Разработан композиционный керамический материал для газотермического напыления, позволяющий повысить износостойкость покрытия за счет введения в состав высокохромистой стали и молибдена, получить оптимальную пористость в исходной шихте при синтезе композиций FeCrMo-MoS2/CaF2/С-TiC, улучшить технологические параметры порошков и тем самым повысить коэффициент использования порошка при напылении, удешевить технологию нанесения износостойких покрытий. Приведены характеристики и параметры разработанного материала и покрытия на его основе. Методика основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях структурных элементов композиционных плазменных покрытий. Главными составляющими композиционных частиц являются твердые растворы на основе железа, карбиды титана, включения твердой смазки в виде дисульфида молибдена, фтористого кальция, углерода. Наличие таких частиц порошков создает предпосылки получения из них износостойких покрытий, которые эффективны при молекулярно-механическом и абразивном изнашивании в неблагоприятных условиях трения (граничная смазка или отсутствие смазочного материала, повышенные температурные воздействия). Рассматриваемые порошки характеризуются сложной геометрической формой и развитым поверхностным рельефом частиц. Наблюдается стабильное распределение твердой карбидной фазы в объемах напыленных материалов и отсутствуют поверхностные зоны с дефицитом включений TiC, что положительно влияет на работоспособность исследуемых износостойких покрытий. Плазменные покрытия, напыленные из порошков FeCrMo-MoS2-TiC по технологии, разработанной авторами, имеют лучшую износостойкость при сухом трении по стали 45 (износ покрытия меньше в 1,2 раза, нагрузка задира больше в 1,2 раза), чем покрытие, полученное из порошка Ni80Cr20 - 12 % MoS2 - 50 % TiC. При этом прочность сцепления покрытий возрастает в 1,23 раза, а стоимость порошка уменьшается в 1,5 раза. Таким образом, плазменные износостойкие покрытия из композиционных порошков FeCrMo-MoS2/CaF2/С-TiC перспективны для восстановления и упрочнения стальных деталей, эксплуатирующихся при неблагоприятных условиях трения.
Наука и техника
2017. — Выпуск 3
Содержание:
Дана экспериментальная оценка эффективности применения электроэрозионной обработки (модифицирования) изношенной цилиндрической рабочей поверхности стального бора с целью восстановления ее режущей способности. Приведены сведения о стальных зубных борах, включая их конструкции и основные этапы изготовления. Отмечено, что для таких боров максимальный ресурс машинного времени составляет порядка девяти минут, после чего изношенные боры далее не используются, а утилизируются. На основании анализа предшествующих исследований, касающихся применения электроэрозионного модифицирования поверхности проволочного, ленточного и дискового инструментов, обоснована перспективность восстановления режущей способности изношенной рабочей поверхности стального бора путем ее электроэрозионной обработки с целью его дальнейшего использования в стоматологической практике и производстве зуботехнических изделий. Приведены сведения о методике экспериментальных исследований, включая описание устройства для электроэрозионного модифицирования изношенной рабочей поверхности бора, а также устройства определения его режущей способности по интенсивности резания им образца из текстолита. Экспериментально установлено, что в результате электроэрозионного модифицирования изношенной рабочей поверхности бора на ней формируются лунки, имеющие по краям наплывы металла, выходящие за исходный контур поверхности, высота которых увеличивается с повышением в процессе модифицирования напряжения на накопительном конденсаторе, что приводит к увеличению диаметра обработанной поверхности бора. Наплывы металла оправдано рассматривать как своеобразные режущие элементы (зубы) на модифицированной поверхности бора, придающие его изношенной поверхности режущую способность. Установлено, что электроэрозионное модифицирование изношенной поверхности бора позволяет восстановить ее режущую способность по отношению к первоначальной при напряжении 75 В на 33,3 %, а при 120 В - на 43,0 %. Это свидетельствует о достаточно высокой эффективности предлагаемого способа восстановления режущей способности изношенной поверхности стальных зубных боров.
