Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

Предлагается графоаналитический способ оценки габаритно-массовых характеристик труб по назначению в зависимости от прикладываемой внешней сосредоточенной периодически неповторяющейся нагрузки - силы изгибающего или крутящего момента. Рассматриваются некоторые аспекты предварительной оценки прочности толстостенной и тонкостенной труб на основе предлагаемого подхода. Используется метод оценки сопротивления материала сечения трубы некруглого внешнего профиля из условия прочности в опасном сечении. По результатам расчета построена графическая зависимость относительного момента сопротивления сечения изгибу от относительной толщины как круглого, так и некруглого поперечного сечения, которую можно применить для дальнейшего проектирования или технологической обработки переменного профиля по длине труб. Предлагаются некоторые рекомендации для дальнейшего исследования конструктивной прочности труб, работающих в тяжелых условиях нагружения или испытывающих резкое однократное повышение внутреннего давления, с использованием данных о габаритно-массовых характеристиках. Проводится сравнительный анализ оценки действия внутреннего давления на стенку трубы по нормали к ее продольной оси по наиболее часто применяемым для расчетов теориям наибольших линейных деформаций, наибольших касательных напряжений, удельной энергии формоизменения относительно коэффициента запаса прочности.

Развитие технологий невозможно без качественного контроля. Широкое применение станков с числовым программным управлением в производстве увеличило требования к используемым средствам контроля, адекватным ответом стало применение в контроле координатно-измерительных машин (КИМ). Современные КИМ представлены широким модельным рядом, что позволяет выбрать машину в соответствии с решаемыми измерительными задачами, условиями (температура, давление, влажность, запыленность) и финансовыми возможностями предприятия. В работе рассмотрены современные координатно-измерительные машины, позволяющие производить измерение любых деталей путем контроля размеров форм изделий. Раcсмотрена стратегия измерения корпусной детали на координатно-измерительной машине Carl Zeiss Contura G2. На предприятиях, использующих КИМ, нет обоснованных стратегий измерения, позволяющих достигать оптимального отношения показателей точности измерения к производительности контроля. Целью работы является разработка стратегии измерения длинновых размеров корпусной детали, обеспечивающая отношение показателей точности к производительности контроля измерения. Проведены измерения длинновых размеров корпусной детали по трем методам измерения (по четырем точкам, по восьми точкам и методом «Полилиния»), зафиксировано время контроля измерения и точности параметра. Проведен анализ полученных результатов. Рассмотрены современные координатно-измерительные машины, показано, что применение КИМ позволяет повысить производительность и точность контроля. Также современные КИМ позволяют контролировать детали любой формы и габаритов. Разработана технология контактного метода измерения корпусных деталей на КИМ Carl Zeiss Contura G2, обеспечивающая оптимальное отношение точности к производительности контроля. Установлено, что наиболее производительным методом является измерение по стратегии «Полилиния». Время контроля составляет 15 с.

Одной из важных задач является обеспечение требований к точности размеров, формы и расположения поверхностей при обработке технически сложных деталей. Объектом исследования являются детали со сложными поверхностями, такие как коленчатые и распределительные валы, турбинные лопатки и корпусные детали с большим количеством отверстий, сложные корпусные детали, например блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, штампы, пресс-формы, зубчатые колеса и кузова автомобилей. Геометрия сложных деталей обусловлена их функциональным назначением, таким образом, контроль сложных поверхностей должен осуществляться исходя из требований сборки всей детали в целом. В современном высокоавтоматизированном производстве измерение сложных деталей на координатно-измерительных машинах (КИМ) имеет большое значение, актуальной является необходимость установить целесообразность контроля. Целью данной работы является формирование наиболее подходящей методики измерения, с помощью которой будет осуществляться контроль технически сложных поверхностей деталей и разработка математических моделей для автоматизированной оценки полученных результатов. Предлагаемая нами методика координатных измерений включает в себя стратегию измерений (рекомендуемое число точек, их расположение на контролируемых поверхностях и последовательность обхода (траектория движения)), также набор расчетных моделей, математически описывающих взаимосвязь координат измеренных точек с определяемыми линейно-угловыми параметрами. Первоначально в соответствии с заданной методикой измерения в ручном или автоматическом цикле измеряют координаты отдельных точек, принадлежащих реальным поверхностям контролируемого объекта. Перемещения программируются в системе координат детали (СКД), образуемой ее базами. Главная СКД привязывается к системе координат КИМ (СКМ) с помощью математического базирования. Эта процедура заключается в расчете расположения системы координат по предварительно измеренным в СКМ точкам базовых элементов детали и последующей трансформации координат точек других элементов из СКМ в СКД. При разработке методики измерений необходим учет количества точек для каждой измеряемой поверхности, это количество должно быть оптимальным. Далее на втором этапе производятся расчеты заданных размеров, отклонений формы и расположения поверхностей с помощью разработанного комплекса математических моделей. По результатам данной работы представлен комплекс математических моделей и алгоритмов для контроля геометрических характеристик изделий на мобильных КИМ. Показаны преимущества предложенных методик по сравнению со стандартными. Определена область эффективного применения мобильных КИМ при контроле технически сложных поверхностей. Предложен новый метод координатных измерений для деталей с технически сложными поверхностями, позволяющий осуществлять контроль данных поверхностей с меньшим числом точек по сравнению с рекомендациями известных производителей координатных машин, повысить производительность операций контроля, а также увеличить точность оценки результатов измерений.

