Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

Рассмотрены результаты расчетов эффективной мощности сварочной дуги с разнополярными прямоугольными импульсами тока частотой 50 Гц по размерам сварных швов на алюминиевом сплаве АА1060 толщиной 4 мм при скорости сварки 2,5 мм/с. Средний ток импульсов за период оставался неизменным 170 А, а длительность импульсов обратной полярности устанавливалась на трех уровнях - 20, 25 и 30 %. В результате численных экспериментов по математической модели установлено, что эффективная мощность снижается с 2080 до 1843 Вт. Причиной этого является снижение среднего за период тока импульсов обратной полярности с 50 до 30 А. Это свидетельствует о более высокой тепловой эффективности дуги обратной полярности, которую следует оценивать удельной эффективной мощностью на 1 А тока. Для учета вклада плазменного потока в эффективную мощность дуги были использованы предложенные формулы для мощности от приэлектродных областей. В результате получили для всех режимов стабильное значение удельной эффективной мощности плазменных потоков 3,28 Вт/А при среднем алгебраическом отклонении 4,4 %. Это приводит к простым формулам для определения эффективной мощности. Средний эффективный КПД дуги прямой полярности составляет 75 %, а дуги обратной полярности 65 %. КПД в импульсах обратной полярности хорошо совпадает с полученным КПД дуги обратной полярности с плавящимся электродом, если вычесть мощность, передаваемую изделию каплями электродного металла. Найденные значения КПД позволяют выполнять расчеты проплавления изделий при сварке РПИ и плавящимся электродом.

Представлены результаты исследования механизма изменения размерной точности прецизионных деталей типа колец подшипников, возникающего из-за асимметрии эпюр остаточных напряжений относительно главных осей поперечных и продольных сечений колец, которые происходят в процессе релаксации. Особенно остро задача стабилизации геометрических параметров стоит перед производством прецизионных подшипников качения классов точности 6 и выше, которые широко используются в различных машинах и агрегатах. Даже незначительное изменение размеров в течение определенного интервала времени приводит к резкой потере точности этих подшипников. Существующая технология и известные способы стабилизации геометрических показателей, такие как термическая обработка, низкотемпературный отпуск, искусственное старение, малоэффективны, так как их использование на практике приводит к большим энергетическим затратам, а степень уточнения геометрических размеров и формы незначительна. Ввиду этого работы по совершенствованию технологии стабилизации геометрических показателей прецизионных подшипников являются весьма актуальными. Объектом исследований в данной работе являются кольца подшипникового узла ременного натяжного устройства автомобиля (натяжных роликов) следующих типов: 2108-1006120-01, 2112-1006120-01. Контроль исследуемых параметров деталей проводился с применением следующего оборудования: дифрактометр МАР 3, координатно-измерительная машина FARO ARG EDGE. Как показывают исследования, стабилизация размеров деталей, а также значений отклонения от круглости (овальность) происходит на 15-й день после применения предлагаемого метода релаксации остаточных напряжений в прецизионных деталях типа колец подшипников, основанного на распространении ультразвуковой энергии через специальную жидкость (эффект кавитации).

Исследованы проблемы качества, возникающие при освоении современных передовых видов насосов API, пока еще редко встречающихся на территории Российской Федерации. Рассмотрены типичные отказы таких изделий, отмечены конструктивные и эксплуатационные отличия от обычных насосов. Проведены обзор усталостных разрушений резьбовых соединений и поиск эффективных методов управления и контроля микроструктуры для гарантии качества. Реализован классический порядок определения причин отказов, включая экспертизу качества штоков, металлографическое исследование типичного для нефтяной отрасли изделия, фрактографию разрушения. Сделаны предположения относительно схожести разрушений, полученных в разных эксплуатационных условиях, показаны общие закономерности. Для разъяснения системности разрушений выполнены аналитические расчеты по модифицированной формуле Инглиса. Таблично представлены нелинейные распределения напряжений под профилем конической резьбы API. Подробно рассмотрена существенная концентрация напряжений под впадиной резьбы, достигающая пятикратных номинальных напряжений по телу детали за резьбой. Обоснованы причины и конструктивные факторы повышенных напряжений. Сделаны выводы о критичности девиаций микроструктуры проката одного завода-изготовителя. Показана корреляция типов микроструктуры и наработки изделия на отказ. Пояснена приемлемость различных микроструктур вдали от концентраторов напряжений и критичность во впадинах резьбы. Сделан вывод о необходимости управления и контроля за критическими девиациями микроструктуры в районе концентраторов напряжения для гарантии качества. Проведены обзор и оценка подходов по обеспечению гарантии качества деталей насосов API. Выделены особенно эффективные меры, показана возможность комбинирования методов упрочнения. Объяснена недостаточность классических методов металлургии для решения проблемы повышения качества объектов исследования.