Ключевые слова
Смоделирована динамика тяжелого токарного станка после планируемой реновации. Оригинальная схема точения касается чистовой обработки крупных роторных валов. Высокорасположенные детали и фрезерная головка могут создавать динамические проблемы. Поэтому проведено МКЭ-моделирование в статической, модальной и гармонической постановках. Несущая система для удержания вала состояла из станины, суппорта, инструмента и задней бабки. Передняя бабка в данной схеме точения не участвовала. Оказалось, что статическая и динамическая жесткость для суппорта в 3-4 раза меньше, чем для вала. Жесткость на инструменте снижается с 186,5 до 11,9 Н/мкм при переходе от статики к точению вблизи резонанса суппорта. Оценено двенадцать резонансных мод. Две моды признаны наиболее опасными. Это «раскачка вала в люнетах» (M1, 26,7 Гц) и «клевки суппорта» (M3, 54,4 Гц). Показана избыточная податливость станины, имеющей недостаточно жесткое оребрение и сквозные отверстия. Заполнение станины полимербетоном умеренно эффективное. Переход от двухлюнетной (2 L ) схемы поддержки вала к трехлюнетной (3 L )дает хороший рост жесткости в статике (в 2,09 раза), но ограниченный эффект в динамике. Высоты резонансных пиков снижаются не более чем в 1,32 раза для M1 и M3. Обнаружен эффект динамического гашения при сближении высокого суппорта со средним люнетом. Суппорт выступает динамическим демпфером. Проанализированы меры усиления несущей системы станка. Установлено, что раскачка обрабатываемого вала по M1 плохо блокируется пассивно-конструктивными средствами. Резонанс лучше обходить при назначении режимов резания. Резонанс M3 «клевки суппорта» можно поднять в область высоких частот и одновременно снизить его амплитуду. Это достигается применением сразу всех мер усиления. Частичное усиление малоэффективно. Для фрезерования и точения на тяжелом станке рекомендованы три диапазона: дорезонансный (65 Гц). Последний диапазон предпочтителен из-за зарезонансного демпфирования как вала, так и суппорта. Следующим конструктивным шагом должно стать добавление в станину треугольных связей или кессонов.
Ключевые слова
С целью повышения надежности и долговечности роликовой формовочной установки рассчитаны комбинированный режим возвратно-поступательного движения формовочной тележки и ее кинематические характеристики при этом режиме по ускорению третьего порядка. При определении оптимального комбинированного режима движения по ускорению третьего порядка в качестве критерия режима движения использовано критериальное действие, представляющее собой интеграл по времени с подынтегральной функцией, выражающей энергию ускорений третьего порядка установки. Рассчитаны функции изменения кинематических характеристик формовочной тележки при ее движении из одного крайнего положения в другое, которые соответствуют оптимальному комбинированному режиму движения по ускорениям третьего порядка. С учeтом функций перемещения формовочной тележки выведен закон изменения радиуса кулачка приводного механизма установки. Предложена конструкция привода установки в виде кулачкового механизма, построен профиль кулачка для обеспечения комбинированного режима возвратно-поступательного движения формовочной тележки. Использование в установке указанного приводного механизма повышает качество поверхности обрабатываемой бетонной смеси, уменьшает динамические нагрузки в элементах приводного механизма, способствует исчезновению лишних разрушительных нагрузок на рамную конструкцию и соответственно повышению надежности и долговечности установки в целом. Результаты работы могут быть полезны для уточнения и усовершенствования существующих инженерных методов расчета приводных механизмов машин роликового формования как на стадиях проектирования/конструирования, так и в режимах реальной эксплуатации, а также использоваться при проектировании или усовершенствовании механизмов с возвратно-поступательным движением исполнительных элементов.
Ключевые слова
Обоснована целесообразность использования при изготовлении линз малой жесткости станков, позволяющих одновременно обрабатывать обе исполнительные поверхности оптических деталей. При этом происходит не только улучшение качества деталей из-за исключения их деформации на стадии блокировки, но и существенное повышение производительности процесса формообразования высокоточных нетехнологических оптических элементов, а также снижение энергозатрат на единицу продукции. Приведена принципиальная схема станка для одновременной двусторонней обработки оптических деталей со сферическими поверхностями в условиях свободного притирания. Описана сущность метода свободного притирания, являющегося одним из наиболее распространенных в оптическом приборостроении при получении деталей с прецизионными исполнительными поверхностями. Изложена методика определения наладочных параметров технологического оборудования, обеспечивающих равномерный съем припуска по всей обрабатываемой поверхности, а также усиленное его удаление как в центральной зоне заготовки, так и на ее периферии, что необходимо для исправления макропогрешностей в виде «бугра» и «ямы». Предложена методика определения чувствительности интенсивности съема припуска к изменениям наладочных параметров станка и эффективности этих параметров при исправлении макропогрешностей линзы. Выявлено, что максимальная чувствительность съема припуска имеет место в случае изменения диаметра инструмента. Что касается эффективности наладочных параметров технологического оборудования, то установлено, что для исправления макропогрешностей в виде «бугра» и «ямы» наиболее целесообразно изменять соотношение частот вращения инструмента и детали. Проведены экспериментальные испытания обработки линз, которые удовлетворительно коррелируют с результатами теоретических исследований.
