№ 7 (145) (2023)

Рассмотрены процессы раздачи и обжима с нагревом заготовок в условиях вязко-пластичности. Получено соотно-шение для расчета напряжений сил операций, повреждаемости материала заготовок. В отраслях специального ма-шиностроения используются высокопрочные сплавы на основе титана и алюминия. Данные сплавы имеют анизотро-пию механических свойств. Обработка этих сплавов затруднительна. По этой причине операцию обработки давле-нием производят с нагревом зоны деформаций. Материал в зоне деформаций проявляет вязкие свойства. Происхо-дит одновременно деформационное упрочнение и разупрочнение (релаксация напряжений) материала, причём, разупрочнение тем больше, чем меньше скорость деформирования. В этой связи принято уравнение состояния, отоб-ражающее эти процессы. Фактор упрочнения и разупрочнения создает условия для снижения силового режима опе-раций обработки давлением и повышение степени формоизменения исходной заготовки. Учёт релаксации напряже-ний с помощью аналитических зависимостей необходим на этапе разработки процессов раздачи и обжима. Расчет-ные соотношения записаны в функции скорости этих операций. При этом учитывается заданная деформация (сте-пень формоизменения), которые корректируются в зависимости от скорости и механических характеристик анизо-тропии исходного материала. Расчётные соотношения получены при плоской схеме напряжений, что соответству-ет раздаче и обжиму. Использовано уравнение равновесия в напряжениях и условие текучести анизотропного мате-риала. Совместные решения этого уравнения и условия текучести устанавливает величины меридиональных и окружных напряжений, возникающих в материале заготовки. Величины напряжений позволяют рассчитать силы операций. Показано, что скорость раздачи и обжима и анизотропия механических свойств влияют на повреждае-мость материала деформируемой заготовки. Зависимости для расчёта повреждаемости получены на основе энер-гетического и деформационного критериев прочности. Данные зависимости позволяют прогнозировать качество изделий. Показано также, что анизотропия влияет на технологические режимы раздачи и обжима. При увеличении коэффициента анизотропии напряжения и силы операций уменьшаются. Произведены расчёты напряжений, сил и повреждаемости материала при раздаче анизотропного титанового сплава ВТ14 при 875 ℃.

Представлены на основе анализа известных методов обработки с использованием несвязанного абразива тенденции их развития. Отмечены наряду с широкими технологическими возможностями и относительно низкой себестоимо-стью существующие недостатки методов, устранение которых обеспечит перспективность развития операций обработки деталей с использованием свободного абразива. Предложен подход, заключающийся в формировании структуры баз данных способов обработки по конструктивно-технологическим признакам и проведении генерации групп способов, отличающихся однородными проектными процедурами их разработки с использованием математи-ческого аппарата кластерного анализа. В статье описаны и приведены схемы разработанных способов обработки наружных и внутренних поверхностей типа тел вращения уплотненным слоем абразивной среды. Они позволяют формировать однородные качественные характеристики при обработке поверхностей детали путем формирования в камере области абразивного материала, равномерно уплотненного в местах взаимодействия обрабатываемой по-верхности и абразивных зерен, обеспечить условия выравнивания контактных давлений на обрабатываемой поверх-ности. На основе выполненных исследований и апробации представленных способов определены научно-технических задачи, решение которых позволит реализовать технологическое обеспечение их эффективного применения. С целью снижения сложности создаваемых моделей и объемов экспериментальных исследований предложена стратегия про-ведения исследовательских работ на основе унификации отдельных проектных процедур технологической подготов-ки производства. Полученные результаты позволили теоретические обосновать системный подход к формированию среды автоматизированного планирования операций, выполняемых с использованием несвязанного абразива, заклю-чающийся в создании формализованных однородных проектных процедур для сгруппированных методов обработки

