Science & Technique (E-Journal) / НАУКА и ТЕХНИКА
Not a member yet
2025 research outputs found
Sort by
Плазмотрон для нанесения покрытий
Get PDFThe paper analyzes reasons for application of plasma torches of special design for deposition of heat-resistant layers of thermal barrier coatings that contribute to minimum oxygen content in the zone of spraying. It contains detailed description of design for a plasma torch with a nozzle that allows better protection of a plasma stream against atmospheric exposure.Heated inert gas (Ar) is fed inside the nozzle along its walls through holes in its end part. Air around a plasma jet is displaced, additional compression of the plasma occurs and due to this oxygen content is decreased in a coating and efficiency of material deposition is increased. An additional use of a tungsten insert in an electronic node makes it possible to create a pair of tungsten – tungsten in an electrode assembly and the life of the electrode assembly will be increased due to high erosion resistance, electrical conductivity, thermal conductivity and sufficient strength in 2–2.5 times while increasing spray performance through toughening regimes. The paper presents testing results of the developed plasma torch and its prototype for duration of continuous operation and intensity at 500 A current, 70 V voltage, nitrogen flow rate of 45 l/min (standard mode for deposition of oxide ceramics). Coatings from nickel–chromium–aluminum–yttrium powder have been obtained while using plasma torches with the same parameters of deposition and a comparative analysis of the technological properties have been made in the paper. The developed plasma torch has more qualitative characteristics of subsurface plasma coatings: increase in adhesive strength – by 1.4 times, material utilization ratio – by 1.3 times, micro-hardness – by 1.3 times, porosity decrease – by 2.3 times.В статье проанализированы причины применения для напыления жаростойких подслоев теплозащитных покрытий специальных конструкций плазмотронов, способствующих минимальному содержанию кислорода в зоне напыления. Подробно описана разработанная авторами конструкция плазмотрона с насадкой, позволяющая улучшить защиту плазменного потока от воздействия атмосферы. Внутрь насадки вдоль ее стенок через систему отверстий в концевой части насадки подается нагретый инертный газ (Аr). Воздух вокруг плазменной струи вытесняется, происходит дополнительное сжатие плазмы, в результате чего в покрытии уменьшается содержание кислорода и повышается эффективность осаждения материала. Дополнительное применение вольфрамовой вставки в электронном узле позволит создать пару вольфрам – вольфрам в электродном узле, что за счет высокой эрозионной стойкости, электропроводимости, теплопроводности и достаточной прочности увеличит ресурс электродного узла в 2–2,5 раза при повышении производительности напыления из-за ужесточения режимов. Приведены результаты испытаний разработанного плазмотрона и аналога на длительность непрерывной работы и интенсивность при токе 500 А, напряжении 70 В, расходе азота 45 л/мин (стандартный режим напыления оксидной керамики). На плазмотронах при одинаковых параметрах напыления получены покрытия из порошка никель–хром–алюминий–иттрий и проведен сравнительный анализ технологических свойств. Разработанный плазмотрон имеет более качественные характеристики плазменных подслойных покрытий: увеличение прочности сцепления – в 1,4 раза, коэффициента использования материала – в 1,3 раза, микротвердости – в 1,3 раза, уменьшение пористости – в 2,3 раза
Структура и триботехнические свойства хромовых покрытий, сформированных электродеформационным плакированием гибким инструментом
Get PDFThe paper contains results of investigations on structure and tribotechnical properties of chromium coatings formed by a method of electrodeformation cladding with flexible tools (EDCFT). The purpose of these investigations is to assess prospects for application of the coatings as an alternative to galvanic chrome plating which is widely used in manufacturing hydraulic cylinder rods of metal-cutting machines. Rotary metal brushes with a wire pile made of 65Г-steel and 03Х17Н14М2-stainless steel have been used as a flexible tool. A compacted bar obtained by sintering a mixture of pure chromium powders and a nano-sized diamond-graphite blend UDDG has been employed as a donor material for EDCFT. According to results of the research it has been established that alloying elements of wire pile such as chromium and nickel are added to a coating composition while forming coatings a stainless steel brush. So in the case of using brushes with wire pile of 03X17H14M2-stainless steel the amount of chromium and nickel in a clad coating layer is 5.3 and 9.6 times higher in percentage, respectively, in comparison with the coating formed by a 65Г-steel brush that can contribute to improvement of coating corrosion resistance. At the same time, surface relief of the coating has a developed rough structure consisting of chromium microparticles having various size that are tightly packed and elongated in the direction of brush rotation and there are no flaws in the form of discontinuities and delaminations. Tribological tests have been performed under conditions of “boundary lubrication” on a rotary friction machine that implements friction of a rubber indenter on a flat surface of a rotating disk. According to data of the tribotechnical tests it has been ascertained that under conditions of “boundary friction” for such paired samples as “coated disc – rubber roller” chromium coatings formed by the EDCFT method, have the lowest values of a sliding friction coefficient (fтр = 0.023) which are 7.5 times lower than chromium coatings obtained by electroplating. At the same time the wear of rubber rollers in pairs with electroplated chromium coatings has turned out to be less than in pairs with the coating formed by the EDCFT method.. Приведены результаты исследований структуры и триботехнических свойств хромовых покрытий, сформированных методом электродеформационного плакирования гибким