Электролитно-плазменная обработка (ЭПО) является перспективным методом повышения эксплуатационных характеристик металлических материалов. Разновидностью ЭПО является анодное электролитно-плазменное упрочнение. Данная технология позволяет насыщать поверхность обрабатываемых деталей атомами легких неметаллических элементов, входящих в состав используемого электролита. Ограничения к широкому применению электролитно-плазменного упрочнения в промышленности связаны с рядом особенностей процесса, выраженных в неравномерности нагрева обрабатываемых деталей, а также с необходимостью их медленного погружения в электролит для избежания срыва процесса нагрева. В работе представлены результаты исследования влияния рабочего напряжения на максимальную температуру нагрева и распределение температурных зон в процессе электролитно-плазменного нагрева образцов цилиндрической формы из титанового сплава ВТ6. Установлено, что электролитно-плазменная обработка в растворе хлорида аммония при величине рабочего напряжения от 200 до 260 В обеспечивает нагрев образцов до температуры 1200 °С. Наибольшая температура нагрева наблюдается при напряжении 260 В, а наименьшая – при 200 В. При этом для образцов, подвергающихся обработке, характерно наличие градиента температур по высоте (максимальный нагрев наблюдается в наиболее погруженной части образца). В процессе ЭПО выделяются до шести ярко выраженных температурных зон, однако одновременно существует не более пяти таких зон. Уменьшение длины и диаметра образцов приводит к их более равномерному нагреву. При этом происходит увеличение размеров наиболее высокотемпературных зон за счет уменьшения или исчезновения наименее низкотемпературных зон. При увеличении длины образцов наблюдается обратная закономерность.
Наука и техника
2024. — Выпуск 6
Содержание:
В работе рассматривается технологический процесс изготовления фторопластовых уплотнительных колец, заключающийся в принудительной подаче и протягивании полимерной ленточной заготовки между вращающимися роликами, пластическом изгибе ленты в зоне деформации на заданную кривизну путем закручивания на приводной ролик и последующей операции отрезания полосы после получения кольца требуемого диаметра. Данная технология имеет высокую производительность за счет автоматизации полного цикла изготовления разрезного кольца и непрерывности процесса, позволяет минимизировать отходы, снизить трудоемкость и энергоемкость производства. Наиболее сложным вопросом при разработке предложенной технологии является проектирование рабочего инструмента, его размеров и геометрии, а также силовых и кинематических параметров устройства, обеспечивающих получение фторопластовых колец требуемой точности. Сложность вопроса заключается в том, что фторопласт обладает целым рядом особенностей, проявляемых при деформировании, и его механическое поведение в условиях силового воздействия значительно отличается от поведения известных классических материалов. Однако в отличие от других полимеров фторопласт является высокоплотным материалом и имеет структуру с высокой степенью кристалличности, поэтому, как показывают исследования, его поведение под нагрузкой, а также механизм и последовательность протекания в нем деформаций во многом подобны поведению металлов, что позволяет использовать для фторопласта методы и подходы, принятые в механике твердых деформируемых тел. Согласно предложенной технологии, фторопластовая ленточная заготовка, протягиваемая между вращающимися роликами и подвергающаяся изгибу в зоне деформации, испытывает чистый изгиб с возникновением упругих и остаточных деформаций, из которых именно последние придают изделию необходимую форму и обеспечивают получение кольца требуемого диаметра. Для решения этой задачи необходимо выполнение соответствующего силового и геометрического расчетов процесса. Силовой расчет направлен на определение силовых параметров изгиба, создающих в деформируемом изделии максимально возможные необратимые деформации с минимально возможным упругим восстановлением (пружинением) после выхода из зоны деформации, а геометрический расчет направлен на выполнение силовых условий. На основе исследования напряженного состояния при гибке фторопластовой ленты с учетом различной жесткости фторопласта при растяжении и сжатии, а также кинематического расчета элементов рабочего узла установки определены диаметры формообразующего ролика, создающего необходимые усилия изгиба в зоне деформации, и обрезающего ролика-калибра, обеспечивающего получение кольца требуемого диаметра. Разработанные авторами расчетные методики достаточно точно согласуются с результатами экспериментальных исследований.
