Технология. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Статья научная
Обработка резанием композиционных неметаллических материалов обладает рядом особенностей, отличающих ее от аналогичной обработки металлов, возрастают требования к износостойкости и качеству режущего инструмента. Применяемые в настоящее время инструменты и режимы обработки очень часто не позволяют обеспечить требуемого качества изделий. Для решения этих проблем нами разработан комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности применения режущих инструментов для обработки композиционных материалов. Разработана методика моделирования сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных материалов, позволившая математически описать конструктивные и геометрические особенности, определить характер структурных связей в системе инструмента. Предложена методика многокритериального сравнительного анализа конструктивных решений инструмента для выбора рациональной конструкции при варьируемых условиях сопоставимости. Создан программный комплекс формирования базы данных сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных неметаллических материалов и выбора рациональной конструкции в одном программном приложении. Спроектированы новые конструкции сборного фрезерного инструмента, увеличивающие его технологические возможности, снижающие расход инструментальных материалов, простои, связанные с переналадкой инструмента и его заменой при потере режущей способности и отличающиеся повышенной точностью и надежностью при обработке композиционных материалов. Разработана физико-математическая модель процессов деформации, повреждения и разрушения инструментальных материалов типа WC-Co при алмазном затачивании на основе теоретических положений механики повреждаемых твердых сред. Установлены закономерности влияния комбинированных методов элект-роалмазной обработки на экономические и качественные параметры обработки. Научно обоснованы технологические режимы, позволяющие с гарантированным качеством затачивать твердосплавные режущие инструменты комбинированным методом элект-роалмазной обработки. Исследован процесс обработки композиционных неметаллических материалов инструментом, подготовленным с учетом рекомендаций по созданию, изготовлению и анализу конструктивных решений. Экспериментально обоснованы геометрические параметры инструмента и режимы, гарантирующие высокое качество обработки композиционных материалов на полимерной основе.
Бесплатно
Технологические ограничения применения микрошлифования заготовок из легированных сталей
Статья научная
В мировой практике находят все большее применение прогрессивные технологии обработки микродеталей. К таким технологиям относится микрошлифование. Микрошлифование позволяет обрабатывать мелкие детали с высокой производительностью и чистотой поверхности. Микрошлифование имеет преимущество перед другими процессами изготовления микродеталей, поскольку обеспечивает очень высокую шероховатость поверхности и минимальные заусенцы. Анализ литературных источников показал, что большинство работ направлены на исследование обработки таких материалов, как стекло, кремний, АД33, АД35, из-за широкой области их применения. Все работы, связанные с обработкой легированных сталей, носят эмпирический характер и заключались в подборе оптимальных режимов резания. Таким образом, универсальные технологии процесса микрошлифования, направленные на обработку деталей, отсутствуют, а технологию обработки конкретной детали из конкретного материала необходимо разрабатывать, основываясь на базовых понятиях «технологии машиностроения» и совершенствовать путем анализа эмпирических данных. В рамках данной работы проводились экспериментальные исследования возможности обработки детали из стали 40ХН2МА методом микрошлифования. Для проведения исследования был собран экспериментальный стенд на базе вертикально-фрезерного станка EMCOMILL 300, оснащенного высокоскоростным пневматическим шпинделем HTS1501S. В качестве режущего инструмента выбран бур фирмы Nakanishi диаметром 1,2 мм. На стенде последовательно обрабатывались заготовки с термообработкой и без нее. В результате исследования определена технологическая возможность и эффективность обработки детали из стали 40ХН2МА методом микрошлифования на вертикально-фрезерном станке с ЧПУ с помощью высокоскоростного пневматического шпинделя и инструмента из кубического нитрида бора (CBN).