Ключевые слова
Выполнены расчеты влияния топлива, содержащего бутанол, на показатели рабочего процесса дизеля 4ЧН 11/12,5 на режимах внешней скоростной характеристики. Номинальная мощность двигателя 140 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2300 мин-1. Двигатель снабжен газотурбинным наддувом с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, системой топливоподачи аккумуляторного типа. Расчет рабочего процесса выполнен по разработанной компьютерной программе и моделям. Исследования проводили в два этапа: без изменения регулировок системы топливоподачи и при цикловых подачах топлива, обеспечивающих на различных режимах работы величину коэффициента избытка воздуха на уровне, соответствующем работе на дизельном топливе. Выполнен анализ полученных результатов. Показано изменение среднего индикаторного давления, удельного индикаторного расхода топлива, индикаторного коэффициента полезного действия, удельных выбросов окислов азота для рассматриваемых режимов при использовании смесей дизельного топлива с содержанием бутанола 5, 10, 15, 20, 25 и 30 %. Установлены зависимости показателей работы дизеля по внешней скоростной характеристике на различных смесях, позволяющие обосновать параметры системы топливоподачи. Рекомендуется применение смеси дизельного топлива с бутанолом, содержащей 15 % бутанола, без изменения регулировочных и конструктивных параметров двигателя. Выявлено, что для улучшения показателей рабочего процесса двигателя состав смеси должен меняться с изменением режима работы. Разработан распылитель форсунки с составной иглой для системы топливоподачи, позволяющий изменять состав топлива в зависимости от режима работы двигателя.
Ключевые слова
Качество очистки поверхностей от коррозии влияет на эффективность реализации целого ряда технологических процессов. Реверсивно-струйная очистка с использованием в составе рабочей жидкости бентонитовой глины обеспечивает формирование антикоррозионного защитного покрытия со светопоглощающими свойствами на очищенной поверхности и предотвращает образование повторной коррозии. Представлены результаты исследования влияния параметров реверсивно-струйной очистки стальных листов на качество очищенной поверхности перед лазерной резкой. Приведены режимы обработки, используемые составы рабочей жидкости, а также свойства образовавшегося защитного пленочного покрытия на очищенной поверхности. Рассмотрены топография, морфология и химический состав данного покрытия с применением комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследований. Экспериментальные работы для оценки влияния качества сформированной поверхности на эффективность процесса лазерной резки выполняли на комплексе лазерной резки (относится к газовым лазерам) с выходной непрерывной мощностью 2,5/4,0 кВт. Для этого были подготовлены образцы размерами 120120 мм из стали Ст3пс толщиной от 3 до 10 мм. Анализ результатов показал, что применение реверсивно-струйной очистки обеспечивает повышение скорости лазерной резки в среднем на 10-20 %. В ходе исследований установлены оптимальные режимы очистки: расстояние от сопла до очищаемой поверхности, скорость струи, давление. Выявлено, что на всей очищенной поверхности образцов, обработанных после сушки рабочей жидкостью на основе воды с концентрациями бентонитовой глины и кальцинированной соды, формируется защитное пленочное покрытие толщиной примерно 5-7 мкм. Химическую основу пленочного покрытия составляют элементы, входящие в состав бентонитовой глины, являющейся основной компонентой рабочей жидкости.
Ключевые слова
Обеспечение точности механической обработки - актуальная задача технологии машиностроения, решение которой позволяет гарантировать точность работы механизмов и машин, их износостойкость, надежность и долговечность. Для выполнения данной задачи предложен способ, позволяющий создать наибольший запас точности обработки на основе многофакторной оптимизации параметров технологического процесса с использованием методов искусственного интеллекта. С целью обеспечения точности обработки концевыми инструментами разработана интеллектуальная система, базирующаяся на технологиях функциональных семантических сетей. Для выявления корректности функционирования интеллектуальной системы SEMANTIC проведена экспериментальная проверка ее работоспособности. В статье описана методика экспериментальных исследований, целью которых являлось сравнение фактических погрешностей обработки отверстий с погрешностями обработки, прогнозируемыми системой SEMANTIC на основе использования функциональных семантических сетей. В ходе исследований устанавливались зависимости смещений осей обрабатываемых отверстий от подачи и частоты вращения инструмента при сверлении отверстий сверлом из быстрорежущей стали. Приведены результаты анализа предельных и вероятных значений составляющих суммарной погрешности обработки. Показано, что при оценке точности обработки следует учитывать вероятностный характер проявления составляющих суммарной погрешности, задающих ее верхнюю границу, как это и реализовано в описанной интеллектуальной системе. С помощью семантической сети сопоставлены погрешности расположения осей отверстий, обрабатываемых при допустимых подачах и частотах вращения сверла, и соответствующие им экспериментальные значения. На основе экспериментальных исследований подтверждена возможность использования подхода прогнозирования суммарной погрешности обработки, базирующегося на применении технологии функциональных семантических сетей.
