Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Опубликован: 30.06.2015

Том 2, № 2 (2015)
15-25 9
Аннотация

В статье представлены ранее неизвестные широкому кругу результаты исследования страниц истории Тольяттинского государственного университета (ТГУ), связанных с деятельностью руководителей вуза в первые два десятилетия его деятельности. Рассматривается период с его основания в 1951 году как вечернего филиала Куйбышевского индустриального института при Куйбышевгидрострое в городе Ставрополе-на-Волге до 1971 года, когда в Тольяттинском политехническом институте (ТолПИ) сформировались материально-техническая база, научно-педагогический коллектив, заложены основы для развития научных школ и направлений.

Впервые вводится в научный оборот полный список в четкой хронологической последовательности первых шести руководителей вуза: заведующие вечерним филиалом Куйбышевского индустриального института при Куйбышевгидрострое в г. Ставрополе-на-Волге Д.Е. Чуркин, В.Н. Николаев, директора филиала Куйбышевского индустриального института В.Н. Зубков, В.Л. Бондарев, Е.Ф. Винокуров, ректор Тольяттинского политехнического института А.Н. Резников. Выявлены особенности взаимодействия руководителей вуза, органов городского самоуправления и всесоюзных строек по расширению научных и учебно-педагогических задач и формированию единого городского образовательного пространства. Подробно рассматриваются два этапа развития вуза. Первоначальный период создания вечернего филиала КИИ при КГС до переноса города Ставрополя-на-Волге и первые годы в новом строящемся городе. Освещается действенная поддержка филиалу начальника управления строительства «Куйбышевгидрострой» И.В. Комзина, его преподавательская деятельность как профессора. Второй период, когда в Тольятти была создана самостоятельная высшая школа – Тольяттинский политехнический институт (ТолПИ). Появление первого самостоятельного вуза в Тольятти связано с именем профессора А.Н. Резникова, почетного гражданина города Тольятти. Рассматривается его эффективное сотрудничество с Волжским автомобильным заводом и другими заводами страны. Исследуются направления 12-летней деятельности ТолПИ, когда вуз не только расширялся, но и стал научно-образовательным центром Поволжья.

26-31 18
Аннотация

Рассматривается современное состояние развития геометро-графической культуры и компетентности будущих специалистов, учитывая быстрое развитие информационных технологий, которое привело к трансформации содержания инженерного труда и вызвало изменение требований к подготовке будущих инженеров и оценке их профессиональных качеств, то есть изменение компетентности будущих специалистов. Определяется интегрирующее понятие «графическая культура», включающее современные знания и умения в области инженерной и компьютерной графики и способность к творческой деятельности, а реализация принципа графической культуры невозможна без знания визуально-образного графического языка профессионального общения, который является международным языком профессионального технического общения инженеров, понятным без вербального сопровождения. Анализируется традиционная геометро-графическая подготовка в технических вузах, которую обеспечивают две дисциплины – начертательная геометрия и инженерная графика и современная графическая подготовка, включающая 3D-моделирование, которое, в свою очередь, повышает производительность и качество моделирования, его вариативность и наглядность. Делается вывод о том, что графическое образование является необходимой составляющей содержания общего высшего образования и только в следующей совокупности: научная дисциплина – начертательная геометрия с ее модельной идеологией и практическая дисциплина – инженерная графика как графическое документирование, поддержанные компьютерными технологиями, обеспечат получение студентами компетенций не только в предметной области инженерной графики, но и по общеинженерным и специальным дисциплинам, вплоть до практического использования на производстве, а следовательно, повысят их графическую культуру, которая обуславливается высокой степенью развития личности.

32-37 21
Аннотация

Рассмотрен зарубежный и отечественный опыт разработки технологий сухой обработки. Приведены результаты внедрения технологий сухой обработки (резание, точение, фрезерование, сверление) на промышленные фирмы Германии. Проведен анализ потребления СОТС в ОАО «АВТОВАЗ», описано негативное влияние СОТС на организм человека, а также окружающую среду. Приведены возможные пути попадания компонентов СОТС в атмосферу и почву. СОТС в большинстве случаев проектирования технологических процессов рассматривается как обязательный постоянный компонент. Описаны три основные задачи СОТС – охлаждение, смазка, удаление стружки, неотъемлемые для стабильного протекания процесса.

Описано влияние исключения СОТС из процесса обработки. Выполнено сравнение микрорельефа с базовой и предлагаемой технологиями обработки. Разработана феноменологическая модель изнашивания инструмента из поликристаллического материала с гомогенной структурой при поверхностном пластическом деформировании. Для реализации стохастического характера воздействия шероховатости инструмента на процесс изнашивания был разработан алгоритм формирования микрогеометрии поверхности инструмента. При решении задачи автоматизации определения площади износа рабочей поверхности инструмента были разработаны алгоритмы расчета и программа IZNOSOMER. Система имеет развитые возможности по созданию пользовательского интерфейса, широкий набор функций, методов и свойств, необходимых при решении прикладных расчетно-вычислительных и инженерных задач. Полученные технические решения основаны исключительно на использовании отечественной технологии и инструмента и позволяют отказаться от закупок импортного оборудования стоимостью до 1 миллиона евро за единицу, увеличив загрузку машиностроительных предприятий Российской Федерации. Безсожевая технология исключает источник пожароопасности от масляных СОТС, загрязнение окружающей среды и нанесение вреда здоровью человека.

38-43 12
Аннотация

В статье приведены результаты экспериментального исследования тепловых процессов при упрочнении металлорежущего инструмента в низкотемпературной плазме комбинированного разряда на установке «Хром».

На первом и втором этапах исследования было определено влияние подводимой в зону обработки СВЧ-мощности на прохождение температурного фронта в системе «плазма – инструмент – держатель» в ходе процессов нагрева и охлаждения инструмента и формирование значений температуры в корпусе держателя инструмента вне зоны плазменного воздействия, т. е. лаговой температуры.

Результаты выполнения первого этапа позволили установить, что приращение лаговой температуры определяется степенью протекания амбиполярных процессов как вблизи нижней границы плазмы (на низких уровнях подводимой СВЧ-мощности), так и во всем дрейфовом пространстве (на высоких уровнях подводимой СВЧ-мощности).

