Перспективные технологии изготовления зубчатых колес
Ю.С. Елисеев, д.т.н., ММПП «Салют»
И.П. Нежурин, к.т.н., НИИД
Авиационные двигатели по определению должны изготавливаться по современной технологии. Зубчатые колеса одни из самых сложных и точных деталей газотурбинных двигателей. Поэтому на ММПП «Салют» принципиальным считается оснащение производства современным оборудованием. Это является, в свою очередь, предпосылкой для создания новых и перспективных технологий.
Для их создания привлечены не только ведущие специалисты завода, но и ученые НИИ и учебных институтов. В результате этого технология производства зубчатых колес имеет существенное отличие от существующих в промышленности и обеспечивает более высокое качество деталей. Основными отличиями являются:
-
Создание технологии несопряженных зацеплений, опирающейся на новую теорию точности зубчатых передач и отраслевые стандарты на допуски, разработанные в НИИДе, включающей способы профилирования инструмента на современных зубошлифовальных станках «Пфаутер» и «Рейсхауер». Реализованные варианты несопряженных зацеплений либо работают уже на серийных двигателях, либо прошли испытания на создаваемых новых. Исследования, проводившиеся в рамках этой работы, привели к капитальному выводу, что сопряженные зацепления, стандартизованные на уровне Государственных стандартов, никогда не могут обеспечить функциональную точность, т.е. не могут быть точными в рабочих условиях. Поэтому реализация несопряженных зацеплений является единственной альтернативой стандартным и поэтому требуется усовершенствование Государственных стандартов. -
Создание новой системы производства конических зубчатых передач, опирающейся на совершенное оборудование в виде станков с ЧПУ, приборов для комплексного однопрофильного контроля и многокоординатных измерительных машин. Применение этого оборудования позволяет уйти от широко распространенного метода отработки и оценки зацепления по пятну контакта, которое не дает стабильного и высокого качества зацепления. Разработана оригинальная методика моделирования работы зацепления на однопрофильных приборах, позволяющая найти оптимальную форму рабочих поверхностей, а затем эталонировать их в виде математических эталонов на многокоординатных измерительных машинах и программировать их на зубошлифовальных станках с ЧПУ. Параллельно используются комплексы программ математического моделирования конических зацеплений известных зарубежных фирм. -
Важным, с точки зрения качества, является создание технологии изготовления зубчатых передач, основанной на применении нового метода их упрочнения – ионного азотирования, которое имеет большие преимущества перед давно применяемым печным азотированием. Он не дает существенных деформаций и хрупкой фазы на поверхности. И это позволило исключить операцию зубошлифования после ХТО, что повышает качество поверхностей зубьев и сокращает технологический цикл. Эта технология реализована в зубчатых передачах нового самолета Бе-200. -
Создан специализированный участок химико-термической обработки на базе трехкамерной печи с ЧПУ, на которой помимо ионного азотирования выполняются процессы ионной цементации нитроцементации. -
Ведутся работы по освоению процессов глубинного шлифования профиля зубьев шестерен без предварительного фрезерования, что значительно снижает цикл обработки и себестоимость продукции.
Упрочнение поверхности материалов высокотемпературным импульсным потоком плазмы (ВТИПП)
Новый метод упрочнения деталей буровой и трубопроводной аппаратуры
для широкого круга производителей.
Васильев В.И., Житлухин А.М., Церевитинов С.С.
ГНЦ РФ ТРИНИТИ
В ТРИНИТИ на протяжении более 40 лет ведутся работы по изучению и разработкам импульсных ускорителей высокоэнергичных потоков плазмы и по динамике таких потоков. Основные цели работ:
-
исследования по тематике управляемого термоядерного синтеза и (в последние десятилетия) использования высокотемпературных импульсных потоков плазмы (ВТИПП) для изучения механизмов воздействия таких потоков на различные конструкционные материалы; -
прикладные задачи: испытания конкретных материалов на устойчивость к импульсным высокоэнергетическим воздействиям (плазмы и излучений); -
применения ВТИПП в технологических целях: модифицирование поверхностей материалов, промышленных деталей и инструмента с целью направленного изменения их потребительских свойств.
В последнее десятилетие в ТРИНИТИ совместно с рядом привлекаемых отраслевых организаций разработаны методы финишной и промежуточной обработки конкретных промышленных изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы.
Метод обработки ВТИПП конкретных типов деталей успешно апробирован во многих отраслях промышленности России и нескольких других стран (Япония, Голландия, Южная Корея), однако, во всех случаях его доработка до уровня технологии и использования её в серийном промышленном производстве как технологического процесса останавливалась в России из-за отсутствия финансирования и остановки заводов (заводы «Москвич», Мосштамп, Гидропривод и т.д.). Можно сказать, что с началом «перестройки», внедрение результатов проведенных предварительных испытаний в России практически прекратилось.
