Качество, работоспособность и продолжительность эксплуатации наиболее ответственных деталей машин в значительной степени определяются состоянием и свойствами поверхностного слоя рабочих поверхностей, подвергаемых различным видам финишной обработки. В последние годы в качестве окончательной обработки ответственных поверхностей деталей машин и элементов технологической оснастки наиболее перспективными являются комбинированные упрочняюще-отделочные процессы, которые создаются на базе электрофизических методов обработки, позволяющих наиболее гибко управлять свойствами рабочих поверхностей тяжелонагруженных деталей. В предлагаемых исследованиях рассматривалась комбинированная упрочняюще-отделочная обработка на основе лазерного или электромеханического упрочнения и последующей отделочной обработки с применением инструментов из синтетических сверхтвердых материалов (алмазное выглаживание или виброполирование). На стадии упрочняющей обработки представлялось возможным управлять металлофизическими характеристиками поверхностных слоев деталей машин, например твердостью, а на стадии отделочной обработки - параметрами, определяющими микрогеометрию. Одним из недостатков лазерного упрочнения является ухудшение поверхности, особенно если упрочнение производится с режимами, вызывающими частичное или полное оплавление поверхностного слоя. Это вызывает, если принять во внимание значительное увеличение микротвердости упрочненных поверхностей, повышенный износ сопряженной поверхности контртел. Интенсивность изнашивания контртел из бронзы Бр 05Ц5С5, сопрягаемых с цилиндрическими образцами из стали 45, упрочненными лазерной обработкой, приведена в табл. 1. Испытания проводились при смазке маслом «Индустриальное 12», скорости скольжения 0,9 м/с и давлении 2,2 МПа.   Таблица 1 Шероховатость упрочненных лазерной обработкой образцов из стали 45и интенсивность изнашивания контртел из бронзыПлотность энергииизлучения (Q)Коэффициент перекрытия пятен и Rmax, мкм (в скобках)П1 = 0П2=0,5 Q1 = 1,3 Дж/мм2   Q2 = 2,5 Дж/мм2331,85281,01(3,28) 1721,151242,51(8,25)296,78217,91(2,78) 1897,152049,05(5,94)    Диаметр пятна контакта лазерного луча с обрабатываемой поверхностью составлял 4 мм. Образцы изготавливались из стали в стадии поставки.Дисперсионный анализ экспериментальных данных (табл. 2) показал, что интенсивность изнашивания контртел из бронзы зависит в основном от плотности энергии излучения Q.  Таблица 2 Результаты дисперсионного анализа экспериментальных данныхИсточник влиянияЧисло степеней свободыСумма квадратовСредний квадратF-отношениеФакторы: 11 4173608,3  4173966,0 2,98Взаимодействие1144913,0144913,04,46Случайные факторы 4129887,932472,0-Сумма74545290,7--  Поскольку лазерная и электромеханическая обработка вызывают существенное повышение микротвердости поверхностных слоев (до 8000-9000 МПа), а также учитывая то, что поверхностные слои имеют ограниченную глубину упрочнения, в качестве отделочных операций целесообразно принять методы поверхностного пластического деформирования (алмазное выглаживание) и алмазно-абразивной обработки (алмазное виброполирование).После последующей механической обработки упрочненных лазерной обработкой образцов алмазным виброполированием интенсивность изнашивания контртел из бронзы значительно уменьшилась (в отдельных случаях на несколько порядков) и составила от 2,19·10-7 до 5,8·10-11 (табл. 3).Параметр шероховатости Rmaх образцов после алмазного выглаживания уменьшается в среднем в 2 раза - с 3,26 до 1,49 мкм, после алмазного виброполирования - в среднем в 2,3 раза, с 2,83 до 1,31 мкм. Таблица 3 Интенсивность изнашивания контртел из бронзы Бр 05Ц5С5 J·10-9, трущихся в паре с упроченными лазерной обработкой образцами из стали 45Плотность энергии излучения (Q)  Механическая обработкаАлмазное виброполирование (M1)Алмазное выглаживание (М2)Коэффициент перекрытия пятен (П)П1 = 0П2 = 0,5П1 = 0П2 = 0,5Q1 = 1,3 Дж/мм2 Q 2=2,5 Дж/мм2108,150  93,1700,132  55,7420,083 186,9760,058  0,157 Влияние фактора Q оказывается менее существенным, изнашивание больше зависит от метода последующей механической обработки стальных образцов (наименьшая интенсивность изнашивания соответствует сочетанию факторов Q1M2).Таким образом, последующая механическая обработка упрочненных лазерной обработкой поверхностей деталей способствует значительному повышению износостойкости сопрягаемых деталей и пары трения в целом. Алмазное виброполирование является предпочтительным видом обработки, однако преимущества выглаживания в ряде случаев неоспоримы, например в случае лазерного легирования, когда необходимо полностью сохранить упрочненный слой.Аналогично тому, как проводилась импульсная лазерная обработка, была осуществлена импульсная электромеханическая обработка (ЭМО). Процесс ЭМО характеризуется, в частности, локальным нагревом металла поверхностного слоя заготовки в месте ее контакта с инструментом, через который пропускается электрический ток большой силы и низкого напряжения. Электроконтактный нагрев обусловливается выделением тепла Q на участке цепи, обладающем электросопротивлением Rээ, при протекании тока Jэфф в течение импульса длительностью t:,где Jэфф - эффективное значение тока; RЭЭ - активное сопротивление участка цепи между электродами контактной машины; t и Т- координаты времени и температуры. 