Актуальные проблемы в машиностроении
Современное оборудование с программным управлением позволяет получать разнообразные сложно-профильные поверхности (СПП). Обработка таких поверхностей ведется фрезами разной конструкции. Однако, создание управляющей программы для обработки детали на станке с ЧПУ является трудоемким процессом. Наличие же современных CAD/CAM-систем значительно облегчают процесс проектирования, как конструкции детали, так и технологии ее обработки. Последовательность операций при фрезеровании зависит от конфигурации и количества поверхностей, отдельных зон, обрабатываемых на этой операции, от требований шероховатости поверхностей и точности обработки. Выбор режущего инструмента на каждую операцию имеет большое значение и влияет на производительность обработки. В работе представлена методика проектирования операций фрезерования на обработку СПП детали. Назначение видов обработки ведется исходя из точности и шероховатости обрабатываемой СПП. Затем для всех назначенных видов обработки из базы данных режущего инструмента выбирается фреза необходимого радиуса с учетом требований по конфигурации детали. Кроме этого, выдаются рекомендации по режимам резания.
Ключевые словаВ данной работе рассмотрены актуальные вопросы машиностроения, посвященные выбору метода получения заготовки при изготовлении корпусных деталей. Статья содержит подробную информацию о детали «Корпус»: масса, предъявляемые технические требования, отклонения, шероховатость, материал, геометрические параметры, а также для существующего технологического процесса и заготовки коэффициент использования материала, время на обработку данного изделия. Рассмотрены основные методы получения заготовок, распространенные на сегодняшний день. Указаны их достоинства и недостатки, применительно к выбранному варианту детали «Корпус». Проведен анализ, на основе которого был выбран альтернативный метод получения заготовки для изготовления изделия «Корпус», как наиболее рациональный и экономически оправданный, по сравнению с другими методами получения заготовки.
Ключевые словаАктуальность изучения организационных форм инновационных процессов в машиностроении обусловлена необходимостью формирования конкурентоспособной экономики региона, основанной на движении к более высоким технологическим укладам и обеспечивающей увеличение ее вклада в решение социально-экономических проблем. В современных условиях, когда происходит быстрое моральное старение техники и технологий, будущее предприятий машиностроения во многом определяется их инновационной деятельностью, использованием прогрессивных методов управления инновациями, обеспечивающими повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции.
Ключевые словаВ работе исследованы перспективные направления для повышения износостойкости никелевых плазменных покрытий. Рассмотрены особенности технологий комбинированного высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты и напыления композиционных металлокерамических покрытий из механических смесей. Приведены результаты сравнительных испытаний стойкости исследуемых никелевых покрытий на износ в условиях трения скольжения. Полученные оплавленные и металлокерамические покрытия обладают более высокой износостойкостью по сравнению с исходными. Образцы с композиционными покрытиями продемонстрировали значительное понижение объемного износа на всей длине пути трения, что объясняется введением частиц керамики, обладающей высокой твердостью, в состав механической смеси.
Ключевые словаИзвестно, что остаточные напряжения, формируемые при сварке, влияют на служебные свойства конструкций. Величина и характер остаточных сварочных напряжений находятся в прямой зависимости от погонной энергии сварки, которая определяется режимом сварки. В работе исследовано влияние энергетических параметров режимов при сварке модулированным и постоянным током на распределение остаточных напряжений в зоне неразъемного соединения. Исследование остаточных напряжений в стыковых соединениях стали 09Г2С проведено рентгеновским методом. Показано, что распределение остаточных сварочных напряжений существенно зависит от погонной энергии сварки облицовочных швов. Сварка облицовочного шва электродами диаметром 4 мм с погонной энергией свыше 2000 кДж/м может привести к высоким растягивающим остаточным напряжениям.
Ключевые словаПроведен анализ режимов высокоскоростного фрезоточения, обоснована возможность его реализации на токарном оборудовании путем оснащения высокоскоростными фрезерными головками. Показана возможность достижения скоростей, характерных для высокоскоростной обработки, за счет варьирования диаметра фрезы, в диапазоне размеров стандартного инструмента, и частоты вращения. Предложена методика подбора режимов обработки и диаметра инструмента, с учетом диаметра заготовки, для обеспечения заданной равномерной шероховатости.