Многие зарубежные фирмы, в том числе Precision Grinding (Англия), Celler (Франция), Dresser Canada Inc. (Канада), Esmiron International (Канада), Daimbler-Benz-Technology (Германия), Sovtech (США), Hypermetallics Co (США) Cobe Steel (Япония), Jema (Япония), Pioner Metal (Южная Корея), Tronix (Южная Корея), KIST (Южная Корея), KIMM (Южная Корея, проявляют интерес к приобретению установки по обработке материалов методом ВТИПП. Однако развитие контактов с этими фирмами сдерживается отсутствием разработанных конкретных технологий и экономической слабостью ТРИНИТИ в поддержании контактов, а также с недоверием и сложностями взаимодействия с российскими предприятиями. С наибольшей активностью пытаются взаимодействовать с ТРИНИТИ южнокорейские фирмы.
Метод ВТИПП защищен рядом авторских свидетельств и патентов СССР и России. Проведенные патентные поиски и контакты с зарубежными специалистами свидетельствуют об отсутствии подобных разработок в других странах.
Физическая сущность метода основывается на быстром (десятки микросекунд) нагревании поверхностного слоя детали под воздействием ВТИПП с последующим столь же быстрым охлаждением этого слоя за счёт теплопроводности на основу детали. При таком воздействии может происходить быстрая закалка нагретого слоя, а в случаях расплавления поверхностного слоя детали - модифицирование свойств её поверхности приводящее, говоря коротко, к заплавлению дефектов не поверхности материала (и к снижению числа концентраторов поверхностных напряжений), к повышению микротвёрдости, антикорозионной устойчивости, усталостной долговечности и т.д. В случаях предварительного нанесения на обрабатываемую поверхность тонкого слоя другого материала, под воздействием потока плазмы происходит перемешивание его с основой и, тем самым, создание сплавов, часто в таких фазовых состояниях, которые не получаются другими методами.
Для осуществления обработки методом ВТИПП В ГНЦ ТРИНИТИ имеются экспериментальные установки, основанные на различных принципах и ориентированные на обработку различных по размерам и конфигурациям промышленных деталей. В зависимости от специфики производства и по экономическим соображениям разработаны установки разной мощности и энергии. Однако, для внедрения в производство требуется доработка этих экспериментальных установок до опытного и промышленного образцов, а также ориентирование на обработку определённого класса изделий. Дорабатывать все имеющиеся типы установок до нахождения конкретного заказчика (или области внедрения) не имеет смысла, так как по экономическим соображениям (тип обработки, требуемые размеры камер, степень автоматизации, темп обработки и т.д.) нужно их дорабатывать под конкретные технологии и, в некоторых случаях, даже под конкретные типы деталей (например, трубы длинной 8-10 метров, лист прокатного стана и т.п.).
Преимуществами разработанного метода являются:
-
сравнительная техническая простота; -
надежность и простота обслуживания используемого оборудования; -
экологическая чистота метода; -
практически полное отсутствие расходуемых материалов; -
малое энергопотребление (потребляемая мощность -(2-10) кВатт); -
малое количество (1-2) производимых технологических операций; -
отсутствие существенного нагревания тела детали при модифицировании её поверхности, что в большинстве случаев устраняет проблему термических поводок детали; -
возможность быстрого внедрения метода в производство.
При сравнительно невысокой стоимости оборудования, простоте его обслуживания и малом энергопотреблении, при практическом отсутствии необходимости затрат на расходные материалы и при высокой экологичности процесса обработки, практически во всех отраслях промышленного производства существует перспективность использования метода ВТИПП.
При внедрения метода ВТИП в конкретные производства должны быть решены следующие задачи:
-
продемонстрирована (с проведением испытаний эффективности облучения) на существующих лабораторных установках ТРИНИТИ возможность улучшения требуемых свойств конкретных изделий Заказчика; -
разработана документация на опытную промышленную установку для генерации высокотемпературных импульсных потоков плазмы при уровне мощности установки, необходимом для обработки изделий конкретного размера и типа; -
изготовлена и испытана (с обработкой образцов Заказчика в реальных условиях Исполнителя) опытная промышленная установка; -
разработана, изготовлена и испытана система загрузки обрабатываемых изделий Заказчика в вакуумную камеру установки, обеспечивающая необходимую производительность работы и не нарушающую условий нормального формирования плазмы в установке; -
разработана технология упрочнения деталей Заказчика; -
произведен монтаж, наладка и сдача в опытную эксплуатацию установки на территории Заказчика и продемонстрирована ее работоспособность; -
произведено обучение обслуживающего установку персонала Заказчика методам работы на установке.
Перспективы внедрения метода.