Результаты выполнения второго этапа показали, что преобладание в начальной стадии нагрева тенденции распространения больших потоков тепла, подводимого из плазмы, в объем инструмента может привести к перегреву и отпуску инструментальной матрицы. Причиной является «запирание» тепла в зоне нагрева, поскольку к этому моменту еще не сформировался канал его отвода через конвективное излучение и на массивные теплоемкие элементы (держатель и хвостовик инструмента), скорость распространения которого значительно выше скорости распространения фронта температуры.

На третьем этапе при исследовании влияния скорости изменения температуры на физико-механические свойства инструмента, сформированные в процессе его изготовления, было установлено, что изменение скорости роста температуры и времени отключения плазмы может существенно изменить эксплуатационную надежность инструмента.

В целом результаты исследования позволили показать, что для получения воспроизводимых результатов упрочнения, удовлетворяющих критериям создания на поверхности рабочей части инструмента слоя с заданными структурой и физико-механическими свойствами, процессом распространения потока тепла в зоне плазменной обработки необходимо управлять.

44-49 9
Аннотация

Системный подход широко применяется при модернизации бизнес-процессов, организационной структуры, корпоративного документооборота и экономических информационных систем. Использование приемов системного анализа при внедрении результатов технических исследований в настоящее время недостаточно освещено, поэтому направление работы, связанное с применением нотации IDEF0 к описанию системы, разрабатываемой по результатам научных исследований в области резания металлов, является актуальным.

Работа посвящена применению методов системного анализа при освоении результатов исследований оценивания интенсивности изнашивания металлорежущего инструмента по акустической эмиссии процесса резания. Использован анализ процессов в нотации IDEF0 для описания проектируемой информационной системы прогнозирования обрабатываемости материалов.

Построена контекстная диаграмма, содержащая внешние взаимодействия анализируемой системы. Внутренние взаимодействия анализируемой системы на верхнем уровне декомпозиции отражены на диаграмме декомпозиции первого уровня. Выполнена структуризация функций системы и необходимых для функционирования системы ресурсов в рамках входных, выходных, поддерживающих и регламентирующих параметров процессов. Предложены приемы прогнозирования обрабатываемости, основанные на использовании визуальных и численных представлений информации и применении современных технологий обработки слабоструктурированной информации.

В результате работы показано, что использование анализа процессов по методологии IDEF0 является эффективным средством, позволяющим на этапе внедрения результатов исследований структурировать информационные взаимодействия в рамках входных, выходных, управляющих и поддерживающих параметров процессов на различных уровнях детализации системы. Применение методов системного анализа к описанию системы прогнозирования обрабатываемости по сигналу акустической эмиссии позволило определить основные требования к информационной системе, конкретизация которых возможна в рамках принятой методологии при переходе на низшие уровни декомпозиции в описании процессов системы.

50-57 8
Аннотация

Статья посвящена рассмотрению процесса моделирования статического полупроводникового компенсатора неактивных составляющих полной мощности, работающего в однофазной сети переменного тока на точечную контактную сварочную машину. Показана широкая распространенность контактной сварки на современном производстве. Указаны недостатки современных источников питания контактных сварочных машин с точки зрения их энергоэффективности. Сделан вывод о возможности снижения энергопотребления на 20–40 % при применении специальных устройств – полупроводниковых компенсаторов. Поскольку и контактная машина, и компенсатор работают при высоких токах и напряжениях, а стоимость их электрических компонентов достаточно велика, поставлена задача создания компьютерной имитационной модели системы «Промышленная сеть – полупроводниковый компенсатор – контактная сварочная машина». В качестве инструментария выбрана программа Matlab Simulink, поскольку она позволяет как моделировать электрические элементы, так и выполнять математические и логические операции, необходимые для описания алгоритма работы системы управления. Представлены все уровни имитационной модели: сеть, силовая часть компенсатора, система управления компенсатора, контактная сварочная машина. Подробно описан процесс выбора тех или иных блоков Simulink для реализации модели. Приведены математические выражения, лежащие в основе работы системы управления ключами компенсатора и в основе моделирования контактной машины. Проведено моделирование работы системы, представлены результаты в виде временных диаграмм токов и напряжений. Показано нарушение работы системы при неправильно выбранных номиналах электрических элементов компенсирующего устройства. Сделан вывод о возможности применения разработанной модели при исследовании различных режимов работы компенсатора, а также при выборе номиналов его компонентов.

58-63 9
Аннотация

Известный подход к решению технических задач путем разрешения противоречий за счет применения эмпирических приемов достаточно громоздок, что затрудняет его освоение в рамках учебного процесса. Целью работы является разработка такой системы эмпирических приемов, которая бы позволяла изучать ее в рамках образовательной программы подготовки инженера без существенного снижения ее эффективности. В рамках реализации этой цели проанализированы известные системы эмпирических приемов решения технических задач применительно к области техники «Технология машиностроения» и сделана попытка сократить число приемов без потери их эффективности за счет их специализации, а также за счет объединения известных приемов. Предлагаемый подход позволяет освоить метод эмпирических приемов в рамках учебного процесса.

В результате сформирован перечень эмпирических приемов и подприемов решения технических задач в области технологии машиностроения, включающий 10 приемов: разделение – объединение (разделение объекта, разделение функций, оптимизация, матрешка), упругость (упругий элемент, надувной элемент), наоборот (противоположное положение, противоположное действие, предварительное действие, асимметрия), криволинейность (криволинейный элемент, вращение, качение), динамичность (подвижность, адаптивность, прерывистость), аналогия (копия объекта, технический аналог, природный аналог), вред в пользу (использование, усиление, сложение, дешевая недолговечность, отходы), состояние (агрегатное состояние, консистенция, пористость, неоднородность), посредник (видоизмененный объект, третий объект), физические поля (поле, сочетание полей, физические эффекты).

Приведены примеры применения эмпирических приемов и подприемов при решении задач технологии машиностроения.

Предлагаемая система эмпирических приемов позволяет изучить их на занятиях по техническому творчеству в рамках отведенного учебным планом времени и применять как при решении учебных задач дисциплины «Технология машиностроения», курсовом и дипломном проектировании, так и в дальнейшей инженерной практике.