Ключевые словаПроведены исследования количественных и качественных характеристик засаленного слоя после шлифования стали 45 в не закаленном состоянии. Подробно описана методика приготовления поперечного шлифа абразивного круга и особенности подготовки микрошлифа абразивного круга для оценки количественных и качественных характеристик засаленного слоя. На основании анализа полученной структуры показано, что засаленный слой имеет волокнистую структуру с наличием раковин. Установлено, что величина микротвердости (HV) засаленного слоя составляет 4500 МПа. Проведен сравнительный анализ значения микротвердости засаленного слоя и стали 45 в не закаленном состоянии. Значение микротвердости засаленного слоя значительно превышает исходного значения микротвердости стали 45 в незакаленном состоянии. Этот факт может свидетельствовать о действии высоких локальных температур и деформационным воздействиям.
Ключевые словаВ статье разработан процесс расчета параметров картофелеочистительных маши типа МОК для создания типоразмерного ряда по параметру «производительность». Формулы для ведения расчетов разработаны на основе «расчетного диаметра» клубня картофеля, который определяет объем рабочей камеры машины и другие ее характеристики. Математические зависимости объединены в единый взаимосвязанный расчетный процесс, что расширяет возможности определения конструктивно-технологических параметров. Показано, что при таком взаимном увязывании расчетов изменение одних параметров ведет к соответственному изменению других. Формулы и их взаимное соответствие представляют расчетную базу и дают возможность разрабатывать модели типоразмерного ряда на единой методологической основе.
Ключевые словаВ статье приведен численный расчет параметров разрабатываемого типоразмерного ряда картофелеочистительных машин МОК. Типоразмерный ряд сформирован для пяти моделей, различающихся своими производительностями. Расчеты представлены в таблицах и каждая из них показывает возможность решения одной из задач, поставленных в работе: определение исходных данных для составления типоразмерного ряда; вычисление размеров рабочей камеры, расчет необходимой мощности и частоты вращения рабочего органа; повышение производительности при использовании полного ресурса мощности электродвигателя. Численный расчет по разработанным формулам представляет взаимосвязанный вычислительный процесс, который позволяет рассчитывать конструктивно-технологические параметры при проектировании моделей типоразмерного ряда.
Ключевые словаИсследован вопрос определения времени, требуемого для очистки клубней картофеля от наружного покрова, производимого механическим способом в машинах МОК. Определены факторы, влияющие на продолжительность процесса очистки очищающими поверхностями (абразивными) и разработаны формулы, которые позволяют вести вычисления по расчетному диаметру клубня, как среднему арифметическому от диаметров всех клубней в порции. Установлено, что можно использовать этот параметр для вычисления времени очистки клубней. Показано, что время очистки связано с силой прижатия клубней к абразивной поверхности и зависит от площади пятна контакта клубня в момент прижатия, от частоты вращения рабочего органа и других параметров. Показана возможность варьирования в вычислительном процессе этого времени для осуществления более качественной очистки клубней в зависимости от состояния их поверхностного слоя и его влияния на производительность и мощность процесса очистки.
Ключевые словаВ статье представлен процесс численного расчета времени очистки картофеля от наружного покрова для трех моделей машин МОК. Основой для расчета служит «расчетный диаметр» клубня, рассматриваемый как шар, диаметр которого равен среднему диаметру всех клубней в порции. Формулы, составляющие расчетный процесс, представлены в табличной форме, и каждая таблица формирует алгоритм решения одной из четырех задач: выбор исходных данных, расчет числа клубней в камере и количества пятен контакта клубня с абразивными поверхностями камер, расчет сил срезания наружного слоя, частоты вращения чаши и мощности процесса. Эти факторы определяют в конечном итоге время очистки клубней, производительность машины и мощность процесса очистки. Сравнение результатов расчетов по типоразмерам машин позволили установить общие закономерности, необходимые для проектирования их конструкций.