Бесплатно
Технологические особенности изготовления высокоточной золотниковой пары
Статья научная
В статье подробно рассматриваются конструкция изделия «Высокоточная золотниковая пара» и особенности разработанного технологического процесса изготовления его компонентов. Проанализированы основные этапы механической обработки изделий «Гильза» и «Золотник», термическая обработка, технический контроль, а также технологические приемы по выполнению предъявляемых технических требований. Во введении приводится обоснование актуальности подробного рассмотрения особенностей реализации технологического процесса производства высокоточной золотниковой пары. Данный узел входит в состав электрогидравлического усилителя мощности - важнейшего элемента управления специальных гидроприводов, применяющихся в стендовом испытательном оборудовании. Основное содержание работы сосредоточено на описании технических и технологических особенностей изготовления компонентов высокоточной золотниковой пары. Приведены основные элементы материально-технического оснащения технологического процесса, с помощью которых реализуется микрообработка и обеспечиваются высокие требования точности и качества изделия: применяющееся оборудование, станочная оснастка и режущий инструмент. Отдельно в статье описывается операция криообработки деталей, уделяется внимание испытаниям готовых изделий, приведены условия, при которых изготовленный узел будет нуждаться в доработке и при которых изделие будет считаться годным. В статье преследуется цель дать полное описание технологии изготовления компонентов высокоточной золотниковой пары, призванное раскрыть необходимость применения приемов и методов достижения высокой точности сопряжения. Основным методом достижения цели выступает подробный анализ всех аспектов технологического процесса изготовления компонентов высокоточной золотниковой пары. Выявляются нестандартные и редко применяющиеся решения, устанавливаются причины, вызвавшие необходимость их применения. Основным прикладным результатом работы может считаться подробный проиллюстрированный инженерно-технический отчет с описанием особенностей производства рассматриваемого узла.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена результатам теоретических и экспериментальных исследований, направленных на обеспечение надежности параметров качества обработанной поверхности рельсов при шлифовании в условиях железнодорожного пути. В качестве показателя выбора тех или иных режимов и условий обработки по критерию параметрической надежности предлагается максимум вероятности выполнения задания по параметру шероховатости в заданном интервале. Для различных технологических операций указанная вероятность определяется путем имитационного моделирования, которое осуществляется в виде аддитивных или степенных моделей. Представлена математическая модель надежности технологии шлифования рельсов адекватно отражающая важнейшие технологические параметры функционирования системы и позволяющая проектировать оптимальные технологические процессы. Для практической реализации разработанной модели проведены исследования по влиянию шероховатости поверхности на циклическую трещиностойкость, контактно-усталостную прочность и износостойкость рельсов, результаты которых позволяют прогнозировать уровень эксплуатационных свойств рельсов на основе полученных значений шероховатости. Изменение шероховатости поверхности рельсов на 20 мкм приводит к изменению её износостойкости на 20-25 %, трещиностойкости и усталостной прочности на 15-20 %. Установлен диапазон изменения шероховатости обработанной поверхности рельса для обеспечения повышенной стойкости рельсов в различных условиях эксплуатации. Так для рельсов, уложенных в кривых участках пути, оптимальная шероховатость должна быть в пределах Rz = 5…10 мкм для обеспечения повышенной износостойкости. Для рельсов на прямых участках пути шероховатость, обеспечивающая повышенную усталостную прочность рельсов должна находиться в пределах Rz = 35…50 мкм. Анализ результатов расчета по надежности технологического обеспечения показал, что надежность обеспечения шероховатости поверхности в требуемых диапазонах для всех штатных программ шлифования не превышает 0,6, что является недостаточным по причине неэффективности применяемых мер по предотвращению появления причин возникновения дефектов при реализации технологии шлифования рельсов в условиях железнодорожного пути. Проведена оценка видов, причин и последствий потенциальных дефектов при реализации технологии шлифования рельсов, которая позволила предложить альтернативные технологические решения и увеличить надежность технологического обеспечения шероховатости обработанной поверхности рельсов в установленных диапазонах более чем в 2 раза. Результаты проведенных исследований позволяют повысить уровень технологического обеспечения качества обработанной поверхности рельсового пути за счет учета фактического состояния рельсов и функциональных возможностей используемого оборудования. Результаты промышленных испытаний показали, что предложенные решения позволили повысить надежность технологического обеспечения качества поверхности рельса при шлифовании в условиях железнодорожного пути до 0,85 при 10%-ном увеличении времени планово-подготовительных работ.
