Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)

Введение. Одним из способов повышения эффективности процесса резания является разработка новых эффективных составов смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), которые позволят снизить силу, а также температуру резания, увеличив при этом стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности. Одним из путей решения данной проблемы является химическая активация СОТС присадками из наноглинистых минералов с минимальной стоимостью, большие запасы которых имеются в недрах земли. В связи с этим приводится теоретическое обоснование выбора данной присадки и ее влияние на трибологические свойства СОТС. Цель работы. Определить влияние масляных СОТС с присадками из наноглинистых минералов на снижение силы резания, а также повышение качества обработанной поверхности при сверлении коррозионно-стойкой стали. Методы исследования. На операции сверления проведены экспериментальные исследования, в процессе которых осуществлялась фиксация составляющих силы резания при помощи трехкомпонентного динамометра М-30-3-6к. Целью эксперимента было определение влияния масляных СОТС, содержащих присадки из наноглинистых минералов, на составляющую силы резания, а также шероховатость обработанной поверхности. С использованием математического моделирования была получена формула для расчета коэффициента трения в процессе сверления. Результаты работы. В процессе проведения экспериментальных исследований получены результаты, показывающие эффективность использования масляных СОТС с присадками из наноглинистых минералов. Получены экспериментальные данные коэффициента трения, составляющей силы резания, а также шероховатости обработанной поверхности при сверлении с использованием экспериментальной СОТС, подаваемой в зону резания. Результаты исследований показали эффективность применения модифицированной СОТС по сравнению с традиционными составами. Выводы. Модифицированная СОТС, в состав которой входит подсолнечное масло и присадки из наноглинистых минералов, позволяет значительно снизить коэффициент трения, силу резания, а также шероховатость обработанной поверхности, что открывает дальнейшую перспективу их использования в металлообрабатывающей промышленности.

Введение. В работе представлены результаты экспериментального исследования по количественной и качественной оценке поверхности после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО). Цель работы: экспериментальное исследование с проведением анализа дефектов поверхности образцов после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки изделий из жаропрочного никелевого сплава ВВ751П. Методы исследования. Образцы для исследования определенной геометрии получены методом ПВЭЭО на четырех режимах. Рабочие параметры: высота образца – h, мм, время действия импульса – Ton, мкс, время выключения импульса – Toff, мкс. Выполнена оценка образцов на электронном микроскопе Hitachi S-3400N в режиме обратно рассеянных электронов при напряжении 25 кВ. Топография поверхности после электроэрозионной обработки оценивалась с помощью лазерного сканирующего микроскопа (ЛКСМ) LextOLS4000. Циклические испытания проводились на универсальной испытательной машине Biss-00-100 с частотой испытаний 20 Гц в симметричном цикле (R = –1). Результаты и обсуждение. Установлено, что при ПВЭЭО величина дефектного белого слоя постоянна и составляет 10 мкм независимо от режима обработки. Проанализирован показатель качества поверхности – шероховатости по Ra. Установлено, что среднее значение шероховатости по параметру Ra составляет 1,62 мкм при обработке образца высотой 10 мм. При увеличении высоты значение шероховатости поверхности достигает 2,6 мкм на минимальном режиме и 3,4 мкм – на максимальном. Установлено, что с увеличением высоты заготовки возрастает количество микротрещин на поверхности изделия, связанное с интенсификацией взаимодействия единичных импульсов с обрабатываемой поверхностью. В результате исследования установлено, что при амплитуде нагружения 400 МПа достигается среднее значение числа циклов, которое составляет 1,50Е+05 циклов. Отмечено уменьшение количества циклов при увеличении амплитуды циклов нагружения.

Введение. Аддитивные технологии, в частности печать проволокой, набирают все большую популярность в последнее время. Этот метод позволяет получать заготовки с существенно повышенной твердостью по сравнению с традиционными методами, такими как ковка, что, в свою очередь, значительно увеличивает силу резания при последующей обработке. Настоящее исследование направлено на изучение сил резания при фрезеровании образцов из высокопрочного жаростойкого сплава инконель 625, полученных методом электродуговой наплавки. Целью работы является исследование влияния микроструктуры и свойств инконеля 625, полученного методом электродуговой наплавки, на силы резания при фрезеровании. Особое внимание уделено поиску оптимальных режимов резания, обеспечивающих минимизацию сил резания и вибраций в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь». Методы исследования. Образцы изготавливались методом электродуговой наплавки проволоки из жаропрочного никелевого сплава инконель 625. В работе проведен комплексный анализ микроструктуры полученных образцов с использованием современных методов материаловедения. Основное внимание уделено экспериментальному исследованию сил резания при фрезеровании с использованием различных режимов обработки (скорости резания, подачи, глубины резания) и типов фрез. Результаты и обсуждение. Микроструктура образцов инконеля 625, полученных электродуговой наплавкой, детально охарактеризована. Определены оптимальные режимы фрезерования, обеспечивающие эффективную обработку материала с учетом его высокой твердости и прочности. Ожидается, что для обработки заготовок из инконеля 625 потребуются высокопрочные твердосплавные фрезы, возможно, специальной геометрии и с повышенной износостойкостью, большего диаметра, чем в случае стали 40Х13. Результаты исследования позволят разработать рекомендации по выбору оптимальных режимов резания, минимизирующих силу резания, температуру режущей кромки, износ инструмента и вибрации в системе «станок – приспособление – инструмент – деталь», что повысит производительность и точность обработки.