При наличии финансирования в ТРИНИТИ может быть организовано мелкосерийное производство установок. Используя их модульность, затраты на разработки установок различной мощности будут сведены до минимума. Подобные установки можно будет успешно внедрять на множестве заводов и мастерских, что даст большой экономический эффект. Имеющийся опыт использования установки может быть использован для внедрения метода ВТИПП в различных отраслях промышленности и в первую очередь инструментальной, нефтегазовой, автотракторной, станкостроительной, кабельной, авиационной, электротехнической, химической, медицинской, атомной. Только при использовании метода ВТИПП для упрочнения в процессе ремонтов цилиндрических деталей бурового и трубопроводного оборудования нефте- и газодобывающих предприятий потребуются сотни ВТИП установок.
Стоимость установок и окупаемость их использования зависят от конкретных решаемых задач. Основная доля стоимости установок ВТИПП определяется требуемыми размерами обрабатываемых поверхностей за один цикл, а значит стоимостью конденсаторов для накопления электроэнергии. Реально стоимость варьируется от 100 до 1000 тысяч рублей.
Предприятие: ГНЦ ТРИНИТИ
Адрес: Россия 142090 г. Троицк, Московская обл.
Факс: (095)334-5776
Е-mail: [email protected]
Директор Института: Письменный Вячеслав Дмитриевич.
Координатор темы: Церевитинов Сергей Сергеевич
Телефон: (095)334-5240
E-mail: [email protected]
SURFACE TREATMENT OF MATERIALS
WITH HIGH TEMPERATURE PULSE PLASMA (HTPP)
The new method of strengthening the machine parts for the boring and piping equipment for a wide circle of customers, as well as for using in other branches of industry
Vasiliev V.I., Tserevitinov S.S., Zitlukhin A.M. (RFSC TRINITI)
The investigations on the powerful high temperature pulse plasma streams creation and their dynamics, as well as the pulse plasma accelerator designing and creation were carried on in TRINITI at the period of more then 40 years. The main aims of these works were:
-
the fusion problem investigations and the investigation of mechanisms of plasma stream – real material surface interaction at the last ten years period -
the tests of real type of materials stability by the irradiation of pulse plasma stream -
the HTPP treatment technological applications: the improving the properties of material, machine part and tool surfaces after the HTPP irradiation.
TRINITI in common with a number of industrial firms elaborated some methods of the intermediate and the final treatment of the concrete machine parts with the HTTP.
The concrete type machine part HTPP treatment methods were successfully tested in many branches of industry in Russia and some foreign countries (Japan, Holland, Sough Korea). But in the most cases the real technologies were not created. The reasons were usually similar: the absence of the finance or the closing of plants in Russia (AZLK, Gidroprivod and many others); the difficulties to make business with foreign countries. Only in several aircraft and car industry applications were created the real technologies. The transferring the HTPP method into Russian industry practically stopped after the start of “perestroika”.
Many foreign firms (Precision Grinding - England; Dresser Canada Inc. and Esmiron International — Canada; Daimler-Benz-Technology — Germany; Sovtech and Hypermetallics Co — USA; Cobe Steel and Jema — Japan; Pioneer Metal, Tronix, KIST and KIMM — South Korea and so on) are interested to buy the HTPP equipment. But the development of the contacts with these firms is restrained by the absence of prepared and checked technologies for concrete applications; by the poor TRINITI's experience in technology transferring and by the traditional difficulties in Russian business. The most active in transfer contacts are the South Korea firms.
HTPP method is protected by a set of USSR and Russia patents. The patent searches and contacts with foreign experts show the absence of similar methods abroad.
The base physical process in HTPP method is the very fast (several tens of microsecond) heating of part surface layer by pulse plasma stream irradiation and this heated layer cooling by the thermal conductivity to the part body with the similar velocity. The fast hardening of the surface layer may take place in such process. If the surface layer heating was sufficiently high and the surface layer was malted the modification of material properties may be much complicate and leading to such surface changes as: melt-quenching, the melt-down the defects at the surface (and the decreasing the amount of tension centers at the surface); the increase of microhardness, of the corrosion resistance, of the metal fatigue resistance and so on.
If the surface of metal sample was previously covered by the thin layer of another kind of material, the hot plasma irradiation may melt the covering together the layer of the base metal, mix them and generate quite new material at the sample surface. Such new materials may be generated in the new fine grain fazes, which can not be produced by another methods.
HTPP treatment apparatuses in the SSC TRINITI are of different plasma creation types, different size and power. Some of them are oriented for treatment of special types of parts and tools.
But in some cases it is necessary to make some changes in the treatment camera construction to treat unusual machine parts (for example 10 meter length tubes or 2 meter length turbine blades).
