№ 3 (2014)
ТЕХНОЛОГИЯ
ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ДОРНОВАНИИ ОТВЕРСТИЙ В ТОЛСТОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРАХ ПО СХЕМАМ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ
Аннотация
Приведена методика и результаты экспериментального исследования методом Закса остаточных напряжений в толстостенных цилиндрах из стали 45 с диаметром отверстий 5 мм, наружным диаметром 15 мм, высотой 50 мм после дорнования по схемам сжатия и растяжения с натягами, обеспечивающими высокую точность отверстий. Установлено, что при переходе от схемы сжатия к схеме растяжения возрастают осевая и радиальная и уменьшаются окружные остаточные деформации на поверхности отверстия и наружной поверхности цилиндров. При этом наибольшие по абсолютной величине остаточные напряжения в них увеличиваются: окружные – с 285 до 320 МПа; радиальные – со 105 до 115 МПа; осевые – с 20 до 60 МПа. Показано, что характер распределения остаточных напряжений в цилиндрах не зависит от использованной схемы дорнования.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):45-50
45-50
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСКРОЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ «СТАЛЬ Ст3 + СТАЛЬ 12Х18Н10Т» ПРИ ТОНКОСТРУЙНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКЕ
Аннотация
Определены перспективы использования тонкоструйной плазменной резки слоистых композиций «сталь Ст3 + сталь 12Х18Н10Т», полученных сваркой взрывом. Дано обоснование выбора технологических схем с целью оптимизации режимных параметров по оценкам точности, качества реза и гратообразования. Экспериментально доказана нецелесообразность использования технологической схемы Hi-FocusF, реализуемой на максимальном токовом режиме (130 А), как необеспечивающей достаточное качество реза. Предложена схема проведения экспериментов по оптимизации обработки, заключающаяся в использовании технологической схемы Hi-Focusplus, рекомендованной для раскроя углеродистых сталей, и схемы Hi-Focus – легированных сталей при раскрое, как со стороны стальной составляющей, так и легированной. Выявлены особенности формирования геометрии реза при раскрое со стороны стали 12Х18Н10Т по технологической схеме Hi-Focus с токовым режимом I = 45 А для легированных сталей в диапазоне скоростей обработки от 1,1 до 1,5 м/мин. Определено оптимальное значение скорости V = 1,2 м/мин, обеспечивающее наилучшее качество реза при минимальном количестве грата. Смена стороны реза с легированной стали на углеродистую привело к изменению характера геометрии реза. Отмечено наличие трех характерных участков в поперечном сечении реза и дана количественная оценка точности при изменении скорости обработки.Использование для раскроя биметаллической композиции технологической схемы Hi-Focusplus позволило определить оптимальные значения скорости обработки (V = 1,7 м/мин) при раскрое со стороны стали Ст3, обеспечивающие минимальное отклонение реза от перпендикулярности. Отмечено, что при использовании технологической схемы Hi-Focusplus раскрой биметаллической композиции с любой стороны не сопровождается образованием грата на нижней кромке реза.Исследование качества поверхности реза показало на низкое значение шероховатости (Ra = 1,2 – 1,6 мкм) и хорошую ее топографию.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):51-67
51-67
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОАЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ВЕЛИЧИНУ РАСТВОРЕННОГО СЛОЯ
Аннотация
Проведены исследования параметров комбинированного электроалмазного шлифования твердых сплавов – перспективного метода обработки, позволяющего повысить качество и стойкость металлорежущего инструмента. Известно, что точность его формообразования, оптимальные механическая и электрохимическая скорость съема обрабатываемого материала, обеспечение условий самозатачивания шлифовального круга зависят от правильно заданных параметров технологических режимов обработки. В статье приведены результаты математических расчетов по влиянию параметров на величину растворенного поверхностного слоя, а также выхода твердых сплавов по току. В рассматриваемом процессе комбинированного электроалмазного шлифования определены качественные и количественные характеристики зависимости величины растворенного слоя сплава от механических и электрических параметров шлифования: глубины шлифования и плотности анодного тока. Представлены их аналитические зависимости.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):68-75
68-75
СТОХАСТИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ОСНОВЫ ПОД НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЯ
Аннотация
