№ 2 (152) (2024)

В работе представлено два основных направления повышения эффективности постоянных магнитов (ПМ), за счёт изменения химического состава будущего магнита и за счёт изменения формы магнитного поля. Повышение эффективности ПМ за счёт изменения химического состава на протяжении десятилетий позволяло многократно уменьшить размер конечного изделия. В свою очередь, повышение эффективности ПМ за счёт изменения формы магнитного поля является сравнительно новым направлением. На основании анализа представленных способов повышения эффективности ПМ предлагается использовать аддитивные технологии, а именно лазерную порошковую наплавку, для изготовления постоянных магнитов. Для проведения экспериментальных исследований использован роботизированный комплекс KUKA и постоянные магниты в качестве источника постоянного магнитного поля. В работе представлены режимов лазерной порошковой наплавки порошков Sm и Fe. Для поддержания постоянного магнитного поля использован комплекс из шести неодимовых магнитов. Описано распределение напряжённости магнитного поля между магнитами и в основной рабочей области. Представлен внешний вид и состояние порошков, используемых для изготовления экспериментальных образцов. Описаны экспериментальные образцы и принцип отбора проб для проведения анализа микроструктуры и спектров концентрации элементов. У полученных образцов исследована микроструктура и распределение элементов в зависимости от ориентации образцов относительно магнитного поля и направления лазерной наплавки. Установлено влияние применяемых органических связующих на микроструктуру и химический состав. Исследовано распределение элементов в образцах и переходном слое между подложкой и наплавленным металлом.

Для обеспечения требований, влияющих на качество функциональных покрытий, в настоящее время применяются различные технологии, одной из которых является применение ультразвука. Для формирования функциональных покрытий ультразвук применяется как на этапе подготовки поверхности, так и на этапе нанесения покрытия. Так, на этапе подготовки поверхности ультразвук позволяет проводить предварительную очистку поверхности, обеспечить необходимую шероховатость поверхности с помощью ультразвуковой прокатки, а также предварительно активировать поверхность перед азотированием за счет поверхностного пластического деформирования. В случае нанесения покрытий ультразвук позитивно влияет на азотирование и нанесение лакокрасочных покрытий. Однако используемое в рамках различных процессов подготовки и нанесения покрытий ультразвуковое оборудование серьезно различается по своим характеристикам. Так, применяемые ультразвуковые генераторы отличаются по мощности, удельной материалоемкости, рабочей частоте, а также конструктивным особенностям, обеспечивающим стабильную работу, например, автоматическую подстройку частоты. Используемые преобразователи отличаются друг от друга достигаемыми амплитудами, мощностью и рабочей частотой. В связи с этим целью работы является разработка рекомендаций по использованию ультразвукового оборудования в различных технологических процессах создания функциональных покрытий. В работе проанализировано ультразвуковое оборудование, применяющееся в технологиях по подготовке поверхности и нанесению функциональных покрытий. Определены главные технологические параметры, определяющие выбор оборудования. Приведены рекомендации по использованию ультразвукового оборудования при создании различных функциональных покрытий, в рамках которых определена связка преобразователь-генератор, способная обеспечить предъявляемые требования к большинству процессов подготовки поверхности и нанесения покрытия.

На основе законов трибологии, триботехники и результатов экспериментальных исследований изменений структуры и свойств в зоне контактной трибодеформации конструкционных сталей и сплавов разных структурных классов, подвергнутых азотированию, разработан подход к прогнозированию и комплексной оценке триботехнической эффективности азотирования конструкционных материалов и изделий из них. Анализ закономерностей изменения структуры диффузионной зоны азотированных сталей перлитного, мартенситного и аустенитного классов и относительной износостойкости в зависимости от их состава и технологических параметров процесса обработки показал, что максимальной износостойкостью обладает азотированный слой, содержащий упрочняющие дисперсные частицы некогерентных нитридов, что обеспечивает меньшую склонность к охрупчиванию азотированного слоя вследствие снижения уровня микродеформации кристаллической решетки матрицы. При этом предварительные виды обработки (термическая и деформационная) азотируемых сталей являются средством формирования структурно-фазового состояния поверхностного слоя, обладающего повышенными триботехническими характеристиками. Для азотированных сплавов на основе железа с разными кристаллическими решетками матрицы экспериментально установлены наиболее значимые характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении: размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, плотность их распределения, микродеформация кристаллической решетки матрицы, значения физического уширения рентгеновских линий структурных составляющих материала зоны деформации при трении, твердость азотированного слоя и ее изменения при трении. Эти экспериментальные результаты положены в основу предлагаемого метода оценки и прогнозирования триботехнической эффективности металлов. Его суть состоит в том, что на основе трибологического критерия, содержащего микро- и макроскопические характеристики материала зоны контактной деформации при трении, проводится выбор режимов обработки изделия для обеспечения допустимого уровня интенсивности изнашивания. Затем экспериментально с помощью метода поверхностной пластической деформации оценивается способность азотированного слоя, сформировавшегося в результате обработки по выбранному режиму, воспринимать поверхностную пластическую деформацию без разрушения, что служит обоснованием выбранного режима азотирования. Завершением оценки является определение величин предельной работоспособности азотированного материала в условиях трения и изнашивания (предельно допустимого давления, при котором пара работает устойчиво; критического давления, после которого пара неработоспособна, но возможна ее эксплуатация при кратковременных перегрузках; средней суммарной интенсивности изнашивания пары в целом). Совокупность выявленных параметров позволяет рекомендовать материал, его обработку и прогнозировать режимы эксплуатации и долговечность трибосопряжения.

Рассмотрены некоторые примеры применения роботизированных технологических систем и комплексов (РТС и РТК) в авиастроении. Рассмотрена роботизированная ячейка контактной точечной сварки, основной состав которого это – промышленный робот (ПР), сварочные клещи, модуль линейного перемещения ПР, кантователь. Здесь ПР выполняет сварку, в качестве рабочего органа оборудован сварочными клещами. Кантователь, оснащенный шаговым двигателем производит поворот панели вокруг оси и придает свариваемой детали необходимое положение в процессе сварки. Перемещение ПР также осуществляется за счет модуля линейного перемещения. Рассмотрена роботизация производства жгутов, с применением автоматических плазов и колаборативных роботов, которые перемещаясь вдоль специализированных плазов, с помощью модуля линейного перемещения, осуществляют расстановку держателей на плаз и вязку проводов в жгуты. После завершения операции укладывают готовые жгуты в бункер-накопитель. Рассмотрен роботизированный технологический комплекс изготовления деталей типа «нервюра», в составе которого ПР, оснащенный вакуумным захватом, технологическое оборудование – пресс вырубной и гибочный. Технологический процесс состоит из двух этапов: вырубка и гибка. Вырубленные заготовки выдуваются из пресса на приемный лоток. ПР выполняет подачу заготовок в рабочую зону технологического оборудования и укладку в соответствующий накопитель. Представлены 3D-модели роботизированных участков, перечислен их состав. В заключении установлена важность анализа технологического процесса, которая должна определить целесообразность роботизации. Представлен алгоритм анализа технологического процесса. Установлено, что внедрение роботизации в определенных технологических процессах позволяет снизить влияние опасных производственных факторов.