Введение. При изготовлении ответственных деталей из высокопрочных и труднообрабатываемых сталей в различных отраслях промышленности окончательное качество обычно формируется на операциях финишной обработки. Эффективность процесса значительно выше при использовании комбинированных, гибридных методов воздействия на обрабатываемую поверхность. При обработке некоторых фасонных деталей сложной формы больше внимания на финишных операциях, как правило, уделяется уменьшению шероховатости с соблюдением ранее достигнутых показателей размерной точности. Для этого зачастую используют абразивные инструменты на жесткой основе, размещая их в менее жесткой технологической системе. Для повышения эффективности процесса необходимо установить оптимальные режимы механической и электрохимической обработки деталей. При отсутствии возможности использования на начальном этапе промышленного оборудования для гибридных технологий, с учетом необходимости проведения модернизации имеющегося технологического оборудования для осуществления процесса электрохимического шлифования, целесообразно исследование указанного процесса производить путем его моделирования на устройствах-имитаторах. Цель работы: разработка устройства для исследования и моделирования процесса электрохимического шлифования токопроводящих деталей абразивными головками на металлической связке. Методика исследований. Для моделирования процесса электрохимического шлифования токопроводящих деталей абразивными головками на металлической связке нами было разработано специальное устройство. Оно позволяет производить базирование заготовки, инструмента, реализовывать процесс электрохимического шлифования, его кинематические и электрические условия – главное движение, линейное перемещение рабочих органов, механические и электрические режимы, а также позволяет обеспечить необходимые условия для реализации технологии и реализовать систему управления. Результаты и обсуждение. Для определения влияния механических режимов резания на шероховатость обработанной поверхности образца детали, изготовленного из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, проведены эмпирические исследования на спроектированном устройстве. Планирование и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием стандартной методики подготовки и проведения полного факторного эксперимента. Полученная модель позволяет определить рациональные механические режимы резания и оценить их влияние на качество обрабатываемой поверхности.

Введение. Производство пищевого оборудования преследует основную цель: создание технологического оборудования высокой эффективности, позволяющего повысить производительность труда при одновременном снижении энергетических затрат. Совершенствование существующего и создание нового высокопроизводительного оборудования для пищевого производства является одной из основных тенденцией развития современного машиностроения. Под гомогенизацией (буквально слово «гомогенизация» означает «повышение однородности») понимают процесс обработки эмульсий, который приводит к дроблению дисперсной фазы. Гомогенизация – это процесс измельчения жидких или пюреобразных пищевых продуктов за счет пропускания их с высокой скоростью и давлением через узкие кольцевые щели. Авторы предлагают для гомогенизации применить механизмы кулачкового типа. Они позволят более рационально распределить время на всасывание и нагнетание продукта. Возможность понижения скорости при нагнетании продукта будет положительно сказываться на процессе гомогенизации. Цель работы: снижение потребляемой мощности при гомогенизации. Методика исследований основывается на методах ТММ. Они позволили разработать методику синтеза механизма привода гомогенизатора и спроектировать машину, обеспечивающую ее работу в соответствии с предложенной цикловой диаграммой. Результаты и обсуждения. Синтез механизмов осуществлялся с учетом полезной нагрузки, которая была определена для существующих отечественных машин при получении плавленого сыра. Так, при заданной производительности 550 л/ч и диаметре плунжера, равном 28 мм, технологическое усилие составило F = 12 315 Н. В соответствии с предложениями авторов было проведено изменение конструкции гомогенизатора за счет внедрения кулачковых механизмов. При проектировании этого привода была предложена новая цикловая диаграмма, позволившая увеличить время на нагнетание продукта и уменьшить время на всасывание. Так, на нагнетание продукта предложено 280°, а на всасывание – 80° по цикловой диаграмме. При этом мощность на приводном валу получили равной Р = 2,5 кВт вместо 3,5 кВт для существующей конструкции, имеющей привод от кривошипно-шатунного механизма. В результате потребляемая мощность уменьшилась на 26 %.

