Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение

Тепловложение в электрод плазмотрона и изделие определяется приэлектродными процессами и теплопередачей от сжатой дуги. Процессы, происходящие на электродах и в приэлектродных областях, сложны и недостаточно изучены до сих пор. В представленной работе сделана попытка оценить величину падения напряжения на анодном участке дуги при работе плазмотрона на токе обратной полярности. Получен большой массив экспериментальных данных. Для этого были проведены сравнительные исследования тепловложения в анод плазмотрона разной конструкции. Представлены результаты определения падения напряжения на анодном участке дуги при плазменной обработке металлов. Предложено обоснование определения падения напряжения на анодном участке дуги с использованием измерения тепловложения в анод плазмотрона. Определена величина падения напряжения на анодном участке дуги для токов в диапазоне 50-300 А. Подтверждено предположение, что материал анода практически не влияет на анодное падение напряжения. Полученные значения анодного падения напряжения ( u a) пригодны для определения теплопередачи при проведении оценочных расчетов работы анодов плазмотронов и эффективности нагрева изделия.

Одной из главных проблем современного машиностроения является проблема повышения надежности и долговечности машин и механизмов. Ее решение в значительной степени зависит от улучшения качественных и эксплуатационных характеристик деталей. В технологии машиностроения имеются большие резервы улучшения эксплуатационных свойств деталей машин за счет микрорельефа рабочих поверхностей. Используемые в настоящее время способы получения регулярного микрорельефа требуют введения дополнительных операций, для выполнения которых необходимо специальное оборудование, что увеличивает себестоимость и повышает трудоемкость изготовления деталей. Возникает необходимость разработки и исследования такой технологии изготовления деталей подшипников, которая предусматривает формирование регулярного микрорельефа обрабатываемых поверхностей на традиционных финишных операциях шлифования и абразивной доводки. Свойства абразивного круга влияют на его работоспособность. Зернистость абразива, концентрация зерен и диаметр круга определяют число зерен, располагающихся на элементарных режущих контурах, а это влияет соответствующим образом на параметры и стабильность регулярного микрорельефа шлифованной поверхности.

Разработана прогрессивная технология изготовления деталей модуля нефтяных насосов методом безоблойной изотермической штамповки. Модуль насоса включает детали «аппарат направляющий» и «колесо рабочее». Наиболее сложной в изготовлении является деталь «Колесо рабочее», потому что она имеет узкие лопасти с малым радиусом закругления. Проанализированы условия работы нефтяных насосов, выбран материал для деталей модуля, наилучшим образом отвечающий эксплуатационным требованиям. Сделан обзор возможных технологий изготовления деталей модуля. Выбран вариант технологии, основанный на изотермической штамповке. Технология проверена математическим моделированием в системе QForm.

Приведен анализ наиболее значимых российских и зарубежных публикаций, посвященных процессу спекания с использованием нанодисперсных порошков. Показано, что свойства спеченных сплавов определяются характеристиками исходного сырья и промежуточных продуктов твердосплавного производства, которые изменяются в зависимости от различных технологических параметров. Установлено, что конечные физико-механические и эксплуатационные свойства твердосплавных композитов, модифицированных наночастицами, находятся в прямой зависимости от параметров их микроструктуры, соотношения объемных долей и размеров частиц. Уменьшение частиц до наноразмерного состояния существенно влияет на диффузионные процессы. С помощью добавок наночастиц можно значительно снизить температуру спекания.

На основе анализа современного состояния проблемы создания титан-углеродных материалов для медицинских имплантатов показана актуальность исследований по формированию поверхностей с развитой шероховатостью и с углеродными наноструктурами, обусловливающими локально-селективную адгезию и рост клеток. Представлены результаты экспериментальных исследований влияния обработки поверхностей титанового сплава ВТ1-0 на последующее осаждение углеродных структур, в том числе многостенных углеродных нанотрубок. Предложены два метода обработки титановых поверхностей - пескоструйная обработка и микродуговое оксидирование. Сравнительный анализ состояния поверхности после каждого вида обработки, выполненный с помощью сканирующей электронной микроскопии и локального микрорентгеноспектрального анализа, показал, что при пескоструйной обработке и микродуговом оксидировании увеличивается площадь поверхности на фоне различной восприимчивости к последующему синтезу нанокластеров углерода. Структура поверхности образцов после пескоструйной обработки представлена крупными впадинами размером до 25 мкм с трудно удаляемыми абразивными частицами, что препятствует равномерному распределению предкатализатора роста углеродных нанотрубок. При микродуговом оксидировании формируется более благоприятная регулярная поровая структура оксидированного слоя с размером пор 0,2-2,0 мкм, на которую равномерно и плотно можно осадить нанотрубки. Образованный аморфный слой диоксида титана толщиной 9-15 мкм содержит фосфор и кальций в виде титаната кальция и дифосфата титана. Поры, образованные в оксидном слое, также содержат углеродные наноструктуры, которые в наибольшей степени будут содействовать остеоинтеграции имплантата. Полученные результаты являются этапом в реализации проекта по созданию имплантатов с углеродными нанокластерами для повышения закрепления остеобластов и пролиферации.

Определены технические и технологические проблемы машиностроения, возникающие при создании штампов нестандартной формы, вызванные отсутствием специализированной оснастки для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Рассмотрена возможность применения неравножестких соединений с натягом при создании и модернизации существующих делительных головок станков с ЧПУ. С применением оригинальной математической модели решена многоконтактная задача полиэксцентрикового соединения с натягом с тремя деталями (три стальных эксцентрика) в контакте по радиальной и осевой посадкам. Экспериментальным путем подтверждена полученная ранее графическая зависимость величины нагрузочной способности неравножестких соединений с натягом от температуры внешней среды и, как следствие, от температуры составных частей соединения, применяемого в делительных головках станков с ЧПУ. Даны практические рекомендации по назначению натягов в посадках делительной головки, выбора величин эксцентриситета составных частей и оптимальных температур для распрессовки, позволяющие обеспечить: снижение концентрации напряжений в опасных участках деталей, условия работы конструкции в зоне упругости. Представленные рекомендации предназначены для конструкторов и технологов с целью реализации качественных конструкций и эффективных технологий сборки новых и эксплуатации существующих делительных головок на основе применения неравножестких соединений с натягом в качестве инструментальной оснастки станков с ЧПУ.