Ключевые слова
Проведено исследование износостойких покрытий из диффузионно-легированной аустенитной стали, полученных плазменным напылением и последующей лазерной обработкой. Общеизвестно, что большинство деталей машин и оборудования выходит из строя в результате изнашивания поверхностного слоя. Применение диффузионно-легированного порошка ПР-Х18Н9 на основе аустенитной стали при использовании комбинированной технологии, включающей плазменное напыление и лазерное оплавление, позволяет получать качественные покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками. Покрытие обладает гомогенной структурой с характерным дисперсным, мелкодендритным строением. При использовании различных режимов борирования порошка и лазерной обработки возможно управление пористостью (0,23-4,70 %), так как данный фактор является «наследуемым» параметром и на него влияют не только характеристики лазерной обработки, но и время борирования порошка. Установлено, что наименьшие деформации, а значит, и внутренние напряжения образуются в покрытии в случае применения самофлюсу-ющегося диффузионно-легированного в течение 3 ч порошка. Выявлено, что для удельной энергии 100-300 Дж/мм2 внезависимости от времени борирования наблюдается резкое увеличение микротвердости на глубине 150-400 мкм от поверхности. Покрытия могут быть успешно применены в промышленности, так как требуемая после лазерного оплавления механическая обработка деталей не ухудшит эксплуатационные характеристики при снятии менее твердого слоя покрытия. Испытания деталей в условиях сухого трения скольжения без смазки показали рост износостойкости в 3-3,2 раза при сохранении коррозионной стойкости.
Ключевые слова
К настоящему времени известно большое разнообразие объектов, задач и методов идентификации, значение которой в различных областях науки и техники постоянно возрастает. Задача идентификации зависит от априорной информации об объекте идентификации, кроме того, существующие подходы и методы идентификации определяются формой математических моделей (детерминированные, стохастические, частотные, временные, спектральные и т. п.). В статье рассматривается задача определения параметров системы (объекта идентификации), заданной стохастической математической моделью, включающей в себя случайные функции времени. Показано, что для оптимизации стохастической системы, подверженной случайным воздействиям, детерминированные методы могут применяться лишь ограниченно для приближенной оптимизации системы при учете усредненных случайных воздействий и при фиксированной структуре системы. Предложен алгоритм идентификации параметров математической модели стохастический системы неградиентным случайным поиском, особенностью которого является его применимость к математическим моделям практически любого вида, так как примененный алгоритм не зависит от линеаризации и дифференцируемости функций, входящих в математическую модель системы. Предложенный алгоритм обеспечивает поиск экстремума заданного критерия качества в условиях внешних неопределенностей и ограничений путем использования случайного поиска параметров математической модели системы. Представлены результаты исследования работоспособности рассматриваемой методики идентификации путем математического моделирования гипотетической системы управления при априорно не известных значениях параметров математической модели. Приведенные результаты математического моделирования наглядно показывают работоспособность предлагаемого метода идентификации.
Ключевые слова
Системная работа высших руководящих органов Китая по достижению и реализации общезначимых целей в научно-технической сфере позволила Китайской Народной Республике достичь интенсивного инновационного совершенствования экономики. Основу национальной инновационной инфраструктуры в Китае составляют зоны развития новых и высоких технологий, наиболее успешная из которых - «Китайско-сингапурский индустриальный парк Сучжоу». Парк можно охарактеризовать как флагманский проект сотрудничества между правительствами Китая и Сингапура, пилотная зона реформ и инноваций, успешная модель международного сотрудничества. Цель основания и развития парка - создание производства инновационной продукции на уровне мировых стандартов и строительство нового интернационального района с современной информационно-технологической инфраструктурой и экологически чистой территорией. В статье рассмотрен процесс формирования системы управления парком и взаимодействия органов власти с администрацией парка, а также основные принципы его организационной структуры. Проанализированы достигнутые показатели социально-экономического развития и совершенствование льготных условий для инвесторов. Особое внимание уделено концепции развития промышленной экологии, которой следует руководство парка. Приведены примеры интенсивного развития инфраструктуры: создание демонстрационных зон и экспериментальных участков, строительство социальных объектов. Особо сделан акцент на постоянном совершенствовании кадрового обеспечения деятельности парка. Проект представляет собой новую модель международного экономического и технического сотрудничества Китая с другими странами.