Подготовка поверхности под нанесение покрытия подразумевает создание определенной шероховатости основы. Это необходимо для обеспечения необходимой прочности сцепления. Обработка основы и создает на ее поверхности микрорельеф, увеличивающий эту площадь и, соответственно, прочность сцепления. Высокая удельная стоимость материала некоторых покрытий существенно ограничивает его толщину. При этом основным критерием становится стоимость объема наносимого слоя покрытия, в том числе и расположенного в рисках шероховатости основы. В статье приведена постановка задачи оптимизации операций механической обработки основы для обеспечения максимальной площади контакта с покрытием и минимального расхода материалов с учетом стохастических характеристик геометрии инструмента. Описанная методика позволяет на этапе технологического проектирования оптимизировать операции механической обработки основы для обеспечения максимальной площади контакта с покрытием и минимального расхода материалов с учетом стохастических характеристик геометрии инструмента.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):76-81
76-81
РАЗВИТИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА И ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ
Аннотация
Для проектирования упрочняющих технологических процессов, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства деталей машин, разработан аппарат механики технологического наследования. Ключевым вопросом, определяющим достоверность разрабатываемых технологических решений, является адекватность расчета показателей механического состояния в очаге деформации реальным процессам, которые происходят в металле поверхностного слоя при обработке. Традиционный подход к решению задач контактного взаимодействия обрабатываемой детали и инструмента имеет ряд недостатков, обуславливающих возможность появления значительных погрешностей при расчете. В работе предложен подход к решению контактной задачи путем включения в систему уравнений метода конечных элементов аппроксимации контактной поверхности, приведен пример расчета в упругой постановке для линейного треугольного элемента. Отмечено, что предложенное решение имеет ряд преимуществ по сравнению с решением, которое можно получить с использованием промышленных CAE-систем, использующих для расчета напряженно-деформированного состояния метод конечных элементов.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):82-89
82-89
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛА ПРИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ НАГРЕВЕ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Аннотация
Для повышения эксплуатационных свойств деталей машин все большее распространения получают методы модифицирования поверхностных слоев деталей с использованием концентрированных источников энергии, обеспечивающих высокие скорости нагрева – порядка 104…105 oC/с. Вследствие чего, достаточно затруднительно экспериментальное определение значений параметров термических циклов, необходимых для прогнозирования требуемой величины и характера распределения остаточных напряжений и деформация. В работе решается задача численного моделирования напряженно-деформированного состояния материала при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты (ВЭН ТВЧ). Построение конечно-элементной модели происходило в программных комплексах ANSYS и SYSWELD, использующих численные методы решения дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности (уравнение Фурье), диффузии углерода (2-ой закон Фика) и упругопластического поведения материала. Верификация результатов моделирования осуществлялась проведением натурных экспериментов с применением: оптической и растровой микроскопии; механического и рентгеновского методов определения остаточных напряжений. Установлено, что в рассматриваемом диапазоне изменения технологических режимов ВЭН ТВЧ уровень остаточных сжимающих напряжений на поверхности детали может достигать значений -500…-1000 МПа. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что величина переходного слоя должна составлять 25…33 % от глубины упрочненного слоя, что обеспечивает смещение пика растягивающих напряжений в более глубокие слои материала при уменьшении величины сжимающих напряжений на поверхности в пределах 6…10 %, исключая при этом вероятность появления закалочных трещин.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):90-102
90-102
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
АНАЛИЗ РАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗЕРЕН α-ФАЗЫ ПО СЕЧЕНИЮ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ СПЛАВА 58Сu-34Zn-3Mn-2Al
Аннотация
Исследовано влияние температуры нагрева при термической обработке трубных заготовок из сплава 58Сu-34Zn-3Mn-2Al после горячего прессования на содержание в нем α-фазы , а также проведен анализ распределения α-зерен по сечению заготовок. Установлено, что максимально равномерное распределение α-зерен достигается после нагрева трубных заготовок до 450 °С, выдержке в течение 3 ч с последующим охлаждением на воздухе. В процессе работы выявлены причины неравномерности распределения α-фазы, а также дана рекомендация по ее снижению по длине труб. Отмечена определенная корреляция между количеством α-фазы после прессования и после старения. Рассмотрена возможность использования программных комплексов типа SIAMS 700 при подсчете количества α-фазы.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):6-13
6-13
