Наукоемкие технологии в машиностроении

В работе показано применение проекционной стереолитографической 3D-печати методом цифровой световой обработки (DLP) для получения изделий из корундовой керамики марки ВК-95-1. Для DLP 3D-печати использовалась фотополимерная керамическая суспензия с 70 масс. % керамического порошка марки ВК-95-1. На основе данных термогравиметрического (ТГ) и дифференциального сканирующего калориметрического (ДСК) анализов разработаны температурные режимы удаления связующего (дебиндинга) и спекания. Показано, что ступенчатый дебиндинг со скоростью нагрева 0,4…0,5 °C/мин и выдержками при 300, 375 и 470 °C, а также последующее спекание при 1600 °C обеспечили достижение относительной плотности до 95 % от теоретической (3,47 ± 0,02 г/см³). Водопоглощение составило 0,69 ± 0,19 %, что свидетельствует о преобладании в спеченной керамике закрытой пористости. Предел прочности при трёхточечном изгибе спечённых образцов варьировался от 180 до 250 МПа в зависимости от ориентации слоёв относительно вектора нагружения: максимальные значения (250 ± 30 МПа) были зафиксированы при воздействии нагрузки вдоль оси печати, демонстрируя характерную для аддитивных технологий анизотропию свойств. Твёрдость по Виккерсу составила 850 ± 25 HV. Согласно результатам микроструктурного анализа установлено, что разработанный режим термообработки обеспечивает полное удаление полимерного связующего и получение спеченной керамики с равномерным распределением зерен по размерам, со средним размером зерна 5,1 мкм. Таким образом, совокупность полученных результатов подтверждает применимость рассмотренного аддитивного метода для формирования сложной геометрии изделий из корундовой керамики ВК-95-1.

Приведены исследования особенностей формирования структуры и свойств неразъёмных соединений при лазерной сварке листовой стали 09Г2С, полученных после узкоструйной плазменной резки новым плазмотроном типа ПМВР-5.3 без дополнительной механической обработки разделочных швов. Более эффективная работа системы газодинамической стабилизации плазменной дуги данного плазмотрона способствует повышению качества реза, и, как следствие, увеличению коэффициентов поглощения излучения, проплавления и эффективности лазерной сварки. Показано, что при сварке углекислотным лазером происходит формирование сварного соединения с характерной для «кинжального» формой и структурой, состоящей из зоны сварного шва и прилегающей к нему зоны термического влияния (ЗТВ) по обе стороны от центральной оси шва. При этом, ЗТВ по структуре неоднородна и состоит из двух подзон – перегрева и нормализации. В зоне сварного шва отмечается повышение твёрдости основного металла, причем само распределение является симметричным по отношению к оси шва и полностью отражает расположение и протяженность зон кристаллизации и термического влияния в соответствии с данными металлографического анализа. При этом максимальное значение микротвёрдости наблюдается вблизи оси шва, где при кристаллизации образуется мелкодисперсная структура по типу троостита. Показано, что разработанная комплексная технология резки и сварки не изменяет химический состав стали в зоне сварного шва. По результатам механических испытаний сделаны выводы о повышении прочности примерно на 30…35 % и ударной вязкости при некотором снижении пластичности сварных соединений, а также об отсутствии микротрещин, непроваров и вытягивания металла при растяжении по границам сварного шва, что свидетельствует о высоком качестве лазерной сварки по предложенной технологии.

Применение аддитивных технологий в производстве деталей беспилотных летальных аппаратов имеет ряд преимуществ. Современные исследования подтверждают необходимость обязательной проверки прочностных свойств узлов БПЛА, произведенных с использованием 3D-печати. В данной работе представлены результаты испытаний на статический изгиб композитных изделий, полученных на аддитивных установках Stereotech Fiber 530 V5 методом трёх- и пятиосевой объёмной печати с армированием непрерывным волокном. Для исследования поведения армированных образцов при совместном воздействии изгиба и межслойного сдвига проведены испытания на статический изгиб согласно ГОСТ Р 56810-2015. Для испытаний изготовлено семь групп образцов с различными схемами расположения слоёв и структурами армирования термопластиком PA6 в виде материала матрицы и армированием филаментом Contifiber CPA на основе нити Umatex UMT42S-3K. Для армирования использовалось разное количество армирующего филамента. Испытания образцов проведены на универсальной машине ТРМ-С 10 А1 с приспособлением для испытаний на трёхточечный изгиб. Приведены рассчитанные значения следующих показателей прочности: предел прочности по нормальным напряжениям, прочность при межслойном сдвиге, модуль упругости при изгибе и модуль межслойного сдвига. Представлены диаграммы нагружения образцов при испытаниях на статический изгиб. Установлено, что пятиосевая технология аддитивного изготовления армированных изделий позволяет достичь увеличения предела прочности при статическом изгибе от 1,5 до 2,5 раз и модуля сдвига от 2 до 4 раз для изделий, изготавливаемых по технологии пятиосевой печати с армированием непрерывным волокном 10…20 % объёма, по сравнению с неармированными печатными изделиями и печатными изделиями, армированными по традиционной трёхосевой технологии.

