№ 4 (2015)
ТЕХНОЛОГИЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАЗОВОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА СВЕРЛЕНИЯ ДЛЯ НОРМИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Аннотация
Предлагается методика нормирования режимов резания труднообрабатываемых материалов на примере операции сверления. Методика основана на применении новых моделей стойкости инструмента, хорошо согласующихся с результатами экспериментов, а также на построении характеристических линий и поверхностей для параметров процесса резания. Применение предложенной методики позволяет использовать закономерности экспериментальных стойкостей инструментов для различных участков факторного пространства режимов резания, что позволяет снизить количество трудоемких стокостных экспериментов, повысить точность расчетов оптимальных режимов обработки и графическую наглядность принимаемых решений. В базовые факторы, влияющие на процесс резания, входят геометрические параметры инструмента, применяемый критерий стойкости инструмента, тип смазывающе-охлаждающей жидкости, способ крепления сверла, вылет сверла, глухое или сквозное отверстие, марка обрабатываемого материала, материал сверла, тип сверла и т.п. Методика позволяет рассчитывать как локальные оптимальные режимы резания по критерию минимума затрат, так и табличные режимы вдоль характеристической линии максимальных стойкостей для текущих значений минутных подач без учета затрат при обработке. На основе предлагаемой методики разработан алгоритм планирования эксперимента для оценивания параметров выбранной стойкостной модели. Для расчета оптимальных режимов сверления по критерию минимума затрат для широкого диапазона диаметров сверл (от 3 до 40 мм) и обрабатываемых материалов (с коэффициентом обрабатываемости материала от 0,2 до 1) разработан программный комплекс на основе предложенной методики.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):6-17
6-17
ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
ВЫБОР АБРАЗИВНЫХ КРУГОВ ПРИ МАЯТНИКОВОМ ШЛИФОВАНИИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ22 ПО ВЫСОТНЫМ ПАРАМЕТРАМ ШЕРОХОВАТОСТИ
Аннотация
Шлифование деталей из титановых сплавов используется намного реже, чем других конструкционных материалов, что не отвечает запросам машиностроительного производства. Причина сказанного связана с налипанием стружки на рабочие поверхности абразивных инструментов из карбида кремния и электрокорунда. Это обусловлено высокой адгезионной активностью между титаном и традиционными абразивами при рабочих температурах резания. Радикальным средством решения данной проблемы служит использование при шлифовании титановых сплавов высокопористых кругов (ВПК) из кубического нитрида бора марки CBN30, 100 %-й концентрации на связке V (K27) с порообразующей КФ40, в которых варьировались зернистость: В76, В126, В151 (ГОСТ Р 53922-2010) и твердость: М, О (ГОСТ Р 52587-2006). Дополнительно были испытаны круги Norton из карбида кремния зеленого нормальной пористости 39С (46, 60) K8 VK, различающиеся по зернистостям. С учетом случайного характера процесса шлифования, нарушений однородности дисперсий и нормальности распределений интерпретация наблюдений шероховатостей проведена с привлечением непараметрического метода статистики, характеристиками которого служат медианы и квартильные широты. Установлено, что варьирование переменных процесса для каждой группы инструментов признано незначимым по мерам положения. Круги Norton обеспечивают снижение высот шероховатостей в 1,6…1,7 раза по сравнению с нитридборовыми ВПК. Их рекомендовано использовать на чистовом этапе шлифования, а ВПК CBN30 - на предварительном для снижения теплового воздействия на деталь. По стабильности процесса первое место занимают круги Norton с зернистостью 46, а среди нитридборовых - CBN30 B76 100 OV K27 - КФ40.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):18-30
18-30
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ РАСПОЛОЖЕНИЯ СЕКТОРОВ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ СЕКЦИИ ГЕОХОДА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ КООРДИНАТНОГО КОНТРОЛЯ
Аннотация