Введение. Существует широкий спектр методов для улучшения свойств чугуна при помощи разнообразных технологий. Пример таких методов – нанесение защитного покрытия TiN, нормализация чугуна, нанесение диффузионных карбидсодержащих покрытий и др. Однако эти методы имеют недостатки: изменение размеров после обработки, слабое сцепление покрытия с материалом подложки. В нашей работе мы рассмотрели один из наиболее перспективных и современных методов – ионную имплантацию. Целью работы является изучение влияния имплантации с различными дозами ионов азота (для определения оптимального режима) для изменения поверхностных и механических свойств чугуна. Методы. Образцы чугуна были имплантированы ионами азота различными дозами для выбора наиболее оптимального режима (оптимальной дозы имплантированных ионов азота как нитридообразующего элемента). Исследована микроструктура поверхности образцов чугуна после обработки с помощью сканирующего электронного микроскопа «Стереоскан S-180» при увеличении 2900, 5000 крат. Выполнен микродюрометрический анализ образцов с помощью металлографического микроскопа Neophot-2, оснащенного приставкой для измерения микротвердости, при нагрузке 10 г после имплантации образцов чугуна различными дозами ионов азота. Был также осуществлен рентгеноструктурный анализ на дифрактометре ДРОН-3 для определения фазового состава и тонкой структуры модифицированных образцов чугуна. Результаты и обсуждение. Ионная имплантация образцов чугуна значительно повышает микротвердость. Так, в результате проведенных исследований установлено, что наилучшие механические свойства (микротвердость) наблюдаются у образцов чугуна после имплантации ионами N+ с дозой 5⋅1017 ион/см2 и энергией 40 КэВ. Рентгеноструктурный анализ показал, что в результате имплантации ионами азота образуются нитриты Fe2N и Fe3N, а также наблюдаются изменения в тонкой структуре (средняя плотность дислокации и величина блоков мозаики).

Введение. Замена тазобедренного сустава является наиболее сложной и критически важной ортопедической операцией по сравнению с заменой коленного и плечевого суставов. За последние несколько десятилетий произошло значительное развитие технологии замены тазобедренного сустава, а различные биоматериалы были существенно усовершенствованы. Все больше операций по замене тазобедренного сустава проходят успешно, что помогает людям восстановить нормальную повседневную активность и трудовую деятельность, приближенную к состоянию до перелома. Однако необходимость повторной операции уже по замене имплантата у активных пациентов по-прежнему наблюдаются через несколько лет после первичной операции. Это подчеркивает необходимость разработки долговечных биоматериалов и индивидуализированных имплантатов тазобедренного сустава для снижения износа имплантата и риска вывиха. В данном исследовании разработан новый композиционный биоматериал на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) в акрилате с различным массовым содержанием ПЭЭК (0, 5 и 10 %) в акрилатном базовом материале. Проведены испытания для определения его свойств, биосовместимости и возможности 3D-печати. На основе разработанного материала методом 3D-печати изготовлены стержни (в соответствии со стандартом ASTM) для последующего изучения скорости изнашивания. Возможность использования разработанных композиционных материалов для изготовления эндопротезов также была тщательно исследована. Цель работы. Целью данного исследования является разработка и изучение нового композитного биоматериала на основе ПЭЭК в акрилате с различным массовым содержанием ПЭЭК (0, 5 и 10 %) в акрилатном базовом материале. В рамках исследования проведена оценка свойств, биосовместимости и возможности 3D-печати материала. На 3D-принтере с использованием технологии печати цифровым проектором (DLP) при комнатной температуре были напечатаны стержни, соответствующие стандарту ASTM. Проведено экспериментальное исследование износостойкости в условиях сухого трения скольжения полученных образцов для определения влияния массовой доли ПЭЭК на скорость изнашивания и прочность разработанного материала при трении о диск из стали SS 316. Для анализа структуры поверхности и распределения элементов в материале использовали сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) и энергодисперсионную спектроскопию (ЭДС). Методы исследования. Для 3D-печати стержней, соответствующих стандарту ASTM, и ацетабулярного вкладыша с различным массовым содержанием ПЭЭК в акрилате использовали технологию 3D-печати, основанную на спекании полимера цифровым светодиодным проектором (DLP). Испытания на сухое трение скольжения проводили с использованием машины трения, реализующей схему «стержень – диск». В ходе испытаний варьировали скорость вращения диска и нормальную нагрузку на стержень. Исследования были спланированы для определения влияния входных параметров на скорость изнашивания. Проведено 9 экспериментов на дистанции скольжения 4 км для каждого варианта массового содержания ПЭЭК. Диапазон нагрузки составлял 20…100 Н, а скорость скольжения варьировали от 450 до 750 об/мин. Структура поверхности и распределение элементов были проанализированы методами энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Результаты и обсуждение. Данное исследование демонстрирует преимущества варьирования массовой доли ПЭЭК в акрилате для биоматериалов, изготовленных методом DLP. Анализ результатов СЭМ, ЭДС и испытаний на изнашивание показал, что композит с 10 % масс. ПЭЭК в акрилате обладает превосходной микроструктурной целостностью, однородностью элементов и значительно более высокой износостойкостью. Композиционный материал из акрилата с 10 % масс. ПЭЭК, полученный с помощью DLP 3D-печати, пригоден для биомедицинских имплантатов и использования в здравоохранении.