64-68 11
Аннотация

Усиление шумового фона свыше предельно допустимых величин представляет собой опасность для физического и психического здоровья человека. Подготовка специалистов для металлообрабатывающего комплекса осуществляется в учебных лабораториях, оборудованных профессиональными стендами и станками, используемыми в производстве. Металлообрабатывающее оборудование является источником шума. Шум внутри помещений создается за счет работы металлообрабатывающих станков, сварочного оборудования и стендов для испытания узлов и деталей автомобилей. В помещениях и на открытых площадках, где от различимости звука, создаваемого средствами радиооповещения, может зависеть безопасность людей, должны быть предусмотрены меры по обеспечению оптимального уровня громкости и различимости звука. В связи с чем мониторинг учебного процесса по акустическому фактору является актуальной процедурой для обеспечения безопасности образовательного процесса.

Целью исследования является повышение качества и безопасности образовательной среды путем проведения акустического мониторинга образовательного процесса. В качестве алгоритма проведения акустического мониторинга образовательного процесса можно предложить следующую последовательность: составление реестра дисциплин, лабораторий, станочной и приборной базы, оказывающих негативное воздействие на учащихся в образовательном учреждении, идентификацию опасных вредных производственных факторов, оказывающих негативное воздействие на учащихся в образовательном учреждении, на основе составленного реестра, формирование нормативно-правовой базы по акустическому фактору, инструментальные измерения уровня звука, октавного уровня звукового давления, уровня инфразвука в учебно-производственных лабораториях, обработка полученных экспериментальных данных, сравнение полученных результатов с нормативными значениями, формулирование выводов и рекомендаций по улучшению акустических показателей образовательных учреждений.

69-74 8
Аннотация

Металлорежущие станки включают в себя сложные технологические системы, которые в процессе обработки изменяют свои параметры, в результате чего снижается точность обработки. Факторов, влияющих на точность обработки, множество, но основным является точность самого технологического оборудования. Классические методы повышения точности станков практически исчерпали свои возможности и становятся экономически невыгодными. Поэтому работа, посвященная изучению точности обработки на технологическом оборудовании, является весьма актуальной.

В статье описываются результаты исследований точности обработки глубоких отверстий на прецизионном горизонтальном координатно-расточном станке модели 2А459АФ4.

Целью работы является доказательство влияния упругих силовых деформаций несущей системы (изгиб и кручение) прецизионного горизонтального координатно-расточного станка на точность обработки на нем.

На базе специальной установки проводились измерения отклонения от круглости отверстия в условиях, максимально приближенных к реальной производственной обстановке. На основе полученных результатов выборок отверстий были построены точечные диаграммы, наглядно отражающие характер отклонения оси обрабатываемого отверстия в процессе обработки. Определено, что величина смещения оси отверстий в двух перпендикулярных плоскостях – величина непостоянная и зависит от расположения подвижных элементов технологической системы станка в процессе обработки. Так, при расположении отверстий ближе к зеркалу стола величина отклонения оси уменьшается. Наличие упругих силовых деформаций несущей системы влечет за собой перемещения заготовки и, как следствие, увод оси обработанного отверстия относительно оси инструмента.

Исследования проводились по собственной методике, в основе которой использовался пакет прикладных программ: Компас 3D V12, ANSYS Workbanch, MathCAD.

75-80 12
Аннотация

В статье приводятся результаты исследования влияния повышенного давления аргона и гелия на технологические параметры сварочной дуги. Показаны примеры изделий атомной техники с повышенным внутренним давлением. Описан способ заполнения и особенности оборудования для герметизации изделий. Установка представляет собой камеру, в которой располагаются электрод и изделие. Дуга зажигается контактным способом с помощью электромагнита, который поднимает электрод совместно с началом процесса сварки. Особенностью источника питания для сварки является повышенное значение напряжения холостого хода. В ходе эксперимента проводилась сварка на медной пластине в среде гелия до 15 МПа и аргона до 10 МПа. Показано, что с ростом давления гелия на каждый 1 МПа в диапазоне токов 25…50 А напряжение на сварочной дуге возрастает на 1,6…2 В, что оказывает большое влияние на качество сварных швов малогабаритных изделий атомной техники. Показано, что при сварке в среде повышенного давления изменяется коэффициент формы шва. Определена оптимальная конструкция сварных соединений малогабаритных тонкостенных изделий атомной техники с повышенным внутренним давлением. Технологию сварки при повышенном давлении можно применять как при изготовлении изделий из склонных к порообразованию металлов, так и при исправлении дефектов сварного шва. Эксперимент по определению необходимого давления проводился на забракованных торцевых швах из сплава алюминия АД-1. Определено, что повторная сварка изделий из алюминия с браковочными порами при давлении гелия 0,6 МПа и выше устраняет дефекты.

81-85 12
Аннотация

Рассмотрены вопросы обеспечения качества твердосплавных инструментов и деталей при их изготовлении путем рационального использования энергии ультразвуковых колебаний. Общеизвестно, что одним из основных показателей качества поверхностного слоя деталей или инструментов является отсутствие растягивающих остаточных напряжений. Особенно это важно для инструментов, используемых для высокоскоростной обработки заготовок из алюминиевых сплавов, которые не подвергаются нанесению износостойких покрытий, а также для буровых коронок и различных твердосплавных деталей, находящих все большее применение в современных машинах и механизмах. Как правило, заготовки для их изготовления на заключительных стадиях технологического процесса подвергаются шлифованию, после которого неизбежно возникновение растягивающих остаточных напряжений. Для их релаксации в действующем производстве используют термическую обработку или естественное старение, что увеличивает производственный цикл и себестоимость изготовления. Авторами предложено для этой цели использовать энергию ультразвукового поля, для чего были разработаны оригинальные установки и проведены исследования. В ходе исследований получены регрессионные зависимости остаточных напряжений от параметров теплосиловой напряженности (составляющих сил резания и контактной температуры в зоне плоского алмазного шлифования образцов из ультрамелкодисперсного твердого сплава) и элементов режима обработки (скорости продольной подачи стола и глубины резания). Остаточные напряжения контролировали с помощью отечественного рефрактометра «Рикор-4». В процессе обработки осуществляли оценку и структурно-фазовым превращениям в поверхностном слое (с помощью рентгеновского измерительного комплекса «Рикор-7»). Результаты исследований позволили установить скорость ультразвуковой релаксации и установить элементы ее режима.