Предложено аналитическое решение упругопластической контактной задачи применительно к процессам отделочно-упрочняющей механической обработки длинных тонкостенных труб ротационным обкатыванием цилиндрическими и псевдосферическими тороидальными роликами. Рассматривается технологическое и инструментальное обеспечение этих процессов с целью повышения качественных показателей поверхностей труб и устранения погрешностей геометрической формы поперечного сечения. Определены условия самоподачи труб во время обработки. Разработан алгоритм расчета рациональных режимов поверхностного пластического деформирования длинномерных тонкостенных труб в программном комплексе Mathcad, учитывающий особую геометрию и повышенную гибкость тонкостенных труб, а также жесткие требования к изделиям по точности диаметрального размера и качеству обработанных поверхностей. Предлагаемая методика расчётного назначения рациональных технологических режимов отделочно-упрочняющей обработки прошла экспериментальную проверку на тонкостенных трубах (местами сплюснутых до 1 мм по диаметру) из стали 30 твёрдостью НВ160 с исходной шероховатостью поверхности Ra = 1,25…1,6 мкм. Обкатка труб проводилась с применением 3-х роликового обкатного устройства при частоте вращения обоймы с цилиндрическими роликами около 80 об/мин. Расчётные углы наклона роликов в обойме обкатного устройства и технологические параметры режима обработки позволили при 5…8-ми кратном перекрытии первоначального следа инструмента обеспечить не только условия самоподачи трубы и высокую производительность процесса, но и получение требуемых глубин наклёпа и степени деформационного упрочнения её поверхности. При этом шероховатость поверхности снизилась почти на порядок (до Ra ≤ 0,2 мкм) без заметных следов волнистости и шелушения, а первоначальная некруглость сечения трубы практически совсем исчезла. Разработанная методика ротационной обкатки длинных тонкостенных труб рекомендуется к широкому практическому использованию на машиностроительных предприятиях.

В статье представлена оценка несущей способности масел, содержащих присадки на основе дитиофосфатов цинка (ДФ-11, ДФ-11к) и молибдена (ПАФ-4) при трении в условиях граничной смазки. Эти присадки являются ключевыми компонентами современных смазочных материалов, которые обеспечивают необходимые трибологические свойства при тяжелых режимах работы. Исследовалось влияние металла в составе диалкилдитиофосфатов на их трибологические характеристики, в частности на несущую способность. Исследования проводились на стандартной четырёхшариковой машине с использованием нефтяного масла МС-20 в качестве базовой среды. Для оценки трибологических характеристик применялся метод РД50-531-85, который позволяет определить параметры линейной аппроксимации зависимости интенсивности изнашивания от контактного давления: коэффициент износа (k) и несущую способность p0. Данный подход обеспечивает более глубокий анализ трибологических свойств смазочных материалов, учитывающий контактные давления в процессе изнашивания. Полученный результаты показали, что цинксодержащие присадки обеспечивают значительно более высокую несущую способность смазочного слоя (1235 МПа для ДФ-11) по сравнению с молибденсодержащей присадкой (1038 МПа для ПАФ-4). Это указывает на формирование ими более прочной и износостойкой граничной пленки. В то же время, присадка на основе молибдена продемонстрировала лучшие антифрикционные свойства, показав самый низкий коэффициент трения. Таким образом, исследование показывает различие в функциональном действии присадок: дитиофосфаты цинка выступают как высокоэффективные противоизносные компоненты, повышающие предельную нагрузку, тогда как дитиофосфат молибдена проявляет себя преимущественно как модификатор трения. Полученные результаты важны для целенаправленной разработки рецептур масел для конкретных условий эксплуатации.