Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

В работе представлены результаты исследования анизотропии термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР), который был обнаружен в многослойном металлическом материале, изготовленном методом горячей пакетной прокатки на основе сталей 08кп и 08Х18Н10. Установлено, что материал, состоящий из чередующихся между собой слоев указанных сталей, имеет аномально низкие значения ТКЛР в перпендикулярном к плоскости проката направлении (ND) и одновременно с этим нормальные значения ТКЛР в плоскости этого же листового материала в направлениях RD и TD. Для объяснения этого явления была предложена гипотеза о взаимосвязи нормальных и касательных напряжений, возникающих на межслойных границах такого материала, вследствие существенной разницы значений ТКЛР сталей, используемых для создания многослойного материала. Подтверждением гипотезы является значительное влияние, которое оказывают напряжения сжатия, возникающие в перпендикулярном плоскости проката направлении ND, со стороны стали с более высокими значениями ТКЛР (сталь 08Х18Н10) на ту составляющую многослойного материала (сталь 08кп), которая претерпевает a→γ-переход в процессе нагрева. Показано, что величина a→γ-перехода, зафиксированная в процессе нагрева образца стали 08кп, многократно возрастает в том случае, когда сталь находится в составе многослойной композиции. При этом такое же сильное действие, но уже растягивающего свойства напряжения оказывают на слои стали 08кп в направлениях RD и TD. Это вызывает практически полную компенсацию сжатия в многослойном материале, обусловленную a→γ-превращением, что хорошо заметно на дилатометрических кривых в указанных направлениях.

Разработана гипоциклоидальная модель формирования надежности изделий машиностроения. Модель предусматривает поэтапный принцип обеспечения, развития и сохранения необходимого уровня безотказности, долговечности, ремонтопригодности, монтажепригодности и сохраняемости изделий. Полный цикл формирования надежности включает шесть этапов: предпроектный, проектно-конструкторский, предпроизводственный, производственный, послепроизводственный и эксплуатационный. На каждом этапе решаются определенные задачи, необходимые для формирования надежности и перехода к следующим этапам. На основе составных частей модели выделены сферы формирования и сохранения необходимого уровня надежности, рассмотрены этапы технологического и эксплуатационного наследования, а также эволюция модели, отражающая многократный цикл формирования надежности объекта в динамике. Этим выражена связь гипоциклоидальной модели с законом прогрессивной эволюции техники, так как основной общей их целью является необходимость устранения выявленных недостатков техники. Исходя из этого графически эволюция объекта техники в динамике представлена в виде цепочки гипоциклоид, у которых каждый цикл из шести этапов повторяется на новом, более высоком уровне, что определяет и новое содержание, соответствующее требованиям данного периода. С учетом назначения и структуры объекта техники процесс его технической эксплуатации представлен как последовательная во времени смена различных состояний. Применительно к оборудованию, используемому для бурения нефтяных и газовых скважин, с учетом значительного числа последовательных во времени состояний и переходов, предложен граф каскадного типа процесса технической эксплуатации объекта. В предложенном графе учтены: монтаж оборудования на точке эксплуатации; приведение его в состояние готовности к эксплуатации; использование объекта по назначению; периодическое его диагностирование; состояние ожидания технического обслуживания; плановые и неплановые текущие ремонты, агрегатно-узловые и капитальный ремонты. Кроме того, для отдельных видов оборудования учтены: демонтаж его после завершения эксплуатации на точке; транспортирование; подготовка к монтажу на новой точке или поступление агрегатов или установки в целом в резерв; хранение или поступление их в любое из выделенных состояний на различные точки эксплуатации. В качестве примера приведены выборки соответствующих траекторий из графа состояний и переходов. Показано, что в целом число возможных траекторий по каскадному графу значительно и что выбор их связан с постановкой задач. Предложенная на основе полученных графов методика позволяет непрерывно выполнять работы по повышению надежности от изделия-аналога к новому изделию.

