Технология. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Статья научная
Unidirectional fiber-reinforced composite workpieces are often machined in practice. During such cutting process stronger fibers are bended more than weaker matrix and an interfacial debonding between them is occurred under machined surface. It deteriorates working properties of composite and so debonding reduction is a vital technological problem. One of the perspective ways to diminish such debonding is to substitute the orthogonal cutting by the oblique one. This decision is confirmed by known practice of milling cutter design. Milling cutters with the continuous helix edges and with interrupted ones with a large tool cutting edge angle are often used. In this case fiber deformations in a cutting zone are significant. To diminish such deformations the hypothesis about efficient use of opposite cutting edges location with a large tool cutting edge inclination is assumed. This hypothesis is checked by using of SPH method with micro-simulation of cutting of metal-matrix composites (steel fibers and aluminum alloy matrix). Johnson-Cook approach is used for both materials. Obtained qualitative deformation pictures confirm this hypothesis. On this basis a new milling cutter design with tool major cutting edges located as a chevron on a cylindrical surface with alternate arrangement is suggested. Computer simulation of such edges operation shows minimal fibers deformations in cutting zone. At the same time, undesired excessive chip packing in a zone between the adjacent cutting edges is not observed. The obtained results are preliminary considering the limited computer model size and no experiment verification made.
Бесплатно
Статья научная
In the article the cladded surface on the 42Cr4 steel under high frequency magnetic field were remelted and modified via TIG (Tungsten-Inert-Gas) welding and the tribological proporties of the specimens were analysed after experimenting at the tribosystem - “ball on disc” with paraffin and on the basis of the tribological, physical - mechanical properties the friction coefficient and wear resistnace of them were evaluated. The productivity and quality of the surface via the application of the additional magnetic field to the remelting process have been increased, because of the additional magnetic field in the weld pool. Under the influence of the magnetic field the molten material is rotated and the additional induced temperature increases the melting velocity. The magnetic rotation mix of alloys and gives to the surface high homogeneity. It has been found that via the plasma treatment of the surface under high frequency maqnetic field the mechanical and tribological properties of the specimens have been improved. The new technology can be applied to the researching and treating of the materials in high frequency magnetic field to increase the quality and efficiency of the processes, So that the methods can be applied for increasing the Hertzian contact pressure, their tribological properties and repairing of the parts.
Бесплатно
Surface modification of camshafts using plasma melting method in high-frequency magnetic field
Статья научная
Continuous requirements for improving the quality of machines requires new investigation to constantly increase the production performance of parts. In this article, the surface of the cast iron EN-GJV-400 was remelted and modified via TIG (Tungsten-Inert-Gas) welding separately and simultaneously under high frequency magnetic field, as well as the microstructure and hardness of the specimens were compared. It has been found that with the plasma treating of the surface under high frequency magnetic field the mechanical and tribological properties of the specimens have been improved. The hardness of the specimens from the cast iron EN-GJV-400 was increased after the surface remelting with high frequency and low energetic magnetic field. The microstructures of the modified surfaces through the conventional TIG and high frequency magnetic field were also not same. The reason was that the magnetic energy in the molten material in the latter method caused additional temperature in weld pool as well as the rotation of the it in the direction of the magnetic induction vector. The size of the grains has been increased via the additional heating effect and at the same time the dendrite branches have been cut to the smaller parts. The technology can be applied for the increasing the Hertzian contact pressure, tribological properties of surfaces and for the alloying and shaping processes considering the magnetic force on the molten material.
Бесплатно
Абразивно-струйная обработка крупногабаритных заготовок
Статья научная
Абразивно-струйная обработка крупногабаритных заготовок, особенно внутренних или фасонных поверхностей, имеет ряд технологических сложностей. В первую очередь, это связано с труднодоступностью зоны обработки и обеспечением высокой производительности. Обоснован новый способ абразивно-струйной обработки, отличающийся тем, что формирование абразивной смеси происходит непосредственно в зоне обработки. Такое решение позволяет создать герметичную зону, тем самым снижает расход абразива и повышает производительность. Эффективной областью применения разработанного способа будет обработка внутренних поверхностей трубных заготовок большого диаметра. Данная технология нашла применение для очистки внутренних поверхностей газопроводов для последующего диагностирования дефектов.