Бесплатно
Технология изготовления деталей узлов трения из полимерных композиционных материалов
Статья научная
Рассмотрено влияние режимов ультразвукового прессования на механические свойства полимерного композиционного материала на основе политетрафторэтилена и разработка технологии изготовления деталей узлов трения, методом ультразвукового прессования. В процессе ультразвукового прессования полимеров существенно облегчается возникновение и развитие пластической деформации частиц порошка, осуществляется активация дислокаций, происходящая в результате поглощения акустической энергии в местах дефектов кристаллической решетки и других структурных несовершенств. Вследствие этого за короткое время происходит локальный нагрев материала вокруг этих источников поглощения, увеличение молекулярной подвижности, что обусловливает более интенсивное развитие пластической деформации. Ультразвуковое воздействие может быть успешно использовано при твердофазной технологии получения (синтезе) полимерных композиционных материалов. Особенно это актуально для дисперснонаполненных модифицированных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ). Совершенствование технологии получения модифицированного политетрафторэтилена в направлении приложения ультразвука большой интенсивности непосредственно при прессовании композита позволяет достичь существенного повышения его механических и триботехнических свойств. Целью данной работы является исследование влияния параметров ультразвукового прессования на механические свойства композиционного материала на основе политетрафторэтилена и разработка на этой основе технологии изготовления подшипников скольжения. Объектом исследования являлся композиционный материал на основе политетрафторэтилена с модифицирующей добавкой 5 масс. % гексагонального нитрида бора. Показано, что введение ультразвуковых колебаний в прессуемый материал приводит к повышению предела прочности и модуля упругости синтезируемого композита. Столь значительное повышение механических свойств, свидетельствует в первую очередь об изменении структуры композиционного материала, которое и приводит к повышению предела прочности и модуля упругости политетрафторэтилена модифицированного гексагональным нитридом бора.
Бесплатно
Статья научная
Разработана экономичная комбинированная технология нанесения теплозащитных покрытий (ТЗП) на малоразмерные модели для испытаний материалов ТЗП в высокотемпературной аэродинамической трубе. Технология обеспечивает соответствие параметров ТЗП на модели параметрам ТЗП натурного изделия, что позволяет использовать результаты испытаний для оценки эффективности работы ТЗП в натурных условиях.
Бесплатно
Улавливающее действие СОЖ при шлифовании и оценка его эффективности
Статья научная
Последние годы в нашей стране и за рубежом ведутся активные научные исследования, направленные на совершенствование способов подачи смазочно-охлаждающей технологической жидкости (СОЖ) и применение различных видов энергетического воздействия на нее. Особенности применения СОЖ при абразивной обработке связаны со спецификой конструкции инструмента, режимами и способом обработки. Основными действиями СОЖ являются: смазочное, охлаждающее, моющее, диспергирующее и антикоррозионное. На сегодня известно более 2000 различных способов подачи СОЖ. После их систематизации было выделено 30 основных способов, значительное число их разновидностей и комбинаций. В статье рассмотрены заградительный, комбинированный и новый комбинированный способы подачи СОЖ. Заградительный способ, предназначенный для борьбы с факелом отходов, направленно движущимся из зоны резания и являющимся основным источником загрязнений в рабочей зоне, оказался недостаточно эффективным в реализации основных функций СОЖ. Вследствие этого был разработан комбинированный способ подачи СОЖ, который включал в себя наиболее эффективные способы подачи из известных, например, свободно падающей струей и в среде СОЖ. В результате опытной эксплуатации у данного метода был выявлен ряд недостатков, таких как повышенный расход СОЖ и электроэнергии, низкая эффективность при шлифовании пространственных деталей. Для устранения этих недостатков был разработан новый комбинированный метод. По результатам экспериментов СОЖ, подающаяся данным методом, эффективно выполняла свои основные функции, кроме того проявляла улавливающее действие, которое заключается в снижении концентрации вредных веществ в рабочей зоне оператора станка.