The advantages of the worked out HTPP method are:
-
the relative technical simplicity -
the reliability of the HTPP equipment and the simplicity of its operating -
the ecological soundness of the method -
near to the hole absence of the material expenditure -
the very low power inputs (2-10 kW) -
the low number of necessary technological operations (1-2) -
the absents of the treated part heating usually coused the thermal part warping of treated part -
the possibility of the fast introduction HTPP method to industry.
By the comparative low cost of HTPP equipment, the simplicity of its operation and low cost of service, the practically absence of the material expenditure and by the ecological soundness of the plasma treatment process, it is the perspective method for every branch of industry.
In the process of applying the HTPP method in concrete industry process some problems must be checked and previously solved:
-
the possibility and the efficiency of concrete machine part HTPP irradiation must be demonstrated with the existent HTPP devices -
the drawings for the experimental HTPP device must be checked on the subject of the possibility to modificate the concrete types of machine parts -
built up and tested at the executor's building the experimental HTPP equipment and the customer's experimental sample test treatment -
the system which pushes and holds the parts inside the treatment chamber is worked out, designed, and tested -
the last system must to provide the necessary productivity of the HTPP equipment and don't prevent the hot plasma formation -
the technology of the concrete customer's part treatment was worked out -
the HTPP device was worked out, tested and handled over to customer with the demonstration of its efficiency at his territory -
the customer's personal was trained the methods of operation the HTPP equipment.
TRINITI is able to organize the production of HTPP equipment. The existence of modules of HTPP equipment lets fast constructing the different type and power devices.
HTPP devices may be used effectively at the great number of plants and workshops. Our already gotten experience in HTPP method using may be used in different branches of industry and first of all in the tool-making, gas and oil producing, car, tractor, aircraft, medicine, chemical, atomic and many others.
The HTPP equipment cost depends on the type and size of parts to treat. The most part of the cost lays in the cost of electrical capacitors, which necessary amount depends on the surface size to treat at every realization. So the total cost varies from 100 till 1000 thousand dollars.
TRINITI State Scientific Center
Address: Troitsk, Moscow region 142190 Russia
Fax: (095) 334-5776
E-mail: [email protected]
Director of TRINITI: Vyacheslav D. Pismenniy
Contact person: Tserevitinov Sergey Sergeevich.
Phone: (095)334-5240
E-mail: [email protected]
Создание комплексного производства полупроводникового кремния
Гаврилов В.А., к.т.н
Шагаров Б.А., к.т.н.
ФГУП «Горно-химический комбинат»
Докладчик: Гаврилов В.А., к.т.н., Заместитель генерального директора ФГУП «Горно-химический комбинат», директор завода полупроводникового кремния
Создаваемая в рамках проекта система качества базируется на требованиях международных стандартов ISO серии 9000 и стандартов серии ISO STEP. Уровень технологии и технические характеристики технологического и контрольно-измерительного оборудования обеспечат получение пластин кремния для производства сверхбольших интегральных схем, и будут соответствовать мировым требованиям к данному классу продукции. В результате реализации проекта будет решена одна из первоочередных задач переподготовка кадров и организация новых рабочих мест в ЗАТО (приблизительно 490 человек), в т.ч. для специалистов и ИТР. Вводимые по проекту производственные мощности будут обеспечены очистными сооружениями достаточной мощности для обеспечения экологической безопасности в соответствии с современными требованиями.
Abstract
The quality system created within the framework of the project is based on ISO 9000 and ISO STEP standards requirements. High technologies and performance specification of both technologic and testing equipment will assure the turnout of silicon which is good enough to produce integrated circuit of super-large scale, which will meet the latest world standards. As the project is implemented, one of the primary tasks will be solved, namely, skill conversion and new jobs creation (about 490) including engineers/technicians and specialists. As production facilities are put into operation against the project, they will be supplied with the high-tech sewage disposal plant capable to provide clean environment to meet current requirements.
Особенности, проблемы и цели современной эндоскопии.
Эндоскопы шестого поколения.
Т.В. Кадулина
инженер-метролог ФГУП «Воронежский механический завод»
С развитием авиационной промышленности остро встала проблема определения состояния закрытых деталей (лопаток турбин) авиационных двигателей (определение степени загрязненности, наличия размеров дефектов) с целью предотвращения отказов в работе. Потребовался метод зондового контроля изделий авиационной промышленности как в процессе производства и на выходном контроле, так и в процессе эксплуатации — возникла эндоскопия.
В последствии метод заинтересовал и производителей ракетной техники, особенно на этапе разработки двигателей многоразового использования (США: приблизительно 90-е гг., турбореактивные и газотурбинные двигатели) .
В настоящее время эндоскопы применяют в отраслях: машиностроение, автоматизация, изготовление и использование турбин, нефтегазовая отрасль, энергетика, атомная энергетика, автомобильная промышленность, химическая и полупроводниковая промышленности, военная авиация.