Ключевые слова
Целью работы является повышение производительности обработки сложнопрофильных поверхностей деталей. Для достижения цели решаются задачи исследования кинематических и геометрических особенностей применения вращающихся режущих инструментов, обеспечивающих обработку цилиндрических, конических, сферических и плоских поверхностей детали на одном рабочем месте за один-два установа. Используются аналитические методы исследований, позволившие получить формулы для расчета линейной скорости обработки при врезании инструмента в заготовку, в зоне резания и на выходе инструмента из заготовки, определить изменения величин угла наклона режущей кромки инструмента в инструментальной, статической и кинематической системах координат. Рассмотрены схемы обработки поверхностей детали на станке с ЧПУ путем интерполяции траектории резания прямолинейными перемещениями режущей кромки. Произведена оценка влияния дискретности перемещений режущей кромки на качество получаемой поверхности детали при рекомендуемых значениях режима резания. Результаты исследований могут быть использованы при разработке управляющих программ станков с ЧПУ путем выбора рациональной схемы обработки с касательным движением режущей кромки и корректировки значений линейной скорости при врезании, в процессе резания и выходе режущей кромки из заготовки, что обеспечивает повышение производительности обработки.
Ключевые слова
В статье проанализированы достоинства и недостатки трехслойных ортотропных плит. Показано, что при разработке конструкции таких плит необходимо прорабатывать технологию соединения элементов в составе конструкции. Использование лазерной сварки эффективно для соединения элементов небольших толщин. Такая сварка листовых элементов толщиной 12–50 мм имеет ряд ограничений, а прочностные характеристики соединений недостаточно исследованы. Поэтому при изготовлении конструкций большой грузоподъемности часто используются стальные трехслойные ортотропные плиты, соединение пластин между собой выполняется с применением электродуговой сварки. Имеющийся опыт показывает, что значительное количество пересечений сварных швов в местах соединений требует соблюдения определенной технологической последовательности выполнения работ для снижения деформаций, возникающих при сварке, и предотвращения возникновения трещин при эксплуатации в зонах с отрицательными температурами, а также квазистатических и переменных нагрузках. Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния плиты с использованием многофункционального программного комплекса ANSYS. Проведено испытание модельной и натурной плит на действие поперечных нагрузок. Установлено, что вследствие сварочных напряжений возможно отклонение фактической геометрии плиты от проектной. Сопоставляя результаты вертикальных перемещений теоретических расчетов и натурных испытаний, обосновываются результаты отклонений. После проведения экспериментов и осмотра испытываемых образцов в местах соединения элементов между собой разрушение прорезных швов не выявлено. При достижении предельной нагрузки, прикладываемой к модели плиты, выявлены трещины в сварных швах, расположенных по периметру покрывочной плиты. Установлено, что в конструкции сварных трехслойных плит в местах пересечения листов между собой сварной шов является концентратором дефектов. Применение ручной или полуавтоматической сварки способствует зарождению трещин при переменных нагрузках и эксплуатации при отрицательных температурах. Данная проблема требует выявления трещиноопасных зон в трехслойных плитах с использованием методов неразрушающего контроля и экспериментальных исследований прочности разных технических решений с применением конструктивных и сварочных концентраторов напряжений.
