Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

Сфера представляет собой геометрическое место точек, равноудаленных от ее центра. Контроль сферических поверхностей необходим для деталей сферических подшипников авиационной промышленности, крупногабаритных деталей машиностроения со сферическими поверхностями. С целью улучшения качества выпускаемых изделий совершенствуют как обрабатывающее оборудование, так и методы контроля изделий. Машиностроительное производство постепенно переходит от простейших средств измерения к координатно-измерительным машинам (КИМ), которые позволяют в автоматическом режиме определять геометрические отклонения от заданных размеров и формы деталей. Они имеют сложное конструктивное исполнение и мощное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение. В связи с этим актуальной будет задача разработки методики автоматизированного контроля, не зависящей от числа контролируемых точек и их расположения на поверхности. Также на первый план выходит проблема обеспечения производительности контроля. Цель работы заключается в поиске наиболее оптимального метода обработки результатов координатных измерений сферических поверхностей на КИМ. В процессе работы были проанализированы возможные алгоритмы решения и нахождения сферы. Проведенный анализ показал, что наиболее производительным и оптимальным методом обработки результатов координатных измерений сферических поверхностей является так называемый метод сферы минимального объема. По результатам исследования представлена методика автоматизированной оценки сферичности на основе использования минимума измеряемого объема сферических поверхностей.

Электронный луч является практически безынерционным источником тепловой энергии. Возможность тонкой регулировки мощности, фокусировки и положения луча позволяет широко использовать системы управления лучом и программирования режимов сварки, обеспечивающие качественное формирование сварного шва. Используя системы управления лучом, возможно разработать новые технологические решения, такие, например, как динамическое расщепление электронного луча, позволяющее лучу одновременно воздействовать в нескольких обрабатываемых зонах или совмещать такие процессы, как сварка и термообработка. В работе приведены результаты экспериментальных исследований снижения концентрации легкоиспаряемых легирующих элементов в сварных швах, полученных при электронно-лучевой сварке алюминиевого сплава АМг6 с осцилляцией электронного луча. Получены регрессионные уравнения зависимости концентрации легкоиспаряемых компонентов сплава АМг6 от параметров режимов сварки. На основе результатов рентгенофлуоресцентного анализа проведена оценка истощения сплава легкоиспаряемыми компонентами в различных зонах сварного шва. Установлено, что с увеличением тока электронного луча происходит уменьшение концентрации магния в шве, однако с увеличением скорости сварки концентрация магния увеличивается приблизительно на 2-3 %. При сравнении концентрации магния в швах, выполненных статическим и осциллирующим лучом, наблюдается снижение концентрации магния при осцилляции электронного луча в среднем на 4 %. При электронно-лучевой сварке статическим лучом наблюдается истощение магния в пределах 7 % от первоначального содержания в сплаве, а в случае осцилляции электронного луча концентрация составляет приблизительно 10 %, причем траектория перемещения электронного луча (продольная и поперечная) не влияет на интенсивность обеднения сплава легкоиспаряющимся компонентом - магнием.

Определен объект исследования - процесс износа дорогостоящего алмазного инструмента, используемого при правке сплошных и дискретных шлифовальных кругов. Приведены результаты исследования абсолютного и относительного износа алмазных зерен при правке шлифовальных кругов с различными способами и схемами дискретизации режущей поверхности и при различных режимах резания. Износ алмазного инструмента в процессе правки шлифовальных кругов со сплошной режущей поверхностью изучен достаточно подробно. Однако исследованию износа алмазных зерен при правке дискретных шлифовальных кругов не уделялось должного внимания, что не позволяло принимать обоснованные решения относительно режимов правки дискретной режущей поверхности шлифовальных кругов и требуемого расхода дорогостоящего правящего инструмента. В первую очередь это касается основополагающего показателя - относительного износа алмазного инструмента при обработке абразивного материла шлифовальных кругов. В настоящее время в научно-технической литературе нет информации по численному значению относительного износа правящего инструмента, приведены его значения для лезвийного режущего инструмента, выполненного из твердого сплава и инструментальных сталей. Определен относительный износ алмазного инструмента при обработке абразивного материла шлифовальными кругами со сплошной режущей поверхностью. Получено уравнение регрессии, связывающее значение относительного износа алмазного правящего инструмента с глубиной резания при правке шлифовальных кругов со сплошной режущей поверхностью. Полученное значение относительного износа позволяет разработать методику расчета абсолютного износа алмазного правящего инструмента при правке шлифовальных кругов с дискретной режущей поверхностью. Методика необходима при проектировании технологических операций дискретного шлифования металлов и сплавов.