16 Так как технологический процесс ЭМО относительно длительный, следует учитывать также условия теплоотвода и связанные с этим потери тепла. Максимальная температура нагрева детали в месте подвода тока при ЭМО должна быть такой, чтобы обеспечивались необходимые глубина и твердость упрочненного слоя. Импульсная схема пропускания тока предусматривает определенную длительность импульсов тока tимп и пауз между ними tпауз. Это способствует перераспределению тепла в моменты пауз во всех приконтактных объемах, стабилизирует сопротивление Rээ к моменту пропускания очередного импульса тока. Выбор tимп и tпауз будет влиять не только на максимальную температуру нагрева материала и стабильность процесса ЭМО, но и на глубину слоя, площадь пятна контакта, про­изводительность и экономические показатели упрочнения. Значения tимп и tпауз для конкретных деталей следует выбирать экспериментально, взяв за основу рекомендации по выбору tимп и tпауз для импульсной и контактной шовной сварки. Изменяя длительность электромеханических импульсов и пауз между ними, а также скорость перемещения заготовки относительно инструмента, удается получить упрочненные поверхности с регулярной микротвердостью. Как показали предварительно выполненные исследования, поверхностная микротвердость упрочненных участков после ЭМО на деталях их стали 45 составила 6532-7910 МПа. Максимальное упрочнение наблюдается до глубины 0,4-0,8 мм, переходный слой - до 2 мм, что позволяет проводить последующую обработку шлифованием и другими методами с применением инструментов из синтетических сверхтвердых материалов.Анализ микроструктуры упрочненного слоя показал, что она имеет характерное игольчатое строение, как у мартенсита после закалки. Микростроение переходного слоя характеризуется зернистой неравноосностью и резко отличающейся микротвердостью в зависимости от природы зерна. Так, ферритные зерна упрочнялись до 3000-3470 МПа, а исходные перлитные, имеющие троостосорбитное строение, - до 4740-6350 МПа. При этом микротвердость стали в исходном состоянии составляла 2200-2600 ПМа.В результате комбинированной отделочно-упрочняющей обработки, основанной на использовании лазерного или электромеханического упрочнения и последующего алмазного выглаживания или алмазного виброполирования, удается осуществить, с одной стороны, управление физико-механическими свойствами поверхностных слоев (поверхностной микротвердостью, глубиной и другими показателями упрочнения) за счет изменения режимов упрочнения и учета закономерностей влияния технологической наследственности и, с другой стороны, управление геометрическими параметрами поверхностных слоев за счет выбора методов и изменения условий осуществления отделочной обработки [1]. Экспериментальные данные, полученные в процессе исследований, представлены в табл. 4.На основе комбинированной обработки, осуществляемой лазерным упрочнением и последующим алмазным виброполированием, предложен метод, обеспечивающий создание нового класса поверхностей с регулярным рельефом (с отношением шага неровностей к высоте от 1000 до 2000), имеющих микротвердость поверхностных слоев на упрочненных участках до 10 000 МПа, и позволяющий снизить величину начального износа трущихся поверхностей.Исходя из различной интенсивности съема материала с упрочненных и неупрочненных лазерной обработкой участков при алмазном виброполировании получены уравнения, позволяющие теоретически определить важнейшие в функциональном отношении параметры регулярного рельефа в зависимости от плотности энергии лазерного излучения, времени полирования и соотношения площадей поверхностей, упрочненных и неупрочненных лазерной обработкой. Так, интенсивность изнашивания пар трения «упрочненная лазерной или электромеханической обработкой цилиндрическая поверхность детали из стали 40ХН2МА - контртело из бронзы Бр05Ц5С5» в условиях граничного трения при изменении метода отделочной обработки упрочненных поверхностей уменьшается с 1,69 до 0,84 мг/с, т.е. в 2 раза [2]. Таблица 4 Экспериментальные данные по величине износа элементов оснасткиМетод упрочняющей обработкиМетод отделочной обработки поверхности тренияАлмазное виброполированиеАлмазное выглаживаниеизнос образцаизнос контртела в мгизнос образцаизнос контртелав мкмв мгв мкмв мгв мгЛазерная1,22-0,944,20-3,242,10-2,800,12-0,132,87-1,001,52-0,90Электромеханическая 0,42-0,611,70-2,021,35-2,020,14-0,301,14-0,470,77-1,07   17Как показали результаты дисперсионного анализа экспериментальных данных по интенсивности изнашивания элементов пар трения, электромеханическая обработка почти не уступает лазерной по влиянию на износостойкость трущихся пар. Парам трения, у которых образцы упрочнялись электромеханической и лазерной обработкой, соответствовала наименьшая линейная интенсивность изнашивания цилиндрических образцов 1,7·10-11 мкм/км. Результаты выполненных исследований позволили также установить, что наряду с упрочняющей обработкой на износостойкость трущейся пары оказывает влияние метод отделочной обработки ее рабочих поверхностей. Так, пары трения, у которых рабочая поверхность цилиндрических образцов подвергалась алмазному выглаживанию, по сравнению с виброполированием имели лучшие результаты по линейной интенсивности изнашивания.Проведенные исследования показали, что лазерная и электромеханическая обработка вызывают существенное повышение микротвердости поверхностных слоев детали (до 9000 МПа), однако упрочнение распространяется на весьма ограниченную глубину. Поэтому в качестве отделочных операций наиболее целесообразно применять методы поверхностного пластического деформирования, в частности алмазное выглаживание, что в целом позволяет снизить величину начального износа трущихся поверхностей на 30 % и в 2-3 раза сократить период их приработки.