Эндоскопы шестого поколения — это приборы, которые не только «наблюдают», но и измеряют размеры, рассчитывают погрешности измерений, «запоминают» полученные данные и передают их по электронной почте, записывают голосовые комментарии операторов и т.д.
Как метролог, остановлюсь подробнее на двух приборах, в основе которых лежат различные принципы измерений (на их характеристиках по принципу работы и строению рабочих частей приборов и погрешностях измерений).
|
Измерительный видеоэндоскоп OLIMPUS серии V6С6/ V8С6 японской фирмы OLIMPUS |
Измерительный видеоэндоскоп VIDEOPROBE XL немецкой фирмы EVEREST |
|
Принцип проведения измерений | |
|
Аналог бинокулярного зрения человека. Расстояние до объекта и его размеры определяются по смещению изображений, проецируемых правым и левым объективами на матрицу ПЗС. Анализируя взаимное расположение проекций, система решает тригонометрическую задачу и определяет, координаты объекта относительно эндоскопа. Существует возможность рассматривать объект под любым углом зрения. |
Источник излучения (металлогалоидная лампа белого света) проецирует теневую линию на изображение. Положение, фокусировка и ширина теневой линии определяет расстояние от объекта до зонда. Оператор устанавливает два курсора между интересующими точками и немедленно получает результат и погрешность измерения. Существует возможность рассматривать объект под любым углом зрения. |
|
Погрешность измерений, разрешающая способность | |
|
Измерения с точностью до сотых долей миллиметра. Погрешность не установлена из имеющихся сведений о приборе. |
Разрешающая способность - 500 линий на 1 мм. Точность прямо пропорционально зависит от факторов: физического размера объекта, увеличения изображения. Погрешность от 2,5 до 25% в зависимости от индекса точности.
|
Приборы сравнивались, исходя из материалов, предоставленных фирмами-распространителями данной продукции. Исходя из имеющихся данных, можно сделать вывод, что измерительный видеоэндоскоп VIDEOPROBE XL немецкой фирмы EVEREST существенно отличается от измерительного видеоэндоскопа OLIMPUS серии V6С6/ V8С6 японской фирмы OLIMPUS. Оцифровка полученных изображений осуществляется прямо в сменной насадке-видеокамере ; передача сигнала происходит по обыкновенному кабелю, а не по оптоволоконному, который недолговечен. Из оптоволокна сделан только кабель подсветки, но и он проходит многообразный контроль прочности (в т.ч. и контроль на радиационную устойчивость). Оплетка рабочей части из вольфрама абсолютно герметична, устойчива к повышенному давлению и агрессивным средам. Теневая маска, используемая в немецком приборе, и устанавливаемые курсоры обеспечивают более точное наведение на объект. Поэтому, с моей точки зрения, прибор фирмы EVEREST более удобен в использовании и обладает еще рядом больших преимуществ, вытекающих из его конструкционных особенностей.
Магнитно-импульсная обработка материалов
В.А. Кружков
ОАО «НИИ стали» (г. Москва)
Магнитно-импульсная обработка материалов (МИОМ) основана на преобразовании электрической энергии, запасенной в емкостном накопителе, в энергию импульсного тока разряда и далее – в энергию импульсного магнитного поля высокой напряженности, воздействующего на заготовку.
В последние годы МИОМ находит все большее распространение в различных отраслях народного хозяйства таких как авиационная, автомобильная, электронная, кабельная промышленности, нефте-газодобывающая и строительная техника, машиностроение и др.
Технологические возможности МИОМ очень широкие при достаточной простоте энергетического блока и технологической оснастки и это при том, что на одной установке возможно осуществлять практически все технологические операции МИОМ.
К достоинствам МИОМ следует отнести:
-
компактность и экономичность энергетической установки; -
высокая точность получаемых изделий сложных форм; -
простота технологической оснастки; -
отсутствие ударных нагрузок на фундаменты и др.
Предлагается:
-
разработка установок МИОМ под требования заказчика; -
разработка технологической оснастки под требования заказчика; -
поставка опытно-промышленных образцов установок МИОМ; -
отработка техпроцессов МИОМ; -
организация совместного производства.
Устойчивость длинномерных цилиндрических заготовок при осадке с кручением
В.Л. Мозгалин
ведущий инженер-технолог ФГУП «Воронежский механический завод»
В настоящее время широко используются диаграммы пластичности для оценки вероятности разрушения формоизменяемых заготовок при проектировании и внедрении многих процессов обработки металлов давлением связанных с немонотонным нагружением. Для построения диаграмм пластичности становится актуальным решение задачи об осадке с кручением длинномерных заготовок с =h0/2R0>4 (h0, R0 – соответственно начальные высота и радиус заготовки) с целью определения напряженно-деформированного состояния.