Бесплатно
Формализованная методика проектирования многономенклатурного производства
Статья научная
Широкое распространение, в настоящее время многономенклатурного производства деталей, привело к возникновению ряда вопросов относительно проектирования производственных участков данного вида. При проектировании производственного участка или цеха важной задачей является определение типа производства. Решение этой задачи позволит комплексно оценить технические, организационные и экономические особенностей будущего производства. Современные методы определения типа производства малоприменимы для многономенклатурного производства, поскольку главным критерием является коэффициент закрепления операций. Существующая методика определения коэффициента закрепления операций требует информации, не всегда имеющейся на начальном этапе разработки проекта. Очевидно, что разработка методики, позволяющий точно определить тип многономенклатурного производства, является актуальной задачей. В данной статье описывается предлагаемая методика оценки типа производства с помощью детали-представителя. Деталь-представитель выбирается таким образом, чтобы содержать в себе максимальное количество особенностей деталей, которые будут обрабатываться на проектируемом участке. Выделение детали-представителя позволяет обоснованно снизить размерность задачи проектирования производственных участков многономенклатурного производства. На основе разработанного технологического процесса для детали-представителя можно определить характеристики производственной программы, в частности - трудоемкости изготовления деталей. Формализованное объективное преобразование многономенклатурных производственных программ проектируемых участков в программе выпуска деталей-представителей, эквивалентных заданным программам по трудоемкости, позволяет его автоматизацию, что способствует повышению качества проектирования и сокращению его сроков.
Бесплатно
Формальное проектирование единичных технологий обработки деталей на металлорежущих станках
Статья научная
Актуальной задачей современной науки является поиск и формализация закономерностей и взаимосвязей между конструктивными параметрами деталей и технологией их изготовления. В статье рассмотрены основные проблемы, препятствующие созданию систем автоматического проектирования технологических процессов. Целью данной работы является рассмотрение основных задач проектирования технологии, формулирование ключевых проблем формализации процесса проектирования и изложение нетривиального подхода для их решения. При проектировании технологии изготовления деталей решаются две краеугольные задачи:1) обеспечение заданных свойств материала детали; 2) обеспечение геометрической конфигурации детали. На основании анализа проблем формализации проектирования технологических процессов авторы утверждают следующее: аксиоматика и инструментарий формальной геометрии трехмерного (3D) линейного векторного пространства не имеют принципиальной возможности описывать схемы порождения геометрических конфигураций объектов, а также оперировать с неидеальными геометрическими формами и размерами. Для решения рассмотренных проблем предлагается использовать геометрию неидеальных объектов в шестимерном пространстве с тремя линейными и тремя угловыми координатами. Для определения угловых положений объектов введено понятие углового вектора. Геометрический объект представляется в виде нечеткого замкнутого подпространства с ненулевым объемом, ограниченного конечным набором пересекающихся (сопряженных) поверхностей. Поверхность рассматривается как граница разделения двух различных сред. Процесс порождения геометрической конфигурации объекта (G) заключается в формировании границ замкнутого подпространства путем относительного расположения поверхностей, входящих в его состав (S) в соответствии со структурой (D), определяемой заданными линейными и угловыми размерными связями. Порождение формы поверхностей моделируется кинематическим способом, использующим взаимодействие двух производящих линий. Установлена однозначная взаимосвязь между структурой геометрической конфигурации детали и набором технологических схем обеспечения взаимного расположения поверхностей. Изложенные материалы позволяют утверждать о существовании строгих соответствий между конструкцией детали и технологией её обработки при условии корректного и непротиворечивого представления её геометрической конфигурации.
Бесплатно
Формирование внутреннего приближенного зацепления цилиндроконических передач
Статья научная
При формировании рабочих профилей зубьев шестерни цилиндро-конической передачи внутреннего зацепления возникает технологическая проблема получения теоретически точного профиля зубьев. Это связано с необходимостью изготовления для каждой передачи долбяка с внутренними зубьями с геометрией, идентичной геометрии колеса передачи. В работе описан способ формирования приближенного профиля зубьев шестерни цилиндро-конической передачи инструментом реечного типа. Предлагаемый способ обеспечивает достаточную для практического применения степень приближения формируемой поверхности к теоретически точной.
Бесплатно
Формирование отверстий вращающимся пуансоном в листовой заготовке
Статья научная
Рассмотрены стадии формирования и геометрические параметры отверстия, изготовленного вращающимся пуансоном в листовой заготовке
Бесплатно
Формирование поверхностного слоя при ультразвуковом резьбонарезании
Статья научная
Приведены результаты исследования влияния ультразвука на формирование качества поверхностного слоя при нарезании резьбы с наложением на инструмент ультразвуковых колебаний.