Ключевые словаРассмотрено численное моделирование процесса распыления воды в оросителях типа «Бриз» с помощью программы FlowVision. Получены модели распределения векторов скоростей внутри и снаружи одной из конструкций оросителей. Модели позволили уточнить процесс распыления воды в действующих оросителях тонкораспыленной воды и предложить варианты совершенствования конструкции распылителей. Это приведет к повышению качества пожаротушения и снизит себестоимость готового изделия.
Ключевые словаВ статье приводится расчет для использования их в проектных расчетах камнеотделителей с аспирацией. Предложен анализ расчета вентилятора для продувания зерновой смеси на имеющейся рабочей поверхности - стола вибропневматической камнеотделительной машины из линии мукомольного производства. Определены физико-механические характеристики зерновой смеси, влияющие на степень продувания частиц в процессе. Выявлены зависимости между степенью продувания и размерами частиц. Выявлено влияние размеров и плотности частиц зерновой смеси на расход воздуха вентилятора, следовательно, на его мощность.
Ключевые словаРассмотрены малоизученные вопросы, касающиеся исследований малоцикловой усталости карданных шарниров. Проведен анализ опубликованных в последнее время экспериментальных результатов исследования поведения различных металлических материалов при двухосной малоцикловой усталости. Для оценки предельного состояния материалов в теории малоцикловой усталости применяются критерии четырех групп: деформационные, силовые, энергетические и критерии, основанные на учете поврежденности материала. Наиболее широкое распространение в расчетной практике получили деформационные и энергетические критерии. Разработаны на их основе подходы для создания эффективного модифицированного деформационного критерия. По результатам проведенного анализа, необходимо: провести испытаний карданных шарниров на разных стадиях эксплуатации (приработка, нормальная эксплуатация, выход из строя); оценить влияние погрешностей изготовления на рабочие характеристики карданных шарниров; обосновать причины образования поверхностных и глубинных трещин.
Ключевые словаВ работе представлены результаты исследования микроструктуры, механических свойств и описано формирование фаз в сплавах Ti-Nb, полученных по технологии литья. Сплавы исследовались методами растровой электронной микроскопии (РЭМ), энергодисперсионного микрорентгеноспектрального анализа (МРСА) и рентгеновской дифракции с применением синхротронного излучения. Изменение содержания ниобия от 30 до 35 мас. % привело к существенным изменениям фазового состояния и свойств образцов. Сплав, содержавший 30 % ниобия, состоял из β, α`` и ω фаз. В сплаве, содержащем 35 % ниобия, были обнаружены только β, и ω фазы. При увеличении содержания ниобия содержание ω фазы уменьшалось, что приводило к уменьшению твердости от 301 ± 7 HV0.05 до 222 ± 5 HV0.05.
Ключевые словаВ работе были проведены эксперименты по закалке титанового сплава ОТ4 электронным пучком вне вакуума. Было выяснено, что при удельной энергии пучка 2,8 кДж/см2 проходят процессы первичной кристаллизации, а при 3,5 кДж/см2 образуется закаленная структура. Эта структура обладает высокой твердостью (до 450 HV), по сравнению с материалом основы (около 200 HV). Методом оптической металлографии исследована микроструктура полученных материалов. Также методом рентгенофазового анализа был определен фазовый состав.
Ключевые словаВ работе представлены исследования модифицированных слоев, сформированных на титановом сплаве при наплавке порошковой смеси, в состав которого входило 10, 15 и 20 вес. % карбида бора. При высокотемпературном воздействии электронным лучом и последующей направленной кристаллизации образуются поверхностно-легированные слои, состоящие из первичных кристаллов борида титана неправильной формы и карбида титана дендритной морфологии максимальная общая объемная доля которых составила
32 %. Следует отметить, что даже при наплавке 10 вес. % карбида бора в нижней части покрытия были зафиксированы нерастворившиеся частицы порошка. Дюрометрические испытания осуществлялись от поверхности вглубь сформированного слоя. Максимальный уровень микротвердости был зафиксирован у образца, полученного при наплавке 20 вес. % порошка карбида бора и составил 5210 МПа. Для определения износостойкости были проведены испытания полученных модифицированных слоев на трение в условиях воздействия закрепленных частиц абразива. Максимальная износостойкость, в 1,2 раза превышающая износостойкость эталона, была зафиксирована у образца, сформированного при наплавке порошковой смеси, в состав которой входило 20 вес. % карбида бора.