Целью работы является получение эмпирической модели для расчета величины межэлектродного зазора при копировально-прошивной электроэрозионной обработке стали 38X2H2MA. В связи с тем, что копировально-прошивная электроэрозионная обработка является бесконтактным методом, при внедрении электрода-инструмента в обрабатываемую заготовку между торцевыми и боковыми поверхностями электрода-инструмента и формируемой полости образуются соответственно торцевой и боковой зазоры. Основными факторами, влияющими на величину зазоров, являются режимы обработки и материал электродов. Исходя из этого актуальной задачей становится прогнозирование величины межэлектродного зазора при обработке хромсодержащих сталей в зависимости от режимов копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Для получения эмпирической модели в работе использована методика факторного планирования эксперимента с последующим регрессионным анализом. Критерием оптимальности плана в ортогональном центральном композиционном планировании является ортогональность столбцов матрицы планирования. Для проведения эксперимента выбраны следующие факторы: I - сила тока, А; Ton - время действия импульса, мкс; Tau - коэффициент заполнения импульсами, %. Согласно проведенному эксперименту и последующему регрессионному анализу получена модель для расчета величины бокового зазора. На основе полученных данных становится возможным прогнозирование величины коррекции при обработке стали 38X2H2MA. Анализ модели показал, что на величину зазора влияют не только сами факторы, но и их совокупность. Представлено геометрическое изображение закона изменения величины бокового зазора в зависимости от режимов электроэрозионной обработки. Полученные данные позволяют производить корректировку размеров электрода-инструмента с целью обеспечения заданных показателей точности обработки.

В работе представлены основные требования к гироскопам. Определены преимущества твердотельных волновых гироскопов по сравнению с другими конструкциями. Особое внимание уделено твердотельным волновым гироскопам со стержневым чувствительным элементом. Рассмотрена конструкция всего изделия, устройство его основных элементов, принцип действия предлагаемого гироскопа и способ определения угловой скорости. Установлены факторы, влияющие на технические характеристики твердотельного волнового гироскопа со стержневым чувствительным элементом. Приведено обоснование выбора наиболее значимых для твердотельного волнового гироскопа конструктивных факторов. Исследования проводились в пять этапов с помощью пакета ANSYS. На первом этапе работы рассматривается влияние множества конструктивных факторов чувствительного элемента на такие технические характеристики резонатора, как частота собственных колебаний, амплитуда отклонений ножки резонатора, напряженно-деформированное состояние элементов конструкции. Материал резонатора и его свойства при проведении исследований остаются неизменными. На втором этапе исследовано влияние высоты диска на частоты собственных колебаний резонатора. Представлены результаты исследований и полученный график линейной зависимости собственной частоты резонатора от отношения высоты диска к диаметру стержня. На третьем этапе исследований определено влияние волновой формы поверхности диска на технические характеристики изделия. Установлены нелинейные зависимости собственной частоты и амплитуды перемещений ножки резонатора от числа волн на диске чувствительного элемента. На четвертом этапе установлено влияние положения волны на диске на технические характеристики резонатора. На пятом этапе установлено отклонение технических характеристик резонатора от погрешности изготовления диска. Представлены результаты расчетов и полученные геометрические зависимости технических параметров от изменения конструкции чувствительного элемента. Дано обоснование выбора сочетаний геометрических параметров. В конце статьи приведен вывод о том, что, изменяя жесткость диска, можно увеличить величину отклонения ножки резонатора и тем самым снизить влияние погрешностей изготовления на технические характеристики прибора в целом.

Быстрый износ футеровки является актуальной проблемой при электролизном способе получения магния. Повышение срока службы футеровки в 3-4 раза и, как следствие, повышение конкурентоспособности производства первичного магния обеспечивается модернизацией магниевых электролизеров путем замены стандартной футеровки на литые изделия из слюдокристаллического материала - фторфлогопита. Цель работы определена как подробное рассмотрение функциональной и технологической схемы и процесса получения изделий из фторфлогопита. Калиевый фторфлогопит (KMg3[Si3AlO10]F2) имеет стеклокристаллическое строение, доля стеклообразной фазы составляет 5-8 %, кристаллическая часть представлена агрегатами пластинчатой формы протяженностью до 5 мм и толщиной до 0,1 мм. На основе литературных источников и практического опыта предложена наиболее оптимальная функциональная и технологическая схема производства фторфлогопитовых изделий. По своей сути технология производства камнелитых фторфлогопитовых изделий представляет симбиоз технологий рудотермической обработки минерального сырья и литейного производства. Близость к рудотермической технологии выражается в обработке шихты для получения силикатного расплава электротермическим способом, подходы литейного производства использованы непосредственно для разработки технологии получения фторфлогопитовых отливок. Разработанная технология включает следующие основные переделы: подготовка сырьевых материалов и приготовление шихты; плавление шихты и приготовление фторфлогопитового расплава; изготовление, подготовка и сборка литейных форм; выпуск расплава из печи в ковш и заливка литейных форм; затвердевание отливок и извлечение их из форм; термическая обработка отливок; очистка, обработка отливок и контроль их качества; очистка отходящих газов; складирование готовой продукции. Технологический процесс может быть при необходимости адаптирован с учетом обширной сырьевой базы Пермского края и организации «гибких» технологий.

