№ 5 (155) (2024)
Материаловедение в машиностроении
МЕХАНИЗМ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПРОЦЕСС МОДИФИЦИРОВАНИЯ СЕРОГО ЧУГУНА
Аннотация
Представлена схема экспериментальной установки для измерения электрического сопротивления расплава серого чугуна, в которой использован измерительный прибор на основе двойного мостового устройства Томпсона. Показано, что величина удельного электрического сопротивления серого чугуна изменяется в зависимости от марки применяемого модификатора. Приведены опытные данные по отличию величин удельного электрического сопротивления для различных модификаторов серого чугуна. Также даны изменения значений электросопротивления под влиянием обработки электрическим полем расплава модифицированного чугуна. Сопоставление величин прочности серого чугуна с его значениями удельного электрического сопротивления расплава чугуна после воздействия электрического поля показали их одновременное изменение. Показано падение значений удельного электросопротивления жидкого чугуна от воздействия электрического поля, и оно соответствует приращению прочности модифицированного серого чугуна. Эффективность воздействие электрического поля на процесс модифицирования чугуна определяется термической ионизацией химических элементов входящих в состав модификатора. Показано максимальное увеличение этих параметров после обработки электрическим полем при использовании модификатора ФС75. Описан механизм влияния электрического поля на процесс кристаллизации чугуна для процесса модифицирования ФС75, содержащего в своём составе 75 % кремния. Приведена зависимость эффективности обработки электрическим полем от состава модификатора для серого чугуна. Описана физическая модель воздействия электрического поля на процесс модифицирования серого чугуна. Указана возможность посредством обработки электрическим полем влиять на гидродинамическую обстановку в расплаве серого чугуна и изменять скорость растворения частиц модификаторов
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(5 (155)):3-8
3-8
Технология и оборудование обработки металлов давлением
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ В КОНИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕ РЕЛАКСИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА
Аннотация
Предложены соотношения для расчета деформационного и силового режимов изотермического прессования заготовок из высокопрочных металлических сплавов. При изотермическом деформировании происходит упрочнение материала и разупрочнение, что связано с проявлением вязких свойств материала (ползучестью). В этой связи принято состояние вязкопластичности. Деформационное состояние сопровождается релаксацией напряжений, которое тем больше, чем меньше скорость (больше длительность) операции. На основе механики деформирования зависимость режимов прессования (деформации, сила, повреждаемость материала заготовки) выражается аналитическими соотношениями. Силовой режим определяется с помощью энергетического метода, связанного с мощностями внешних и внутренних сил. Баланс мощностей этих сил приводит к оценке давления изотермического прессования. При этом используется разрывное поле скоростей перемещений, которое состоит из блока деформаций и жестких блоков. Блоки разделены поверхностями разрыва скоростей перемещений. Деформации происходят в блоке деформаций и на поверхностях разрыва скоростей. Так как прессование приводит к возникновению микроповреждений, то произведена оценка повреждаемости материала заготовки. При этом использованы критерии кинетики разрушения: энергетическое и деформационное уравнения. Повреждаемость материала зависит от скорости и степени деформирования или только от степени деформирования. Для ряда материалов снижение скорости способствует уменьшению повреждаемости и, следовательно, возможности увеличения степени формоизменения исходной заготовки. Приведены соотношения для расчета жесткости схемы напряжений, от которой так же зависит повреждаемость. Произведены расчеты давления и повреждаемости материала при прессовании заготовок из титанового и высокопрочного алюминиевого сплавов. Показано, что при малых скоростях операции на соответствующем гидропрессовом оборудовании давление прессования значительно уменьшается. Повреждаемость алюминиевого сплава также уменьшается, а для титанового зависит только от степени формоизменения.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(5 (155)):9-13
9-13
Технологии механической обработки заготовок
ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА В ПРОЦЕССЕ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ПАРАМЕТР ШЕРОХОВАТОСТИ
Аннотация
Рассмотрены основные вопросы, связанные c результатами проведенного экспериментального исследования, направленного на моделирование комбинированного (режуще-деформирующего) чистового процесса зубообработки – шевингования – прикатывания цилиндрических зубчатых колес, в процессе точения специальным комбинированным режуще-деформирующим инструментом – резцом цилиндрической заготовки, разделенной на равные рабочие участки. Благодаря оригинальной методике исследования, в ходе моделируемого процесса, за один установ компактной цилиндрической заготовки, на токарном станке с ЧПУ имитируется зубообработка достаточно крупной партии цилиндрических колес-представителей, обладающих среднестатистическими параметрами, из нескольких тысяч штук. Проведен анализ результатов эксперимента, позволяющего, в лабораторных условиях, получить сведения о ходе зубообработки большой партии зубчатых колес. Определен параметр шероховатости обработки участков заготовки, выявлены границы наступления технологического износа инструмента по данному параметру. Выявленная картина износа инструмента представляется, при этом следующей: превалирующий износ инструмента происходит по задней поверхности ввиду его конструктивной особенности – нулевого заднего угла, усугубляющийся технологической особенностью процесса (шевингования – прикатывания), при которой задняя поверхность участвует в поверхностном пластическом деформировании, сминая слой металла при воздействии существенной нормальной силы, и как следствие, возникающей силы трения между его задней поверхностью и поверхностью обрабатываемой заготовки. Износ инструмента по передней поверхности, сопровождаемый затуплением его режущей кромки дополнительно ухудшает условия протекания процесса резания (при съеме малых припусков порядка 0,02 мм), и увеличивая долю поверхностной пластической деформации (в процессе шевингования – прикатывания). Это, в итоге, повышает долю материала обрабатываемой заготовки, удаляемую не резанием, а поверхностным пластическим деформированием, тем самым еще сильнее усугубляя износ инструмента по задней поверхности.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(5 (155)):14-24
14-24
АНАЛИЗ СЛУЖЕБНОГО НАЗНАЧЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Аннотация
Проведен анализ применение станков в условиях мелкосерийного, серийного и массового производствах. Показаны их недостатки: в мелкосерийном производстве – используются широкоуниверсальные обрабатывающие центры, создаваемые в первую очередь под методы обработки, а не под поверхности детали, в итоге создаются станки с избыточными широкими технологическими и техническими возможностями, использования которых на рабочем месте составляет незначительный процент, что снижает эффективность их применения; в серийном производстве – создаваемые специализированные станки охватывают лишь незначительную часть часто встречающихся типовых поверхностей, например, отсутствуют станки под изготовление комплектов баз; в массовом производстве – создаются операционные станки с отсутствием перенастройки, что не позволяет их использовать при внесении изменений в конструкцию изготавливаемой детали. С целью устранения отмеченных недостатков следует создавать специализированные станки под изготовление во всех типах производства модулей поверхностей деталей. В зависимости от типа производства станки должны создаваться под изготовление разных групп видов модулей поверхностей (МП) на станке. В мелкосерийном производстве должны изготавливаться большее число видов МП на одном станке, а при увеличении серийности производства количество видов изготавливаемых МП на одном станке должно уменьшаться. Учитывая высокую повторяемость комплектов баз в изготавливаемых деталях, следует расширить группу специализированных станков за счет создания их под изготовление комплектов баз, разнообразие которых ограничено. Наличие станочного парка под изготовление всех МП позволит внести изменения в методику проектирования технологических процессов. Теперь на технологических операциях должны изготавливаться не отдельные или группы поверхностей, а один или несколько видов МП. Это улучшит качество технологических процессов изготовления деталей за счет сокращения числа операций, т. к. на операциях будут изготавливаться один или несколько МП и снизит трудоемкость их проектирования за счет применения банка данных модулей технологических процессов по изготовлению МП.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(5 (155)):25-30