Постоянно повышающиеся требования к качеству деталей авиационных и приборных подшипников обусловливают поиск новых технологий финишной обработки. В настоящее время в авиационных подшипниках применяют шары 20-й степени точности, у которых допуск на диаметр не превышает 1 мкм, сферичность - 0,5 мкм, волнистость - 0,05 мкм, шероховатость - 0,02 мкм. Традиционная доводка шаров между двумя вращающимися дисками является малоэффективной в первую очередь с позиции производительности. В связи с этим научно и технически обосновано применение бесцентрового суперфиниширования шаров на станках с продольной подачей с использованием гладких валков. Экспериментально установлена принципиальная возможность применения подобной технологической системы для финишной обработки шаров подшипников. Основное преимущество данной схемы обработки заключается в высокой производительности и возможности полной автоматизации процесса. Вместе с тем требуется создать равномерное вращение заготовки шара в двух плоскостях в условиях силового замыкания контакта. Для этого решены ключевые геометрические и силовые задачи анализа условий стабильности силового замыкания контакта и профилирования валков формообразующей системы суперфинишного станка. Рассмотрена схема действия сил при суперфинишировании шаров и выявлено условие их движения с вращением в двух плоскостях. Разработана математическая модель формообразования и приведена методика расчета профиля валков численным методом. Приведенные результаты позволяют применять бесцентровое суперфиниширование шаров в качестве финишной операции вместо доводки, тем самым повысив производительность обработки в десятки раз.

Обобщены исследования российских и зарубежных ученых по получению и оценке свойств перспективных материалов на основе бескислородной керамики - тернарных соединений, или так называемых МАХ-фаз. Наибольший опыт в получении и изучении тройных карбидов и нитридов накоплен в Дрексельском университете (США) группой исследователей под руководством М. Барсоума. Представлена общая характеристика строения тернарных соединений со слоистой структурой. Слоистые тройные карбиды и нитриды проявляют уникальное сочетание свойств, характерных как для металлов, так и для керамики. Такие материалы обладают малой плотностью, высокими значениями тепло- и электропроводности, прочности, пониженным модулем упругости, превосходной коррозионной стойкостью в агрессивных жидких средах, стойкостью к высокотемпературному окислению и термическим ударам, а также легко подвергаются механической обработке, имеют высокую температуру плавления и являются достаточно стабильными при температурах до 1000 °С. Среди множества МАХ-фаз, синтезированных к настоящему времени, наибольший интерес с точки зрения свойств представляют такие материалы на основе титана, как Ti2AlC, Ti2AlN, Ti3AlC2 и Ti3SiC2. Показаны наиболее успешные способы получения указанных материалов: механосинтез, реакционное спекание, горячее прессование, плазменно-искровое спекание, самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Дан сравнительный анализ физико-механических свойств и связь структура - свойства для материалов систем Ti-Al-C, Ti-Al-N и Ti-Si-C. Указывается, что в большинстве случаев структура, обусловленная методами получения тернарных соединений, - это многофазная система. Как правило, такие материалы представляют собой тернарную матрицу с карбидными и/или нитридными включениями, а также интерметаллиды с различной степенью стехиометрии.

Рассмотрение ряда машиностроительных предприятий выявило крайне низкую их техническую оснащенность методами и средствами контроля основных деталей двигателей внутреннего сгорания: распределительных валов, коленчатых валов и сопутствующих деталей. Существующие сегодня средства автоматизации размерного контроля - координатно-измерительные машины традиционного исполнения в виде трехкоординатных устройств с перемещениями измерительных головок касания по координатам X , Y , Z - не приспособлены для контроля тел вращения, поэтому актуальными являются исследования, направленные на повышение точности и производительности контроля этих деталей и IT-вооружение специалистов быстродействующими автоматизированными методами и средствами объективного контроля в соответствии с требованиями современного производства. Преимуществом и особенностью автоматизированной системы интеллектуального мониторинга изготовления распределительных валов является то, что, помимо проведения основных этапов замеров и возможности принятия решения о качестве обработки изделия, система может оперативно сообщать об отклонениях на этапах контроля, сопровождая данную информацию рекомендациями. Подсистема мониторинга точности изготовления распределительных валов состоит из системы сбора данных, включающей устройства связи с объектом; системы принятия решений; базы данных и базы знаний. Устройство связи с объектом представляет собой устройство для объединения аналоговых и цифровых параметров реального технического объекта. База данных представляет собой постоянное пополняемое хранилище информации, в данном случае эталонной конструкторской документации о технологии изготовления изделия и значений контролируемых, а также фактически измеренных параметров. База знаний содержит структурированную информацию экспертов для использования с конкретной целью: она предназначена для поиска способов решения проблем из некоторой предметной области на основе записей базы знаний и пользовательского описания ситуации. Внедрение системы интеллектуального мониторинга позволяет повысить эффективность контроля в несколько раз, обеспечить корректировку технологического процесса на этапах изготовления изделия, что в значительной степени сократит возможность появления брака, тем самым повысив качество выпускаемой продукции.