Результаты решения указанной задачи также необходимы при разработке новых технологий термомеханической обработки металлов (ТМО), в частности, с целью повышения несущей способности многих элементов конструкций. При этом с целью повышения эффективности технологий ТМО можно использовать на этапе механической обработки осадку с кручением вместо традиционно применяемой прокатки или обжима.
В связи с реализацией осадки с кручением цилиндрических заготовок возникает потребность в разработке технологической оснастки для длинномерных цилиндрических заготовок. Для осуществления деформирования указанных заготовок без потери устойчивости в штампе необходимо применять поддерживающие элементы, позволяющие осаживать длинномерную заготовку без бочкообразования и продольного изгиба до больших степеней относительной деформации . При этом для выбора оптимальных основных конструктивных элементов штампа нужно знать силы взаимодействия Q поддерживающих элементов с заготовкой при ее деформировании без продольного изгиба.
Для расчета этих сил рассматриваем схему нагружения заготовки силой P и моментом М, а также поддерживающих поперечных сил Q приложенных на расстоянии l0/(n+1) и направленных в сторону противоположную направлению изгиба.
С целью анализа устойчивости заготовки при ее сжатии с кручением используем критерий положительности добавочных нагрузок, который с учетом действия поперечных сил запишется в виде
dPdl+dMd+A(dQ)=0 (1)
Здесь dl=d*l –приращение длины заготовки; d – малое изменение угла поворота концевых сечений заготовки относительно друг друга; A(dQ)– работа добавочной нагрузки dQ.
В результате анализа находим решение относительно поддерживающих поперечных сил Q в виде:
, (2)
где 
; 
; c,с1 – коэффициенты;
, ' – деформация осадки заготовки.
Результаты анализа уравнения (2) применительно к различным маркам сталей показали, что величина силы Q практически не зависит от величины коэффициента с1. В связи с этим можно построить зависимость Q=Q() для нахождения закона нагружения заготовки поддерживающими силами используя уравнение (2).
Технологические показатели комбинированной обработки
трудносопрягаемых поверхностей
В.Н. Сухоруков
Руководитель группы ФГУП «Воронежский механический завод»
В данной статье рассмотрены показатели технологического процесса комбинированной обработки трудносопрягаемых поверхностей на обечайках сложной формы. Представлены зависимости изменения скорости обработки, шероховатости получаемой поверхности и износа инструмента от технологических параметров обработки.
Комбинированная обработка проводилась в электролите, содержащем 15%NaCl+ 5%NaNO3. Анализ полученных данных показал, что с увеличением силы тока на RC- генераторе происходит постепенный рост скорости обработки, т.е. увеличение производительности.
Наибольшая скорость обработки, при силе тока достигается если использовать в качестве материала электрода-инструмента графита. На участке, где процесс протекает наиболее стабильно (I=0,6-1А) медь, вольфрам и латунь имеют приблизительно одинаковые скорости обработки. На этом участке зависимости имеют почти линейный характер. Исследуя зависимости скорости комбинированной обработки от силы тока можно сделать вывод, что наиболее подходящим материалом для изготовления электрода-инструмента является графит, а вольфрам, медь или латунь с этой точки зрения принципиальных отличий не имеют.
Если сравнивать скорость обработки с электроэрозионным методом то, можно увидеть, что скорость обработки комбинированным методом в 10-12 раз выше, а применение электрохимической обработки без электроэрозионной составляющей в данном случае невозможно из-за малых размеров паза.
Также одним из основных технологических показателей является качество обработанной поверхности. Качество поверхности при комбинированной обработке зависит от воздействия на заготовку двух составляющих электроэрозионной и электрохимической. В результате воздействия электроэрозионной составляющей поверхность приобретает характерные неровности, а приповерхностные слои металла претерпевают физико-химические изменения. Это оказывает влияние на эксплуатационные показатели обрабатываемой детали.
Обрабатываемая поверхность формируется из перекрывающих друг друга произвольно расположенных лунок. Размеры лунок зависят от энергии импульса и материала электродов. Они возрастают с ростом энергии импульсов и уменьшением частоты их следования. Высота неровностей зависит от степени перекрытия лунок. Проведенные исследования показали, что с повышением частоты следования импульсов расстояние между центрами лунок и высота неровностей снижается.
Поверхностный слой формируется за счет части расплавленного металла, оставшегося на поверхности лунки, и прилегающего к ней слоя металла, подвергнутого структурным изменениям от быстрого нагрева и охлаждения материала. Поверхностный слой состоит из так называемого белого слоя в котором наблюдаются химико-термические превращения, переходного слоя в котором имели место только термические изменения и под которым находится неизменённый метал заготовки.
