Том 26, № 1 (2024)

Введение. В работе представлены результаты исследования процесса аддитивного формообразования электрической дугой с аксиальной подачей стальной присадочной проволоки в среде защитных газов (технология GMAW) при дополнительном воздействии на электрическую дугу внешнего продольного магнитного поля. Цель работы: экспериментальное исследование влияния продольного магнитного поля при аддитивном формообразовании электрической дугой с аксиальной подачей присадочной проволоки из конструкционных сталей в среде защитных газов на изменение геометрических характеристик наплавляемых слоёв. Методы исследования. Изготовление образцов выполнялось на 5-координатной аддитивной установке, созданной на базе станка с ЧПУ. Параметры режима наплавки: напряжение 17,5 В; ток 55 А; проволока диаметром 1,2 мм; материал проволоки Св-08Г2С; скорость подачи проволоки 2267 мм/мин; ориентировочный диаметр валика 3,0 мм; длина валика 50 мм; количество проволоки на один валик 312,5 мм; количество слоев при наплавке стенки – пять; режим работы магнита: переменный ток с частотой 50 Гц; напряжение 30 В; измеренная магнитная индукция 5,7 мТл; начальная высота магнита над подложкой 10 мм; вылет электрода 10 мм; защитный газ – сварочная смесь CO2-Ar; давление газа (расход) 0,15 МПа. Результаты и обсуждение. Проведенное экспериментальное исследование показало, что воздействие продольного магнитного поля статистически значимо повлияло на изменение размеров единичных наплавляемых слоёв, а именно увеличение их ширины на 34,1 % с рассчитанным показателем значимости, близким к нулю, и уменьшение высоты на 20,2 % с рассчитанным показателем значимости 2,7⋅10–5; статистически значимо повлияло на изменение габаритных размеров образцов, состоящих из пяти слоёв, а именно ширина образцов увеличилась на 11,2 % c рассчитанным показателем значимости 4,3⋅10–3, а высота образцов уменьшилась на 10,3 % c рассчитанным показателем значимости 6,3⋅10–5; не оказало статистически значимого влияния на изменение величины отклонения от прямолинейности в вертикальном направлении для боковых стенок образцов c рассчитанным показателем значимости 0,3277; не оказало статистически значимого влияния на изменение погрешности ширины стенок образцов c показателем значимости 0,098.

Введение: Расчёт температуры при высокоскоростном фрезеровании алюминиевых сплавов представляет собой интерес, поскольку температура может выступать как один из основных ограничивающих факторов при выборе рациональных режимов фрезерования. Особенно это актуально при фрезеровании тонкостенных изделий, применяемых в авиаракетостроении, поскольку высокие ее значения могут привести к местному короблению конструкции. Контроль температурного фактора в производственных условиях не представляется возможным, в связи с чем возникает необходимость в разработке математической модели расчета температуры. Целью работы является разработка методики прогнозирования температуры резания при высокоскоростном фрезеровании заготовок из алюминиевых сплавов для условий резания, в которых нет возможности применять СОЖ. Методы. В данной статье представлены экспериментальные исследования температуры резания при высокоскоростном фрезеровании заготовок из алюминиевого сплава без применения СОЖ с помощью бесконтактных методов измерения температуры. Полученные результаты применялись для определения коэффициентов, подставляемых в формулы для расчёта температур на передней и задней поверхностях режущего лезвия. Результаты и обсуждение: По результатам экспериментальных испытаний и теоретического моделирования был составлен график температур. Сопоставление экспериментальных исследований фрезерования алюминиевого сплава Д16Т, при изменении условий резания, (изменялась скорость резания) с теоретическими данными, дало удовлетворительный результат. Средняя относительна погрешность при сравнении экспериментальных данных с теоретическими составляет 6,05%. На основе экспериментальных данных можно сделать вывод, что сопоставление экспериментальных данных измерения температур резания удовлетворительно согласуется с предложенной методикой теоретического расчета температур. Достоинством данной методики является то, что она позволяет без проведения трудоемких и затратных экспериментальных исследований теоретически рассчитать (спрогнозировать) температуры на передней и задней поверхности режущего лезвия, а также температуру резания, для тех узких условий фрезерования, где невозможен эффективный отвод тепла из зоны резания. Также ее можно применить для фрезерования алюминиевых сплавов механические и теплофизические свойства которых различаются.