Введение. В данном исследовании изучается влияние ключевых рабочих параметров (нагрузки, скорости скольжения и пути скольжения) на поведение в условиях изнашивания композиционных материалов, изготовленных из 40 % стекловолокна и полифениленсульфида (PPS) с различным процентным содержанием бентонитовой глины по весу. Основная цель работы заключалась в оценке того, как различные экспериментальные условия влияют на характеристики изнашивания. Для достижения этой цели проводили эксперименты с использованием ортогональной матрицы L9 в соответствии с методом Тагучи при трех уровнях сложности. Трибологические испытания выполняли на установке, которая реализует схему трения «стержень – диск» в соответствии со стандартами ASTM G99 с шестью образцами материалов, содержащими различные процентные доли бентонитовой глины. Результаты показывают, что износ исходного образца увеличивается с ростом приложенной средней нагрузки. В отличие от этого образцы, содержащие бентонитовую глину, демонстрируют уменьшение износа с увеличением средней нагрузки. Кроме того, увеличение содержания бентонитовой глины приводит к значительному уменьшению износа, но дальнейшее увеличение до 7 % глины приводит к заметному увеличению износа. Методы исследования. В этом исследовании изучено влияние нагрузки, скорости скольжения и весовой доли бентонитовой глины на износ и коэффициент трения (COF) композиционного материала. Композиционные образцы с различным содержанием глины были испытаны с использованием установки, реализующей схему трения «стержень – диск», а износ и коэффициент трения измерялись как зависимые параметры. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) использовалась для анализа поверхностей износа после испытаний, чтобы определить влияние независимых параметров на механизмы изнашивания и морфологию поверхности. Результаты выявили важные направления в характере трения и изнашивания при различных условиях. Сравнительный анализ дал представление об оптимизации трибологических характеристик материала путем балансировки нагрузки, скорости и содержания глины. Результаты и обсуждение. В данном исследовании изучено влияние добавления бентонитовой глины на износостойкость композитов PPS + GF (полифениленсульфид + стекловолокно). Полученные данные показывают, что износ снижается до 3 % при первоначальном увеличении процентного содержания бентонитовой глины по весу, но вновь возрастает при дальнейшем увеличении содержания глины. Отмечено, что более высокое процентное содержание бентонитовой глины по весу приводит к увеличению удельной скорости изнашивания и снижению коэффициента трения из-за проявления абразивного механизма изнашивания, вызванного агломерацией глины. Наоборот, более низкое процентное содержание бентонитовой глины по весу способствует снижению скорости изнашивания, увеличивая при этом коэффициент трения. Эта работа направлена на решение двойной задачи: оптимизации характеристик и снижения себестоимости материалов, используемых в условиях трения и износа. Обоснование актуальности исследования. Цель этого исследования – разработать органический полимерный композиционный материал, обладающий улучшенными характеристиками и конкурентоспособный с точки зрения затрат и прибыли. Одной из ключевых задач является создание такого композиционного материала с использованием бентонитовой глины – органического и легкодоступного материала, который можно приобрести по низкой цене. Это позволит производить композит по конкурентоспособной цене без ущерба для качества. Другой целью исследования является замена существующих фрикционных материалов в тормозных системах и муфтах новым разработанным композитом, что потенциально улучшит их характеристики и долговечность. Помимо этого, работа направлена на создание композиционного материала, пригодного для использования в подшипниках скольжения, особенно работающих в агрессивных средах. Такой композит должен обладать повышенной устойчивостью к химическому разрушению, обеспечивая увеличенный срок службы и надежность в тяжелых условиях эксплуатации.