Формирование микрорельефа от воздействия электрохимической составляющей зависит от структуры материала заготовки, от состава, температуры, скорости прокачки электролита, электрических параметрах режима. Все эти параметры постоянно изменяются по времени, и процесс анодного растворения в каждой точке протекает по разному.
Характер микронеровностей зависит от обрабатываемого материала. Чаще наблюдается межкристаллическое растравливание, которое и определяет шероховатость поверхности. Поэтому шероховатость поверхности крупнозернистых сплавов обычно выше, чем у сплавов с мелким зерном. При высоких плотностях тока ускоренное растворение сплавов может наблюдаться не по границам, а по самому зерну, на котором образуются местные углубления.
Технология изготовления крупногабаритных облегченных конструкций
В.В. Сычев
Начальник научно-исследовательского отделения ГНЦ «НПО Астрофизика»
В рамках разработки проекта отечественного оптического супертелескопа с 25-метровым составным главным зеркалом была создана оригинальная конструкция, обладающая уникальными физико-механическими свойствами. Исследования этой конструкции показали, что технология создания крупногабаритных облегченных конструкций общего и специального назначения может быть использована для широкого круга таких, как:
-
строительные конструкции наземного базирования: перекрытия, арки, мосты, фермы, вышки, башни, купола, оболочки, укрытия и т.п., особенно в районах сесмической опасности и эксплуатирующихся в условиях статических и динамических нагрузок, к которым предъявляются повышенные требования по минимизации веса и максимизации жесткости конструкции -
конструкции подземного базирования повышенной надежности и прочности: подземные переходы, метро, бункеры, коммуникации, подземные гаражи, складские помещения, транспортные развязки и т.д. -
конструкции космических стационаров астероидной безопасности и обитаемых станций -
конструкции подводного базирования: батискафы, подводные лодки, буровые установки, специальные комплексы подводного базирования -
конструкции дорожно-транспортного назначения: машины, дороги, включая канатные и монорельсовые, транспортные развязки и т.д.
Технология основана на использовании оригинальных ферменных конструкций в виде структур тетраэдрического типа, что обеспечивает им высокую жесткость при минимальном весе (патенты SU 1811620 A3, RU 2082198 С1).
Форма конструкций может быть практически любой: плоской, сферической, круглой, шестигранной и т.п. Габаритные размеры не ограничены (практически от 3 до 500 м), вес от 0.1 до 5000 т. Отработка технологии изготовления позволила реализовать на практике высокое отношение жесткость/вес, инвариантность к знакопеременным нагрузкам, модульность, низкую стоимость и малые сроки изготовления.
В настоящее время инвестиции на отработку технологии, создание производственного участка и оснащения его специализированным технологическим и испытательным оборудованием, изготовление и испытания зкпериментальных образцов конструкций позволили бы решить многие проблемы сегодняшнего дня в области машиностроения, приборостроения и строительства.
ГНЦ НПО «Астрофизика»
123424, Москва, Волоколамское шоссе, 95
Телефон: 490-91-04
Факс: 491-21-21
E-mail: aphysica@aha.ru
Лазерная технология упрочнения легированием поверхностей качения бандажей колесных пар для железнодорожного транспорта
к.т.н. А.И. Борц, к.ф-м.н. В.Н. Егоров, В.Г. Корзюков,
начальник научно-технического центра к.т.н В.В. Синайский,
к.т.н. Е.А. Печерский
ГНЦ ГУП «НПО Астрофизика»
Исследованы процессы СО2-лазерного легирования поверхностей качения бандажей колесных пар из стали 2. Для легирования использовался порошок МеВх. Достигнуто увеличение износостойкости в 3,5 раза.
Одним из факторов повышения надежности изделий машиностроения является уменьшение износа поверхностных слоев трущихся деталей. В данной работе разработана технология упрочнения поверхностей трения лазерным легированием.
Упрочнение проведено на образцах сегментов бандажей из стали марки 2 по ГОСТ 398-96. В качестве легирующего вещества использовался боросодержащий порошок МеВх, шликерный слой которого наносился на поверхность образцов обмазкой, и затем облучался СО2- лазером в непрерывном режиме работы с перекрытием дорожек упрочнения.
Исследования бандажей после лазерного легирования на поперечных металлографических шлифах показали наличие упрочненного слоя, имеющего каплевидную форму и состоящего из зоны высокопрочной эвтектики Fe-B и следующей за ней зоны термического влияния. Микроструктура в зоне эвтектики состоит из дендритов, оси которых ориентированы вдоль направления теплоотвода.
Зона термического влияния состоит из мартенсита, что обусловлено нагревом металла до надкритических температур и последующим быстрым охлаждением за счет теплоотвода в металл образца.
