеспечивающее комбинирование экологических целей с экономическими преимуществами в области технологии обработки.

В настоящее время на ОАО «АВТОВАЗ» на финишных операциях используется ленточно-полировальные станки, в которых в качестве СОЖ используется масло РЖ-8.

Внедрение усовершенствованной технологии позволит решить следующие проблемы:

1. снижение пожароопасное™, так как РЖ-8 имеет сравнительно малую температуру вспышки.

2. улучшение условий труда:

3. повышение экологической безвредности производства:

4. повышение качества выпускаемых изделий;

5. снижение затрат на закупку, хранение, транспортировку и утилизацию СОЖ.

6. снижение затрат на инструмент и оснастку;

7. снижение затрат па оборудование ранее закупавшееся по импорту.

Из-за отсутствия исходных данных в этом расчете пе учитывается экономический эффект от:

• снижения пожароопасности;

• сокращения затрат на хранение, транспортировку и утилизацию СОЖ;

• улучшения условий труда;

• повышения эколо! ической безвредности производства;

• улучшения физико-механических свойств обработанной поверхности и. как следствие. увеличение долговечности деталей и узлов автомобилей.

В рамках данного проекта предполагается провести анализ преимущества внедрения в производство полировальных станков отечественного производства с использованием новых технологий:

полировальный станок для обработки сальниковой шейки корпуса внутреннего шарнира 21080-2215064 2 шт. (станок-аналог № 012.724.33):

полировальный станок для обработки сальниковой шейки вала первичного КПП 21100-1701030 2 шт. (станок-аналог № 012.751/701.33): что позволит сократить расходы на закупку оборудования по импорту.

Экономический эффект при реализации проекта образуется за счет модернизации действующего оборудования (см. приложение , выделенные позиции), что позволит сократить расходы на СОЖ и инструменты (см. п.2.1 и п. 2.2), также результаты полученные при модернизации позволят изготовлять отечественные станки и внедрять их в производство взамен зарубежного оборудования, что сократит расходы по импорту (см. п. 2.3).

2. Расчет экономического эффекта от реализации проекта

2.1. Экономический эффект от применении безеожевой обработки

Согласно данным МСП годовой расход СОЖ на полировальных станках № 012.724.33 (2 шт.). № 012.751/701.33 (2 шт.) составляет 19696.92 кг в год. В качестве СОЖ на данном оборудование применяется масло марки РЖ8 (ЖТКЗ). цена которого состав.1Я-ет 9.62 руб. за 1 кг (без НДС).

Дополнительная прибыль при безеожевой обработки составит: Пр.сож = Цсож Расход 1,2 = 9,62 19696,92 1,2 = 227 381 руб/год; где 1.2 коэффициент, учитывающий непредвиденный расход СОЖ,

2.2. Экономический эффект от применения нового инструмента

В результате внедрения нового оборудования в качестве инструмента будет использоваться широкие выглаживатели, взамен полировальной ленты. Затраты но базовому и проектному варианту составят:

Xu'lmr = Цленты ■ Нленты ■ Пг ■ Куб ,

XL,,,. = Цинтр ■ Нинстр • Пг • Куб ; где и 3Z - затраты на инструмент соответсвенно по базовому и проектному вари-

анту; Цленты и Цинстр - цена полировальной ленты и выглаживателей соответсвенно; Нленты - норма расхода полировальной ленты и инструментов-выппаживателей на одну деталь соответственно; Пг - годовая программа выпуска, шт (см. приложение ): Куб коэффициент случайной убыли инструмента.

Затраты при обработке корпуса внутреннего шарнира 21080-2215064:

= Цленты ■ Нленты ■ Пг ■ куб =78 0.0005 1045000 1.2 = 48906 руб/год,

'K'Lp, = Цинтр ■ Нинстр • Пг • Куб = 400 0.000067 1045000- 12 33607 руб/год.

Затраты при обработке вала первичного Kill I 21100-1701030:

3Z;;Hip Цленты ■ Нленты ■ Пг ■ Куб = 78 0.0005 462346 1,2 = 21638 руб/год,

3Zcmp = Цинтр ■ Нинстр ■ Пг ■ Куб = 400 0.000067 462346 1.2 =14869 руб/год. Общие затраты на инструмент по 2-м позициям: Г= (48906+21638) = 70 544 руб/год;

VLp = (33607+14869) = 48 476 руб/год.