Введение. Повышение эффективности технологий обработки изделий из современных высокопрочных труднообрабатываемых материалов, обладающих повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, заключается не только в совершенствовании непосредственно технологий, инструмента для его реализации, но и в модернизации технологического оборудования с учетом новых достижений в области машиностроения. Современное оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ) сегодня достаточно развито с точки зрения управления основными движениями резания. Адаптивные системы контроля и управления, как правило, дополнительно устанавливаемые на технологическое оборудование, позволяют еще больше повысить качественные параметры обработки. С разработкой новых гибридных и комбинированных технологий, сочетающих в себе несколько видов воздействия на обрабатываемое изделие, остро встал вопрос синхронизации автоматического управления движениями частей технологического оборудования с контролем и управлением сопутствующими процессами комбинированных технологий. Одним из примеров таких технологий является электрохимическое алмазное шлифование с периодической правкой рабочей поверхности алмазного круга током обратной полярности. Полярностью тока и длительностью следования его импульсов управляют специальные программируемые устройства. К ним подключаются блоки коммутации токов. Они служат для подачи в электрическую цепь поочередно токов прямой и обратной полярности и выполнены на основе ключевых элементов. Установка таких программируемых устройств на станки с ЧПУ приводит к их оснащению дополнительной автономной автоматической системой управления. При этом сложно согласовать работу системы ЧПУ станка, управляющей перемещениями его рабочих органов, и программируемого устройства, применяемого для управления полярностью и длительностью импульсов тока при комбинированной обработке. Целью работы является синхронизация системы ЧПУ станка с системой управления процессом периодической смены полярности тока. Исследование проводилось на экспериментальном стенде. Методика исследований предусматривала проведение эксперимента, заключающегося в синхронизации работы системы ЧПУ станка с работой системы управления процессом периодической смены полярности тока. Для оценки результатов проводилось сравнение времени перемещения алмазного круга в результате рабочего хода с длительностью импульсов тока разной полярности, заданных в управляющей программе разработанного программного обеспечения. Результаты и обсуждения. В результате проведенных исследований установлено, что разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет синхронизировать в системе ЧПУ станка управление движениями рабочих органов с автоматическим управлением периодической сменой полярности тока при электрохимическом алмазном шлифовании, что позволяет значительно расширить технические возможности станков с ЧПУ.

Введение. На отечественных предприятиях в различных отраслях промышленности насчитывается множество наименований технологического оборудования, среди которых и машины (станки) ткацкого производства. Современные технологические машины обладают рядом особенностей, среди которых, прежде всего, следует отметить тесную зависимость между техническим состоянием, с одной стороны, производительностью и качеством выпускаемой продукции с другой. Ткацкие станки широко распространены в текстильной промышленности России и других странах. Для выработки хлопчатобумажных, шелковых, шерстяных, льняных, технических и других видов тканей предназначены соответствующие станки: челночные, бесчелночные, пневматические иди гидравлические. Механизм, предназначенный для подъема ремиз, является одним из наиболее ответственных узлов станка, от работы которого зависит раппорт переплетения и качество выработанной на станке ткани. Цель работы уменьшение габаритов ткацкого станка за счет изменения конструктивных параметров ремизоподъемного механизма. Методика исследований основывается на методах ТММ. Они позволили разработать методику синтеза механизма привода ремиз и спроектировать устройство, обеспечивающего уменьшение его габаритов. Представлен алгоритм синтеза и анализа структурных групп Ассура, позволивший  определить кинематические характеристики механизма. Результаты и обсуждения. В соответствии с предложенной методикой было проведено изменение конструкции механизма за счет удаления из зоны работы рычажного механизма фиксирующего устройства. Это позволило уменьшить межосевые расстояния и изменить кинематическую схему. В связи с новым положением неподвижных осей претерпели изменения и некоторые рычаги, соединительная тяга, а также угол двуплечего рычага. Синтез механизма предлагается начать с последней группы Ассура, задав ей конкретное значение для перемещения точки G, равное 75 мм.  (перемещение для 4-ой ремизки). В качестве ограничения было принято равенство дуг (хорд) E´E = F´F . Присвоив эти значения входному элементу для группы Ассура второго класса первого вида, и,  имея в виду принятые условия,  были получены перемещения для т. D. Таким образом, получили значение угла качания вала с роликами, равное  = 22,46°, что составляет по хорде 27,44 мм. Применяя принцип интерполирования, нашли исходное значение перемещения, равного 28 мм. Так как устройство проектируется для рисунка переплетения тканей на 10 ремиз, то в конструкции был предусмотрен  переменный параметр, позволяющий производить изменение перемещений ремиз в зависимости от их расположения по глубине станка. Такая роль была отведена рычагу B03D  Определив максимальные и минимальные значения перемещения центра ролика, приступили к синтезу кулачковой пары. Всего было рассмотрено 5 типов законов движения: прямая линия, гармонический, двойной гармонический, степенной, циклоидальный. В качестве закона движения центра ролика был выбран циклоидальный закон перемещения, как наиболее полно отвечающий заданным условиям. Построен профиль кулачка и проведены кинематические исследования для групп Ассура, подтверждающие правильность проведенного синтеза.

