Том 21, № 2 (2019)

Введение. Изготовление резьб в крупносерийном производстве основано на безотходных методах пластического деформирования. Для средне- и мелкосерийного производства получили распространение методы резьбонарезания метчиками, плашками, гребенками, резьбовыми фрезами, резцами. Для всех известных методов резьбонарезания проблемой является получение резьб на материалах с большой пластичностью, особенно на тонкостенных трубах. Универсальным методом получения резьб различного диаметра и шага является их нарезание резцом на токарных станках. Существенный недостаток этого метода заключен в многопроходности резьбообразования, что существенно снижает производительность. Существует относительно новый метод деформирующего резания (ДР), основу которого составляет как процесс резания, так и целенаправленного деформирования подрезанного слоя. В статье модификация метода ДР рассматривается как альтернатива традиционному нарезанию резьб резцом, основанном на удалении материала впадины резьбы в виде стружки. Цель работы: апробация метода деформирующего резания как средства получения резьб на пластичных металлах за один проход инструмента с минимальным количеством удаляемого материала. Задачи работы: теоретический анализ процесса перераспределения материала в процессе ДР, выявление основных закономерностей и особенностей резьбообразования, анализ получаемых резьб. В работе исследовано нарезание резьб на медных трубах методом ДР с направлением подачи инструмента на деформирующую кромку. Методы исследования, анализ геометрических параметров получаемых резьб, металлографические исследования, в том числе измерение распределения твердости по резьбовому профилю. Результаты и обсуждение. Для ДР используется специальный инструмент, обеспечивающий процесс резания главной режущей кромкой и исключающий процесс резания на вспомогательной кромке, являющейся деформирующей. При ДР слой, подрезаемый режущей кромкой, выдавливается на обрабатываемую поверхность в виде гребня, который принимает окончательную форму резьбового профиля на следующем обороте заготовки. Выводы Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден выбор технологических параметров обработки для получения резьбового профиля заданных геометрических характеристик. Предложенный метод получения резьб занимает промежуточное положение между методами, основанными на процессе резания (удаление материала заготовки) и процессе пластического деформирования. Основное отличие от обычного резьбонарезания резцом состоит в том, что в процессе ДР присутствует пластическое перераспределение материала из объема впадины в объем гребня. Основным отличием от накатывания резьбы является то, что в процессе ДР образуются новые поверхности, характерные процессам резания. Проведенные исследования показали, что в структуре материала резьбового профиля имеются зоны, присущие процессам обработки давлением, так и обычному резанию. Большое значение переднего угла инструмента на режущей кромке, улучшенные условия течения металла по передней поверхности существенно снижают силовые нагрузки на обрабатываемую заготовку. В отличие от нарезания канавок резьбовым резцом предлагаемый процесс позволяет образовывать полный треугольный профиль за один проход инструмента. В практическом плане метод может быть использован при однопроходном нарезании резьб резцом на пластичных металлах.

Введение. Один из способов вибрационного диагностирования усталостных трещин в металлических элементах планера самолета основан на анализе портретов вынужденных колебаний объектов контроля. Оценка достоверности этого способа применительно к реальным конструкциям является актуальной задачей. Цель работы: обеспечение достоверности обнаружения трещин в металлических конструкциях по нелинейным искажениям портретов колебаний. Методика исследований. С помощью источников гармонических вибраций в конструкции создавались колебания, регистрируемые акселерометрами. Сигналы датчиков представлялись в виде портрета колебаний: вертикальная развертка пропорциональна сигналу, а горизонтальная – первой гармонике сигнала, сдвинутой по фазе на π/2. Возникновение трещины сопровождается искажениями портретов колебаний. Для численной оценки искажений из ряда Фурье для портрета вычиталась первая гармоника, определялся абсолютный максимум остатка за период, величина максимума относилась к амплитуде первой гармоники и принималась за параметр искажений. По расположениям максимумов искажений определялись места образования трещин. При этом менялись амплитуды колебаний конструкции и способы нормирования параметра искажений, оценивались электрические помехи в системах испытательного оборудования. Результаты и обсуждения. Достоверность обнаружения усталостных трещин по искажениям портретов колебаний оценивалась на примере диагностирования металлической панели фюзеляжа самолета. Установлено влияние амплитуды вибраций панели, способа нормирования искажений портретов колебаний и уровня электрических помех в системе возбуждения на эффективность диагностирования трещин. Для повышения достоверности диагностирования дефектов предложен способ математической обработки результатов испытаний, позволяющий исключить из анализа исходное состояние объекта контроля; отследить динамику изменений его состояния и зафиксировать развитие каждого дефекта в отдельности; устранить влияние системы крепления, которая может вносить нелинейности в колебания объекта испытаний. Представлен результат обнаружения трещин в нервюрах крыла самолета.