2.3 Необходимые капитальные вложения

Согласно проекту предлагается в дальнейшем на финишных операциях внедрять в производство новое отечественное оборудование, взамен приобретаемого по импорту. Стоимость импортных (как правило в МСП на полировальных операциях используются немецкие станки ф, «Nagel») полировальных станков, используемых на финишных операциях при обработке цилиндрических поверхностей, колеблется от 250 то 450 тыс. долларов США. В дальнейшем в расчетах принимается средняя стоимость одного станка 350 тыс. долларов. С учетом курса доллара США цена оборудования в базовом варианте ¡i рублях составит:

Цоббаз = Цоб$-Курс$ No6 - 350 000-30.54 = 42 700 000 руб. Количество вводимого оборудования, как в базовом, так и в проектном вариантах Noo =4 шт.

Новое оборудование согласно проекту предлагается изготавливать на заводах (ill или России, что приведет к снижению цены оборудования в 2...3 раза, в расчет примем снижение стоимости в 50 %. при этом стоимость оборудования в проектном варианте составит: Цоб„р Цобпа*50%/100 = 21 350 000 руб.

3. Расчет суммарного экономического эффекта от реализации проекта

Расчет ведется по «Методическому пособию для расчета экономического эффекта от использования изобретений и рационализаторских предложений», Москва, ВНИИПИ, 1985 год.

Э-Зб-ЗП-ЗД (3.1.)

где: Э - экономическое преимущество предлагаемого варианта перед базовым. Зц - затраты по базовому варианту:

•)баз.

3=3

o oa¡. ™ cm -"СОЖ micmp

гДе: Зет' = Ц°ббаз = 42 700 ООО руб - затраты на приобретения и монтаж оборудования по базовому варианту

З'сож =227 381 руб - затраты на СОЖ по базовому варианту (см. п. 2.1); Зшстр. = 7(1 544 РУб - затраты на инструмент по базовому варианту (см. п. 2.2); Зц - затраты по предлагаемому варианту:

О _ Г>"Р- , ■ Э"Р-

-'к ст. т -'СОЖ ■Зинстр

рде: Хт. = Цобпр = 21 350 ООО руб - затраты на приобретения и монтаж оборудования по проектному варианту;

3сож =0 РУб - (в проектном варианте предполагается обработка без использования СОЖ);

32стр. = 48 476 РУб - затраты на инструмент по проектному варианту (см. п. 2.2).

Зц- затраты на продвижение договора (научные исследовательские работы, разработка документации, проведение опытов, изготовление приспособлений для проведения экспериментов):

Зд = 18 ООО ООО руб (см. табл. 2.1). подставив данные в ф. 3.1. получим:

Э = 3Б - 3„ - Зд ■ Ен =(42 700 000+227 381+70 544)-(21 350 000+0+48 476)-18 000 000 = = 42 997 925 - 21 398 476 - 18 000 000 = 3 599 449

Суммарный экономический эффект от внедрения результатов данной работы составит:

Э = 3 599 449 руб

О т МСП: Начальник ПБО Начальник ОПиКР Начальник ОАЭСП /Начальник ОАИ ^Начальник ОПиОИиО Начальник ОАМ О т ТГУ:

Ведущий научный сотрудник Научный сотрудник Младший научный сотрудник

1

/

>?r

^ "И- ^

rjfáé^r

A.Н. Глазунов О.Д. Розенков Л.З.Михаленко

B.Н Гришин В.Н.Гвоздев В.А. Кореневский

Н.М. Бобровский H.A. Мельников A.C. Селиванов

/.L-/

¿1/fV»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИИ

Содержание

1. Общие положения

2. Испытание выглаживающего инструмента на стойкость в условиях действующего производства