Бесплатно
Абразивно-экструзионная обработка алюминиевых сплавов
Статья научная
Проанализированы конструктивно-технологические особенности деталей летательных аппаратов, изготавливаемых из алюминиевых сплавов, и сделан вывод о целесообразности использования абразивно-экструзионной обработки сложнопрофильных и труднодоступных поверхностей таких деталей. Рассмотрены особенности абразивно-экструзионной обработки и характеристики инструмента для данного вида финишной обработки. Приведена схема опытно-промышленной установки для абразивно-экструзионной обработки. Определены цель и задачи исследования. Описана методика проведения экспериментальных исследований и используемое оборудование. Исследование проведено в два этапа. На первом этапе исследована зависимость глубины царапины от геометрических характеристик и вида абразивного зерна при абразивно-экструзионной обработке деталей из алюминиевых сплавов. Эксперимент проведен на установке, имитирующей процесс микрорезания единичным абразивным зерном. Полученные результаты позволяют определить вид, зернистость абразива на каждом этапе обработке, а также предварительно определить требуемое усилие прижатия единичного абразивного зерна к обрабатываемой поверхности. На втором этапе рассмотрена и экспериментально проверена возможность абразивно-экструзионной обработки деталей из алюминиевых сплавов. Эксперимент проведен на опытно-промышленной установке экструзионного шлифования. В результате определено влияние состава рабочей среды (зернистости и концентрации абразива) на эффективность обработки (интенсивность съема металла), что позволяет выбирать оптимальную зернистость абразива и его концентрацию. Определено количество циклов обработки, необходимое для удаления дефектного слоя с деталей, изготавливаемых литьем по выплавляемым моделям, при использовании различного вида абразива. Даны рекомендации по выбору состава рабочей среды и режимов абразивно-экструзионной обработки деталей из алюминиевых сплавов. Определены дальнейшие направления исследований.
Бесплатно
Статья научная
Одной из проблем холодной прокатки тонких полос являются самовозбуждающиеся колебания «чаттер», приводящие к появлению различных дефектов. Высокочастотные автоколебания могут приводить к дефектам, связанным с качеством поверхности, низкочастотные с высокими уровнями амплитуд могут приводить к порывам тонких полос или даже тяжелым авариям самого прокатного стана. Как правило, автоколебания возникают внезапно на больших скоростях проката - больше 20 м/с и тонких полосах - толщина в районе 300-700 мкм. Для нормальной работы стана холодной прокатки необходимо использовать специальные системы контроля вибрационного состояния и предупреждения возникновения автоколебаний. Система контроля по превышению критического уровня вибрации вырабатывает сигналы АСУ ТП стана для устранения автоколебаний. Критический уровень вибрации определяется по спектральному составу с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ). При возникновении автоколебаний преобладают низкочастотные составляющие от 5 до 20 Гц, частоты в диапазоне третьей октавы от 100 до 200 Гц и частоты пятой октавы от 400 до 800 Гц. Стан холодной прокатки 2000 магнитогорского металлургического комбината объединяет пяти-клетьевой стан-тандем и непрерывный травильный агрегат. Штатная система контроля вибрационного состояния на стане отсутствует, предупреждение и устранение автоколебаний происходит в ручном режиме. С использованием исследовательской виброаппаратуры проведены экспериментальные исследования возможности использования технологических параметров для контроля и предупреждения возникновения автоколебаний. Момент возникновения автоколебаний можно контролировать по колебаниям гидравлического натяжного устройства (ГНУ) стана. Обработка сигнала виброперемещения измерительного канала ГНУ проводилась с использованием Быстрого преобразования Фурье (БПФ).