Изложены результаты исследования фактической точности оболочки стабилизирующей секции опытного образца геохода. Работа содержит краткий обзор ряда подходов к моделированию механизмов формирования погрешностей кольцевых сегментных изделий и определению их фактической точности. Сформулирована задача экспериментальной проверки допущений, принимаемых при моделировании. Проведенное в статье исследование выполнено на основе экспериментальных данных, полученных путем координатного контроля оболочки опытного образца геохода. Для анализа экспериментальных данных, создания математических моделей, их исследования, визуализации данных и формирования отчетов разработано специальное программное обеспечение. Анализ данных проводился путем математического моделирования поверхности оболочки стабилизирующей секции в целом и поверхностей каждого отдельного сектора. Полученные математические модели основаны на аппроксимации наборов точек, полученных в процессе координатного контроля, цилиндрическими поверхностями. В статье показано, что, по меньшей мере, значительная часть отклонений геометрической формы оболочки секции (от 30,3 до 52,3 %) объясняется погрешностями расположения секторов и погрешностями их радиусов. На основе выполненного моделирования были определены абсолютные величины соответствующих погрешностей и действительные значения размеров и отклонений. Исследования подтвердили возможность обеспечения заданной точности поверхности оболочки при реализации технологии сборки, использованной в опытном производстве. В то же время близость фактических величин отклонений к предельно допустимым значениям может привести к проблемам в обеспечении стабильного качества корпусных изделий геохода в серийном производстве. Проведен корреляционный анализ данных координатного контроля и статистический анализ рядов остатков разработанных моделей. Корреляционный анализ подтвердил зависимость отклонений экспериментальных точек от их цилиндрических координат, что подтверждает значимость погрешности расположения секторов в отклонениях от геометрической точности оболочки. Результаты статистического анализа рядов остатков моделей показал, что погрешности расположения секторов и погрешности их радиусов не являются единственными значимыми факторами в формировании неточностей оболочки стабилизирующей секции.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):31-42
31-42
ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЧАСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ЭТАПЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
Аннотация
Приведена методика сравнительной оценки качества конструкций режущих инструментов на этапе технической подготовки производства. Выделено десять групп обобщенных показателей, позволяющих произвести комплексную оценку качества конструкции инструмента по сформированной совокупности частных критериев оценки, выраженных через геометрические, конструктивные, структурные и эксплуатационные параметры режущего инструмента. По выделенным показателям сформирована система целевых функций, позволяющих определить параметры, характеризующие оптимальные конструкции режущих инструментов. Методика наглядна, универсальна и автоматизирована с использованием ЭВМ.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):43-50
43-50
ВЫБОР КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕСУЩИХ СИСТЕМ МАШИН С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
Аннотация
Рассматриваются вопросы динамического поведения несущих систем технологических машин в условиях эксплуатации. Целью данной работы является выработка рекомендаций для выбора ассортимента тканей на технологическом оборудовании (на примере ткацкого станка СТБ). Актуальность исследования обусловлена отсутствием рекомендаций по выбору технологического оборудования и единой методики, позволяющей учитывать динамический характер приложения технологического усилия. В результате проведенной работы выполнено уточнение ранее предложенной авторами расчетной модели несущих систем путем введения в нее дополнительных элементов, необходимых для работы станков при выработке определенного ассортимента тканей. Средствами CAD системы SolidWorks и конечно-элементного CAE комплекса ANSYS проведено уточнение частотного спектра собственных колебаний несущих систем для гаммы ткацких машин СТБ с заправочными ширинами 180,190, 220, 250, 330 см. Диапазон изменения частот составляет: для первой частоты - от 24,9 Гц (СТБ-180) до 17,7 Гц (СТБ-330); для второй частоты - 26,7…20,8 Гц; для третьей частоты 54,8…25,2 Гц. Показано, что технологическая нагрузка от натяжения нитей основы может быть представлена как нагрузка от статического действия силы предварительного натяжения пружины подвижного скала и динамической составляющей, зависящей от работы механизмов машины. Также показано, что несущие системы ткацких машин при определенных режимах эксплуатации работают в условиях, близких к резонансу. Определены значения перемещений отдельных элементов несущих систем от технологической нагрузки, представленной рядом Фурье. Полученные результаты исследований позволяют выработать конкретные рекомендации в направлении разграничения ассортиментных возможностей ткацких машин типа СТБ в соответствии с установленными требованиями к санитарно-гигиеническим условиям при работе на оборудовании. На стадии проектирования технологического оборудования предлагается использовать форму и характер технологической нагрузки в виде синусоидального импульса с периодом действия, равным времени оборота главного вала станка, и амплитудой, равной статической составляющей действующей силы для определенного ассортимента тканей; проектировать конструкции несущих систем в соответствии с отношением частот вынужденных и свободных колебаний, равным трем и более, используя частотный спектр вынужденных колебаний, полученный в результате разложения технологической нагрузки в ряд Фурье.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):51-60