Представлены основные этапы получения прокладок уплотнительных из терморасширенного графита. Предложена методика получения математической модели динамики процесса вырубки этих прокладок на прессовом оборудовании. Процедура получения модели состоит из двух взаимосвязанных этапов. На первом этапе с помощью эксперимента получена зависимость технологической силы процесса вырубки от перемещения рабочего органа, которая имеет ряд особенностей из-за специфических свойств терморасширенного графита. Приведены принципиальная схема эксперимента и его результаты, которые аппроксимировались в виде аналитических зависимостей на основе метода наименьших квадратов. Разработана расчетная схема динамики процесса вырубки, учитывающая динамическую взаимосвязь между двигателем, исполнительным органом в виде кривошипно-ползунного механизма пресса и обрабатываемым материалом. С учетом принятых допущений построена приведенная к кривошипному валу динамическая модель и рассчитаны основные ее геометрические, массовые, а также силовые параметры. Рассмотрены основные этапы функционирования прессового оборудования в процессе вырубки. Основные параметры сведены в соответствующую таблицу, элементы которой использованы при составлении сформированной математической модели. При этом учтены конструктивно-технологические особенности пресса и выделены этапы его работы (рабочий и холостой ход). Структура системы уравнений движения нелинейная и учитывает характеристику и вид технологической силы вырубки, аналитическое значение которой получено на основе проведенных экспериментов. Реализация решения этих уравнений осуществляется с помощью программного модуля DYNAM с использованием метода Рунге - Кутты четвертого порядка. Представлен ряд элементов модуля. В качестве примера приведена графическая иллюстрация одного из результатов расчета. По результатам проведенных исследований сделаны выводы.

Приведены результаты использования углов закручивания карданных валов и коэффициента полезного действия карданной передачи. Задача исследований заключается в совершенствовании методики расчета угла закручивания карданной передачи и коэффициента полезного действия карданной передачи с использованием теоретических и экспериментальных исследований, а для этого необходимо: провести испытания карданных передач, характеризуемые переменными значениями крутящего и тормозного моментов и изменением конструктивных параметров карданной передачи в каждом опыте; провести расчет погрешностей эксперимента. Для исследований использовался стенд для испытаний карданных передач на игольчатых подшипниках, который создает вращающий момент с помощью электродвигателя, а устройство нагружения выполнено гидравлическим, где нагрузка на карданную передачу создается с помощью гидравлического насоса и регулируемого дросселя. Для исключения перегрева рабочей жидкости в гидравлической системе имеется теплообменник, а для предупреждения превышения рабочего давления установлен предохранительный клапан, управляемый электроконтактным манометром, который в случае превышения рабочего давления срабатывает и направляет поток рабочей жидкости в гидравлический бак, при этом давление в гидравлической системе падает. В результате проведенных экспериментальным путем исследований по выявлению влияния длины карданной передачи, угла перекоса валов карданной передачи, нагрузки и частоты вращения карданной передачи на угол закручивания вала карданной передачи и коэффициент полезного действия карданной передачи получены регрессионные уравнения для определения угла закручивания от перечисленных выше параметров и коэффициент полезного действия карданной передачи для введения их в усовершенствованную методику расчета карданных передач.

Актуальность представленной работы обусловлена исследованием материалов с заданными свойствами. Это позволяет повысить эксплуатационные характеристики узлов механизмов. Рассмотрены процессы структурообразования в металлостеклянных материалах, получаемых методом порошковой металлургии. Для этого авторы применяют методику получения композиционного материала на основе порошка карбонильного железа ВК-1 и стекла. Рассмотрено получение стеклянного порошка путем размола, смешивания с порошком железа и последующего прессования полученного порошка при помощи гидравлического пресса и спекания в защитной атмосфере. В качестве стеклянного наполнителя представлен бой тарного стекла марки БТ-1. Рассмотрена методика и этапы получения металлостеклянных материалов. Дано обоснование выбора матрицы (порошок карбонильного железа) и армирующего компонента (порошок боя тарного стекла). Устанавливается связь между составом и структурой полученных композиционных материалов и их свойствами. В ходе исследования варьировались такие параметры, как концентрация стеклянного порошка и температура спекания. В качестве изучаемых свойств выступали твердость и пористость после спекания. Математическое моделирование и обработка полученных результатов выполнены при помощи программного комплекса STATISTIKA 10. Проведен микроструктурный анализ полученных образцов при помощи цифрового оптического микроскопа KEYENCE-VHX. Сформулированы основные выводы о причинах полученных зависимостей. Практическая значимость состоит в получении новых материалов с повышенными антифрикционными свойствами. Показано, что с повышением температуры спекания до 1100 оС наблюдается повышение твердости, снижение пористости и образование новой фазы фаялит (FeSiO4).