Раздел 2
Методологические основы формирования
эксплуатационных характеристик изделий из
технической керамики при алмазном шлифовании
2.1. Методология исследования формирования качества поверхностного слоя деталей
из технической керамики на основе системного анализа
2.1.1 Этапы формирования эксплуатационных свойств деталей из ТК. Применение ТК
требует новых принципов конструирования [18,156], так, например, при
проектировании изделий из керамики рекомендуется избегать значительных
концентраций напряжений и использовать более чем четырехкратные запасы по
сравнению с расчетной прочностью при изгибе. При проектировании приходится
отклоняться от форм изделий, признанных для металлов оптимальными. Необходимо,
чтобы уровень напряжений в процессе эксплуатации был ниже прочности материала
при заданном уровне вероятности разрушения.
С развитием исследований по линейной и нелинейной механике деформирования и
разрушения хрупких неметаллических материалов как научной основы обоснования
прочности, ресурса и безопасности машин базируются на местных напряжениях уэ,
на учете размеров дефектов , коэффициенты интенсивности напряжений K1c, от
эксплуатационных нагрузок Pэ и температурные условия нагружения Tэ с введением
требований по прочности, ресурсу. На стадии проектирования проводится анализ
прочности на основе зависимостей вида (1.5).
На стадии изготовления изделий решаются вопросы выбора, обоснования технологии
изготовления материалов, устанавливаются требования к геометрической форме
деталей и их отклонения, к качеству поверхности, обосновывается уровень
допустимой дефектности.
Требования к физико-механическим свойствам материала и поверхностному слою
детали вытекают из ее назначения, места и условий эксплуатации. Под термином
«качество поверхности» подразумевается совокупность свойств поверхностного слоя
обрабатываемого материала (точность деталей, шероховатость, плотность
дислокаций, дефектность структуры и другие характеристики). Для обеспечения
надежности работы деталей из керамических материалов необходимо уменьшать
разброс показателей качества изделий, к наиболее важным из которых относится их
прочность.
Обычно процессы повреждения и разрушения формируются в поверхностных слоях
деталей и элементов машин и конструкций. Для обеспечения требуемых
эксплуатационных характеристик необходимо установить взаимосвязь прочности
деталей из конструкционной керамики с параметрами поверхностного слоя.
Надежность машиностроительной продукции может быть достигнута за счет улучшения
качественных показателей поверхностного слоя.
В соответствии с системным подходом [30] производство, эксплуатацию и
утилизацию деталей (изделий) из керамики можно рассматривать как техническую
систему, а другую часть материального мира, с ней связанную, рассматривают как
окружающую среду. Рассматриваемая система «жизненного цикла» деталей из ТК
имеет иерархическое строение (рис.2.1) и состоит из подсистем: синтеза порошка,
получения заготовки, механической обработки, упрочнения поверхностного слоя,
эксплуатации и утилизации. Каждая из подсистем в свою очередь подразделяется на
подсистемы. Так, например, подсистема получения заготовки включает в себя
подсистемы смешивания, формообразования, предварительной механической обработки
(может, как быть, так и отсутствовать) и спекания. Каждая из подсистем включает
в себя множество элементов (состав которых зависит от выбранного метода
получения заготовки), взаимосвязанных между собой и образующих единое целое.
Любую составную часть системы можно выделить и рассматривать отдельно. Эта
изолированность относительна, так как взаимодействие между вы-
деленной частью и другими подсистемами, окружающей средой влияет на поведение и
свойства этой части. Делимость системы позволяет без потери главных свойств
упростить изучение сложных систем.
Входные переменные, обозначаемые вектором Xj=(xj1, xj2,…, xjn) и подаваемые на
вход j-ой технической подсистемы, в заданный промежуток времени работы
подсистемы остаются неизменными. Входные переменные поступают на вход как от
предыдущих подсистем, так и являются параметрами настройки оборудования,
которые не меняются при изготовлении одной детали (изделия).
Вектором, поступающим на вход j-ой подсистемы Gj(ф)=(gj1(ф), gj2(ф),… gjr(ф)),
обозначено управляющее воздействие, которое представляет совокупность входных
переменных, изменяющихся по заданному закону. Вектор Щj(ф) объединяет
неконтролируемые, случайно изменяющиеся переменные, поступающие из среды на
подсистему, а также случайные отклонения от заданных значений векторов Xj и
Gj(ф).
Каждая подсистема функционирует во времени ф и находится в одном из возможных
состояний zi. В течение времени подсистемы переходят из одного состояния в
другое, из множества возможных состояний системы, которое характеризуется
совокупностью параметров состояния, задаваемых вектором Zj(ф)=(zj1(ф),
zj2(ф),…,zjk(ф)). Параметры состояния представляют собой реализации случайных
функций, и состояние подсистемы Zj(ф) для произвольного момента времени ф>фo
определяется по предыдущим состояниям случайным оператором Hj переходов j – ой
подсистемы .
В процессе функционирования и взаимодействия подсистем с внешней средой на их
выходе мы имеем результат, который характеризуется векторами выходных
параметров подсистем Yj(ф)=(yj1(ф), yj2(ф),…, yjl(ф)). Выходные параметры
подсистем определяются параметрами состояния Zj(ф) и в общем случае могут быть
описаны в зависимости от входных сигналов с помощью операторов сопряжения [30].
Выходные параметры полностью или частично поступают на вход следующей
подсистемы. Поэтому каждая посл
- Київ+380960830922