86-93 31
Аннотация

Работа посвящена улучшению процесса микродугового оксидирования наиболее применяемых литейных алюминиевых сплавов – алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов). На силуминах АК6М2 и АК9пч методом микродугового оксидирования были получены образцы оксидных слоев, синтезированные в электролите базового состава и с добавкой в электролит небольшого количества наноразмерного порошка диоксида кремния SiO2. Проведены экспериментальные исследования производительности процесса микродугового оксидирования, поперечной структуры полученных оксидных слоев, их фазового состава, морфологии поверхности, микротвердости, трибологических и теплоизоляционных характеристик. Обнаружено, что при введении в состав электролита наноразмерного порошка диоксида кремния SiO2 существенно повышается производительность процесса микродугового оксидирования. Оксидные слои, сформированные в модифицированном наночастицами диоксида кремния электролите, обладают улучшенной поперечной макроструктурой и микрорельефом по сравнению с базовым вариантом. Обнаружено увеличение содержания в оксидном слое высокотемпературных прочных фаз при одновременном снижении содержания метастабильных и низкотемпературных фаз. Установлено повышение микротвердости и износостойкости оксидных слоев, а также значительное снижение теплопроводности оксидных слоев, синтезированных в электролите с добавками наночастиц диоксида кремния. 

94-99 11
Аннотация

Рассмотрены вопросы обеспечения точности базирования автоматически сменных узлов при перекомпоновании рабочей позиции перекомпонуемых производственных систем. Показано влияние взаимного расположения базирующих отверстий на точность базирования автоматически сменных узлов при многосторонней обработке деталей. Для решения вопросов многосторонней обработки деталей предложена модель автоматически сменного узла – носителя деталей для моделирования вопросов обеспечения точности базирования на рабочей позиции перекомпонуемой производственной системы. Приведена конструкция носителя, выполненного в виде правильной прямоугольной призмы, где на боковых гранях расположены базирующие отверстия, а установку комплекта приспособления и детали выполняют в плоскости каждой грани. При этом обеспечивается пространственная повторяемость положения деталей относительно технологических узлов рабочей позиции и равная жесткость корпуса носителя в направлениях многосторонней обработки деталей. В статье рассмотрена модель системы равнорасположенных базирующих отверстий для моделирования точности базирования носителя. На основе размерного анализа определены параметры, характеризующие точность обработки каждого базирующего отверстия. Показано влияние взаимного расположения каждого базирующего отверстия носителя на точность обработки детали. Для условий обработки базирующих отверстий на автоматизированном оборудовании определены параметры обработки, которые необходимо обеспечить для решения вопросов точности базирования носителя на рабочей позиции. На основе моделирования размерных связей определены требования для технологического процесса изготовления базирующих отверстий. При этом показана необходимость учета снижения точности их взаимного расположения в результате обработки.

Согласно результатам моделирования, обеспечение требуемого взаимного расположения базирующих отверстий при их обработке позволит выполнить заложенные требования на взаимное расположение носителей перекомпонуемых производственных систем.

100-103 12
Аннотация

Представлена методика системного анализа качества обработки поверхностей при глубинном профильном шлифовании на многокоординатном станке профилей сложной формы. Предложены алгоритм действий по обеспечению качества глубинного профильного шлифования лопаток, математическая модель теплодинамической системы шлифовального станка в виде структурной схемы при учете процесса резания. Алгоритм предполагает выяснение динамического состояния технологической системы на основе математической модели теплодинамической системы шлифовального станка с учетом динамики упругих, тепловых и рабочих процессов. Динамическое состояние технологической системы определяет условия осуществления процесса глубинного шлифования. Как известно, с увеличением глубины процесс шлифования может становиться неустойчивым. В условиях неустойчивости выполнение обработки или достижение заданных параметров качества невозможно. При обеспечении устойчивости процесса необходимо на основе математической модели получить статические и динамические характеристики, которые будут определять взаимные смещения шлифовального круга и заготовки, текущую глубину резания, колебания силы и температур в зоне резания. Далее приведенная математическая модель позволяет спрогнозировать съем материала, износ шлифовального круга и шероховатость каждой поверхности на основе режимов резания, характеристики круга, динамики упругих, тепловых и рабочих процессов в технологической системе. Знание влияния режимов резания и характеристик круга на качество каждой из обработанных поверхностей позволяет аналитически определить наиболее оптимальные характеристики круга и режимы шлифования для обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя лопатки газотурбинного двигателя: шероховатость поверхности, физико-механическое состояние (наклеп, остаточные напряжения), точность. Данная методика позволяет управлять процессом глубинного профильного шлифования для достижения заданных параметров качества поверхностей, размерной точности профиля лопаток газотурбинных двигателей и повышения производительности обработки на многокоординатном станке профилей сложной формы.

104-111 15
Аннотация

Эксплуатационные характеристики изделий в значительной мере определяются технологическим процессом их изготовления. В современном машиностроении все чаще выдвигаются требования к поверхностям деталей, работающих в условиях трения, наличие регулярного микрорельефа. В данной работе предложена технология и математическая модель для расчета микрорельефа обработанной поверхности шейки вала под манжетное уплотнение. При рассмотрении пары трения манжета – вал были определены основные причины ее износа.

Рассмотрены схемы нанесения регулярного микрорельефа при алмазном выглаживании. Рассмотрены схемы и профилограммы поверхностей с получаемыми системами канавок. Выполнена классификация получаемых микрорельефов при вибровыглаживании. Определена зависимость характера микрорельефа от параметров обработки.

В соответствии с тенденцией развития машиностроения, авторами предложен переход от одного параметра, описывающего требования к микрогеометрии поверхности детали, к требованию в виде наличия регулярного микрорельефа.

Показаны результаты расчета математической модели процесса обработки алмазным выглаживанием, позволяющей моделировать рельеф обработанной поверхности в зависимости от параметров и условий обработки.