2.1. Подготовка выглаживающего инструмента к испытаниям

2.2. Подготовка обрабатываемой поверхности к испытаниям

2.3. Подготовка оборудования и оснастки к испытаниям

2.4. Порядок проведения стойкостных испытаний

3. Испытание выглаживающего инструмента на стойкость в лабораторных условиях

3.1. Подготовка выглаживающего инструмента к испытаниям

3.2. Подготовка обрабатываемой поверхности к испытаниям

3.3. Подготовка оборудования и оснастки к проведению испытаний в лабораторных условиях

3.4. Порядок проведения стойкостных испытаний в лабораторных условиях

4. Методика определения площади износа

5. Обработка экспериментальных данных

1. Общие положения

1.1. Настоящая программа и методика испытаний (далее ПМ) устанавливает порядок, объем и содержание испытаний на стойкость широких выглаживателей 41.1429.5172 (рис. 2.1,а) для обработки сальниковых шеек вала коленчатого 2108-1005020 и алмазных выглаживателей 02.2857.9001 для обработки сальниковых шеек корпуса внутреннего шарнира 2123/21212215064/65 (рис. 2.1,б).

1.2. В настоящей ПМ отражены алгоритмы испытаний, как в условиях действующего производства, так и в лабораторных условиях:

1.2.1 Целью испытаний инструментов на стойкость в производственных условиях является определение фактического периода стойкости инструмента в производственных условиях при заданных параметрах обработки. Критерием стойкости испытуемого инструмента является его способность обеспечивать заданное качество обработки, а именно нахождение шероховатости Яа обработанной поверхности детали в поле допуска заданном на чертеже (при обработке вала коленчатого 2112-1005020 широким выглаживателем 41.1429.5172 требование по шероховатости к^™ =0,2.0,4

мкм; при обработке корпуса внутреннего шарнира 2123/2121-2215064/65 алмазным выглаживанием 02.2857.9001 требование по шероховатости ячаер,п

<0,25 мкм).

1.2.1. Целью испытаний инструментов на стойкость в лабораторных условиях является определение зависимости влияния параметров обработки Р, и на интенсивность износа при заданных физикомеханических и

химических свойств пары деталь-инструмент, где Р - сила прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности, Н; и - скорость обработки, м/с;

- количественная величина интенсивности износа испытуемого инструмента, показывающая скорость прироста едини площади пятна износа инструмента к пройденному пути инструмента, мм/м.

1.3. По результатам испытаний составляется Протоколы испытаний (см. приложение).

2. Испытание выглаживающего инструмента на стойкость в условиях действующего производства

2.1. Подготовка выглаживающего инструмента к испытаниям

Выглаживающие инструменты должны соответствовать требованиям чертежа (см. приложение, см. рис. 1), при этом шероховатость рабочей поверхности выглаживающего инструмента должна соответствовать К = 0,01.0.02 мкм (замеры по шероховатости рабочей части инструмента производить на профилографе-профилометре Perthmeter S10D, заводской номер 6564 или другом профилгорафе-профилометре с точностью измерения не ниже АЯа ±0,005 мкм). Перед началом стойкостных испытания необходимо зафиксировать химический состав и физикомеханические свойства рабочей части выглаживающего инструмента.

а) широкий выглаживатель 41.1429.5172; б) алмазный выглаживатель

Тдердый сплаб

Алмаз синтетический или природный

\

а)

02.2857.9001

2.2. Подготовка обрабатываемой поверхности к испытаниям

В качестве заготовок при проведении стойкостных испытаний при испытании широкого выглаживателя 41.1429.5172 применяется вал коленчатый 21121005020 после операции 170/190 (окончательное шлифование). Требования, предъявляемые к поверхности (см. рис. 2):

• геометрическая точность размеров: 080-0,05 мм, 028_<),03мм;

• исходная шероховатость поверхности Яа = 0,7... 0,8 мкм;

• максимально допустимая погрешность некруглости о0,005 мм;

• максимально допустимое отклонение от прямолинейности - 0,005 мм;

• твердость обрабатываемой поверхности ИЯС 42... 48;

• обрабатываемый материал ВЧ 75-50-03.