Ключевые слова
Все типы усовершенствованных дорожных покрытий работают в экстремальных условиях, с точки зрения воздействия нагрузок и температур. Степень этих влияний моделируется стандартизированными испытаниями, которые воспроизводят, как правило, только нагрузку при постоянной температуре. Основываясь на данных результатах, к материалам конструктивных слоев предъявляются требования, которые не полностью отражают ряд особенностей их работы в дорожном покрытии. Фактически не учитываются основные температурные воздействия и температурно-физические изменения, протекающие в асфальтобетоне, что может привести к недостаточной долговечности и надежности. Эти изменения включают в себя реакции материала на колебания температуры, что может вызвать внутриструктурные изменения и привести к повышенному трещинообразованию и ухудшению эксплуатационных характеристик. В нашей работе мы провели исследования по определению теплофизических параметров материала верхних конструктивных слоев дорожной одежды, таких как коэффициенты теплопроводности, теплоемкости, теплового расширения (сжатия). Отличительной особенностью наших экспериментов было отслеживание и определение теплофизических показателей в динамике процесса температурных изменений. В статье представлены результаты локальных экспериментальных исследований опытных образцов асфальтобетона по определению коэффициентов теплового линейного расширения, теплопроводности и теплоемкости при заданных перепадах температур. Учитывая важность этих характеристик, необходимо пересмотреть требования к материалам конструктивных слоев с целью обеспечения моделирования реальных условий эксплуатации и учета фактических температурных изменений. Основным результатом проведенных исследований можно считать выработанную методику дальнейшей работы, в которой планируется произвести учет градиента и скорости изменения температур, крупности каменного заполнителя, изменение реологических характеристик в зависимости от изменения температуры.
Ключевые слова
Цель работы – установление особенностей напряженного состояния композитной строительной арматуры при испытаниях на разрыв, обусловленных погрешностями центрирования композитного стержня при его установке в анкерных муфтах. Составлена расчетная схема и соответствующее ей дифференциальное уравнение, описывающее напряженно-деформированное состояние стержня. Получены аналитические зависимости для определения изгибающего момента и вызванных им напряжений. Произведена расчетная оценка напряжений изгиба в сравнении с номинальными напряжениями растяжения стержня. Показано, что напряжения изгиба неравномерно распределены по длине стержня и достигают наибольших значений вблизи торцов испытательных муфт. Напряжения изгиба увеличиваются пропорционально эксцентриситету монтажа стержня в испытательных анкерных муфтах и снижаются с увеличением длины рабочей части стержня. На примере стеклопластиковой арматуры номинальным диаметром 6 мм, изготовленной в соответствии со СТБ 1103–98, произведена расчетная оценка этих напряжений для широкого диапазона изменения эксцентриситета расположения композитного стержня в анкерных муфтах и длины рабочей части образца для испытаний. Показано, что применение коротких образцов должно сопровождаться повышением точности центрирования стержня в испытательных анкерных муфтах. Предложена удобная для инженерных расчетов методика определения напряжений изгиба и полных напряжений в композитном стержне. Результаты исследований могут быть использованы в инженерной практике и в учебном процессе при подготовке специалистов строительного и химико-технологического профиля.
Ключевые слова
Восстановление изношенных асфальтобетонных покрытий – это важная задача для дорожных отраслей многих стран. Дороги, построенные ранее с нежесткими дорожными покрытиями, не могут справиться с ростом транспортной нагрузки. Поэтому в практике дорожного строительства широко используют асфальтоцементные композиты различного состава. В статье предложено несколько вариантов получения асфальтоцементных композиционных материалов. Для эксперимента выбрано несколько составов на основе асфальтогранулята. В битум вводили добавку резиновой крошки с целью получения эластичной переходной зоны за счет деформативных свойств частиц резины, армирующих асфальтовяжущее вещество. В качестве армирования полужесткого материала использовали дисперсные волокна льна, целлюлозы и добавку в виде раствора солей поливалентных металлов, способные создавать дополнительные структурные связи в переходной зоне между цементным камнем и асфальтовяжущим. Экспериментальные исследования показали снижение угла внутреннего трения, что подтверждает высокую устойчивость деформирования без нарушения сплошности дисперно-армированного материала из асфальтогранулята в широком интервале транспортных нагрузок. Лучшие деформативные качества и устойчивость к многократным нагрузкам показали составы с резиновой крошкой и льняным волокном. Добавка резиновой крошки модифицирует пленку битума, а частицы нерастворенной резины повышают эластичность материала. За счет этого при довольно больших деформациях (0,98 мм) и многократном нагружении сохраняется устойчивость образцов (работа разрушения составляет 3,80 Дж). Введение льняного волокна, обладающего высокой прочностью на разрыв и повышенной жесткостью, позволяет армировать переходный слой таким образом, что при достаточно высоких деформациях (0,73 мм) и большой работе разрушения (2,69 Дж) материал сохраняет устойчивость. Полученный материал может быть использован на грузонапряженных участках.