Авторами получены результаты моделирования поверхности обработанной детали в процессе алмазного выглаживания с наложением колебаний. Сопоставляя результаты моделирования с теоретическими результатами, можно судить об адекватности расчетов математической модели.

Сделаны выводы о возможности с помощью математической модели прогнозировать получаемый микрорельеф на поверхности детали после обработки выглаживанием с наложением колебаний. Результаты теоретических исследований, на основе которых разработана математическая модель процесса выглаживания с наложением колебаний, коррелируют с теми, что получены на практике.

112-116 13
Аннотация

Целью работы является анализ процесса импульсной сварки высоковольтным разрядом конденсаторов с использованием магнитно-импульсного привода для получения соединений разнотолщинных и разнородных деталей.

Анализ процесса высоковольтной импульсной сварки осуществлялся на основе электродинамики, теории электроэрозионной обработки, дислокационной теории образования соединений в твердой фазе. Качество сварного соединения оценивалось по результатам испытаний на механическую прочность, термоциклированием, металлографическими исследованиями оптической и электроннолучевой микроскопии.

Обработка данных экспериментальных исследований технологического процесса, анализ выражения магнитного давления через параметры оборудования определили необходимость исследования характеристик переналаживаемого генератора импульсных токов. Определялась собственная и рабочая частота разрядного контура при подключении определенного числа секций с различными типами стандартных импульсных конденсаторов с использованием малоиндуктивных токоподводов. Регистрацию измерений собственных и рабочих параметров контура при подключении секций накопителя и индукционно-динамического привода производили с использованием современного цифрового оборудования.

В результате анализа высоковольтной импульсной сварки с магнитно-импульсным приводом установлено, что при использовании магнитно-импульсного привода с исходным зазором за счет изменения массы толкателя и величины зазора можно регулировать энерговложение в зону сварки. Чем больше исходный зазор и масса подвижных элементов, тем больше доля теплового воздействия. При сварке крупногабаритных стержневых деталей (d=15–20 мм) необходимо использовать высокочастотные генераторы импульсов тока (собственной частотой более 50 кГц), обеспечивающих смену полярности дугового разряда и, как следствие, увеличение площади разогрева плоской детали за счет эффекта «магнитного дутья».

117-122 19
Аннотация

В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности многономенклатурных механообрабатывающих производственных систем путем комплексной автоматизации технологической подготовки. В результате анализа возможностей современных программных средств автоматизации проектирования выявляются их недостатки и формулируются принципы создания интегрированной системы конструкторского и технологического проектирования, обеспечивающие эффективное взаимодействие на различных стадиях проектирования. В качестве основы для принятия рациональных решений обозначается система автоматизированного проектирования технологических операций, занимающая центральное место в интегрированной системе планирования технологических процессов. В ходе разработки системы автоматизированного проектирования технологических операций формируются подходы к формализации проектных процедур на основе использования математического моделирования. Важной особенностью предлагаемых моделей и методик является учет всей запланированной номенклатуры обрабатываемых деталей и ориентация на текущее состояние производственной системы. Для процедуры генерации комплектов технологической оснастки описывается модель с применением сетей Петри, которая позволяет сформировать множество возможных вариантов режущего и вспомогательного инструмента для всей запланированной номенклатуры обрабатываемых деталей. Отсев нерациональных вариантов предлагается осуществлять по критерию однородности, который обеспечивает инвариантность структур операций. Для моделирования процедуры генерации возможных последовательностей технологических переходов используется теория графов. Моделирование процедур выбора рациональных комплектов оснастки и структур операций осуществляется совместно. Для этого предлагается использование аппарата динамического программирования, в результате чего оптимизируется система в целом и отсутствует необходимость перебора всех возможных вариантов. Критериями оптимизации являются суммарное время обработки всех запланированных деталей и количество смен инструмента. В заключении статьи определяются пути дальнейшего развития и применения разрабатываемой системы.

123-129 10
Аннотация

Применение технологии изготовления облегченных экранирующих корпусов соединителей бортовой техники методом точения сопровождается низким коэффициентом использования материала, большими затратами труда, повышенной массой изделий.

Для снижения веса штепсельных разъемов предлагается изготавливать корпусную часть электросоединителя из тонколистового материала, обеспечивающего экранирование от радиопомех. Наилучшим показателем по малому удельному весу и экранированию является алюминиевая фольга толщиной (0,1÷0,2)∙10-3м.

Предлагаемая технология изготовления облегченных экранирующих корпусов включает следующие переходы: эластомагнитно-импульсную штамповку (ЭМИШ) заготовки, магнитно-импульсную сварку-формовку (МИСФ) и чеканку резьбы.

В реализуемой схеме МИСФ магнитное давление, действующее на стенки заготовки, является формообразующим в соответствии с конфигурацией матрицы, а в зоне перехлеста – сварочным.

Основными параметрами режимов МИСФ для различных типоразмеров корпусов из алюминиевой фольги являются запасаемая энергия в батареях конденсаторов, рабочая частота разряда тока и напряжение заряда емкостных накопителей.

В рамках соглашения с Министерством образования и науки Российской Федерации, по cоглашению № 14.574.21.0049 от 19.06.2014 г., уникальный идентификатор RFMEFI57414X0049, разработано быстропереналаживаемое универсальное оборудование – пресс двойного действия, сочетающий в себе статическую и импульсную нагрузку в едином устройстве и позволяющий осуществить все этапы технологического процесса изготовления корпусов соединителей на одном устройстве.

Пресс двойного действия состоит из технологического блока для осуществления статического нагружения и генератора импульсных токов с индукционно-динамическим приводом для реализации импульсного нагружения.

Для отработки технологии разработан измерительный стенд разрядных процессов, включающий в себя устройства для регистрации тока разрядного контура и его частоты, магнитного давления и физических параметров пресса двойного действия: активного и индуктивного сопротивления разрядного контура, емкости накопительного блока.

Используемый измерительный стенд позволит провести анализ зоны сварных соединений.

