№ 1 (151) (2024)
Материаловедение в машиностроении
КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТИ СЕРОГО ЧУГУНА ЭЛЕКТРОГРАФИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
Аннотация
Представлена методика опытов на экспериментальной установке по определению величин электрического сопротивления в процессе кристаллизации чугуна. Дана схема экспериментальной установки, в которой для определения величины удельного электрического сопротивления кристаллизующегося чугуна использована измерительная схема на основе мостовой схемы метода Уитстона. Фиксирование результатов измерений во времени позволило построить графическую зависимость изменения значений удельного электрического сопротивления в процессе кристаллизации серого чугуна. Приведены экспериментальные данные изменения значений удельной электропроводности образца серого чугуна в процессе кристаллизации и их связи с величиной переохлаждения расплава этого сплава. Полученная зависимость дала возможность выявить на кривой изменения величины удельного электрического сопротивления в процесс охлаждения чугунного образца участки, связанные с переохлаждением расплава чугуна. Соотношение начальных и конечных величин удельного электрического сопротивления периода переохлаждения чугуна позволило вычислить значения относительного удельного электрического сопротивления. Измерения прочностных свойств чугунов показали, что они функционально связаны со значением относительного удельного электрического сопротивления серого чугуна, определяемого величиной переохлаждения расплава чугуна. Использование данного метода позволит прогнозировать прочностные свойства серого чугуна и даст возможность снизить величину брака отливок по механическим свойствам, что повысит рентабельность литейного производства.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(1 (151)):3-6
3-6
Сварка, родственные процессы и технологии
ГОРЯЧЕЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ СВАРНЫХ ЗАГОТОВОК ЛИСТОВ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 1565ЧМ
Аннотация
Рассмотрены особенности деформирования в холодном и нагретом состояниях сварных заготовок сплава 1565чМ толщиной 8,0 мм, выполненных сваркой трением с перемешиванием. Установлено, что сварные соединения сплава 1565чМ толщиной 8,0 мм, полученные сваркой трением с перемешиванием обладают высокими прочностными свойствами в сочетании с достаточной пластичностью. Так угол изгиба соединений составляет соединений составляет 165…170 °. Коэффициент прочности сварного соединения составляет 0,96 от прочности основного металла. При этом временное сопротивление металла шва по своему значению превосходит временное сопротивление как основного металла, так и сварного соединения. Соединения сплава 1565чМ, выполненные сваркой трением с перемешиванием, обладают хорошей деформируемостью при холодной деформации. Эта особенность сварных заготовок из листов сплава 1565чМ объясняется наличием в структуре зоны перемешивания мелкозернистой рекристаллизованной структуры, которая формируется в результате теплового и силового воздействия рабочего инструмента на свариваемый материал в процессе осуществления сварки. Режимы сварки, обеспечивающие указанные механические свойства соединений, были использованы для сварки обечаек (заготовок) газовых баллонов (лейнеров). Технология изготовления таких баллонов включает в себя следующие операции: сварка обечайки, калибровка обечайки, контроль качества шва на обечайке, осадка обечайки в горячую форму для формовки днищ, вварка штуцеров и общий контроль на герметичность. Эксперименты по формовке днищ лейнеров за счет осадки обечайки в нагретую до 450…500 °С показали, что наблюдается интенсивное вытекание металла шва за счет различий в деформационной способности металла шва и основного металла. Такое поведение металла шва при горячем деформировании можно объяснить проявлением эффекта сверхпластичности металла шва в виду наличия рекристаллизованной ультра мелкозернистой структуры. Установлено, что начиная с температуры 400 °С относительное удлинение металла шва существенно превосходит значение удлинения основного металла. При температуре 450 °С указанное различие достигло уже 72 %. Для сварного шва сплава 1565чМ начиная с температуры нагрева 540 °С происходит аномальный рост зерна, который захватывает весь шов.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(1 (151)):7-15
7-15
Технологии механической обработки заготовок
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ
Аннотация
Рассмотрены научные принципы совершенствования системы автоматизированного планирования технологических процессов в условиях многономенклатурных механообрабатывающих производств. Проведено исследование современных подходов к автоматизации проектирования и реализации технологических процессов с учётом производственной ситуации. Обосновано использование системы автоматизированного планирования многономенклатурных технологических процессов, т. к. в её методические основы заложена возможность взаимодействия в реальном времени между подсистемами проектирования и реализации технологических процессов, где ключевое место занимает база данных по технологическим возможностям оборудования и технологической оснастки. Показана взаимосвязь системы автоматизированного планирования многономенклатурных технологических процессов с подсистемами оценки производственной технологичности, мониторинга состояния технологического оборудования, контрольно-измерительных процедур и сборки. Представлен принцип проектирования многономенклатурных технологических процессов, которые генерируются для заданной номенклатуры деталей с учётом состояния и возможностей производственной системы. Предложено использовать величину совокупного времени изготовления заданной номенклатуры деталей в качестве обобщённого критерия эффективности производственной системы. Описана методика ранжирования проектных процедур по степени влияния принятых решений на обобщённый критерий эффективности производственной системы. Описана модель на основе генетических алгоритмов, позволяющая системе автоматически подстраиваться под изменяющиеся в процессе проектирования условия. В результате повышается эффективность технологической подготовки многономенклатурного производства за счёт рационального распределения технологических операций механической обработки деталей на существующие производственные мощности. Развитие работы направлено на повышение уровня автоматизации проектирования технологических процессов и получения обратной связи о текущем состоянии производственной системы.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(1 (151)):16-22