Бесплатно
Формоизменение металла при непрерывном равноканальном угловом прессовании
Статья обзорная
Проведено моделирование процесса непрерывного прессования «Конформ». Показаны области распределения напряжений и деформаций по объему заготовки.
Бесплатно
Экспериментальное исследование процесса шлифования с применением акустических характеристик
Статья научная
В работе рассмотрены результаты экспериментального исследования процесса круглого наружного врезного шлифования и сопровождающие его звуковые явления. Акустические колебания, порождаемые процессом абразивной обработки, являются косвенным параметром, характеризующим состояние процесса резания. Такая информация применима для управления процессом шлифования и планирования технологического процесса. Достоинство метода учета и прогнозирования текущего состояния технологической системы при шлифовании, основанного на применении акустических данных, заключается в возможности его применения без прерывания производственного процесса. Предметом экспериментального исследования является акустический сигнал, возникающий при шлифовании. Цель работы заключается в проведении экспериментального исследования зависимости звуковых параметров процесса шлифования от технологических условий операции и их связи с параметрами качества обработки. Основными методами, применяющимися для достижения обозначенной цели, являются эксперимент, измерение и анализ. Эксперимент позволил получить данные, необходимые для дальнейшей обработки. Регистрация звукового сигнала, генерируемого в процессе шлифования на разной скорости подачи - основная задача опытов эксперимента. С помощью контактных измерений был определен реальный профиль шлифованных образцов, что является важнейшим этапом для определения взаимосвязи между характеристикой процесса шлифования и показателями качества обработанной поверхности. Аналитический метод применялся для обработки полученных данных эксперимента и измерений. С его помощью из широкого диапазона были выявлены информативные звуковые частоты, отражающие изменения процесса шлифования во времени. Анализ данных измерения дал возможность оценить отклонение шлифованных образцов от круглости в зависимости от технологических условий реализации операции, определить параметры, которые оказывают наибольшее влияние на этот критерий качества обработки. В результате проведения исследования была установлена взаимосвязь между акустической характеристикой - звуковым давлением и параметром качества шлифованной поверхности - отклонением от круглости. Полученные знания о звуковой характеристике процесса шлифования могут быть применены для более рационального использования ресурса абразивного инструмента через прогнозирование периода стойкости шлифовального круга. Ключевые слова: акустический анализ звука, спектральный анализ звука, процесс шлифования, отклонения от круглости, период стойкости шлифовального круга.
Бесплатно
Экспериментальное исследование температуры в зоне резания при микрошлифовании
Статья научная
В статье описана методика и результаты проведения экспериментальных исследований процесса микромеханической обработки - микрошлифования. Главной целью проведенных экспериментов является апробация разработанной теплофизической модели микрошлифования. Данная модель позволит избежать проведения большого количества экспериментов при изменяющихся материалах, технических требований и условий производства. В качестве обрабатываемого материала выбрано стекло марки К-8, которое является наиболее популярным материалом для изготовления оптических и медицинских приборов, таких как линзы, призмы, лучеделители, кюветы для гемоглобинометров и т. д. Материал режущей части микрошлифовального инструмента - поликристаллический алмаз. Для сбора данных по силам резания использовался динамометр Kistler. Для исследования и сбора данных по температуре резания использовалась уникальная методика, заключающаяся в применении тепловизора и последующей обработке изображений по пикселям. Данная методика позволяет фиксировать значения температуры в любой момент времени, а также четко привязать температуру к расстоянию благодаря известному значению размеров пикселя. В ходе проведения экспериментов получены зависимости температуры от величины подачи, времени обработки. Выявлено, что увеличение подачи приводит к увеличению температуры, однако характер зависимости не является линейным. Кроме того, определено время приработки режущего инструмента, характеризующееся стабилизацией температуры. Также выявлен характер распределения тепла в обрабатываемой детали. Собранные данные позволяют апробировать разработанную теплофизическую модель и произвести калибровку вычислительного программного комплекса.