130-135 25
Аннотация

В статье рассмотрена проблема повышения износостойкости рабочих поверхностей деталей машин, оснастки и металлорежущего инструмента. Одним из наиболее перспективных направлений в данной области является термическая обработка изнашиваемых поверхностей за счет воздействия концентрированными тепловыми потоками, создаваемыми лучом лазера. Наиболее перспективными с технологической точки зрения представляются современные оптоволоконные лазеры. Изучение и прогнозирование структуры зон перекрытия при многопроходной лазерной обработке является важным элементом подготовки технологического процесса и напрямую влияет на  выбор режимов обработки. Приводятся результаты экспериментального исследования влияния параметров лазерной обработки оптоволоконным лазером на состояние поверхностного слоя зон перекрытия при многопроходной термической обработке сталей и чугунов. В экспериментальных исследованиях использовали оптоволоконный лазер ЛКД4-015.150. Обработку производили в непрерывном режиме с частичным оплавлением поверхности обработки. Режимы обработки выбирали исходя из данных работы «Модификация поверхности сталей и чугунов при помощи оптоволоконного лазера». В качестве образцов использовали пластины размерами 15х15х3 мм из стали Х12МФ и чугуна СЧ21. После обработки торцовую поверхность каждого образца шлифовали на минимальных режимах для исключения повторного термического влияния на структуру, после чего на ней изготавливали микрошлифы. В качестве травителя использовали 4 %-ный спиртовой раствор азотной кислоты HNO3. Твердость измеряли при помощи микротвердомера Shimadzu HMV-2. Структуру образцов изучали на микроскопе Zeiss AXIO Observer.D1m, а также на электронном сканирующем микроскопе Zeiss LEO1455VP.

В ходе работы произведен анализ структуры зон перекрытия, измерена их микротвердость. Представлены расчетная схема и формула расчета коэффициента перекрытия при многопроходной обработке.

136-144 18
Аннотация

В обзоре представлены последние научные результаты в области шлифования. Уделено внимание созданию инновационных шлифовальных инструментов, таких как «высокопроницаемые» круги с минимальным количеством связки. Рассмотрены перспективы создания новых абразивных инструментов, оснащенных режущими зернами, прочность которых достигает, а иногда и превосходит прочность синтетических алмазов.

Особое внимание уделено передовым методам глубинного, скоростного, высокоскоростного и ультраскоростного шлифования. Представлены новые и комбинированные методы скоростного и высокоскоростного шлифования, такие как быстроходное шлифование, точечное скоростное шлифование, «глубинно-быстроходное шлифование и другие методы, широко исследуемые в настоящее время в Китае, США, Германии, Японии и других странах.

Обсуждаются требования к новым видам оборудования и инструментам для комбинированного сверхскоростного и ультраскоростного шлифования. Показаны возможности и области применения скоростного алмазного шлифования и абразивного скоростного шлифования «высокопроницаемыми» кругами с экструзионными зернами. Круги и зерна с соотношением длины к диаметру 4:1 и 8:1 изготавливаются крупнейшим в мире производителем абразивно-алмазного инструмента Saint-Gobian Abrasives (США, Франция).

Кратко представлены результаты производственного опыта Китая, США, Германии и Японии в области различных видов сверхскоростного шлифования.

Список литературы включает работы, относящиеся к последнему десятилетию, и представляет исследования, выполненные наиболее авторитетными и известными в мире учеными в области высокоскоростного шлифования.

145-149 13
Аннотация

Объектом исследования является защитный ограничитель, применяемый в повышающем импульсном преобразователе постоянного напряжения (ИППН). Цель работы заключается в обосновании выбора ограничителей, необходимых для ограничения коммутационных перенапряжений в силовых транзисторах на безопасном уровне, при заданных параметрах работы схемы. В статье рассмотрена актуальность применения импульсных схем питания в современных технологиях при различных типах нагрузки. На примере импульсного преобразователя постоянного напряжения показана схема замещения, показывающая, что выключение транзистора сопровождается перенапряжением. Для ограничения перенапряжения предлагается использовать ограничитель напряжения. С целью рационального выбора ограничителя предлагается рассмотреть коммутационные процессы при выключении транзистора. Анализ процессов коммутации проводится на основе допущений, часто используемых при анализе импульсных процессов импульсных преобразователей напряжения. Приведена временная диаграмма, поясняющая работу схемы. Анализ процессов коммутации сопровождается выводом аналитических соотношений, отражающих основные параметры коммутации: уровень перенапряжений, время коммутации, энергию, выделяемую в ограничителе за один период, и среднюю мощность потерь в ограничителе. Введено понятие относительного перенапряжения, использующееся для выбора ограничителя и силового транзистора. Рассматриваются примеры выпускаемых промышленностью элементов, которые могут выполнять функции ограничителей. Проводится анализ параметров ограничителей, выпускаемых различными производителями. По выведенным аналитическим соотношениям и исходя из анализа параметров, предоставляемых производителями ограничителей, приведены рекомендации и оценочная методика по выбору ограничителей для схем питания. Областью применения данной работы являются схемы с транзисторами, работающими в ключевых режимах, такие как схемы ИППН.

150-154 8
Аннотация

В данной статье рассмотрены основы выбора элементов защитной R-C-VD цепочки на примере импульсного преобразователя постоянного напряжения (ИППН).

Целью работы является мотивированный выбор параметров защитной цепочки, необходимых для ограничения коммутационных перенапряжений на безопасном уровне.

Задачи работы заключаются в описании процессов формирования коммутационных перенапряжений с разбиением коммутационных процессов на периоды времени, выявление величин этих перенапряжений исходя из параметров схемы, и формулировании рекомендаций по выбору параметров защитных R-C-VD цепочек.

Объектом исследования является демпфирующая (защитная) R-C-VD цепочка, применяемая в повышающем ИППН.

В статье пояснена актуальность и сфера применения рассматриваемого вопроса. Показан механизм формирования коммутационных перенапряжений на паразитных индуктивностях в импульсных схемах. Рассмотрена схема включения защитной R-C-VD цепочки для ограничения перенапряжений. Рассмотрена работа ИППН с R-C-VD цепочкой с точки зрения формирования коммутационных перенапряжений. Для этого один период работы схемы разбит на временные интервалы, в каждом из которых приведено описание работы схемы. Рассмотрение произведено с учетом некоторых допущений, применимых к анализу таких схем. Приведены аналитические соотношения, позволяющие определить величину коммутационных перенапряжений исходя из параметров схемы. Получены соотношения, отражающие преобразование энергий между элементами схемы в процессе работы защитной цепочки. Приведена временная диаграмма, поясняющая работу схемы. На основе приведенного описания работы схемы и полученных аналитических соотношений сформулированы критерии выбора элементов защитной R-C-VD цепочки, акцентировано внимание на особенностях их выбора.