Введение. Алюминиевые сплавы с высоким содержанием магния широко используются в автомобильной, строительной и аэрокосмической отраслях вследствие своего низкого удельного веса и высоких прочностных свойств. Улучшить характеристики таких сплавов позволяют малые добавки скандия и циркония. Однако скандий очень дорог, поэтому в сплавах нового поколения его количество стараются сократить. В недавно разработанном алюминиевом сплаве 1590 это удалось сделать благодаря введению добавок эрбия и гафния. Цель работы. Исследование влияния концентрации эрбия и гафния на модификацию литой структуры в сплаве 1590 при высоких скоростях кристаллизации. Методы. В работе исследованы микроструктура, химический состав и размер интерметаллидов в образцах из десяти модификаций сплава 1590 с различным содержанием гафния и эрбия, отлитых в медный кокиль со скоростью кристаллизации 10 °С/с. Исследование зеренной структуры производили на оптическом микроскопе. Химический состав и размер интерметаллидных фаз исследовали при помощи Tescan Vega 3. Результаты и обсуждение. Установлено, что при увеличении количества гафния и эрбия происходит модифицирование литой структуры. В целом измельчение зерна при добавках гафния и эрбия можно объяснить ростом переохлаждения между твердой и жидкой фазой. При содержании гафния 0,16 % дендритная структура начинает переходить в равноосную. Такую картину можно объяснить появлением в жидкой фазе первичных интерметаллидов типа Al3Sc. Эти интерметаллиды были выявлены при концентрации эрбия и гафния, равной 0,16 %. Кроме того, во всех сплавах были выявлены интерметаллидные соединения эвтектического происхождения, содержащие марганец и железо и не оказывающие влияния на литую структуру. Сравнение с ранее полученными результатами по размеру зерна при литье в стальной кокиль показывает, что с увеличением скорости кристаллизации эффективность модифицирования в сплаве 1590 уменьшается. Это объясняется увеличением концентрации переходных элементов в твердом растворе, прежде всего скандия, необходимых для формирования первичных интерметаллидных частиц.