Введение. В современном машиностроении возрастают требования к производительности обработки, обеспечивающей высокие показатели качества обработанной поверхности изделий, выполненных из легированных износостойких сталей, обладающих высокими физико-механическими свойствами, что затрудняет их обрабатываемость лезвийным инструментом. Для обработки таких изделий целесообразно применять электрофизические методы, обработки, одним из которых является технология копировально-прошивной электроэрозионной обработки (КПЭЭО), с помощью которой возможно обрабатывать труднодоступные глубокие элементы, имеющие сложный профиль, а также глухие пазы изделий, изготовленных из легированных износостойких сталей. Статья посвящена повышению эффективности электроэрозионной обработки элементов сложного профиля детали типа «Корпус затвора», выполненной из стали 38Х2Н2МА (ГОСТ 8479–70) – конструкционная легированная. Предметами исследования являются: параметр шероховатости обработанной поверхности, производительность и точность при КПЭЭО стали 38Х2Н2МА при различных режимах электроэрозионной обработки. Целью работы является повышение эффективности и точности КПЭЭО глухих пазов и элементов сложного профиля изделий, выполненных из легированных износостойких сталей. Методы. Экспериментальные исследования проводились по методу полного факторного эксперимента с последующим регрессионным анализом. Для проведения экспериментов использовали копировально-прошивной электроэрозионный станок Smart CNC; электрод-инструмент (ЭИ) – профильный медный электрод; материал ЭИ медь марки М1 (ГОСТ 1173-2006). Результаты и обсуждения. Установлены эмпирические зависимости, отражающие взаимосвязи между режимами обработки, производительностью, параметром шероховатости поверхности после обработки и величиной межэлектродного зазора. Для обеспечения требуемых соотношений качества обработанной поверхности при максимальных показателях производительности получены технологические рекомендации КПЭЭО глухих пазов и элеметов сложного профиля изделий, выполненных из износостойкой легированной стали 38Х2Н2МА, обладающей повышенными показателями высокотемпературой износостойкости. Рассчитаны размеры профильного ЭИ, учитывающие величину бокового и торцевого межэлектродных зазоров, обеспечивающие заданные показатели точности КПЭЭО.

Введение. Процесс создания нового технологического оборудования начинается с разработки технического предложения – общей концепции объекта проектирования. Кроме сложности самой задачи, не вызывает сомнений тот факт, что ошибки, допущенные на ранних стадиях проектирования, приводят в дальнейшем к резкому увеличению трудозатрат на их исправление. Разработка концепции будущего гибридного технологического оборудования – это трудноформализуемая задача. Неоспоримым достоинством многофункциональных станочных комплексов является их способность изменять свойства поверхности изделия и интегрировать в себе разного рода воздействия на материал данного изделия в процессе формообразования. При этом появляется большая вероятность того, что при взаимодействии интегрируемых подсистем и компонентов возникнут проблемы их совместимости, которые зависят от множества условий и факторов, таких как особенности решения пространственно-траекторных задач, способы обеспечения точности формообразования, гармонизация основных характеристик станочного комплекса и конструктивно-компоновочной сложности системы в целом. Цель работы: на основе структурного синтеза формообразующих систем станочного оборудования и прогнозирования их технических характеристик повысить эффективность начальных этапов проектирования гибридных металлообрабатывающих комплексов. Методы. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений системного анализа, геометрической теории формирования поверхностей, конструирования металлообрабатывающих станков, методов конечных элементов, математического и компьютерного моделирования. Результаты и обсуждение. Представлена оригинальная методика проведения структурно-кинематического анализа для предпроектных исследований гибридного металлообрабатывающего оборудования. Теоретическими исследованиями было установлено, что эффективность проектирования гибридных металлообрабатывающих систем может быть повышена в 6,092…18,297 раз применением методологии предпроектных исследований. Произведена апробация разработанной методики проектирования и предложена схема реализации гибридного металлообрабатывающего технологического оборудования. Использование предлагаемого гибридного станка может повысить эффективность металлообработки в целом: существенно повысится производительность изготовления деталей машин за счет реализации процессов поверхностной закалки методом высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты и механической обработки от одной технологической базы без промежуточных переустановов детали и инструментов.

Введение. Гибридная лазерно-дуговая сварка (ГЛС) является перспективным методом получения неразъемных соединений. Отличительнfz особенность данного процесса – это взаимодействие двух источников тепла в одной сварочной ванне расплава. С помощью данного вида сварки возможно сваривание за один проход толстостенных металлических заготовок без разделки кромок с высокой скоростью. Ввиду того что в данном процессе сварки участвуют два тепловых источника, влияющие друг на друга в процессе сварки и формирующие ванны расплава с разными характеристиками и разной структурой после кристаллизации, остается актуальной задача исследования зависимостей формирования структуры шва и его механических свойств. Исследования сварных швов на примере конструкционной стали 09Г2С очень важны в сварочном производстве. Цель работы заключается в исследовании структуры и механических свойств металла шва, сварных соединений гибридной лазерно-дуговой сварки. Результаты и обсуждение. На основании полученных данных можно сделать вывод, что металл шва, полученный при гибридной лазерно-дуговой сварке, неоднороден как по микроструктуре, так и по результатам исследования микротвердости шва в разных направлениях. Измерения микротвердости в глубь сварного шва наглядно описывают тепловую историю процесса гибридной лазерной сварки. Область границы двух ванн расплава имеет пониженную твердость по сравнению с чисто дуговой или чисто лазерной зоной плавления. Испытания на статическое растяжение металла шва показали отличие между дуговой и лазерной ванной расплава. Результаты механических испытаний также выявили анизотропию металла шва во взаимно перпендикулярных направлениях.