Рис. 2. Заготовка для проведения стойкостных испытаний широкого

выглаживателя 41. 1429.5172

В качестве заготовок при проведении стойкостных испытаний при испытании алмазного выглаживателя 02.2857.9001 применяется корпус внутреннего шарнира 2123/2121-2215064/65 после операции 150 (окончательно шлифование). Требования, предъявляемые к поверхности (см. рис. 3):

- геометрическая точность размеров: 040-0,05 мм;

- исходная шероховатость поверхности Яа = 0,7.0,8 мкм;

- максимально допустимая погрешность некруглости о0,005 мм;

- твердость обрабатываемой поверхности ИЯС 62. 65;

- обрабатываемый материал Сталь 17ХГ.

Рис. 3. Заготовка для проведения стойкостных испытаний алмазного

выглаживателя 02.2857.9001

Физикомеханические и геометрические параметры заготовок должны оставаться неизменными до завершения испытаний инструментов на стойкость.

2.3. Подготовка оборудования и оснастки к испытаниям

Испытания выглаживающих инструментов на стойкость осуществляется в действующем производстве:

- испытание широких выглаживателей 41.1429.5172 осуществляется на станке 012.724.32. Режимы обработки настраиваются в соответствии с Техническое описание и инструкция по эксплуатации 012.724.32.00.000 ТО и остаются неизменными до завершения испытаний инструментов на стойкость.

- испытание алмазных выглаживателей 02.2857.9001 осуществляется на станке 012.001.335. Режимы обработки настраиваются в соответствии с

Техническое описание и инструкция по эксплуатации 012.001.335.00.000 ТО и остаются неизменными до завершения испытаний инструментов на стойкость.

Замеры шероховатости обработанной поверхности осуществляется нп профилографе-профилометре:

- Беп&х при замере шероховатости обработанной поверхности вала коленчатого 2112-1005020 (испытание широких выглаживателей 41.1429.5172);

- РегШше1ег БЮБ (заводской номер 6564) при замере шероховатости обработанной поверхности корпуса внутреннего шарнира 2123/21212215064/65 (испытание алмазных выглаживателей 02.2857.9001).

2.4. Порядок проведения стойкостных испытаний

Испытания выглаживающих инструментов на стойкость в производственных условиях осуществляется в следующей последовательности:

1. Подготовительный этап:

1.1. Подготовка оборудования, задействованного в стойкостных испытаниях, согласно требованиям, указанным в п. 2.3.

1.2. Подготовка испытуемых выглаживающих инструментов в соответствии с требованиями, указанными в п. 2.1.

1.3. Подготовка обрабатываемой поверхности в соответствии с требованиями, указанными в п. 2.2.

2. Алгоритм проведения испытаний в производственных условиях:

2.1. В процессе стойкостных испытаний выглаживающих инструментов, замерам по шероховатости подвергаются обработанные поверхности деталей в последовательности, представленной в таблице 1. При этом шероховатость обработанной поверхности замеряется в 3-х точках, расположенных под углом 60°, за истинное значение принимается среднеарифметическое.

Таблица 1

Порядок проведения замеров по шероховатости

№ замера 1 2 3 4 n

№ детали 1 10 100 200 (n-2)100

Примечание: n - номер замера, при котором зафиксирован выход

шероховатости обработанной поверхности Яа за пределы поля допуска.

2.2. После фиксации выхода шероховатости Яа за поле допуска, испытания на стойкость установленной пары выглаживающих инструментов заканчиваются.

В целях избежания случайных погрешностей испытанию на стойкость подвергаются минимум 5 пар инструментов (идентичных по химическому составу и физикомеханическим свойствам) без изменения условий проведения испытаний (параметров обработки, физикомеханических и геометрических параметров поверхности детали, подвергаемой обработки).

