Том 22, № 1 (2020)

Введение. Развитие современного машиностроения вызывает необходимость создания материалов, обладающих комплексом таких свойств как прочность, коррозионная стойкость, теплопроводность, жаропрочность, износостойкость и др. При изготовлении новых видов изделий, обладающих сложным профилем, широкое применение находят биметаллические материалы. Для обработки таких изделий целесообразно применять электрофизические методы обработки, одним из которых является технология копировально-прошивной электроэрозионной обработки (КПЭЭО). В настоящее время метод КПЭЭО является одним из самых распространенных методов обработки современных материалов. Статья посвящена повышению эффективности КПЭЭО биметаллических материалов типа сталь-медь. Предметами исследования являются: неравномерность съёма материала обработанной поверхности, параметр шероховатости при КПЭЭО биметаллического материала типа сталь-медь при различных режимах электроэрозионной обработки. Целью работы является повышение эффективности и точности процесса КПЭЭО сложнопрофильных биметаллических изделий электродами-инструментами (ЭИ) с различными физико-механическими свойствами. Методы. Экспериментальные исследования проводились по методу классического эксперимента. Для проведения экспериментов использовали копировально-прошивной электроэрозионный станок Smart CNC. В качестве биметаллического обрабатываемого изделия использована стальная подложка с наплавленным покрытием. Материал основы – сталь 09Г2С, материал наплавки – медь М1. В качестве электродов-инструментов использовали: сталь 20; дюралюминий марки Д16; медь М2. Результаты и обсуждения. Разработана теоретическая модель, позволяющая рассчитать величину съёма биметаллического материала сталь-медь в зависимости от режимов КПЭЭО и материала ЭИ. Сходимость теоретической модели с результатами экспериментов составляет 15 %. Проведено экспериментальное исследование износа ЭИ при КПЭЭО биметаллического материала сталь-медь в зависимости от режимов обработки и материала ЭИ. Установлено, что при КПЭЭО медным ЭИ на режимах med и max износ ЭИ минимален и составляет 0,03…0,05 мм соответственно. Проведён расчет параметров шероховатости и анализ обработанной поверхности биметаллического материала сталь-медь КПЭЭО на разных режимах обработки ЭИ с различными электрофизическими свойствами.

Введение. Одной из областей использования деформирующего резания (ДР) является получение сеток из тонколистовых материалов. Принцип их получения состоит в двустороннем оребрении листа во взаимно перпендикулярных направлениях с глубиной ДР более половины толщины листа. Существенным недостатком таких сеток является малая величина живого сечения (отношение суммарной площади отверстий к площади сетки). Одной из перспективных областей использования сеток, получаемых ДР, является их использование в герниопластике в качестве титановых имплантатов для лечения грыж и армирования костных и мягких тканей. Для имплантатов необходимо живое сечение сетки более 60 %, высокая податливость пластическим деформациям и большая удельная площадь поверхности для удержания прорастающих в имплантат тканей. В статье метод ДР рассматривается как альтернатива существующим титановым плетеным сеткам-имплантатам, имеющим крайне высокую стоимость. Цель работы: Изучение основных закономерностей получения методом ДР заготовок для сеток, особенностей их растягивания и анализ получаемых форм и размеров ячеек. В работе исследовано двустороннее оребрение тонколистовых заготовок из титана ВТ1-00 с несовпадающим направлением оребрения противоположных сторон листа в диапазоне углов скрещивания 1,3°…10° с варьированием угла подрезания заготовки и шага оребрения. Проведен анализ механики растяжения при получении ромбической, шестигранной и параллелограммной формы ячеек Результаты и обсуждение. Установлен диапазон шагов оребрения и углов скрещивания, обеспечивающих стабильность процесса ДР и растягивания заготовки. На форму ячейки основное влияние оказывает длина связи ребер, полученных на противоположных сторонах листа. Увеличение длины связи при уменьшении угла скрещивания приводит к переходу формы ячейки от ромбической к шестигранной. Ячейка в виде параллелограмма свойственна ребрам противоположных сторон, имеющим отличия в изгибной прочности. Выводы. Метод деформирующего резания является альтернативным вариантом сквозного прорезания тонколистовых металлических и полимерных заготовок для их последующего растяжения с целью получения сеток. По сравнению с просечными и ткаными сетками сетки, полученные на основе ДР, имеют большую площадь поверхности и повышенную способность к их пластическому деформированию. Обосновано получение форм ячеек ромбической, шестигранной и параллелограммной формы. Управление формой ячейки получаемой растяжной сетки осуществляется выбором угла направления ребер и шагом оребрения на противоположных сторонах заготовки. Наибольший размер ячейки и живое сечение сетки обеспечивают сетки с гексагональными ячейками при углах скрещивания направления ребер на противоположных сторонах заготовки менее 3o.