Бесплатно
Автоматизированная система моделирования и анализа способов формирования зубьев зубчатых колес
Статья научная
Описывается автоматизированная система моделирования и анализа, позволяющая создавать твердотельные компьютерные модели зубьев зубчатых колес путем эмуляции их обработки различными методами. Полученные модели позволяют в дальнейшем оценивать точность формирования зубчатого профиля, осуществлять компоновку различных передач и производить их инженерный анализ.
Бесплатно
Адаптивное устройство для защиты от дуговых разрядов при электроэрозионной обработке
Статья научная
Рассмотрено устройство, обеспечивающее прерывание импульсов силового генератора электроэрозионного станка при возникновении разрядов с пониженным напряжением на межэлектродном промежутке. Особенностью устройства является использование следящей измерительной системы для настройки его порогового напряжения. На основе теории цепей Маркова рассчитаны вероятность нахождения порогового напряжения в заданной полосе значений и вероятность ложного отключения генератора импульсов в зависимости от шага квантования.
Бесплатно
Алгоритм модуля автоматизированного расчета технологических размерных цепей
Статья научная
Разработан алгоритм автоматизации размерного анализа технологических процессов, работающий на основе представления технологических размеров и их допусков в виде матриц смежности. Предложенный алгоритм использует представление размерной схемы технологического процесса как в виде графа, так и в виде размерных цепей. Алгоритм требует ввода конструкторских размеров, допусков технологических размеров, а также припусков на обработку. Нумерация поверхностей обработки может осуществляться в произвольном порядке, что никак не влияет на расчеты, и составляться автоматически. Расчет средних значений технологических размеров, допусков припусков и конструкторских размеров производится простейшими математическими преобразованиями. Алгоритм использует как особенности представления размерных структур в виде цепей, так и в виде графов, что позволяет определять относительное положение поверхностей и, в то же время, использовать возможности математических преобразований графа. Алгоритм одинаково рассчитывает размерные цепи как для тел вращения, так и для более сложных конфигураций изделий. Потенциально этот же алгоритм способен на расчет цепей отклонения расположения. Основным достоинством представленного алгоритма является способ составления матриц допусков и средних значений размеров, позволяющий производить расчет замыкающих звеньев размерной цепи без необходимости выявления отдельных размерных цепей, определения увеличивающих и уменьшающих звеньев. Приведен пример размерного анализа технологического процесса механической обработки ступенчатого вала. Рассчитаны допуски и средние значения всех операционных размеров, входящих в технологический процесс. Представлен алгоритм выявления каждого отдельного размера и его допуска из общего массива рассчитанных данных. Назначение средних значений припусков на обработку не рассматривается в данном примере, так как связанные с этим расчеты производятся вне основных матриц.
Бесплатно
Алгоритм расчета операционных размеров при обработке поверхностей вращения
Статья научная
Алгоритм расчета операционных размеров при многооперационной обработке поверхности вращения основан на составлении и решении векторной размерной цепи для каждой из операций, начиная с последней. Многозвенная векторная размерная цепь приводится к трехзвенной линейной размерной цепи, замыкающим звеном которой является припуск. Составляющими звеньями этой цепи являются радиусы поверхностей, получаемых на двух смежных переходах, и результирующий эксцентриситет между этими поверхностями. Радиус поверхности, получаемой на предшествующем переходе, неизвестен и подлежит расчету. Приводится алгоритм вычисления вероятностных числовых характеристик результирующего эксцентриситета и последующего расчета операционного размера. Расчет по описанному алгоритму продолжается до определения операционного размера заготовительной операции.
Бесплатно
Анализ структурных изменений в поверхностном слое деталей после электроэрозионной обработки
Статья научная
В современном машиностроении технология электроэрозионной обработки находит широкое применение. Установлено, что процессы, сопровождающие электроэрозионную обработку, определяются физикой взаимодействия материала с концентрированным потоком энергии, инициированным искровым разрядом. В связи с тем, что поверхностный слой материала обрабатываемой заготовки подвергается интенсивному термическому воздействию, на его поверхности формируются вторичные структуры. В настоящее время не в полной мере изучен вопрос формирования вторичных структур на материалах с различными физико-механическими свойствами, на упрочненных поверхностях полученных методами лазерной наплавки и закалки. Актуальным является вопрос сохранения упрочненных и наплавленных поверхностных слоев своих свойств после обработки их методом проволочно-вырезной электроэрозионной резки. Показано, что при обработке закаленных и наплавленных поверхностей в первую очередь необходимо обеспечить минимальный температурный нагрев детали. Возникновение перегревов может способствовать снижению полученных физико-механических характеристик закаленного поверхностного слоя, что является недопустимым. Целью работы является изучение влияния режимов ПВЭЭО на возникновение изменений в поверхностном слое обработанных деталей. В работе проведено экспериментальное исследование процесса обработки материалов с разными физико-механическими свойствами. Показаны особенности формирования измененного слоя на обработанных деталях в зависимости от режимов электроэрозионной обработки. Установлено, что в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки экспериментальных образцов, с увеличением силы тока на обработанной поверхности происходит увеличение толщины измененного поверхностного слоя, при этом микротвердость слоя не изменяется. Показано, что сформированный слой не влияет на эксплуатационные характеристики обработанных деталей.
Бесплатно
Статья научная
Представлено аналитическое решение задачи об определении напряженного состояния цилиндрической трубной заготовки при формообразовании путем обжима в полусферических матрицах. Точность решения подтверждена расчетом в прикладных пакетах МКЭ и экспериментально. Полученное решение позволяет использовать при расчетах экспериментально определяемые модели граничного трения и механических свойств материала.
Бесплатно
Аналитическое решение задачи формообразования метрической резьбы фрезерованием на станке с ЧПУ
Статья научная
Описано аналитическое решение задачи формообразования метрической резьбы на станке с ЧПУ. Для одно- и трехзаходной резьб дан расчет отклонений получаемого профиля от идеального. Отклонение может достигать 60 мкм, что приводит к увеличению угла профиля резьбы на один градус. Рекомендуется для таких случаев уменьшать аналогичный угол профиля пластины фрезы.
Бесплатно
Вероятностная модель силы резания на резцах исполнительного органа с переменными параметрами резания
Статья научная
Одной из важнейших задач в области машиностроения является увеличение ресурса, повышение надежности и долговечности при одновременном снижении металлоемкости машин, оборудования и металлоконструкций. Центральное место в решении этой проблемы занимает создание современных методов расчета, позволяющих определить технически рациональные показатели надежности и долговечности. Для горных комбайнов характерным является существенное расхождение расчетных и реальных нагрузок, поэтому задача уточнения нагрузок на режущем инструменте исполнительного органа и придания им вероятностного характера является актуальной. Для определения нагрузок необходимо знать свойства горного массива как объекта разрушения режущим инструментом и закономерности формирования нагрузок на резцах. Разрушение горного массива исполнительными органами горных машин представляет сложный динамический процесс, имеющий вероятностный характер, поэтому необходимо дальнейшее развитие методов определения нагрузок на режущем инструменте с целью придания им вероятностного характера. Целью работы является разработка вероятностной модели силы резания, позволяющей более адекватно, по сравнению с известными методами, оценить реальную нагруженность режущего инструмента и элементов исполнительного органа. В статье модель силы резания представлена в виде аддитивных составляющих. В основе построения вероятностных моделей используются закономерности пространственно-временной изменчивости - сопротивляемости угля резанию, проявляющиеся при перемещении комбайна, и циклического характера процесса разрушения, проявляющиеся при движении резца. Вероятностной моделью первой составляющей является элементарный случайный процесс. Вероятностной моделью второй составляющей является высокочастотный узкополосный случайный процесс, аналитическое представление которого производится с помощью неканонического спектрального разложения случайных процессов. Уточнение основной вероятностной характеристики сопротивляемости угля резанию - закона распределения вероятностей - достигается использованием высших моментов распределения. Разработанная вероятностная модель силы резания позволяет ввести в прочностные расчеты фактор времени - условие, необходимое для расчетов на усталостную долговечность.