РАЗРУШЕНИЕ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮМИНИЕВО-МАГНИЕВОГО СПЛАВА, ВЫПОЛНЕННЫХ СПОСОБОМ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
Аннотация
Приведены результаты исследований разрушения сварных соединений алюминиево-магниевого сплава, полученных способом сварки трением с перемешиванием после испытаний на статическое растяжение. На примере сварных соединений листов сплава различной толщины показано, что макро- и микроструктура швов имеют как общие признаки, так и особенности, обусловленные влиянием температурно-временных условий процесса. Показано, что важным отличием микроструктуры сварного шва от исходной структуры сплава является формирование слоистой ультрамелкозернистой структуры без признаков текстуры проката. Обнаружено, что при сварке толстых листов сплава наряду с динамической полигонизацией, ответственной за образование равноосной мелкозернистой структуры, имеет место и частичная рекристаллизация деформированной структуры. Проведен сравнительный анализ топографии излома образцов сплава различной толщины после растяжения, позволяющий провести аналогию между двумя картинами разрушения. Обсуждается природа механизма структурообразования сплава в области сварного соединения, стимулируемого нагревом и интенсивной пластической деформацией.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):14-20
14-20
СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al, ПОЛУЧЕННОГО ПО ТЕХНОЛОГИИ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ «Ni – Al»
Аннотация
Проведены исследования структуры и механических свойств интерметаллида Ni3Al, полученного по различным схемам, сочетающим процессы предварительной механоактивации исходных порошков никеля и алюминия, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и искрового плазменного спекания. Установлено, что относительная плотность всех спечённых материалов составляет ~ 97 %. Микротвёрдость полученных образцов находится в диапазоне 6100...6300 МПа. Предел прочности при изгибе спечённых материалов составляет 785…800 МПа. Максимальный уровень предела прочности при растяжении (400 МПа) достигнут в процессе спекания при 1100 °С механически активированной в течение трех минут порошковой смеси Ni + 13,29 масс. % Al. Этот технологический процесс является наиболее рациональным. При его реализации стадия химического взаимодействия реагентов совмещается с процессом спекания.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):21-27
21-27
СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНОГО КОМПОЗИТА, СФОРМИРОВАННОГО СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ ТОНКОЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ 12Х18Н10Т И Н18К9М5Т
Аннотация
Исследованы структура и механические свойства многослойного композита, сформированного сваркой взрывом за один этап пластин из сталей 12Х18Н10Т И Н18К9М5Т с последующей термической обработкой при 490 °С. Полученный композиционный материал отличается хорошим качеством соединения пластин. В центральном слое сварного пакета зафиксированы полосы локализованной пластической деформации. Твердость хромоникелевой стали после сварки возросла в два раза по сравнению с исходным состоянием, твердость мартенситно-стареющей стали - на 17 %. Старение мартенситно-стареющей стали приводит к росту ее микротвердости от 4000 МПа до 7500 МПа. Эффект упрочнения обусловлен выделением в процессе старения мелкодисперсных интерметаллидных фаз Ni3Ti и Fe2Mo. Ударная вязкость слоистого материала после сварки и старения не уступает ударной вязкости стали 12Х18Н10Т.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):28-36
28-36
О ВЛИЯНИИ КЕРАМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА Д16АТ
Аннотация
Значительная часть деталей машин в настоящее время в процессе производства подвергается различным технологическим воздействиям с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. Одним из способов таких воздействий является формирование на поверхности изделия керамического покрытия. Керамическое покрытие имеет высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, но неизвестны характеристики работоспособности покрытия в условиях, когда образец с покрытием подвержен знакопеременному нагружению. В работе предлагается методика для изучения закономерности неупругого деформирования структурно-неоднородных образцов металлического сплава Д16АТ при периодическом нагружении. Методика исследования включает в себя испытание по программе со ступенчато увеличивающимся напряжением в цикле и регистрацию эффектов неравновесного деформирования материалов. Исследование заключается в сравнительном анализе образцов с удаленным и модифицированным поверхностным слоем. Модифицированный слой формируется методом микродугового оксидирования (МДО), а удаление поверхностного слоя осуществляется методом химического травления в среде натриевой щелочи (15% NaOH). Показано, что напряжения, при которых возникают необратимые явления у образцов с покрытием, выше на 20% чем у образцов с удаленным поверхностным слоем.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(3):37-44
37-44