Ключевые словаВ статье приведены результаты исследований структуры образцов из жаропрочного никелевого сплава, полученного высокоскоростным прямым лазерным выращиванием при различных режимах мощности лазерного излучения. В структуре выявлено преимущественно дендритное строение, за исключением образца, сформированного при минимальной мощности 450 вт. Границы между соседними слоями, наблюдались во всех образцах. Твердость слоя возрастает с увеличением мощности лазерного излучения.
Ключевые словаВ работе представлены результаты исследования структуры и свойств покрытий на стали 12Х18Н9Т, содержащих NbC и сформированных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки. В качестве наплавляемого материала использовался порошок карбида ниобия. Ток электронного пучка увеличивался от 22 до 24 мА. Полученные покрытия имеют толщину до 3 мм и не содержат трещин и пор. В зависимости от тока наплавки значения микротвердости составляет от 4,5 до 8 ГПа. Микротвердость покрытий в 3 раза превышает твердость основного материала. Износостойкость покрытий при трении о закрепленные частицы абразива в 2 раза выше износостойкости основного металла.
Ключевые словаВ работе исследованы структура, микротвердость и триботехнические свойства покрытий, сформированных на поверхности аустенитной хромоникелевой стали 12Х18Н9Т. В качестве метода поверхностного упрочнения использовали вневакуумную электронно-лучевую наплавку порошковых смесей содержащих карбид титана. Металлографические исследования показали, что зависимости от параметров обработки формируются покрытия, толщина которых варьируется от 1,2 до 1,6 мм. Максимальный уровень микротвердости наплавленных слоев достигает
9,2 ГПа. Причины повышения твердости материала обусловлены формированием высокопрочных частиц карбида титана равномерно распределенных в пластичной аустенитной матрице. Результаты оценки износостойкости покрытия свидетельствуют о повышении стойкости поверхностных слоев в 1,5-2 раза в условиях воздействия закрепленных частиц абразива.
Ключевые словаФрикционный узел является одним из основных рабочих элементов поглощающего аппарата. От качества его работы напрямую зависит надежность всего аппарата. Исследования, связанные с изучением работы процессов, протекающих в ходе взаимодействия деталей узла и режимных параметров, являются весьма актуальными. Процесс трения между телами сложен по многочисленным факторам, поэтому необходимо проводить ряд испытаний для конкретных материалов и условий работы. Были проведены трибологичеcкие исследования, изучен микрорельеф поверхности трения, а также измерены силовые показатели процесса работы пары трения фрикционного узла. Данная методика позволяет проанализировать характеристики пар трения применяемых в условиях трения скольжения, работающих при высоких удельных нагрузках и высоких скоростях скольжения. Установить зависимости влияния режимных параметров процесса трения на формирование поверхности и спрогнозировать жизненный цикл фрикционного узла.
Ключевые словаШлифовальные инструменты лишь частично используют свои потенциальные режущие возможности. Не все зёрна в инструментах активно участвуют в совокупном процессе резания. Каждое зерно имеет свою произвольную форму и хаотичное расположение в теле инструментов, что намного снижает их работоспособность. Предложен новый класс инструментов и технология их изготовления, в которых контролируется форма и ориентация используемых зёрен. Выбор определенной формы зёрен достигается путем сепарации исходной абразивной массы вибрационным способом. Ориентация зёрен обеспечивается за счет применения электростатического эффекта, регулирующего положение зёрен в инструменте. Изготовлены опытные партии шлифовальных кругов (отрезных, обдирочных, лепестковых), а также шлифовальные шкурки и ленты с контролируемой формой и ориентацией зёрен. Инструменты испытаны в работе и показали существенные преимущества по сравнению со стандартными инструментами.