Исследования показали, что наибольшей микротвердостью характеризуется эвтектика Fe-B (Нμ50=10000-11000 МПа). Микротвердость зоны термического влияния составляет 6500-7500 МПа, при микротвердости самого бандажа 3800-4000 МПа.
Микрорентгеноспектральный анализ показал содержание бора только в зоне эвтектики. Толщина зоны эвтектики и общая толщина упрочненного слоя, включая зону термического влияния, определяются режимами лазерной обработки (толщиной шликерного слоя, мощностью излучения и скоростью перемещения луча) и составляют 0,15-0,42 мм и 0,21-0,74 мм, соответственно.
Зона закалки без шликера достигает до 1 мм.
Сравнительные испытания на износ по методу Шпинделя с нагрузкой Р=140 Н показали повышение износостойкости поверхностей образцов бандажей после лазерного легирования в 3,5 раза, что определяет перспективу получения высокого уровня эксплуатационных характеристик деталей из стали 2 после лазерного легирования.
На основе технологии разработан лазерный технологический комплекс ЛПК с использованием в качестве СО2-лазера непрерывного лазера «Лантан-ЗМ» мощностью изучения до 3 кВт. Оптика комплекса рассчитана на использование СО2-лазеров с мощностью излучения до 15 кВт.
Разработка технологии получения перспективных порошков, композитов и керамических материалов на основе боридов и оксидов цирконийсодержащего минерального сырья
С.В. Николенко
Институт материаловедения Хабаровского научного центра
Дальневосточного отделения РАН
В современном материаловедении при решении проблемы создания новых материалов с требуемыми физико-химическими свойствами чётко прослеживается тенденция по усложнению химического состава создаваемых материалов путём введения новых ингредиентов. Новизна предлагаемого решения заключается в использовании цирконийсодержащего минерального сырья, как непосредственного сырья для получения композиционных материалов, минуя его гидрометаллургический передел. Многокомпонентный состав минерального сырья позволяет получать новые композиционные порошки и материалы с регулируемыми свойствами без дополнительного введения ингредиентов. В частности, предлагается получение порошков и материалов на основе оксидов и боридов циркония, синтезированных с использованием этих концентратов. Кроме получения функциональных материалов для получения композиционных порошков и жаростойкой керамики предполагается использовать синтезированные порошки для электроискрового легирования. Покрытия полученные новыми порошковыми материалами позволят улучшить легированные слои полученные с помощью лучших зарубежных аналогов.
Результаты выполненных предварительных работ в этом направлении дают основания ожидать следующие результаты по сравнению с современным уровнем:
-
увеличение жаростойкости порошков и материалов из них в 1,4-1,6 раз -
получение керамического материала с прочностью 1500-2500 МПа (на уровне мировых стандартов) -
снижение стоимости порошков и материалов из них в 2-3 раза по сравнению с аналогичными по составу мировыми стандартами.
Институт материаловедения ХНЦ ДВО РАН
Россия 680042 г. Хабаровск ул. Тихоокеанская, 153
Телефон: (4212) 71-99-56
Факс: (4212) 71-95-98
E-mail: [email protected]; [email protected]
Руководитель д.т.н. профессор Верхотуров А.Д.
Разработка бездеформационных методов упрочнения и восстановления рабочих поверхностей лопаток эксплуатируемых турбин при воздействии электрическими импульсными разрядами низкого напряжения
Ю.Н. Мулин
Институт материаловедения Хабаровского научного центра
Дальневосточного отделения РАН
Комплексный проект предусматривает совершенствование упрочняющей технологии для восстановления локальных поврежденных участков рабочих поверхностей стальных и титановых лопаток турбин с аппаратным, материальным, нормативным и метрологическим обеспечением на базе элетроискрового легирования (ЭИЛ).
В настоящее время имеется опытная конструкторская документация, опытные технологии бездеформационного восстановления ответственных рабочих поверхностей шпинделей и матриц для изготовления алюминиевых профилей, внедренные на двух заводах Хабаровского края: заводе строительных алюминиевых конструкций и станкостроительном заводе. Долговечность восстановленных конструкций соответствует долговечности вновь изготовленных. Учитывая отсутствие аналогов бездеформационных технологических процессов восстановления рабочих поверхностей вышеуказанных деталей в России и за рубежом при высоких эксплуатационных показателях, небольших ценах и затратах на изготовление установок для ЭИЛ и внедрения технологий очевидна возможность представления аппаратуры и технологий на мировом уровне, возможно создание совместных производств с инофирмами.
Установки для электроискрового легирования предназначены для электроискрового легирования, а также для локального восстановления рабочих поверхностей изделий как в ручном, так и в механизированном режимах при установке их на металлообрабатывающее оборудование. Производительность (max) — 6 см~/мин, толщина покрытия - Змм/диаметр, напряжение питания -220 В, 50 Гц.