51-60
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
СВАРКА РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ВСТАВОК, СОДЕРЖАЩИХ МЕДЬ И ТАНТАЛ
Аннотация
Проведены исследования сварных швов, а также прочностных характеристик композитов, формируемых путем сварки взрывом пластин из титанового сплава ВТ20 и нержавеющей стали 09Х18Н10Т с применением промежуточных слоев. Функцию промежуточных слоев выполняли пластины из тантала либо пара пластин «бронза - тантал». Методами микроструктурного анализа установлено, что в зоне соединений пластин образуются твердые растворы на основе меди и железа, а также титана и тантала. На границе сварки пластин из бронзы и тантала зафиксирована структура, представляющая собой механическую смесь меди и нанодисперсных включений β-тантала. В качестве критерия механических свойств композиционных материалов использовали уровень прочности соединения слоев. Максимальный предел прочности 420 МПа характерен для композиционных материалов с промежуточными слоями из бронзы и тантала.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):61-71
61-71
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЗАЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ, ЛЕГИРОВАННОЙ МЕДЬЮ И АЛЮМИНИЕМ
Аннотация
Исследованы структура, механические свойства и износостойкость заэвтектоидной стали с содержанием 0,09…8,97 мас. % меди. Обнаружены три типа частиц на основе меди. Частицы первого типа имеют размер ~20 нм и располагаются в ферритных промежутках перлита. Частицы второго типа имеют размер ~1 мкм и располагаются по границам бывшего зерна γ-Fe. Частицы третьего типа имеют круглую форму и размер ~25 мкм. Повышение содержания меди сопровождается ростом микротвердости пластинчатого перлита. Введение в сталь 3 мас. % Cu сопровождается ростом микротвердости перлита с 380 до 430 HV. При этом твердость по Бринеллю увеличивается с 340 до 390 НВ. Главным образом, это связано с выделением в ферритных промежутках наноразмерных частиц ε-фазы. При испытаниях по схеме трения скольжения износостойкость заэвтектоидной стали, содержащей 8,97 % меди, в 3,5 раза выше по сравнению с бронзой БрА9Ж3Л и на ~23 % по сравнению с антифрикционным чугуном АЧС-1. В условиях трения о закрепленные частицы абразива относительная износостойкость заэвтектоидной стали с добавлением меди почти в 3 раза выше износостойкости бронзы БрА9Ж3Л. Увеличение уровня износостойкости в условиях трения скольжения, связанное с повышением содержания меди, вызвано повышением объемной доли наноразмерных частиц на основе меди.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):72-79
72-79
ПОВЫШЕНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ 12Х18Н10Т НАНОСТРУКТУРИРУЮЩЕЙ ФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКОЙ
Аннотация
Низкие прочностные свойства коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей не могут быть улучшены термической обработкой. Поверхностные деформационные упрочняющие обработки (ультразвуковые ударные, дробеструйная и др.) часто не обеспечивают высокого качества обработанной поверхности. Поэтому первостепенная задача заключается в создании и совершенствовании методов финишной обработки, обеспечивающих наряду с эффективным деформационным упрочнением получение высококачественной поверхности аустенитных сталей. Это имеет особое значение для прецизионных деталей трибосопряжений. Изучено влияние фрикционной обработки полусферическим индентором из синтетического алмаза на фазовый состав, структуру, микромеханические и трибологические характеристики поверхностных слоев метастабильной аустенитной стали 12Х18Н10Т (масс. %: 0,10 С; 17,72 Cr; 10,04 Ni; 0,63 Ti; 1,33 Mn; 0,57 Si; 0,227 Mo; 0,064 Co; 0,014 Nb; 0,057 Cu; 0,031 P; 0,014 S; остальное Fe). Установлено, что при фрикционной обработке аустенитной стали формируется качественная поверхность с низким значением параметра шероховатости ( Ra ≈ 100 нм). При этом в поверхностном слое возникают нанокристаллические и фрагментированные субмикрокристаллические мартенситно-аустенитные