3. Обработка результатов эксперимента:

3.1. Все данные, полученные в ходе стойкостных испытаний обобщаются и вносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты замеров

№ обр-ной детали Пройденный Результаты замеров шероховатости Яа, мкм Среднее значение Ra, мкм

путь инструментом Ь, м при обработке 1-ой парой при обработке n-ой парой

инструментов инструментов

1 2 3 4 5 6

Ra1 = Ra1 = Ra1 =

1 Ra2 = Ra2 = Ra2 = -^ср

Ra3 = Ra3 = Ra3 =

Ra1 = Ra1 = Ra1 =

10 Ra2 = Ra2 = Ra2 = -^ср

Ra3 = Ra3 = Ra3 =

Ra1 _ Ra1 _ Ra1 _

n Ra2 = Ra2 = Ra2 = Raср

Ra3 = Ra3 = Ra3 =

В таблице 2. пройденный путь инструментом L (см. столбец 2) в процессе стойкостных испытаний рассчитывается по следующей формуле:

L = ndN • n, (1)

где d - диаметр шейки обрабатываемой детали, м; N - число совершаемых оборотов деталью под нагрузкой выглаживателей; n - номер обработанной детали. Результаты замеров шероховатости обрабатываются согласно п. 5.

3.2. Построение графика отражающего процесс износа во времени как функцию f = Ra(L), где Ra - шероховатость обработанной поверхности, L -пройденный путь инструментом.

3.3. Определение критического состояния выглаживающего инструмента, как максимально допустимая площадь площадки износа, после увеличения которой обработка выглаживанием не обеспечивает заданные параметры согласно методике, предложенной в п. 4.

3. Испытание выглаживающего инструмента на стойкость в

лабораторных условиях

3.1. Подготовка выглаживающего инструмента к испытаниям

При проведении испытаний инструментов на стойкость в лабораторных условиях требования к рабочей поверхности предъявляются такие же, как в п. 2.1.

3.2. Подготовка обрабатываемой поверхности к испытаниям

В качестве заготовок при проведении стойкостных испытаний в лабораторных условиях применятся специальные образцы (см. рис. 4), со следующими физико-механическими и геометрическими параметрами обрабатываемых поверхностей:

• геометрическая точность размеров: 031,8-о,о5 мм;

• исходная шероховатость поверхности Ra = 0,7... 0,8 мкм;

• максимально допустимая погрешность некруглости о0,005 мм;

максимально допустимое отклонение от прямолинейности - 0,005 мм;

Рис. 4. Образцы для проведения испытаний выглаживающих инструментов на стойкость в лабораторных условиях

3.3. Подготовка оборудования и оснастки к проведению испытаний в лабораторных условиях

Испытания выглаживающих инструментов на стойкость в лабораторных условиях осуществляется с помощью оснастки двухинструментального устройства для широкого выглаживания (см. рис. 5), которое содержит два рычага 1, закрепленных на державке 2, с помощью которой устройство закрепляется в суппорте токарного станка. К рычагам крепятся пружина 3, обеспечивающая разжим рычагов, гидроцилиндр 4 и инструменты 5. Гидроцилиндр содержит шток 6, который поджимает инструменты к поверхности детали с силой ^ которая регулируется установкой давления в гидроцилиндре с помощью винта 7, снабженного поршнем и маховичком. С помощью манометра 8 обеспечивается установка заданного давления. Устройство включает конструктивное решение, которое позволяет устранить образование следов инструмента (впадин) на поверхности детали в конце обработки после остановки вращения детали. Суть этого решения состоит в том, что в конце обработки давление в гидроцилиндре плавно уменьшается, что ведет к постепенному снижению усилия F и плавному отводу

инструментов от поверхности детали. На рисунке 6 изображен внешний вид устройства.

Рис. 5. Устройство для проведения испытаний широких выглаживателей на

стойкость в лабораторных условиях

Рис. 6. Внешний вид устройства для проведения испытаний широких выглаживателей на стойкость в лабораторных условиях

3.4. Порядок проведения стойкостных испытаний в лабораторных условиях

Испытания выглаживающих инструментов на стойкость в лабораторных условиях осуществляется в следующей последовательности:

1. Подготовительный этап:

1.1. Подготовка оборудования, задействованного в стойкостных испытаниях, согласно требованиям, указанным в п. 3.3

1.2. Подготовка испытуемых выглаживающих инструментов в соответствии с требованиями, указанными в п. 3.1.

1.3. Подготовка обрабатываемой поверхности в соответствии с требованиями, указанными в п. 3.2.

2. Алгоритм проведения испытаний в лабораторных условиях: