Технология. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Статья научная
Рассмотрена практическая проблема выбора абразивного инструмента на операции шлифования, заключающаяся в сложности назначения многочисленных характеристик инструмента и высоком влиянии квалификации инженера-технолога. Предлагается решение этой проблемы путем разработки программного обеспечения для автоматизированного выбора абразивного инструмента. Для разработки программного обеспечения необходим алгоритм, базирующийся на некоторой существующей методике выбора инструмента. В качестве базы выбрана методика из справочника Уральского НИИ абразивов и шлифования, учитывающая основные физические взаимосвязи и закономерности процессов высокоскоростной обработки. По методике построен укрупненный алгоритм, состоящий из девяти блоков и включающий выбор всех основных параметров абразивного инструмента. Алгоритм реализован в инструментальной среде Microsoft Visual на объектно-ориентированном языке программирования C#, в результате чего получено программное обеспечение, включающее в себя набор справочных таблиц и аппарат выбора необходимых значений из этих таблиц. Показан пример функционирования приложения: на основе введенных исходных данных, демонстрирующих некую производственную ситуацию, программное обеспечение выбирает три подходящих маркировки шлифовальных кругов по мере их предпочтительности. Использование разработанного программного обеспечения показало, что время, затрачиваемое на выбор шлифовального круга, составляет 10-30 с, на качество выбора квалификация инженера-технолога не влияет. В связи с этим разработанный программный модуль позволяет решить поставленную задачу, повысить эффективность обработки шлифованием и сократить время технологической подготовки производства.
Бесплатно
Разработка технологии пайки деталей из тантала и стали 12Х18Н10Т
Статья научная
В статье представлены результаты отработки технологии пайки деталей из тантала и нержавеющей стали 12Х18Н10Т с использованием припоя ВПр4. Конструкция паяемого узла представляет собой телескопическое соединение, в котором кольцо из стали 12Х18Н10Т охватывает танталовое диаметром 52 мм. Поскольку тантал со многими металлами образует интерметаллиды, наличие которых приводит к хрупкому разрушению паяных соединений, необходимо было определить условия, позволяющие предотвратить образование сплошных интерметаллидных прослоек в паяном шве. Одним из таких условий является отсутствие контакта тантала с компонентами припоя и стали. В качестве такого решения было выбрано защитное медное покрытие, получаемое наплавкой на танталовую деталь с последующей механической доработкой. В ходе работы проведены эксперименты по определению необходимой толщины медного покрытия при взаимодействии с расплавленным припоем. Анализ проведен на металлографических шлифах образцов припой – медь и паяных соединений с помощью электронной микроскопии зоны взаимодействия. При выбранных режимах пайки (выдержка при 1050 °С в течение шести минут, среда – аргон) взаимодействие припоя в виде цилиндра высотой 1 мм и диаметром 5 мм с медной пластинкой 3 мм происходит на глубину до 0,6 мм. Уменьшение толщины припоя до 0,3 мм, что соответствует паяльному зазору, образующемуся при нагреве деталей до температуры пайки, не привело к сквозному проникновению компонентов припоя через пластину меди толщиной 0,6 мм. Таким образом, по результатам экспериментов определена достаточная толщина медного слоя (не менее 0,6 мм), которая исключит проникновение к танталу элементов, образующих с ним интерметаллиды при пайке данной конструкции. Выполнена пайка образцов для механических испытаний на изгиб и натурных деталей. Рентгеноспектральным микроанализом шлифов подтверждено отсутствие интерметаллидов в системе тантал – медь – припой – сталь после пайки по выбранным режимам. Прочность паяных образцов с медным покрытием практически в два раза выше (398 МПа), чем прочность образцов без покрытия (212 МПа). Для других конструкций (габариты, материалы) и температурно-временных режимов пайки потребуется оценка минимальной толщины защитного покрытия, аналогично проведенной в этой работе.
Бесплатно
Распределение остаточных напряжений при дорновании с учетом повторных деформаций
Статья научная
В статье обоснована необходимость учета повторного деформирования при технологической операции дорнования или деформирующего протягивания, приведены экспериментальные распределения остаточных наряжений при дорновании. Представлено моделирование остаточных напряжений в полом толстостенном цилиндре при дорновании с учетом вторичных деформаций и повторного деформирования. Рассмотрены области, в которых прошли пластическое нагружение и упругая разгрузка, упругое нагружение и упругая разгрузка; приведены примеры моделирования окружных остаточных напряжений, т. е. результаты расчетного определения окружных остаточных напряжений в полом цилиндре по приведенным математическим моделям. Даны рекомендации по назначению количества дорнующих колец на дорнующем инструменте: их для формирования нужного распределения остаточных напряжений в приповерхностном слое достаточно двух, третье кольцо обеспечивает шероховатость. Рассмотрены особенности распределения окружных сжимающих остаточных напряжений в зонах вторичных и повторных деформаций; повторные деформации проявляются в приповерхностном слое, прилежащем к обработанной поверхности, т. е. остаточные напряжения от повторного деформирования накладываются на вторичные остаточные напряжения. Сформулированы подробные выводы по влиянию на остаточные напряжения в приповерхностном слое изменений давления (натяга) при дорновании, изменений толщины стенки цилиндра и изменений предела текучести обрабатываемого материала. Результаты моделирования не противоречат экспериментальным данным.
Бесплатно
Расчет геометрических параметров метчика со встречно расположенными винтовыми стружечными канавками
Статья научная
С распространением изделий из волоконно-армированных композитов (ВК) в различных отраслях промышленности все актуальнее становится вопрос их эффективной сборки. Наиболее распространенные методы соединений деталей из ВК, к которым относятся склеивание, клепка и применение различных вставок, обладают рядом существенных недостатков, обуславливающих необходимость поиска новых более эффективных решений. Одним из наиболее перспективных методов сборки деталей из ВК является применение резьбовых соединений, которые получили широкое распространение в виде металлических и полимерных вставок. Однако ряд технологических ограничений, накладываемых на процесс установки данных вставок, вынуждает обратиться к резьбам, полученным в самих композитах. При этом получение резьб возможно как на этапе формовки неотвержденных изделий, что накладывает ограничения на их форму и размеры, так и методами лезвийной обработки, которые в настоящее время мало изучены. Процесс механической обработки заготовок из ВК значительно отличается от обработки гомогенных материалов. Специфические дефекты обработанных поверхностей, которые свойственны только ВК, обуславливают необходимость разработки специальных инструментов, учитывающих особенности различных видов композитов. Анализ результатов предварительных экспериментальных исследований по нарезанию резьб традиционными метчиками показал, что наибольшее влияние на качество нарезаемой резьбы в заготовках из ВК оказывают углы резания на вспомогательных режущих кромках, образованных боковыми сторонами профиля резьбы. Для обеспечения благоприятных условий резания на данных участках разработана конструкция специального метчика со встречными винтовыми стружечными канавками. Для данной конструкции подготовлена методика расчета углов резания на вспомогательных режущих кромках, позволяющая подготовить конструкцию данного метчика под обработку конкретного вида ВК за счет обеспечения оптимальных углов резания, взятых из литературных источников или полученных по итогам натурных экспериментов.
Бесплатно
Статья научная
Расчет деформаций нежесткого технологического оборудования (специальных станков и обрабатывающих роботов) необходим для прогнозирования достижимости требуемой точности обработки. В настоящее время эта задача теоретически разрешима с применением численных методов расчета, в частности метода конечных элементов, для применения которого используются CAD-модели устройств. Такие расчеты требуют многомиллионных конечно-элементных сеток и выполняются, как правило, на суперкомпьютерах крупных компаний по производству данного оборудования. Применение этого подхода для решения этой же задачи в технологических службах машиностроительных предприятий вызывает как трудности вычислительного порядка, так и трудности с получением CAD-моделей данного оборудования, поскольку они являются технической тайной их производителей. Для преодоления этих трудностей предлагается подход, в основу которого положены три решения. Первое решение связано с отказом от использования полноценных твердотельных CAD-моделей оборудования. Вместо этого предлагается использовать STL-модели, в которых представлены лишь триангулированные поверхности сборок с перемещаемыми друг относительно друга узлами оборудования. Второе решение связано с использованием воксельного подхода и связанного с ним расчета кубических элементов конечно-элементных моделей. Третье решение связано с заменой реальных моделей деталей контактирующих пар приводов подач на их эквивалентные по жесткости модели эквивалентных деталей. Приведены примеры результатов перечисленных видов моделирования оборудования и расчеты его деформаций от сил резания. Показано, что такие расчеты доступны для современных персональных компьютеров технологических служб предприятий и не требуют раскрытия технических тайн производителей технологического оборудования. Данный подход имеет перспективы для использования в продвинутых CAM-системах расчета управляющих программ станков с ЧПУ с учетом влияния таких технологических факторов, как деформации оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается обработка точением внутренней цилиндрической поверхности детали с некруглой направляющей линией. Точение производится резцом, совершающим синхронные с вращением заготовки радиальные перемещения. Для исключения удара задней поверхности резца о заготовку необходимо обеспечить достаточную величину заднего угла. Статья посвящена расчету минимальной величины последнего на основе определения огибающей семейства линий - направляющих поверхности детали при ее движении относительно инструмента
Бесплатно
Расчет размерных цепей со звеньями-эксцентриситетами
Статья научная
Предлагается методика вероятностного расчета технологических и сборочных размерных цепей, содержащих звенья-эксцентриситеты, в качестве математических моделей которых приняты случайные векторы, имеющие круговое или сферическое нормальное распределение. Векторная размерная цепь приводится к линейной размерной цепи, в которую в качестве составляющего звена входит модуль вектора результирующего эксцентриситета. Приведены алгоритмы вычисления математического ожидания и дисперсии этого звена для различных условий обработки и сборки.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены проблемы, возникающие при производстве порошков, волокон и гранулоподобной стружки из вязких и хрупких материалов, применяемых в различных отраслях. Особенность данной проблемы заключается в обеспечении жестких требований к размерам, отклонениям размеров и формы дисперсных частиц, которые не могут быть получены при использовании традиционных устаревших технологиях переработки материалов. Обосновано применение нового способа возбуждения резонансных колебаний в виброприводах, обеспечивающего улучшение технологических параметров вибрационных станков-диспергаторов. Новизна способа состоит в получении синхронных колебаний в технологической системе и поддержании их на заданном уровне, а также в обеспечении возможности управления формой генерируемых колебаний. Предлагаемый способ позволяет повысить мощность, универсальность и эффективность работы виброприводов за счет обеспечения возможности управления формой траектории колебаний рабочего органа и одновременной синхронизации высокочастотной и низкочастотной составляющих колебаний. Показано, что функциональные возможности виброприводов могут быть расширены за счет возбуждения механических колебаний на резонансных частотах. Для более полного и наглядного представления процесса возбуждения резонансных колебаний средствами суперкомпьютерных ресурсов ЮУрГУ были выполнены расчёты частотных характеристик колебаний роторов вибропривода. Для сравнения траекторий и форм колебаний были представлены векторные диаграммы движения радиус-векторов суммарных амплитуд колебаний при несинхронном и синхронном режимах работы. В результате расчётов были выявлены три формы собственных резонансных колебаний каждого из роторов вибропривода. Для мониторинга и поддержания требуемых технологических параметров вибропривода была разработана система автоматизированного управления, позволяющая производить сбор у виброприводов параметрической информации, ее автоматическую обработку и поднастройку устойчивой синхронной работы посредством электрической обратной связи.
Бесплатно
Релаксация сварочных напряжений при помощи глубокого пластического деформирования
Статья научная
В работе рассмотрен способ снижения уровня остаточных напряжений в сварных конструкциях путем обработки области сварного шва с помощью глубокой пластической деформации. Описаны результаты эксперимента, а также расчета при помощи конечно-элементного пакета ANSYS Workbench, показывающие возможность применения метода для снижения уровня остаточных сварочных напряжений.
Бесплатно
Рентгеноспектральный микроанализ поверхности карбида кремния после микроцарапания титана
Статья научная
Рассмотрена структура поверхности карбида кремния непосредственно после микроцарапания титана и после удаления налипшего металла травлением в растворе плавиковой кислоты. Исследования проведены на электронном микроскопе Versa 3D. Морфологию поверхности изучали при увеличении от 800 до 20000×. Химический состав определяли методом локального микрорентгеноспектрального анализа при съемке в отдельных точках и сканировании участков поверхности. Ускоряющее напряжение электронов возбуждения изменяли от 5 до 20 кВ. В нанослоях карбида кремния микрорентгеноспектральный анализ показал наличие пяти элементов: углерод, кремний, титан, азот и кислород. При 5 кВ, когда глубина зоны генерации рентгеновского характеристического излучения не превышает 270-320 нм, на участках поверхности карбида кремния без видимых следов налипшего металла концентрация титана достигает 3 % атом. Соотношение между атомами кремния и углерода свидетельствует о наличии избыточных атомов углерода. С увеличением ускоряющего напряжения до 15 кВ глубина слоя генерации рентгеновского характеристического излучения атомов титана может достигать 2000 нм. Поэтому с ростом U концентрация титана снижается, поскольку такое же количество титана, сконцентрированного в приповерхностном слое, теперь усредняется по значительно большему объему. При U = 15 кВ концентрация титана на нетравленой и травленной поверхностях составила соответственно 0,56 и 0,36 % атом. До травления количество атомов углерода в 1,7 раза больше чем атомов кремния. Наличие избыточного углерода объясняется присутствием достаточно большого количество углерода на поверхности материла. После травления, в результате снижения содержания атомов титана, кислорода и азота, общей тенденции к снижению атомов углерода концентрация атом кремния с(Si) увеличивается. В результате количественное соотношение между атомами углерода и кремния снижается до 1,4. Увеличение ускоряющего напряжения означает и увеличение объема основного материала, т. е. карбида кремния, находящегося в зоне генерации. С ростом U концентрация титана, азота, кислорода снижается, так как эти элементы находятся в основном на поверхности карбида кремния. Содержание атомов кремния и углерода, входящих в состав карбида кремния, будет возрастать практически пропорционально объему генерации. Поэтому с ростом U концентрация кремния должна увеличиваться, а углерода - снижаться. В действительности с увеличением U в диапазоне 5-15 кВ с(Si) на нетравленой поверхности возрастает более чем на 25 % и на 10 % после травления. Концентрация углерода имеет тенденцию к снижению. Только при ускоряющем напряжении 20 кВ атомные концентрации углерода и азота с учетом доверительного интервала на средние арифметические значения можно считать приблизительно одинаковыми. В данных интервалах U концентрация углерода снижается значимо, что подтверждает ранее высказанное предположение о тенденции снижения с(C) с увеличением U.
Бесплатно
Решение задачи проектирования производств при условии обеспечения непрерывности выпуска продукции
Статья научная
Разработана методология проектирования производственных участков, использующая гибкий график ремонта оборудования, который позволяет исключить остановку основного производства. Проект участка может включать в себя три основных пункта: 1. Комплектацию оборудованием производственных участков по минимуму эксплуатационных затрат на содержание технологического оборудования. 2. Комплектация участков станками и технологической оснасткой при условии согласования сроков их ремонта. 3. Комплектация на основе сетевой структурной модели стадии «эксплуатация» парка станков, составляющих участок. Первый пункт направлен на повышение рентабельности использования оборудования по назначению. Второй и третий на обеспечение непрерывности производственного процесса. Их реализация позволяет исключить остановку производства и уменьшить простой оборудования в ремонте. Приведён алгоритм априорной оценки продолжительности и структуры ремонтного цикла станков и оснастки производственных подразделений, выпускающих продукцию ограниченной номенклатуры. Даны основы построения структурных моделей стадии «эксплуатация» парка станков отдельного производственного подразделения. Использование оборудования по разработанным структурам позволяет обеспечить технологическую точность, настроенность, стабильность технологических процессов и непрерывность производственного процесса изготовления деталей.
Бесплатно
Синтез системы автоматического управления глубиной резания круглошлифовального станка
Статья научная
Показано, что внедрение шлифовальных станков с ЧПУ требует постоянной оценки состояния технологической системы с учётом динамики процесса на основе автоматического управления процессом обработки. В этой связи анализ параметров технологического процесса и управления, например, глубиной резания позволит обеспечить его устойчивость и заданное качество продукции. Для предложенной компоновки системы автоматического управления процессом обработки разработана математическая модель, представленная описанием ее звеньев в операторной форме и учитывающая динамику процесса шлифования. Для формирования обратной связи предлагается применить разностную рекуррентную схему. Для упрощения описания входного воздействия при необходимости вычисления реакции на сигнал произвольной формы (например, шумового воздействия) необходимо применение численных методов. В этом случае отпадает необходимость перехода к изображениям, что упрощает алгоритм решения задачи. Задача решается во временной области. Введение обратной связи на основе полученной передаточной функции может быть описано в изображениях по Лапласу, которые легко вычисляются как реакции на стандартные воздействия. Таким образом, по передаточной функции системы можно сразу получить решение во временной области для входного сигнала произвольной формы, заданного в любом виде (аналитически или таблично).
Бесплатно
Статья научная
На многоклетьевых станах холодной прокатки при больших скоростях могут возникать автоколебания. Как правило, это происходит на двух последних клетях, третьей четвертой или четвертой пятой. Скорость прокатки при этом должна быть больше 1000 м/мин. Возникновение автоколебаний сопровождается фазовой синхронизацией виброперемещений клетей стана. Источником колебаний являются неконсервативные силы в зоне контакта рабочих валков стана. В качестве модели выбрана система, состоящая из двух осцилляторов, соединенных упругой связью. Это классическая задача, в которой связь, как правило, считается малой. Синхронизация двух осцилляторов может происходить как на частоте основной гармоники, так и кратной трем. Цифровой двойник стана получен с использованием пакета MathCAD. Условия возникновения автоколебаний, бифуркации рождения предельного цикла, рассмотрены в широком диапазоне величин упругой связи между осцилляторами. Возникновение автоколебаний осцилляторов происходит под действием ненулевых начальных условий либо внешнего воздействия. В качестве внешнего воздействия могут выступать силы, генерируемые рабочими валками при прокате полосы металла. Независимо от частоты возмущения частота автоколебаний соответствует собственной частоте осциллятора. Влияние прокатываемой полосы на условия возникновения автоколебаний проведено в широком диапазоне изменения сил натяжения. Во всем диапазоне натяжений полосы, связывающей осцилляторы, автоколебания происходят на одной частоте. При увеличении натяжения от нуля до некоторой критической величины амплитуда плавно растет на первой клети и снижается на второй клети стана. При дальнейшем увеличении натяжения осцилляторы, клети стана, совершают колебания с одинаковой амплитудой. При внешнем воздействии гармонической силой, формируемой клетью стана, автоколебания происходят с установившимся предельным циклом. При достижении критического уровня натяжения система двух осцилляторов, соединенная упругой связью, превращается в апериодическую систему. При работе прокатного стана реальное натяжение может изменяться в пределах от 100 до 170 кН. Максимальный уровень натяжения не превышает 220 кН. Изменяя уровень натяжения, можно стабилизировать вибрационное состояние прокатного стана.
Бесплатно
Снижение усилий приводов при обработке на станках с параллельной кинематикой
Статья научная
Рассмотрено влияние углового положения заготовки при фрезеровании на усилия, формируемые приводами станка. Показано, что управление, обеспечивающее снижение этих усилий, проще в реализации при использовании станков с параллельной кинематикой. Представлены результаты численного моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Показано, что современные системы автоматизации технологического проектирования являются системами лишь операционного уровня и не позволяют объективно оценивать и использовать подобие проектных решений. Обоснована актуальность исследований, направленных на выявление и использование для повышения эффективности подготовки производства связей и количественных формальных оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений. Изложен научно-методический подход к определению и использованию при подготовке производства деталей машин количественных оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений. Указаны приложения оценок подобия проектных решений при подготовке производства. Показано, что соотношение оценки подобия состава маршрутных технологических процессов изготовления любых двух деталей одной группы и оценки конструктивного подобия по составу технологических комплексов этих же деталей позволяет прогнозировать ожидаемые значения оценок технологического подобия заданной детали и детали предполагаемого аналога. Это позволяет организовать автоматизированный поиск технологических процессов-аналогов, требующих минимальной корректировки при преобразовании в единичные процессы изготовления заданных деталей. Использование формально определяемых в соответствии с предложенным подходом оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений способствует повышению эффективности подготовки производства за счет: направленного поиска ближайших процессов-аналогов, объективного формирования групп технологически подобных деталей, объективного оценивания технологических возможностей производственной системы.
Бесплатно
Способы повышения прочности скоростных рельсошлифовальных кругов
Статья научная
Увеличение скорости ремонта рельсов на железной дороге ограничено прочностью кругов рельсошлифовального поезда. Настоящая работа посвящена повышению эксплуатационных характеристик абразивных кругов.
Бесплатно
Станок с параллельными приводами координатных перемещений рабочего органа
Статья научная
Описана кинематическая схема шестикоординатного станка с параллельными приводами координатных перемещений рабочего органа. Приведены основные соотношения для расчета геометрических параметров станка при заданных характеристиках его рабочего пространства.
Бесплатно
Теплофизический анализ процесса плоского шлифования рельсов торцом круга
Статья научная
Анализируется теплофизический процесс шлифования рельсов с целью установления взаимосвязи параметров термических циклов с режимами обработки. На основе проведенных исследований рассмотрены перспективы повышения производительности процесса абразивной обработки рельсов.
Бесплатно
Статья научная
Отсутствие определения термина «обрабатываемость» в нормативных документах привело к большому количеству его различных формулировок и критериев оценки, зачастую противоречивых. В большинстве случаев под обрабатываемостью понимают способность (свойство) материала подвергаться обработке. Однако цель любого процесса резания - не просто снять металл, а произвести удаление заданного припуска при обеспечении технологических требований по качеству, точности обработки и т. д., выполнение которых напрямую связано с той или иной степенью обрабатываемости материала. Поэтому разными исследователями к формулировке обрабатываемости добавлялся критерий ее определения, например, обрабатываемость по шероховатости поверхности, обрабатываемость по стойкости инструмента и т. д. Данная ситуация привела к еще большей понятийной неопределенности, а учитывая, что для современного машиностроения характерно постоянное увеличение количества требований к качеству поверхностного слоя, точности обработки и т. д., термин обрабатываемости в том виде, в котором он присутствует, не отражает физической сущности характеризуемого им процесса. Поэтому необходимо рассматривать обрабатываемость не только как свойство материала при определенном технологическом ограничении, но и как комплексный технологический фактор. На основе анализа и обобщения технологических требований, предъявляемых к изделиям после абразивной обработки, предложена схема формирования обрабатываемости как сопротивляемость материала разрушению, ограниченная совокупностью технологических ограничений. Это позволило сформулировать понятие технологической обрабатываемости, которое наряду с учетом собственной сопротивляемости материала резанию учитывает обеспечение всех технологических ограничений и требований к обработанной поверхности заготовки. Для практической реализации концепции технологической обрабатываемости материалов сформирован комплекс технологических ограничений и параметров управления, формализация которого позволила понятие технологической обрабатываемости привести к математическому описанию, которое дает возможность структурно включить и использовать все существующие теоретические и экспериментальные наработки в области абразивной обработки.
Бесплатно