Актуальность проводимого исследования обусловлена ужесточением требований к производительности быстроре-жущего инструмента при повсеместном внедрении автоматических линий и станков с числовым программным управлением. Повышение ресурса работы инструмента необходимо также в целях снижения потребления дорого-стоящих легирующих элементов, в первую очередь, вольфрама. Решение этих задач требует применения технологий упрочнения режущих поверхностей. Свою эффективность при поверхностном упрочнении различных сталей показали комбинированные процессы химико-термической обработки (ХТО), сочетающие диффузионное поверхностное леги-рование с насыщением азотом. В настоящей работе поставлена цель исследования процесса совместного поверх-ностного насыщения быстрорежущей стали вольфрамом и азотом для повышения стойкости малоразмерного ин-струмента. Экспериментальные исследования проводились на образцах и сверлах малого диаметра из стали Р6М5. Для лабораторных экспериментов по комбинированному процессу ХТО использовали установку для азотирования в многокомпонентных средах. Металлизацию вольфрамом осуществляли шликерным методом с параллельным азоти-рованием инструмента в тлеющем разряде. Для определения режима, обеспечивающего необходимые температуры для насыщения вольфрамом и азотом, был проведен замер температур контрольных образцов стали на поверхности и в сердцевине при различных длительностях импульса тока в фазе прогрева. Металлографическим анализом уста-новлено, что в результате ХТО в стали Р6М5 формируется поверхностный модифицированный слой толщиной 10…15 мкм. Структура слоя представляет собой зону внутреннего азотирования, которая состоит из твердого раствора вольфрама и азота в железе и дисперсных включений нитридов вольфрама. Дисперсионное и твердорас-творное упрочнение обеспечивает двукратное повышение микротвердости модифицированного W-N слоя по сравне-нию с основой сплава. Под упрочненным слоем выявлена переходная диффузионная зона азотистого мартенсита, ко-торая создает плавный градиент микротвердости от слоя к сердцевине, что предохраняет его от охрупчивания, отслаивания и выкрашивания. Методом металлофизического моделирования по разработанной ранее методике про-веден расчет показателя упрочнения модифицированного слоя (прироста предела текучести), который показал, что с увеличением концентрации вольфрама в слое растет доля компонента дисперсионного упрочнения частицами W2N. Натурные испытания в условиях производства установили, что инструмент с упрочненным слоем обладает повы-шенной стойкостью. Стойкость сверл, определяемая по количеству просверленных отверстий до выхода из строя, повышается в 2,2 раза при сверлении по стали 30ХГСА и более чем в 7,0 раз при сверлении по титановому сплаву ВТ-23.

В статье реализован анализ известных зависимостей характеристик трения от температуры. Проанализирована математическая модель зависимости коэффициента внешнего трения Ф.Ф. Линга и Э. Сайбела от температуры, энергий активации формирования и разрушения фрикционных связей и других факторов, разработанная с использо-ванием уравнений абсолютных скоростей химических реакций. Реализована аппроксимация данной модели для случая независимости сдвигового сопротивления по Боудену и Тейбору от температуры. Предложена математическая модель, описывающая зависимости силы трения скольжения от температуры при фрикционном взаимодействии пространственно структурированных каучуков со стальной поверхностью. Отличительной особенностью предло-женной математической модели является то, что она может описывать одновременно участки постоянства, ли-нейного и криволинейного изменения силы трения при изменении температуры. Реализована проверка разработанной математической модели посредством оцифровки и обработки экспериментальных данных, полученных при фрикци-онном взаимодействии брусков из пространственно структурированного натурального каучука и пространственно структурированного каучука СКС-50 с призмой из стали ст.3. При анализе аппроксимирующих зависимостей уста-новлено, что для пространственно структурированного натурального каучука максимальное значение силы трения составляет 2,0 кГс при температуре приблизительно -37,6 ℃, а среднее значение коэффициента трения равно 0,987, для структурированного каучука СКС-50 максимальное значение силы трения составляет 1,84 кГс при температуре приблизительно 31,4 ℃, а среднее значение коэффициента трения равно 0,853. Введены новые триботехнические ха-рактеристики, которые позволяют более детально охарактеризовать фрикционное взаимодействие в системе «кау-чук-сталь» при изменении температуры.

Для идентификации продукции на всех этапах производства используют маркировку с помощью двумерных штрих-кодов DataMatrix. В связи с тем, что изделия имеют различные типы поверхностей, находит все большее применение маркировка с помощью самоклеящихся полимерных пленочных материалов, на которых информация записывается лазером методом DPM (Direct Part Marking). Эти пленки, называемые «лазерные пленки», часто используются на производствах, особенно в автомобильной промышленности, так как имеют ряд преимуществ перед другими носи-телями информации. Однако, такие пленки (tesa 6930, 3M 7847) в основном импортные и дорогостоящие, а также имеют ограничение по температуре эксплуатации до 250 ℃, что бывает недостаточным. В статье рассматрива-ются зарубежные и отечественные пленки, включая полимерную НПМ012 и кремнийорганическую ЛП2. Пленки серии ЛП – это новая группа лазерных пленок на органосилоксановой основе, которые позволяют применять маркировку лазером для деталей, эксплуатирующихся до 1000 °C. В статье проводится сравнительный анализ маркировки поли-мерных пленок и кремнийорганической пленки в соответствии с международными стандартами технологий авто-матической идентификации и сбора данных. Лазерная маркировка производится с помощью волоконного наносекунд-ного лазера с мощностью 30 Вт и длиной волны 1,064 мкм. В качестве штрих-кода используется DataMatrix (GS1) по Российской системе маркировки и прослеживания товаров «Честный знак». Оценка качества маркировки осуществ-ляется сканированием верификатором для проверки соответствия стандартам ISO/IEC. В статье описывается подбор технологических параметров лазерного нанесения штрих-кода для обеспечения качественной маркировки.