№ 1 (2014)
ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
МЕТОД ДЕКОМПОЗИЦИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ
Аннотация
Основной целью при проектировании базовых деталей тяжелых многоцелевых станков является снижение массы при заданной точности и производительности механической обработки. Для достижения этой цели предлагаемая нами технология расчетного проектирования базовых деталей использует принцип декомпозиции и интегрированную работу метода конечных элементов с методами оптимизации. Вследствие большой размерности расчетной модели несущей системы станка, состоящей из последовательного набора соединенных между собой базовых деталей, предлагается на этапе проектирования использовать подконструкции, выделенные из базовых деталей. На примере проектирования стойки тяжелого многоцелевого станка показано, что применение подконструкции существенно снижает размерность модели и время проектирования реальной компоновки базовой детали. Поле деформаций оптимальной подконструкции стойки согласуется с полем деформации стойки, которое получено при расчете несущей системы станка, состоящей из базовых деталей упрощенной компоновки при удовлетворении норм точности механической обработки. Угол поворота оптимальной стойки с реальным поперечным сечением меньше, чем стойки в составе несущей системы с упрощенными по геометрии базовыми деталями – 0,0778 рад и 0,1495 рад соответственно, т.е. крутильная жесткость оптимальной стойки выше.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):61-68
61-68
ЧИСЛЕННО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СЛОИСТЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ
Аннотация
Представлены результаты экспериментального исследования прочности образцов из слоистого углепластика с концентраторами напряжений типа цилиндрическое и зенкованное отверстие. Приведены фотографии испытанных образцов, как с концентраторами напряжений, так и гладкого образца для типовой укладки слоев (СЧФ). Степень падения прочности, полученная экспериментальным путем, в зависимости от типа концентратора и материала образца представлена в виде таблицы. Наряду с экспериментом проведена численная оценка прочности исследуемых образцов с использованием градиентного критерия (случай сжатия) и критерия по напряжениям в точке Нуизмера (случай растяжения). Аналогично, степень падения прочности образцов, полученная с помощью критериев, представлена в виде таблиц. Исходя из сравнения результатов, полученных численным и экспериментальным путем, предложены параметры критерия Нуизмера, соответствующие экспериментальным разрушающим напряжениям образцов. Приведены рекомендации по применению рассмотренных критериев оценки прочности к исследуемым типам слоистых композитов в зависимости от вида концентратора напряжений.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):69-75
69-75
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДСП-40-Н1
Аннотация
Рассматривается расчет на прочность основных элементов конструкции дуговой сталеплавильной печи ДСП-40-Н1. Статическое деформирование пространственной конструкции печи моделируется с помощью метода конечных элементов в пакте ANSYS. Для снижения вычислительных затрат модель массивной конструкции набирается из пластин (используются оболочечные конечные элементы типа SHELL). Проведен расчет на прочность самых нагруженных элементов печи. Выявлено, что в исходном варианте конструкции имеются места, в которых напряжения в несколько раз превышают предел текучести материала, регламентируемого в ГОСТе для листового металла, из которого состоит конструкция. На основе распределения напряжений, возникающих в конечно-элементной модели, было проработано несколько вариантов усиления конструкции и выбран наиболее приемлемый вариант, обеспечивающий необходимый запас прочности и простоту конструктивного исполнения. Конструкция с предложенными усилениями успешно прошла внутризаводские испытания на предельные нагрузки. Это обеспечит в дальнейшем безопасную эксплуатацию печи.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):76-80
76-80
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ДОСТИЖЕНИЕ УРОВНЯ ПРОЧНОСТИ 2400-2500 МПа В СТАЛЯХ ТИПА ХН3МФС С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА
Аннотация