16-22
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА И ШАГА ЗУБЬЕВ ФРЕЗЫ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
Аннотация
При механической обработке заготовок тонкостенных деталей температурное поле отличается от формирующегося при обработке массивных заготовок. Причина заключается в том, что при обработке тонкостенной заготовки ее поверхность, противоположная обрабатываемой, оказывает существенное влияние на температурное поле, поскольку интенсивность теплоотвода от этой поверхности в окружающую среду существенно меньше реализующегося при теплоотводе в нижележащие слои массивной заготовки. В связи с этим, актуальной является проблема назначения рационального режима процесса механической обработки заготовок тонкостенных деталей. Целью исследования является установление влияния элементов режима фрезерования заготовок тонкостенных деталей и шага зубьев фрезы на технологические параметры процесса фрезерования заготовок из титанового сплава и разработка рекомендаций по выбору режима фрезерования. Для этого было выполнено численное моделирование технологических параметров процесса фрезерования заготовок массивных и тонкостенных деталей из титанового сплава при различных комбинациях подачи на зуб фрезы, скорости резания и шага зубьев фрезы. При обработке тонкостенной заготовки, вследствие менее интенсивного теплоотвода из зоны обработки в заготовку, температуры в зонах контакта стружки с передней поверхностью зуба, задней поверхности зуба с заготовкой и температура заготовки выше, чем при обработке массивной заготовки. Установлены закономерности изменения параметров процесса фрезерования заготовок тонкостенных деталей в зависимости от подачи, скорости резания и шага зубьев фрезы. При большем шаге фрезы средние и максимальные температуры в зонах контакта стружки с передней поверхностью зуба и задней поверхности зуба с заготовкой ниже при большинстве используемых комбинациях элементов режима. Получены уравнения, устанавливающие влияние подачи на зуб фрезы, скорости резания и шага зубьев на параметры процесса обработки. Результаты исследования позволят выбрать рациональный режим фрезерования и шаг зубьев при обработке заготовок тонкостенных деталей из титанового сплава.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(1 (151)):23-29
23-29
Качество поверхностного слоя, контактное взаимодействие, трение и износ деталей машинами
ВЛИЯНИЕ МИКРОГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ РОЛИКА НА ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ И ВИБРАЦИЮ ПОДШИПНИКА
Аннотация
В производственных условиях ОАО «ЕПК Волжский» показана возможность повышения вибрационного разряда подшипников c коническими роликами в результате использования роликов из общего производственного потока с заданными микрогеометрическими параметрами сферической поверхности. Сфера формируется на операции совмещенного чернового, чистового и окончательного шлифования сборным абразивным инструментом из трех кругов различных характеристик. Установлено, что в подшипнике при последовательной замене роликов, шероховатость сферы которых изменяется в интервале 0,10 ˂ Ra ≤ 0,20 мкм на ролики с шероховатостью Ra ≤ 0,10 мкм среднее значение микрогеометрических параметров сферы роликов в подшипниках (Ra, волнистость W, отклонение от круглости Δ) снижаются в 2,4 – 4,3 раза. Проведена оценка влияния комплекта роликов подшипника с различными параметрами микрогеометрии сферического торца ролика на звуковое давление и вибрацию подшипника. Установлено, что с увеличением количества роликов с микрогеометрическими параметрами сферы ближе к нижней границе поля допуска значения общего уровня вибрации, уровня вибрации в третьей полосе частот и уровень звукового давления подшипника улудшаются. Выполнен статистический анализ данных параметров. Определены значимость анализируемых факторов и условия повышения вибрационного разряда подшипника при обеспечении режимов обработки в рамках действующего технологического процесса. Установлены корреляционная и функциональные связи между средними значениями микрогеометрических параметров сфер роликов в подшипниках и параметрами звукового давления и вибрации.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(1 (151)):30-40
30-40
ФРАКТАЛЬНАЯ РАЗМЕРНОСТЬ ДИСКРЕТНОГО КОНТАКТА
Аннотация
Произведена оценка параметров контактного взаимодействия инженерных поверхностей и их фрактальных моделей. Фрактальные модели очень хорошо описывают геометрическую структуру шероховатости, адекватны исходным инженерным поверхностям и имеют случайную составляющую при моделировании, которая позволяет каждый раз генерировать новую поверхность с исходными геометрическими параметрами, что даёт возможность проводить исследование контактного взаимодействия поверхностей необходимое количество раз. При решении контактных задач шероховатых поверхностей обычно для упрощения расчётов используют замену исходного контакта на взаимодействие гладкой поверхности с поверхностью, имеющую эквивалентную шероховатость, которую требуется определить. В работе изложены принципы нахождения фрактальной размерности инженерных поверхностей, а также эквивалентной поверхности при её контакте с гладкой, сопряжение которых эквивалентно контакту исходных поверхностей. При этом в настоящей работе показано, что для анизотропных исходных поверхностей имеем совершенно разные параметры контактного взаимодействия при разном направлении их сочетания, что необходимо учитывать при анализе и моделировании. Оценка фрактальной размерности эквивалентной поверхности производилась с помощью известного метода «периметр-площадь», который при определении параметров контактирования, включая фрактальную размерность, позволяет учесть направление следов обработки. Таким образом, в настоящей работе представлена методика определения фрактальной размерности как поверхности, так и фрактального объекта – карты пятен контакта, а также установлен диапазон изменения отношения фактической площади контакта к площади максимального пятна и предложена процедура оценки фрактальной размерности, необходимой для определения параметров контактного взаимодействия шероховатых поверхностей.
Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024;(1 (151)):41-48
41-48