Введение. Вибрации инструмента, сопровождающие процесс резания, во многом связаны с давно выявленным регенеративным эффектом, который существенно влияет на динамические характеристики процесса обработки металлов резанием, что указывается в многочисленных зарубежных публикациях ведущих европейских специалистов в области металлообработки. В работах некоторых российских ученных, специализирующихся на анализе процессов обработки металлов резанием на металлорежущих станках, рассматривается положение о существовании оптимальной скорости резания, обеспечивающей наилучшее качество обрабатываемой поверхности и наибольшую стойкость инструмента. В связи с этим в статье рассмотрен вопрос вероятной связи этой оптимальной скорости с регенерацией колебаний инструмента при токарной обработке металлов. Цель работы: рассматривается возможность оценки влияния регенеративного эффекта на динамику процесса обработки без учета дополнительных влияний на процесс как стороны станка, так и со стороны самого процесса резания с целью определения существования оптимальных режимов резания. В работе исследована: математическая модель, описывающая динамику вибраций инструмента в условиях обработки металлов на станках токарной группы, при этом рассматривается только процесс продольного точения изделия. Методы исследования: на основе математического моделирования динамической системы резания рассмотрено три варианта возможного поведения процесса обработки с учетом влияния на регенерацию колебаний инструмента, периода вращения шпинделя с закрепленной в нем деталью. В качестве первого рассматривался нейтральный вариант, при котором этот период не носит связанного с несущей частотой скорости осевых деформаций инструмента. Второй вариант определял оптимальную скорость вращения шпинделя, которая полностью совпадала с несущей частотой скорости осевых деформаций инструмента. Третий вариант показывает наихудший вариант скорости вращения шпинделя, которая делает период его колебаний таким, что при нем влияние регенеративного эффекта максимально. Результаты и обсуждение. Приведены результаты моделирования, раскрывающие динамику системы с учетом трех выбранных нами вариантов заданной частоты вращения шпинделя станка. Результаты исследований показали, что даже в условиях самого простого описания сил резания, динамика системы носит достаточно сложный характер, на который существенным образом влияет выявленный в работе регенеративный эффект. Численный эксперимент подтверждает, предложенную теорию о существовании оптимальной с точки зрения влияния на процесс резания регенерации колебаний инструмента скорости обработки. Полученные результаты лежат в русле известных отечественных работ, посвященных практическому анализу возможности построения оптимальных систем обработки резанием и связывают их с работами ведущих европейских специалистов в области динамики процессов обработки металлов.