Бесплатно
Влияние вида абразива и величины контактного давления на процесс доводки керамики
Статья научная
Кратко представлены методы обработки керамических материалов. Для обработки технической керамики представлен процесс шлифования и доводки, описаны стадии обработки. На первой стадии сошлифовывается до 80 % подлежащего удалению материала, причем обработка ведется на повышенных скоростях крупнозернистым инструментом. На второй стадии шлифования объем сошлифованного материала уменьшается, вторая стадия обработки ведется абразивным инструментом с более мелким зерном. Третья стадия - доводка производится алмазными абразивными микропорошками, пастами нужной зернистости. Зачастую после стадии доводки осуществляют операцию полирования доведенной поверхности, при этом достигается класс точности 1-3 и низкая шероховатость. Проведены исследования процесса абразивной доводки образцов деталей изготовленных из материала на основе оксидной керамики марки ВШ-75. В ходе работы установлено, что работоспособность микропорошка алмаза в 15-30 раз больше по сравнению с работоспособностью микропорошков электрокорунда и карбида кремния зеленого. С увеличением зернистости возрастает величина суммарного съема и шероховатость обработанной поверхности. Для получения шероховатости по параметру Rz = 0,8 мкм, рекомендуется использовать микропорошок алмаза синтетического АСМ20. Также исследовано влияние контактного давления детали на притир в диапазоне от 25 до 150 кПа. С увеличением контактного давления от 25 до 50 кПа заметно возрастает величина суммарного съема, существенно уменьшается удельный расход алмазов и снижается шероховатость обработанной поверхности. Дальнейшее увеличение контактного давления до 150 кПа оказывает менее заметное влияние на параметры, а на поверхности инструмента появляются надиры и риски, что серьезно ухудшает внешний вид инструмента. Оптимальное контактное давление при доводке керамики на чугунном притире СЧ-28 следует считать 50-100 кПа.
Бесплатно
Статья научная
При возникновении автоколебаний ролика натяжной станции петленакопителя стана холодной прокатки во время эксплуатации появляются трещины на наружных поверхностях ролика. С целью определения причин возникновения автоколебаний натяжной станции травильного агрегата стана 2000 проведен отсеивающий промышленный эксперимент по оценке влияния технологических и диагностических факторов на ее состояние. Базы данных технологических и вибрационных параметров стана и ролика натяжной станции представляют собой единую гибридную базу данных, объединенную графической оболочкой. Промышленный эксперимент - это, как правило, пассивный эксперимент. То есть эксперимент, в котором экспериментатор не имеет возможности вмешиваться в процесс проведения эксперимента. Но на стане холодной прокатки один отдельно взятый независимый эксперимент требует всего 5-6 минут. Каждый рулон - разной толщины, ширины, различного химического состава и, соответственно, с различными механическими свойствами. Кроме того, различна скорость прокатки, натяжение полосы, обжатие полосы, различные силы трения на натяжной станции и т. д. Каждый рулон - это независимый эксперимент. Если информация о технологических и диагностических параметрах хранится достаточно долго, например год или два, этой информации достаточно, чтобы работать с ней как с лабораторным экспериментом: с запаздыванием по времени, но с информацией, достаточной для планирования эксперимента. Нужно только из массива данных выбрать информацию, которая соответствует плану эксперимента. Используя базу данных, провели промышленный эксперимент по определению условий возникновения автоколебаний ролика натяжной станции и прокатываемой полосы. Получена явная зависимость возникновения автоколебаний НС8 от скорости протягивания полосы в момент вырезания неметаллического включения (класс 3). Скорость протягивания должна быть в пределах от 0,5 до 1,0 м/с. При скоростях протягивания в диапазоне от 2,0 до 2,5 м/с автоколебания не возникают. Условия возникновения трещин на торцовых поверхностях ролика отсутствуют.