Областью применения данной работы являются схемы с транзисторами, работающими в ключевых режимах, например, схемы ИППН.

155-160 54
Аннотация

В сфере автоматизации проектирования процессов и объектов листовой штамповки представлено значительное число коммерческих программных продуктов. Каждый из них обладает инструментами и особенностями, направленными на снижение трудоемкости и ускорения времени проектирования. В статье проводится классифицирование множества отечественных и иностранных систем автоматизированного проектирования объектов и процессов многопозиционной штамповки (САПР МШ). Рассмотренное количество САПР описывается множеством функциональных признаков. С помощью метода главных компонент факторного анализа проводится поиск корреляционных связей между признаками для уменьшения их числа. Выделяется пять факторов (групп признаков САПР МШ). Выделенным факторам задаются названия в соответствии с описанием входящих в них признаков. Приводится структурно-логическая матрица САПР МШ для полученных факторов. Представлено процентное соотношение рассмотренных САПР в выделенных факторах. Для построения классификации и определения типовых САПР МШ используется метод k-средних кластерного анализа. Определено количество кластеров (типовых САПР) и их объем. Полученные кластеры представляют собой возможное описание типовой САПР МШ. Кластерам назначаются наименования, далее приводится описание их функциональных возможностей. Выделенные кластеры и их описание согласуются с эвристическим делением САПР по технологическому и конструктивному признаку. Наибольшее количество САПР МШ из представленной выборки относится к технологическим кластерам. Кластерный анализ множества САПР показывает, что развитие автоматизации проектирования объектов и процессов штамповки связано с оптимизацией технологических процессов ЛШ и применением инструментов и модулей CAE, а также с разработкой библиотек типовых деталей и узлов с учетом баз знаний.

161-165 10
Аннотация

В статье рассматривается процесс поискового проектирования разделительных штампов для последовательной листовой штамповки. Выполнено структурно-иерархическое описание конструкций последовательного разделительного штампа. Приведена структурная схема конструкции последовательного разделительного штампа, разработанная на основе граф-схем узлов и механизмов. Введено понятие множества, которое содержит в качестве подмножеств различные узлы, признаки и переменные, определяющие конструкцию штампа. Созданы концептуальные схемы для каждой группы механизмов, определяемые структурными связями на множестве признаков конструкции. Выполнено отображение возможных вариантов конструкции штампа в виде «решающей» таблицы в бинарном пространстве структурных элементов, их признаков и значений. Разработана математическая модель штампа (ММШ), позволяющая провести поиск конструкции по предъявляемым инженером-конструктором требованиям и параметрам функционирования штампа для получения изделия. Реализацию процедуры поиска вариантов конструкции штампа предложено выполнять на основе методов объектно-ориентированного программирования. Реализовано представление взаимодействующих объектов (узлов, механизмов, деталей) как экземпляров определенного класса, причем классы образуют иерархию на принципах наследования. Сформирована система вложенных классов для узлов, механизмов и деталей с наследованием их свойств. Создан прикладной программный продукт для поискового проектирования структуры штамповой оснастки в среде NX OPEN на языке программирования C# с использованием материалов, реализованных в БД. Логическая схема базы знаний позволила выбирать из БД структурную схему, определяющую вариант конструкции штампа. На основе полученных результатов разработаны процедуры поискового проектирования последовательных разделительных штампов на базе математической модели штампа с применением структурно-логических и численных переменных.

166-170 39
Аннотация

Усиление стальных ферм покрытия часто достигается увеличением сечений стержней путем присоединения на сварке стержневых элементов. Сварка дает разогрев сечений и появление изгибных деформаций. Для рационального усиления необходим учет этих воздействий.

В этой связи разработана методика расчета сварочных прогибов, появляющихся при усилении способом увеличения сечений в сжатых стержнях стальных ферм покрытий. Методика базируется на методе определения сварочных напряжений и деформаций, известном под названием метода «фиктивных температур». Она учитывает основные особенности усиления: наличие в усиливаемых элементах сжимающих напряжений от нагрузки, наплавку нескольких продольных швов, сложность сечений.

В основу методики положена идея разделения тепловой мощности при сварке элементов в зависимости от их толщин. Для случаев усиления от наплавки каждого шва определяются распределения сварочных напряжений раздельно от тепловой мощности, приходящейся на усиливаемые и усиливающие элементы.

Порядок расчета сварочных напряжений от тепловой мощности, приходящейся на элементы усиления, аналогичен порядку их расчета в ненапряженном элементе. При расчете напряжений от тепловой мощности, приходящейся на основные элементы, производится учет сжимающих напряжений от нагрузки.

Изгибающие моменты и, таким образом, сварочные прогибы стержней определяются от совместного действия усадочных сил, появляющихся в усиливаемом и усиливающем элементах.

Полученная методика расчета явилась базой для обоснования сварочных технологий, дающих возможность проводить усиление стержней стальных уголковых ферм при любых усилиях, включая предельные расчетные величины, и довольно существенно (до 30 %) повысить эффект от проводимого усиления (по сравнению с традиционными технологиями).