При электронно-лучевой сварке в качестве технологического приема, предотвращающего образование корневых дефектов в сварном шве (пикообразования, пустот и несплавлений в корневой части шва), широко применяется осцилляция электронного луча. Основными формами развертки электронного луча при этом являются: прямая линия вдоль стыка (продольная осцилляция), прямая линия поперек стыка (поперечная осцилляция), круговая и X -образная развертки. Другим действенным способом предотвращения корневых дефектов в сварном шве является сварка в режиме полного проплавления. Однако в этом случае требуется динамическая стабилизация режима проплавления в реальном времени, что обусловлено стохастическим характером процессов взаимодействия концентрированного электронного луча с материалом изделия. Осцилляция электронного луча способна снизить неравномерность обратного валика в продольном направлении. Целью данной работы являлось определение влияния осцилляции электронного луча на формирование корневой части шва при электронно-лучевой сварке. Кроме ранее упомянутых траекторий осцилляции электронного луча также исследовалась развертка по двум прямым линиям по обе стороны стыка. В качестве экспериментальных образцов при проведении исследований использовались цилиндрические образцы из нержавеющей стали аустенитного класса. Наружный диаметр образца был равен 160 мм, а толщина стенки составляла 10 мм. Глубина проплавления в процессе сварки стабилизировалась исходя из условия постоянства уровня сигнала рентгеновского излучения, измеряемого с обратной стороны изделия. После осуществления экспериментальных сварочных проходов были изготовлены продольные макрошлифы. Было установлено, что при электронно-лучевой сварке без осцилляции и с продольной осцилляцией электронного луча имеет место значительное образование пиков проплавления в корне шва, а использование Х -образной и кольцевой разверток электронного луча при сварке приводит к некоторым особенностям формирования корневой части шва, описанным в статье.

Технологический процесс изготовления высокоточных изделий машино- и приборостроения является многопараметрическим процессом, для управления которым необходимы средства автоматического управления с динамическим контролем параметров качества изделий, обработки данных измерений и принятием управляющего решения по корректировке технологического режима и поднастройке станков и который характеризуется неограниченным объемом накопленных разнородных данных и инженерных знаний специалистов, что предопределяет процесс интеллектуализации системы мониторинга с интеграцией информационных ресурсов в единое информационное пространство предприятия в соответствии с концепцией CALS-технологий. Анализ методов и технологий интеллектуализации мониторинга технологических систем на основе автоматизированных станочных модулей показал необходимость расширения ранее принятой структуры мониторинга путем внедрения интеллектуальных технологий нейронных сетей, экспертных и гибридных интеллектуальных систем с целью обеспечения повышения эффективности машино- и приборостроительного производства и качества высокоточных изделий. Применение системного интегрированного подхода в комплексе его аспектов с адаптацией к условиям интегрированного производства при исследовании процесса контроля и диагностирования состояния автоматизированных станочных модулей в современном рассмотрении с учетом уровня технических средств и требований позволяет разработать и обосновать структурно-модельный комплекс, помогающий решить вопросы управления качеством продукции и эффективностью производства с применением интеллектуальных технологий, направленный на решение проблемы развития отечественного станкостроения и совершенствования системы менеджмента качества продукции. Апробация в рамках системы мониторинга рассмотренных подсистем и методических основ проведена на ведущих машиностроительных предприятиях г. Саратова.