Введение. Остаточные напряжения (ОН) первого рода являются одним из ключевых параметров механического состояния металла, который в значительной степени определяет эксплуатационную долговечность изделий и конструкций. Упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД) создает в поверхностном слое (ПС) благоприятные сжимающие ОН и существенно повышает усталостную долговечность как до, так и после появления усталостной трещины. В этой области знаний остается актуальной проблема высокой сложности и трудоемкости экспериментального определения ОН, а также проблема расчета остаточных напряжений при сложных немонотонных видах нагружения, к которым относится большинство способов механической обработки. Цель работы: развитие теории формирования и повышение достоверности расчетов остаточных напряжений при обработке ППД на основе модели упрочняемого упругопластического тела. Результаты и обсуждение. В работе представлены результаты моделирования и выполнены расчеты компонентов тензора ОН в процессе ППД. Модель выполнена с помощью метода конечных элементов на основе концептуального аппарата механики технологического наследования (ТН) с учетом эффекта упрочняемого тела. Установлено, что наибольшие значения сжимающих остаточных напряжений характерны для осевого компонента, при этом экстремум может располагаться как на поверхности детали, так и на некотором удалении от нее. Глубина распространения сжимающих остаточных напряжений составляет примерно 3 мм при глубине распространения существенных по величине напряжений около 7 мм. Выявлено влияние упрочнения металла на распределение остаточных напряжений. На примере осевого (наибольшего по величине) компонента показано, что разница максимальных значений составляет почти 30 %. Полученный результат соответствует представлениям о том, что упрочненный металл, имеющий повышенный предел текучести, допускает присутствие больших по величине ОН. Выявлены тенденции изменения распределения компонентов тензора ОН по глубине ПС в зависимости от основных параметров режима обработки ППД: натяга и профильного радиуса ролика.

Введение. Знание температурного поля в окрестности контакта деталь/инструмент может быть полезным при оптимизации процесса металлообработки. Инфракрасная термография является удобным способом получения распределения температуры. Этот метод широко используется при тепловом контроле. Представляется целесообразным выяснить применимость метода инфракрасной термографии для определения характера распределения температуры в зоне контакта деталь/инструмент. Представляет научный интерес сравнение распределения температур, полученных с помощью тепловизора и термопар в зоне модельного контакта деталь/инструмент. Предположено, что скольжение стального стержня по стальному кольцу может служить приближением к скольжению стального шара, выглаживающего поверхности металлических деталей. Температуру контакта можно изменять с помощью электрического тока. Цель работы: изучение особенностей распределения температуры по оси стального стержня, скользящего по стальному контртелу под воздействием электрического тока с применением инфракрасной термографии и с помощью термопар. Материалы и методики. Моделью инструмента служила наклепанная сталь марки Ст3 (Fe–0,2%C) твердостью НВ 274. Скользящий электроконтакт осуществлен без смазки по схеме скольжения «pin-on-ring» при давлении р = 0,13 МПа и скорости скольжения v = 5 м/с. Сталь 45 (50 HRC) служила контртелом. Измерение температур проведено термопарами, прикрепленными к стержню точечной сваркой, и с помощью тепловизора FLIR A655 sc. Результаты и обсуждение. Показано, что при измерении температур тепловизором в условиях скользящего электрического контакта распределение температуры вдоль оси стержня имело нелинейный характер с относительно высокими (до 600 К/см) градиентами температуры в зоне контакта. Измерение температур на оси стержня термопарами при скольжении в этих же условиях показало линейное распределение температур с невысокими (около 100 К/см) градиентами температуры в зоне контакта. Протекание тока по стержню при отсутствии скольжения также сопровождалось линейным распределением температур. Предположено, что нелинейность поля температур при его съемке тепловизором обусловлена трудностью установки правильного значения коэффициента излучения. Этот коэффициент зависит от присутствия оксидов, шероховатости и других параметров состояния излучающей поверхности. Боковая поверхность образца с высокой температурой в зоне скользящего контакта имела состояние, отличное от состояния той же самой боковой поверхности в зоне крепления образца к его держателю. Поэтому коэффициент излучения, заданный для состояния поверхности в зоне скольжения образца, не соответствовал состоянию поверхности в зоне держателя образца. Возможные значения коэффициента излучения (около 0,7), соответствующие температуре контакта около 400 ºС, были получены путем экспериментальной оценки коэффициентов конвективной и радиационной теплоотдачи. Отмечено, что точное поле температур можно получить с помощью тепловизора только после трудоемкой калибровки коэффициента излучения и подготовки поверхности образца. Сделан вывод об ограниченной возможности применения инфракрасной термографии в условиях скользящего контакта деталь/инструмент и тепловой контроль этого контакта предлагается осуществлять с помощью термопар.