На сегодняшний день сохраняется большой объем применения ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Особенно актуальным является применение этого способа сварки для выполнения ремонтных и восстановительных работ, связанных с исправлением дефектов сварки, возникающих при изготовлении металлоконструкций. В данных условиях особенно актуальным является обеспечение высокой стабильности горения дуги. За последние годы заметно увеличился объем исследований, связанных с созданием новых сварочных материалов, обеспечивающих более высокие сварочно-технологические свойства новых электродов, такие как стабильность горения дуги, устойчивость повторного возбуждения дуги, экологические показатели и др. Однако существующие методы оценки свойств электродов не всегда обеспечивают возможность анализа влияния состава покрытия на стабильность горения дуги. Так, большинство существующих методик оценки стабильности горения сварочной дуги ориентированы на сварку на переменном токе и не позволяют оценить влияние состава покрытия электродов на стабильность горения сварочной дуги. В связи с этим актуальной является разработка методик оценки стабильности горения дуги, позволяющих исследовать влияние компонентов электродного покрытия на сварочно-технологические характеристики электрода для создания сварочных материалов с повышенным уровнем свойств. Исследования стабильности горения сварочной дуги постоянного тока, проводимые на кафедре сварочного производства и технологии конструкционных материалов ПНИПУ, предусматривают анализ динамических характеристик сварочного тока и напряжения на дуге, записанных в память персонального компьютера с использованием специальной информационно-измерительной системы. С целью исключения случайных возмущений, вызываемых человеческим фактором, для проведения экспериментов используется сварочный автомат типа АДС-1000-2 системы АРНД, в котором электродная проволока была заменена штангой с электродным зажимом на конце для сварки покрытыми электродами. В момент сварки исследуемыми электродами проводится запись сварочного тока и напряжения дуги, колебания которых характеризуют изменение сопротивления дугового промежутка, что связано с устойчивостью горения дуги, характером переноса металла, наличием коротких замыканий и в целом с устойчивостью всего процесса. Последующая математическая обработка динамических характеристик сварочной дуги позволяет оценить стабильность горения сварочной дуги на основе коэффициента вариации. Кроме того, данная методика позволила выявить и количественно оценить влияние типа источника питания дуги и состава покрытия электрода на устойчивость процесса сварки.

Указывается, что главной проблемой протягивания является применение протяжек из быстрорежущей стали и ограниченные скорости резания. Анализ литературных данных показывает, что этому вопросу уделяется недостаточное внимание. Общий анализ работ показал, что большинство из них выполнено в лабораторных условиях, на образцах обрабатываемых материалов, на станках-стендах и носит рекомендательный характер, не учитывающий конкретные производственные и технические условия, размеры и конфигурацию обрабатываемых деталей, мощность и жесткость применяемого оборудования и т.д. Предлагаемые варианты имеют свои достоинства и недостатки. Применение протяжек из быстрорежущей стали ограничивает процесс протягивания максимальной скоростью резания v = 1,5…2 м/мин. Протяжки с напайными твердосплавными пластинами имеют следующие недостатки: износ одного зуба приводит к переточке всех зубьев или забраковке всей протяжки, наличие остаточных напряжений в пластинах после пайки и переточки зубьев. Решением проблем современного протягивания является применение сборных протяжек со сменными твердосплавными пластинами. В результате эксперимента найден оптимальный метод крепления твердосплавных пластин на протяжке. Данное решение позволяет спроектировать и изготовить протяжки с обработкой замка одновременно с пяти сторон.