На специально выплавленных в вакуумной индукционной печи высокочистых сталях 45ХН3МФСА, 55ХН3МФСА и 65ХН3МФСА изучена возможность получения высокопрочного состояния с уровнем прочности порядка 2400-2500 МПа. Проведенный комплекс исследований свидетельствует о том, что получение высокопрочного состояния на стали 45ХН3МФСА с уровнем предела прочности 2400-2500 МПа недостижимо, даже после проведения ВТМО. На сталях 55ХН3МФСА и 65ХН3МФСА достижение уровня прочности 2400-2500 МПа возможно после отпуска при 150 и 200 °С, как после обычной закалки, так и после ВТМО. При этом, ударная вязкость и пластичность сталей, прошедших ВТМО, находятся на вполне удовлетворительном уровне (δ = 9-13%, ψ = 28-42%, KCU = 0,40-0,46 МДж/м2. Исследование микромеханизмов разрушения, проведенное на изломах ударных образцов, показало, что снижение ударной вязкости образцов, прошедших обычную закалку, при температурах отпуска выше 250°С объясняется активизацией межзеренного разрушения, что связано с проявлением необратимой отпускной хрупкости. ВТМО снижает склонность высокопрочных сталей к необратимой отпускной хрупкости, поэтому после отпуска при 300 °С в изломах образцов, подвергнутых ВТМО, наблюдаются фасетки квазискола и ямки.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):6-13
6-13
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Аннотация
Приводятся результаты разработки лазерно-плазменного метода для упрочнения поверхности металлов в двух направлениях: высокопроизводительная модификация поверхности чугунов и синтез сверхтвердых (20 – 30 ГПа) нанокомпозитных покрытий. Лазерно-плазменный метод основан на применении плазмы оптического пульсирующего разряда. Разряд зажигается повторяющимися с высокой частотой следования (десятки кГц) лазерными импульсами в фокусе луча СО2 лазера. Для образования плазмы в обрабатывающей головке создаётся высокоскоростной поток газа: аргона, азота, кислорода. Поток плазмообразующего газа в плазмохимической камере имеет скорость до 500 м/с и давление до 0,5 МПа. Для синтеза покрытий двухканальная конструкция плазмохимической камеры дополнительно обеспечивает подачу легирующего газа в зону фокусировки лазера.Для повышения износостойкости серого чугуна в парах трения методом лазерной обработки создана структура с высокотвёрдым (12-20 ГПа) наноструктурированным поверхностным слоем толщиной до 1 мкм, который примыкает к слою толщиной порядка 100 мкм с локально закалёнными вокруг графитовых включений участками. Полученная структура поверхности обеспечивает снижение коэффициента трения на 30 % и двадцатикратное увеличение износостойкости в условиях жидкостного трения. Это обусловлено созданием микрорельефа трущихся пар, включающего капиллярные каналы, аккумулирующие смазку по местам расположения графита, и твёрдые составляющие – ледебурит и мартенсит, окружающие эти микроканавки.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):14-23
14-23
ЭКОНОМНО ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ С УРОВНЕМ ПРОЧНОСТИ 2200-2600 МПа
Аннотация
Изучена возможность получения высокочистых сталей 65С2А и 65С2ВА, выплавленных в вакуумной индукционной печи, с уровнем прочности порядка 2500 МПа. Показано, что без применения специальных методов обработки такой уровень прочности не может быть достигнут. Использование высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) и обработки сталей на сверхмелкое зерно дает возможность получить в этих сталях предел прочности σB≈2600 МПа при ψ = 20-35% и КСU = 0,25-0,4 МДж/м2. При легировании низкоуглеродистой стали карбидообразующими элементами (сталь 65С2ВА) обеспечивается уровень вязкости КСU=0,4 МДж/м2, но сравнительно низкая пластичность ψ < 20%. Без карбидообразующих элементов (сталь 65С2А) значение КСU = 0,25-0,30 МДж/м2, но значение пластичности составляет ψ = 35-40%. Изучение строения изломов показало, что в результате ВТМО уменьшаются размеры поверхностей сколов, исчезают участки межзеренного разрушения, а главное – увеличивается площадь излома, занятая ямками. Можно считать, что это является следствием общего диспергирования структуры при ВТМО.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):24-31
24-31
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ МЕТОДОМ РАДИАЛЬНОЙ КОВКИ
Аннотация