Ключевые слова
Объектом исследования являются новые конструктивные решения металлических защитных экранов на основе элементов из листового проката, полутруб и направляющих труб. Металлические защитные экраны применяются при строительстве подземных транспортных сооружений закрытым способом. Защитный экран предотвращает деформации и просадки поверхности вышележащих слоев грунта, авто- и железнодорожного полотна. При строительстве сооружений тоннельного типа под действующими транспортными коммуникациями не должны быть нарушены условия безопасной эксплуатации автомобильных и железных дорог. В этом случае особое внимание уделяется просадкам вышележащих слоев грунта. Величина просадок влияет на возможность эксплуатации автомобильных дорог и снижение скорости либо полную остановку движения на железной дороге. Поэтому было исследовано напряженно-деформированное состояние предлагаемых металлических защитных экранов с помощью расчетной модели, разработанной на основе метода конечных элементов. Для повышения точности расчета внутренних усилий на продавливание отдельных конструктивных элементов металлического защитного экрана использовался метод Ромберга. Предлагаемые конструкции и технологии защитных экранов сохраняют преимущества применяемых в настоящее время при одновременном снижении затрат на сооружение защитного экрана, так как исследуемые конструктивные решения требуют меньших усилий на продавливание отдельных элементов и, как следствие, использования менее мощного оборудования. Расчеты напряженно-деформированного состояния предложенных конструкций защитных экранов показали их жизнеспособность. В качестве критерия проверки работоспособности рассматривались максимальные напряжения, воспринимаемые отдельными частями конструкций, они не превышают предела текучести выбранной стали. Также были рассчитаны максимальные вертикальные и горизонтальные перемещения отдельных частей экранов, которые не превышают обозначенных в требованиях Правил технической эксплуатации железной дороги в Республике Беларусь и Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути в Российской Федерации. Это подтверждает работоспособность предлагаемых металлических защитных экранов.
Ключевые слова
Транспортно-логистические системы большинства государств Евразийского континента на современном этапе их развития находятся в стадии активной трансформации. Данный процесс по своей природе является эволюционным. Однако из-за воздействия внешних факторов (пандемия, торговые войны, санкции и пр.) динамика трансформационных процессов принимает нелинейные траектории развития. Изучение особенностей протекания таких процессов представляет фундаментальный и прикладной интерес для транспортной и экономической науки. Разработки по данной проблематике применяются для определения приоритетов развития инфраструктурных объектов транспортно-логистических систем. Целью исследования является разработка подхода к трансформации транспортно-логистических систем. В статье авторы провели анализ динамики объемных показателей работы отдельных видов транспорта, охарактеризовали их системную взаимосвязанность в обслуживании рыночных потребностей. Выявлена высокая вариативность показателя средней дальности перевозки на автомобильном транспорте при общем сокращении объемов перевозок. Данное обстоятельство свидетельствует о перераспределении провозных возможностей автомобильных перевозчиков на магистральные маршруты в связи с изменением внешнеторговых связей под воздействием внешних факторов. Высокая вариативность снижает качество и повышает стоимость перевозок на местных и внутрирегиональных направлениях. Предложен комплекс мер по нивелированию негативных эффектов в работе отдельных видов транспорта, которые обусловлены воздействием внешних факторов, необходима трансформация транспортно-логистических систем. Проекты трансформации должны предусматривать системное развитие инфраструктуры на перспективных направлениях доставки внешнеторговых грузов для оперативного перераспределения грузопотоков по национальным участкам международных транспортных коридоров. Также необходимо обеспечить сбалансированность пропускных способностей объектов транспортной и логистической инфраструктуры, перспективных параметров грузопотоков, соблюдения норм резервирования. Для организации взаимодействия различных видов транспорта и перераспределения грузопотоков по мультимодальным маршрутам необходимо формировать сеть мультимодальных транспортно-логистических центров хабового типа.