Бесплатно
Экспериментальное определение коэффициента усадки стружки при ротационном фрезеровании
Статья научная
Показана актуальность задачи разработки новых методов получения порошков, позволяющих управлять их формой и размерами. Пластические деформации срезаемого слоя материала при превращении его в стружку приводят к отличию размеров получаемой стружки от соответствующих параметров срезаемого слоя обрабатываемого материала. Коэффициенты усадки стружки являются количественной оценкой степени пластической деформации обрабатываемого материала при резании. Проанализированы существующие способы определения коэффициента усадки при резании.В связи с особенностями процесса предложен подход к нахождению коэффициента усадки стружки при ротационном фрезеровании. Одной из особенностей рассматриваемого процесса ротационного фрезерования при получении элементной стружки является использование групповой схемы резания двумя режущими элементами - гладким и зубчатым. На поверхности зубчатого элемента выполнены режущие зубья, которые формируют частицу порошка, оставляя на поверхности часть несрезанного материала. Гладкий режущий элемент срезает материал, оставленный зубчатым элементом.Форма, размеры стружки и условия протекания процесса при работе гладкого и зубчатого режущих элементов при ротационном фрезеровании существенно отличаются. Усадка стружки, формируемой при работе гладкого и зубчатого режущих элементов, также различна. Это необходимо учитывать при управлении процессом получения требуемого размера элементной стружки при ротационном фрезеровании.Выполнено математическое моделирование процесса ротационного фрезерования для определения коэффициента усадки стружки. Проведены экспериментальные исследования рассматриваемого процесса. Выявлено, что на усадку стружки существенное влияние оказывают условия работы гладкого и зубчатого режущих элементов и параметры операции.
Бесплатно
Экспериментальное определение увода оси отверстий при обработке зенкером с МНП
Статья научная
В данной статье рассматривается разработанная математическая модель, учитывающая погрешности заточки и сборки режущих лезвий инструмента - зенкера с многогранными неперетачиваемыми пластинами (МНП). Это позволяет определить фактические площади срезаемых сечений припуска каждым лезвием и рассчитать действующие на них силы резания. Равнодействующая сил резания приводит к поперечным смещениям оси инструмента во время обработки отверстия. Математическая модель дает возможность определять погрешности обработки отверстий (увод оси, разбивку и точность формы) зенкером с МНП. Для проверки адекватности математической модели проведены натурные эксперименты на заготовках из различных материалов. Разработана методика проведения натурного эксперимента. Выбраны рекомендуемые режимы резания и зенкер с тремя лезвиями. Обработка производилась на обрабатывающем центре ММ800 Fanuc. Используя современные средства автоматизации - систему Renishaw и аддитивные технологии с применением 3D-сканера Range Vision Spectrum, произведено измерение увода оси отверстия после обработки зенкером с МНП. Данное устройство позволяет получить требуемый результат в очень короткие сроки. Для замера увода оси отверстия был использован компактный датчик, позволяющий получить очень точные результаты. Подставив данные обработки детали в математическую модель, получили расчетные значения (теоретические) увода оси отверстия при обработке для опытных образцов. Произведено сравнение теоретических результатов и результатов проведения натурного эксперимента. Сравнив полученные теоретические результаты - результаты математической модели и результаты проведения натурного эксперимента, сделали вывод об адекватности разработанной математической модели и возможности применения ее в производстве технологами при разработке и компьютерной отладке технологических процессов.
Бесплатно
Статья научная
За последние десятилетия наука о трении получила большое развитие. Процессы трения и износа существенно зависят от конструктивного оформления узлов, подбора износостойких материалов, эффективных смазок и режимов их работы, а также условий эксплуатации механизмов, однако отсутствие научных представлений о влиянии режима эластогидродинамического режима трения на получение высококачественного поверхностного слоя обрабатываемой детали, влиянии режима эластогидродинамического трения на эксплуатационные свойства детали, влиянии объемно-расходных режимов подачи СМ на качество поверхностного слоя детали, обрабатываемой способом ротационного выглаживания стало отправной точкой для постановки цели исследования. Цель исследований: изучение фрикционного контакта, работающего в режиме эластогидродинамического смазывания как способа, позволяющего получить поверхность с высоким классом чистоты. В настоящей работе с помощью метода физического моделирования контактного взаимодействия фрикционной роликовой пары исследовано влияние режимов подачи смазочного материала на момент трения в межвалковом контакте. Изучены условия, при которых формируется устойчивое покрытие на поверхностях трения, предотвращающее абразивный износ их поверхностных слоев.
Бесплатно