171-175 15
Аннотация

Предложена методика определения температуры в зоне сварки, учитывающая влияние различных возмущений, на основании которой произведен расчет температур поверхности пластин из высоколегированной стали, свариваемых двухсторонней аргонодуговой сваркой без разделки кромок. Рассчитан термический цикл выбранной точки на наружной поверхности детали на расстоянии y=0,6 см от оси источника нагрева и получена точка с максимальной температурой (х=0,7 см), для которой определено влияние допустимых отклонений от номинальных значений условий сварки (температуропроводность, толщина пластины) и режимов сварки (эффективная мощность и скорость сварки). Приведены значения относительного коэффициента передачи возмущений (ОКПВ). Он представляет реакцию регулируемого параметра на изменение регулирующего в относительных единицах при отсутствии системы регулирования. Установлено, что при регулировании температуры точки относительное влияние скорости сварки превышает влияние эффективной мощности, в то время как при регулировании непосредственно провара различия почти нет. Поэтому в качестве регулирующего параметра целесообразнее использовать скорость сварки, так как она не оказывает влияния на мощность дуги и не взаимодействует в системе «источник питания – дуга – сварочная ванна». По предложенной методике проведено также исследование изменения температуры точки с координатой, при которой имеет место максимальный провар (у=0,6 см, х=1,1 см), и точки с координатами y=0,8 см и х=1,1 см. На основе сравнительного анализа полученных результатов для регулирования процесса сварки предпочтительнее выбор точки с максимальным проваром, так как отклонения провара и температуры в данной точке совпадают по времени.

176-184 20
Аннотация

Разработана методика количественной оценки прижогов на базе цифровых технологий, которая включает три этапа: макросъемку исходной поверхности в отраженных лучах света; ее оцифровку в программе Adobe Photoshop CS6 13.1.2 и конвертирование в виде растровых изображений различных оттенков. Ее положительными качествами являются: низкая трудоемкость, экологическая безопасность, возможность широкого использования в любых научных целях и производственных условиях. Она апробирована в условиях маятникового шлифования плоских деталей из закаленной стали 30ХГСА (σв=1080 МПа, δ=10 %). Шлифование вели различными кругами по зернам, твердости и пористости: 25AF46K10V5-ПО3, 25AF46L10V5-КФ35, (92A, 25A)F46L6V24, 25AF46M12V5-ПО3, EKE46K3V.

Для подтверждения надежности предложенной инновационной технологии оценки прижогов параллельно проведено исследование микротвердости деталей. Учитывая стохастическую природу шлифования, для обработки наблюдений по обоим выходным параметрам шлифования привлечены статистические методы, которые разделяются на параметрические и непараметрические (в частности, ранговые). Их достоинствами является возможность принятия статистических решений с заданной надежностью, а также оценка режущих способностей кругов не только по мерам положения (средним, медианам), но и рассеяния: стандартам отклонений, размахам и квартильным широтам. Вторая характеристика одномерного распределения частот наиболее важна при шлифовании ответственных деталей на настроенных станках с целью снижения вероятности брака. Показано, что в условиях нарушений гомоскедастичности и нормальности распределений следует воспользоваться непараметрическим методом, в котором в качестве одномерных распределений частот используются медианы и квартильные широты. Выявлена корреляционная связь между мерами положения для плотности прижогов и микротвердости при шлифовании абразивными кругами на режиме: vк=35 м/c, sпр=7 м/мин, sп=1 мм/дв.ход, t=0,015 мм, z=0,15 мм, при которой увеличение прижогов сопровождается снижением микротвердости деталей 30ХГСА. Наилучшие результаты по мерам положения занял круг 25AF46K10V5-ПО3. По прецизионности шлифования наибольшую стабильность показал круг 25AF46L10V5-КФ35.

185-190 22
Аннотация

Процесс нарезания резьбы характеризуется более неблагоприятными факторами процесса резания, чем обычное непрерывное точение. В связи с этим актуальной задачей является минимизировать воздействие этих факторов на режущий инструмент, и следовательно, повысить его работоспособность. Одним из путей повышения работоспособности режущего инструмента является нанесение на его рабочие поверхности износостойких покрытий, поэтому важной задачей при разработке новых более эффективных составов износостойких покрытий является оценка их влияния на тепловое состояние режущего инструмента. В статье представлены результаты исследований теплового состояния резьбовых резцов с однослойными одно- и многоэлементными нитридными покрытиями TiN, TiCrN и TiCrZrN, которые были нанесены на токарные резьбовые пластины полного профиля методом конденсации вещества в вакууме с ионной бомбардировкой. Показано влияние схемы нарезания резьбы на контактные характеристики процесса резания. Выявлены особенности деформации стружки при профильной схеме резания, которые позволили разработать методику расчета температурных полей в режущем клине резьбового резца. Исследованиями установлено влияние схемы нарезания резьбы и износостойких покрытий на показатели теплового состояния резьбовых резцов, на  распределение температурных полей в режущем клине резьбовых резцов, на его  контактных площадках и на тепловой баланс процесса резьбонарезания. Показано влияние покрытий на прогреваемый объём материала режущей части инструмента. На основе проведенных исследований предложены новые износостойкие покрытия  многослойной архитектуры.

191-195 11
Аннотация

Перспективным направлением повышения эффективности процесса шлифования является использование энергии ультразвуковых колебаний. Для оценки условий работы шлифовального круга и параметров качества поверхностного слоя заготовки необходимо знать локальные температуры. Однако аналитическое исследование локальных температур при шлифовании с ультразвуковыми колебаниями не выполнено.

Целью исследований является установление влияния параметров колебаний на температурное поле процесса шлифования.

Задачи исследования: разработка физических и математических моделей для расчета температурного поля, методики, алгоритма и программного обеспечения для расчета температур, выполнение численного моделирования температур.

Научная новизна: впервые аналитическим путем выполнено исследование температурного поля при шлифовании с ультразвуковыми колебаниями.

Разработаны физические и математические модели для расчета температурного поля при шлифовании, учитывающие изменение кинематики микрорезания абразивными зернами и механических характеристик материала заготовки при наложении ультразвуковых колебаний, а также зависимости параметров, характеризующих сопротивление материала заготовки диспергированию и теплофизических свойств материалов взаимодействующих объектов (абразивного зерна, заготовки, стружки, внешней среды), от температуры. Моделирование выполнено на основе совместного решения дифференциальных уравнений теплопроводности, записанных для каждого из взаимодействующих объектов. Для расчета уравнений использован метод конечных элементов. Разработана методика и программное обеспечение для расчета температурного поля. Приведены результаты численного моделирования температур при малых амплитудах колебаний, незначительно изменяющих кинематику микрорезания. При наложении ультразвуковых колебаний температура заготовки оказалась ниже на 10 %, а локальные температуры в зоне контакта абразивного зерна с заготовкой и со стружкой – на 14 % и 15 % соответственно.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)