Введение. Современная трубопроводная промышленность нуждается в разработке материалов высокой прочности и вязкости для производства сталей для нефте- и газопроводов. Изменения в технологиях производства стали и проката стали вызовом для разработчиков сварочных материалов и технологий соединения. Эта проблема более критична для уровней прочности выше 830 МПа, где отсутствуют специальные правила одобрения сварочных материалов. Методы исследования. Разрушение сварных соединений трубопроводов из высококачественной стали в настоящее время становится серьезной проблемой для трубопроводной промышленности. Многофазные микроструктуры, содержащие игольчатый феррит или фазу с преобладанием игольчатого феррита, обладают хорошими комплексными свойствами в сталях HSLA. В данной статье основное внимание уделяется результатам, полученным с использованием современных методов сканирующей электронной микроскопии для микроструктурного анализа, таких как обратно рассеянные электроны (BSE) для контрастной визуализации по каналам электронов (ECCI) и ориентационная микроскопия на основе дифракции обратного рассеяния электронов (ORM), а также характеристические рентгеновские лучи для композиционного анализа с помощью X-лучевой спектроскопии (XEDS) и вторичных электронов (SE) для наблюдения за морфологией поверхности. Результаты и обсуждение. В данной работе проведен анализ характеристик микроструктуры сварного шва и ее связи с ударной вязкостью. Показано, что прогнозирование ударной вязкости на основе микроструктурных характеристик металлов сварных швов стали усложняется из-за большого количества задействованных параметров. Для этого необходима оптимальная микроструктура стали. Удовлетворительная микроструктура зависит от нескольких факторов, таких как химический состав, обработка горячей деформацией и ускоренное охлаждение. Легирующие элементы оказывают комплексное влияние на свойства стали, и обычно в состав стали вводят легирующие добавки, в том числе Mn, Mo, Ti, Nb и V. С металлургической точки зрения выбор легирующих элементов и металлургический процесс могут сильно повлиять на полученную микроструктуру. Более длительное время охлаждения демонстрирует тенденцию к улучшению ударной вязкости и снижению механической прочности наплавленных металлов высокопрочных сталей. Сварочные термические циклы вызывают существенные изменения механических свойств основного материала. Проведенный анализ показал, что ударная вязкость сильно зависит от микроструктуры многопроходного сварного шва исследуемого материала, которая содержит несколько источников неоднородности, таких как междендритная сегрегация, а эффективный размер зерна также может быть значимым фактором, объясняющим сильные отклонения значений локальной ударной вязкости. Показано, что игольчатый феррит, зародившийся во внутризеренных включениях, приводит к образованию мелкозернистого переплетенного расположения ферритных пластин, обеспечивающего высокую прочность на разрыв и превосходную ударную вязкость, поэтому он является желательной микроструктурной составляющей в металлах сварного шва стали C-Mn. В то же время дискуссия относительно связи между игольчатым ферритом и ударной вязкостью очень сложна и все еще открыта в настоящее время. Связь ударной вязкости с игольчатым ферритом с учетом верхнего валика не является надежной процедурой даже для однопроходных наплавок. Ударная вязкость зависит от нескольких факторов, и общепризнан сильный эффект игольчатого феррита благодаря его мелкозернистой взаимосвязанной структуре, предотвращающей распространение хрупких трещин в результате раскола. Границы с большим углом разориентации и высокая плотность дислокаций игольчатого феррита обеспечивают высокую прочность и ударную вязкость. Однако для одного и того же количества игольчатого феррита могут наблюдаться разные значения вязкости в зависимости от содержания микролегирующих элементов в стали. Анализ результатов различных исследований показал, что на ударную вязкость влияют и другие факторы. Например, микрофазы, присутствующие вдоль надреза Шарпи-V, имеют решающее значение для ударной вязкости металлов сварного шва. Объединение методов OM, SEM и EBSD представляет собой интересный метод металлографического исследования уточненной микроструктуры металлов сварных швов трубопроводов из высококачественной стали. Заключение. В настоящем обзоре сообщается о наиболее репрезентативном исследовании, касающемся микроструктурного фактора в сварном шве трубных сталей. Обзор включает в себя сводку наиболее важных переменных процесса, свойств материалов, нормативных правил, а также характеристик микроструктуры и механических свойств соединений. Предполагается, что этот обзор поможет читателям с разным опытом, от неспециалистов по сварке или материаловедов до специалистов различных промышленных приложений и исследователей.

Введение. В современном производственном мире отрасли промышленности должны внедрять технологические достижения для прецизионной обработки труднообрабатываемых металлов, особенно для бериллиево-медных сплавов (BeCu). Электроэрозионная обработка сплавов доказала свою жизнеспособность. Цель работы. Обзор литературы показал, что исследование электроэрозионной обработки BeCu-сплавов все еще находится в зачаточном состоянии. Кроме того, криогенная обработка заготовок и электродов при электроэрозионной обработке не привлекла особого внимания исследователей. Более того, в исследованиях очень мало внимания уделено влиянию магнитной индукции на целостность поверхности и производительность во время электроэрозионной обработки. Методы исследования. В данной статье описывается использование электролитической меди с различными значениями тока в межэлектродном зазоре, периодами импульса и величиной магнитной индукции при электроэрозионной обработке BeCu-сплавов. В статье рассматривается, как криогенная обработка заготовки и инструмента, время импульса, ток в межэлектродном зазоре и величина магнитной индукции влияют на скорость съема материала, толщину белого слоя и образование поверхностных трещин. Результаты и обсуждение. Комбинация криогенно обработанной детали из BeCu-сплава и необработанного медного электрода имела самую высокую скорость съема материала среди всех комбинаций деталей и инструментов, использованных в этом исследовании. Время импульса и величина магнитной индукции мало влияли на скорость съема материала, тогда как наибольший эффект имел ток в межэлектродном зазоре. Максимально достигнутая скорость съема материала составила 11,807 мм3/мин. При высокой скорости съема материала наблюдаемая толщина белого слоя на горизонтальной поверхности колебалась в диапазоне 12,92–14,24 мкм. Таким же образом были определены максимальное и минимальное значения для вертикальной поверхности, равные 15,58 и 11,67 мкм соответственно. По данным сканирующей электронной микроскопии толщина слоя составляла менее 20 мкм, а в образцах с низкой, средней и высокой скоростью съема материала наблюдались едва заметные поверхностные трещины. Очевидно, что из-за криогенной обработки заготовки и внешнего магнитного поля наблюдалось незначительное растрескивание поверхности и образование белого слоя.