Бесплатно
Статья научная
В статье исследована механика фрикционной печатной пары с учетом шероховатости поверхности печатной формы. Целью работы является исследование влияние шероховатости поверхности печатной формы на относительное передаточное число. Установлено, что углубление микровыступов шероховатости поверхности печатной формы создают дополнительные смещения и деформацию декеля в зоне печатного контакта. Приведен краткий обзор литературных данных по исследованию фрикционной печатной пары, анализ которых показал, что при исследовании механики печатной пары не учтен влияние микрогеометрии контактирующих поверхностей на исследуемые параметры. Для определения внедрения неровностей шероховатости поверхности использована дискретная модель шероховатости представленного в виде набора одинаковых сферических сегментов. Исследование влияния микрогеометрии на деформацию декеля также на относительное передаточное число производилось с учетем углубления микровыступов шероховатости поверхности печатной формы в тело декеля, которые приводят к дополнительным смещениям и деформации декеля в том числе. Разработана методика расчета деформации декеля и относительного передаточного числа с учетом шероховатости поверхности печатной формы, и установлено, что при больших значениях величины шероховатости относительное передаточное число для упругих декелей уменьшается, а для спрессовывающихся - увеличивается. Данное исследование по сравнению с аналогами позволяет определить изменение длины декеля данного состава при известных параметрах печатной пары, механических характеристик и микрогеометрии поверхности печатной формы. Методика расчета позволяет прогнозировать качество печатных оттисков, тиражестойкость печатных форм и точно настраивать печатную машину перед печатным процессом.
Бесплатно
Восстановление сцепных свойств беговых роликов стендов проверки тормозных систем автомобилей
Статья научная
Описана технология электродуговой наплавки шипов и коротких валиков на поверхность беговых роликов стендов проверки тормозных систем автомобилей, предложен способ восстановления сцепных свойств роликов закреплением на них рифленого металлического листа.
Бесплатно
Диагностирование погрешностей станков с устройствами ЧПУ класса PCNC
Статья обзорная
Разработаны математические модели, связывающие технологические параметры процесса металлообработки с параметрами быстродействия УЧПУ (временем, затрачиваемым на один такт управления), а также с точностью обработки и радиусом кривизны траектории, определяемой формой обрабатываемой детали. Описан диагностический программный пакет, разработанный на основе полученных математических моделей
Бесплатно
Динамика изменения формы поверхности в процессе абразивной доводки
Статья научная
Статья посвящена описанию процесса плоской абразивной доводки. Рассмотрены признаки, характеризующие чистовую финишную операцию доводки плоских поверхностей. Описаны процессы, протекающие во время доводки, такие как механические (микрорезание, пластическое деформирование и т. д.) и химические явления (образование окисных пленок и адсорбционных слоев). Представлен обзор наиболее распространенных схем формообразования поверхностей в процессе абразивной обработки. Рассмотрены схемы импульсной, геометрической и энергетической моделей формообразования. На основе энергетической модели и гипотезы Престона установлен рациональный закон изменения усилия прижима во время обработки, позволяющий стабилизировать контактное давление и увеличить производительность обработки. Получена экспоненциальная зависимость изменения контурной площади контакта при доводке плоскостей различной исходной формы макрорельефа. Проведена экспериментальная проверка предположения и гипотезы Престона при абразивной доводке образцов из бронзы марки О5Ц5С5 плоскими кругами из кубического нитрида бора КМ 40/28 50 М2-01 на плоскодоводочном станке «Растр 220». Установлено, что при изменении усилия по экспоненциальному закону, т. е. аналогично закону изменения контурной площади контакта при абразивной доводке, производительность процесса возрастает в 2,5-3 раза. Показано, что изменение среднеквадратического отклонения σ параметра шероховатости Ra обработанной поверхности в процессе доводки при постоянном усилии прижима, в начале обработки (момент времени t = 1 мин) почти в два раза выше, чем среднеквадратическое отклонение шероховатости в тот же момент времени при переменном усилии прижима.
Бесплатно