25-30
Качество поверхностного слоя, контактное взаимодействие, трение и износ деталей машинами
СРАВНЕНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АЛМАЗОПОДОБНОГО ПОКРЫТИЯ В ПАРЕ СО СТАЛЬЮ / КЕРАМИКОЙ ПРИ СУХОМ ТРЕНИИ И ГРАНИЧНОЙ СМАЗКЕ
Аннотация
Проведённые в последние десятилетия исследования, подтверждённые опытом многолетнего практического использования в узлах трения различных механизмов и машин, применяемых в народном хозяйстве, показали, что эффективным путём обеспечения их долговечности, надёжности и энергосбережения является нанесение алмазоподобных углеродных покрытий на поверхности трения контактирующих деталей этих узлов трения. В настоящее время установлено, что эффективность применения этих покрытий в значительной мере определяется условиями их функционирования и материалами контактирующих деталей. В представленной статье сравниваются по антифрикционным свойствам пары трения, в которых исследуемые стальные образцы с аморфным алмазоподобным углеродным покрытием, нанесённым на сталь через промежуточный слой алюмонитрида титана, изнашиваются в условиях сухого трения и граничной смазки. В качестве изнашивающего контртела используются стандартные шарики из стали ШХ-15 и керамики на основе нитрида кремния. Трибологические эксперименты проводятся на известной лабораторной установке КТ-2 с модернизированным узлом трения, позволяющим реализовать контакт изнашивающего шарика с тремя горизонтально расположенными роликами, на цилиндрические поверхности которых нанесено исследуемое покрытие. В статье приведён анализ полученных результатов этих экспериментов. Помимо испытаний алмазоподобного покрытия для сравнения приведены данные по испытаниям образцов без покрытий и с покрытием только слоем алюмонитридом титана. Более твердый материал контртела может значительно влиять на трибологические свойства, разрушая покрытия, тем самым сводя положительные эффекты от антифрикционных свойств покрытий, и даже приводить к повышенному износу за счёт образовавшихся абразивных частиц в зоне трения.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(5 (155)):31-39
31-39
Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОПРЯГАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ СБОРНОЙ ФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ ОСНАСТКИ С УЧЕТОМ УСТАНОВЛЕННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПРЕСС-ФОРМ
Аннотация
Рассматриваются конструкторско-технологические мероприятия на этапах проектирования, изготовления и сборки по обеспечению требуемых показателей надежности (долговечности) элементов пресс-форм. Приводятся рекомендации для нормирования и достижения параметров точности и качества сопрягаемых поверхностей с учетом формирования необходимых эксплуатационных свойств на основных этапах жизненного цикла изделия. Выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на обеспечение правильного и точного расположения формообразующих элементов. Представлена концепция определения фактической площади контакта, и расчета масштабного коэффициента, обеспечивающего уточнение величины контактных сближений сопрягаемых поверхностей. Обозначена гипотеза формирования показателей надежности с учетом технологических и технических возможностей производства с введением корректировки верхнего и нижнего отклонений размеров, входящих в размерные цепи и обеспечивающие установленные параметры точности замыкающего звена.
Проведен анализ условий эксплуатации исследуемого типа элементов пресс-форм. Выявлены и проанализированы основные эксплуатационные свойства, обеспечивающие требуемую наработку на отказ формообразующих деталей. Особое внимание уделено исследованию конструктивных особенностей таких деталей, проведено сравнение цельной и сборной конструкции, а также, для наиболее перспективной последней, проведен расчет контактных напряжений при выполнении сборочной операции для моделирования величины контактных сближений. Это позволит для любого типа сборной формообразующей оснастки разработать практические рекомендации по нормированию основных механических свойств, показателей точности, включая допуски отклонений от правильной геометрической формы, и параметров качества поверхностного слоя на этапе проектирования, назначения методов и режимов обработки на этапах изготовления и контроля, а также предложить величину статического нагружения при сборке.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(5 (155)):40-48
40-48