Исследуются закономерности формирования структуры и свойств конструкционной стали 35Х при холодной пластической деформации методом радиальной ковки (РК). Трубные заготовки из стали 35Х перед холодной радиальной ковкой подвергали термическому улучшению. В работе использовали методы металлографического анализа, просвечивающей электронной микроскопии, испытания на одноосное растяжение с определением характеристик прочности и пластичности, а также испытания на ударную вязкость КСU и КСТ. Для количественной оценки размеров элементов субструктуры стали 35Х применяли методы статистического анализа. В результате исследований установлено, что холодная РК трубных заготовок из стали 35Х вызывает фрагментацию структуры, растворение сформированной при термическом улучшении карбидной фазы и развитие динамической рекристаллизации. При этом после первого прохода холодной РК средний размер субзерен α-фазы уменьшается с 1500 нм до 730 нм, а после второго и третьего прохода происходит дальнейшее измельчение субструктуры исследуемой стали до размера субзерен α-фазы 640 и 525 нм, соответственно. В результате деформации конструкционной стали 35Х со степенью 55% предел текучести (σ0,2) возрастает практически на 50%, а предел прочности (σв) – на 25 %, по сравнению с исходно термоулучшенным состоянием. При этом характеристики надежности (δ, ψ, КСU, КСТ) трубных заготовок из конструкционной стали 35Х незначительно снижаются и остаются на достаточно высоком уровне.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):32-38
32-38
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ СТРУКТУРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ
Аннотация
Исследуется взаимосвязь размеров элементов структуры, направления волокон и уровня характеристик прочности и надежности закаленной листовой низкоуглеродистой стали 12Х2Г2НМФТ. Используются методы металлографического анализа, просвечивающей и растровой микроскопии, испытания на одноосное растяжения и трехточечный ударный изгиб. Установлено, что при достижении наноструктурного состояния пакетного мартенсита исследуемой стали наблюдается отклонение от закона Холла-Петча. Зависимость ударной вязкости (КСТ) и строение излома от дисперсности структуры исследуемой стали в значительной степени определяются направлением волокон по отношению к прилагаемой нагрузке. На образцах, вырезанных в продольном направлении относительно направления прокатки, в которых разрушение при испытаниях проходило поперек волокна, ударная вязкость (КСТ) начинает возрастать при диспергировании аустенитного зерна менее 40 мкм, а при получении наноструктурного состояния с размером рейки 96 нм микромеханизм разрушения меняется с квазискола на вязкий. На поперечных образцах дисперсность структуры практически не оказывает влияния на уровень ударной вязкости (КСТ), а существенное влияние оказывает волокнистое строение.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):39-45
39-45
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОСНОВЫ НА СОСТАВ И СВОЙСТВА ДИФФУЗИОННЫХ БОРИДНЫХ ПОКРЫТИЙ
Аннотация
Установлено, что характер влияния легирующего элемента основы на химический и фазовый состав диффузионных боридных покрытий определяется его растворимостью в боридах железа. Хорошо растворимый в боридах FeB и Fe2B хром способствует повышению способности покрытия пластически деформироваться в условиях сухого трения. Нерастворимые в боридах элементы оттесняются на границу с основой, тормозя диффузионные процессы и формируя переходный слой с дисперсными боридами тугоплавких элементов в мягкой прослойке кремнистого феррита. Такое строение покрытия обеспечивает однородное распределение значений контактного нормального модуля упругости, повышает стойкость защитного слоя в условиях термоциклирования и линейный износ.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):46-53
46-53
СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ Cu-Mo ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ
Аннотация
Перспективным направлением развития способов электровзрывного напыления композиционных материалов является модифицирование этих покрытий электронными пучками. В последние годы разрабатывается способ обработки поверхности многофазными плазменными струями продуктов электрического взрыва проводников. В настоящей работе показано, что импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка поверхности электровзрывных покрытий системы Cu-Mo приводит к сглаживанию рельефа поверхности покрытий и формированию их двухслойного строения. Поверхностный слой толщиной 30–50 мкм после электронно-пучкового переплавления характеризуется бездефектной структурой и образован молибденовыми ячейками со средним размером 1,3 мкм, которые объединены в зерна с размерами 10–22 мкм. Размеры медных прослоек в нем составляют 0,1–0,2 мкм. Содержание молибдена и меди в них составляет 70 и 30 ат. % соответственно.
Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2014;(1):54-60
54-60