Введение. Морфологические изменения свободной поверхности материалов в процессе нагружения интересны с фундаментальной и практической точки зрения. В первом случае благодаря деформационному рельефу ученые судят о процессах, протекающих внутри материала, идентифицируют механизмы деформации, анализируют изменение напряженно-деформированного состояния и т.д. Во втором случае деформационный рельеф представляет собой нежелательное явление, так как он ухудшает сопротивление усталости, адгезию, приводит к растрескиванию и снижает другие физико-механические свойства деталей машин. Кроме того, на основе деформационного рельефа пытаются оценивать остаточный ресурс работы деталей машин. Сегодня промышленность использует материалы в различном структурном состоянии. Микроструктура металла (наличие или отсутствие зерен и границ зерен, размер зерна, текстура, кристаллографическая ориентация и т.д.) оказывает существенное влияние на характер протекания пластической деформации и морфологию деформированной поверхности. Цель работы: изучить влияние структуры материала на эволюцию морфологии поверхности в процессе деформации. В работе исследованы никелевые образца в монокристаллическом, поликристаллическом и ультрамелкозернистом состояниях. Методами исследования являются механические испытания на сжатие, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия. Количественная оценка проводилась с использованием стандартизированных трехмерных параметров шероховатости. Результаты и обсуждение. В работе показано, влияние внутренней структуры материала на эволюцию морфологии деформационной поверхности. Изменения в деформационном рельефе обсуждены с точки зрения преобладающих деформационных механизмов для каждого структурного состояния материала. Показано, что с использованием трехмерных параметров шероховатости можно оценить наличие потенциальных концентраторов напряжений на поверхности. Было определено, что наличие глубоких острых впадин наиболее присуще материалу в поликристаллическом состоянии. Результаты работы могут быть полезны для аргументированного выбора микроструктуры материала при изготовлении деталей машин и для математического моделирования поведения металлов под нагрузкой.

Введение. В настоящее время активно развиваются методы аддитивных технологий для получения металлических материалов различного химического и фазового состава. Проволочная технология, основанная на методе электронно-лучевого плавления, является одной из наиболее перспективных технологий, позволяющих помимо получения деталей сложной формы создавать материалы с градиентной, слоистой или уникальной структурой. Но такие технологии позволяют получать изделия со структурой литого разупрочненного материала с крупнокристаллическим строением и неравномерным распределением компонентов используемого материала. Для получения однородной структуры получаемых материалов, а также упрочнения материала и измельчения зерен структуры возможно применение дополнительной фрикционной перемешивающей обработки, способной изменить распределение компонентов полиметаллического образца с формированием структуры, недостижимой при получении материалов существующими методами. Исходя из вышесказанного актуальной на настоящее время является проблема измельчения зерна, упрочнения материала и получения однородной структуры при изготовлении полиметаллических материалов из однородных и разнородных металлов и сплавов. В статье для решения этой проблемы используется совмещение методик аддитивного электронно-лучевого производства и фрикционной перемешивающей обработки. Подход заключается в том, что методом интенсивной пластической деформации воздействуют на градиентный переход полиметаллического изделия, изготовленного методом аддитивного производства. Целью настоящей работы является исследование макроструктурных закономерностей формирования полиметаллических образцов методом аддитивного электронно-лучевого производства, образующих в зоне контакта механические смеси (Cu–Fe), твердые растворы и интерметаллидные соединения (Cu–Al). В работе исследованы особенности формирования биметаллических образцов из однородных и разнородных металлов, полученных аддитивным методом, и закономерности структурных изменений в материалах системы Cu-Fe после гибридной аддитивно-термомеханической обработки. Методами исследования являются оптическая, растровая электронная микроскопия и анализ микромеханических свойств при измерении микротвердости в различных сечениях полученных образцов. Результаты исследования. Выявлены особенности структурных изменений в материалах, полученных аддитивным методом, в зависимости от типов формирующихся фаз в зоне контакта материалов полиметалла. Полученные данные свидетельствуют о более равномерном распределении в зоне структурного градиента компонентов полиметаллического образца, не образующих в зоне контакта интерметаллидных фаз и твердых растворов. Были установлены закономерности пластической деформации и фрагментации в системе Cu-Fe (медь М1 – сталь 12Х18Н9Т) после фрикционной перемешивающей обработки с использованием растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и оптической микроскопии. Полученные данные свидетельствуют о формировании в зоне перемешивания потоков металла в направлении течения материала по контуру инструмента. Слои имеют различный размер зерна, особенности распределения частиц меди и стали, а также закономерности распределения химических элементов. По краям зоны перемешивания имеет место избыточное замешивание стали в верхние слои материала с нижележащих слоев. В зоне перемешивания проявляется неоднородность строения в распределении отдельных слоев, их толщине, размере зерна и объемной доле различных фаз.