структуры, достигается высокий уровень упрочнения поверхности (710 HV0,025), а также существенное снижение интенсивности изнашивания и коэффициента трения в условиях сухого трения скольжения. Обнаруженное резкое повышение наноструктурирующей фрикционной обработкой трибологических свойств аустенитной стали на начальном этапе трения связано с ограничением развития на наноструктурированной поверхности процессов схватывания и сменой механизма изнашивания - от схватывания к пластическому оттеснению. Обосновано использование метода кинетического микроиндентирования для анализа повышенного сопротивления наноструктурированного слоя с мартенситно-аустенитной структурой пластическому деформированию при адгезионном изнашивании.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):80-92
80-92
ВЛИЯНИЕ Γ-ОБЛУЧЕНИЯ В МАЛЫХ ДОЗАХ НА СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ МЕХАНОАКТИВИРОВАННОЙ СМЕСИ ПОРОШКА СОСТАВА TI+AL
Аннотация
Проведено экспериментальное исследование структурного состояния компонентов при воздействии γ-облучения на порошковую смесь состава Ti+Al и смесь того же состава после предварительной механоактивационной обработки. Воздействие γ-облучения осуществлялось в малых дозах. Для исследования параметров тонкой структуры использовался метод рентгеновской дифрактометрии. Установлена зависимость структурных параметров и тонкой структуры (размеры областей когерентного рассеяния, микродеформации) после воздействия γ-облучения от предварительной механообработки порошковой смеси. Экспериментально выявлено, что влияние γ-облучения на структурное состояния компонентов механоактивированной смеси различно. Установлено, что предварительная механоктивационная обработка порошковой смеси Ti+Al является стимулятором для радиационно-индуцированного состояния компонентов даже при малых дозах γ-облучения.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):93-101
93-101
ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ СПЛАВА ВТ6 ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫМ ЛЕГИРОВАНИЕМ С КАРБИДОМ БОРА И ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКОЙ
Аннотация
Проведены исследования, направленные на выявление изменений в поверхностном слое титанового сплава ВТ6 после комбинированной обработки. Комбинированная обработка поверхности титанового сплава ВТ6 заключалась в легировании плазмой, формирующейся при электрическом взрыве фольги титана с навеской порошка карбида бора и последующем облучении высокоинтенсивным импульсным электронным пучком субмиллисекундной длительности воздействия. В качестве взрываемого проводника при электровзрывном легировании использовали фольгу титана. В область взрыва на титановую фольгу помещали навеску порошка карбида бора B 4С. Для ЭВЛ использовали лабораторную электровзрывную установку типа ЭВУ 60/10. Основные параметры для осуществления импульсного жидкофазного легирования задавали величиной зарядного напряжения накопителя энергии ускорителя, диаметром канала сопла и расстоянием от его среза до образца. Последующую термическую обработку поверхностного слоя титанового сплава ВТ6 осуществляли высокоинтенсивным импульсным электронным пучком на установке СОЛО (ИСЭ СО РАН). В результате исследования выявлено, что электровзрывное легирование поверхностного слоя образцов титанового сплава ВТ6 приводит к формированию высокоразвитого рельефа. Методами сканирующей электронной микроскопии выявлено, что в поверхностном слое обработки наблюдается неоднородное распределение легирующих элементов. Существенное различие их концентрации в выявленных слоях приводит к отличию их прочностных и трибологических свойств. Последующая электронно-пучковая обработка поверхности легирования приводит к выглаживанию поверхности легирования. Происходит формирование многослойной структуры, а распределение легирующих элементов в поверхностном слое становится более равномерным. Анализ поверхности обработки, облученной электронным пучком, выявил наличие двух характерных элементов структуры, сформировавшихся в результате последующей обработки высокоинтенсивным импульсным электронным пучком. Первый - это области с игольчатой структурой, размеры игл которой составляют 1…10 мкм. Исследования поперечных шлифов титанового сплава после комбинированной обработки позволили определить толщину модифицированного слоя, которая составляет не более 30 мкм. Итак, можно сделать вывод о том, что электровзрывное легирование и сверхскоростное охлаждение при импульсной обработке приводят к формированию структуры субмикро- наномасштабного уровня, что позволяет повысить прочностные и трибологические свойства поверхности обработки.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2015;(4):102-112
102-112