инструментом (ЭДПГИ), выполненных с целью оценки перспектив их применения в качестве альтернативы гальваническому хромированию, широко используемому при изготовлении штоков гидроцилиндров металлорежущих станков. В качестве гибкого инструмента применялись вращающиеся металлические щетки с проволочным ворсом, выполненным из стали 65Г и нержавеющей стали 03Х17Н14М2. Материал-донор при ЭДПГИ – компактированный брусок, полученный путем спекания смеси порошков чистого хрома и наноразмерной алмазно-графитовой шихты УДАГ. По результатам исследований установлено, что при формировании покрытий щеткой из нержавеющей стали в состав покрытия привносятся легирующие элементы проволочного ворса, такие как хром и никель. Так, в случае использования щеток с проволочным ворсом из нержавеющей стали 03Х17Н14М2 количество хрома и никеля в плакированном слое покрытия по процентному содержанию соответственно в 5,3 и 9,6 раза больше, чем в покрытии, сформированном щеткой из стали 65Г, что может способствовать повышению коррозионной стойкости покрытий. При этом рельеф поверхности покрытия имеет развитую шероховатую структуру, состоящую из плотно уложенных и вытянутых в направлении вращения щетки различных по размерам микрочастиц хрома, а также сглаженных микровыступов и микроуглублений, дефекты покрытия в виде несплошностей и отслоений отсутствуют. Триботехнические испытания выполнялись в условиях «граничной смазки» на машине трения вращательного типа, реализующей трение резинового индентора по плоской поверхности вращающегося диска. По данным триботехнических испытаний установлено, что в условиях «граничного трения» спаренных образцов «диск с покрытием – резиновый ролик» наименьшими значениями величин коэффициента трения скольжения (fтр = 0,023) обладают хромовые покрытия, сформированные методом ЭДПГИ, которые в 7,5 раза меньше, чем у хромовых, полученных гальваническим осаждением. В то же время износ резиновых роликов в парах с гальваническими хромовыми покрытиями оказывался меньшим, чем в парах с покрытием, сформированным методом ЭДПГИ
Экспериментальные исследования по определению состава полимерных упаковочных материалов с биоцидными добавками
Get PDFThe paper shows that creation of materials with antibacterial and antifungal action presupposes an introduction of additives in them. One of the directions concerning fight against mold fungi is an inclusion of biocide additives having vegetable origin in structure of polymer materials used for manufacturing packing products. The main mission of anti-microbial additives is reduction of microbe amount in product mass and on its surface. Activity of anti-microbial compounds depends on the following parameters: concentration of active component, pH, temperature, polymer type, introduction method (with plasticizer or in melting state) and time period of their contact with polymer. In addition it is necessary to take into account such not unimportant factor as sensitivity of micro-organisms. Modern film polymer materials ensure only a certain level of product protection. They can not targetedly affect biochemical and microbiological changes in a packing product. It is necessary to develop new packing materials with selective permeability that create a barrier on the way of extremely intensive gas and moisture exchange, outside microflora flow, and prevent an evolution of undesired micro-organisms on packing products. Polymers have been selected as a basis for a bactericide packing material. Investigations have shown that composition including PEHP 98% (polyethylene of high pressure) + DGR (disproportionate gum rosin) + DETA (diethylenetriamine) has inhibited (hindered) sufficiently in a good way growth of mold fungi and PEHP composition with additives of tallow pitch and polyethylenepolyamine has demonstrated a rapid deterioration of strength characteristics and an increase in additive of the supposed mixture including pine oleoresin (POR) with DETA and DGR (with DETA more than 2%) hinders rapidly strength material characteristics.В статье показано, что создание материалов с антимикробным и антигрибковым действием предполагает введение в них специальных добавок. Одним из направлений борьбы с плесневыми грибами является включение добавок биоцидов растительного происхождения в структуру полимерных материалов, используемых для изготовления упаковки. Основная задача антимикробных добавок – снижение количества микробов в массе изделия и на его поверхности. Активность антимикробных соединений зависит от таких параметров, как концентрация активного компонента, pH, температура, тип полимера, метод ввода (с пластификатором или в расплаве) и время их контакта с полимером. Кроме того, следует учитывать такой немаловажный фактор, как чувствительность микроорганизмов. Современные пленочные полимерные материалы обеспечивают лишь определенный уровень защиты продукции. Они не могут направленно воздействовать на биохимические и микробиологические изменения в упакованном продукте. Необходимо производить новые упаковочные материалы с избирательной проницаемостью, создающие барьер на пути излишне интенсивного газои влагообмена, поступления микрофлоры извне, препятствующие развитию нежелательных микроорганизмов на упаковываемых изделиях. В качестве основы для бактерицидного упаковочного материала были выбраны полимеры. Исследованиями установлено, что достаточно хорошо ингибировала (тормозила) рост плесневых грибов композиция ПЭВД 98 % + ДЖК + ДЭТА (ПЭВД – полиэтилен высокого давления; ДЖК – диспропорционированная живичная канифоль; ДЭТА – диэтилентриамин), а также, что композиция ПЭВД с добавками таллового пека и полиэтиленполиамина показали резкое ухудшение прочностных характеристик, а с увеличением добавки предполагаемой смеси сосновой живичной канифоли (СЖК) с ДЭТА (более 2 %) и ДЖК резко ухудшаются прочностные характеристики материала
Влияние полифункциональной добавки на процесс твердения и свойства цементного бетона
Get PDFThe paper presents results of research aimed at developing a new semi-functional concrete additive that provides an increase in rate and level of its strength growth while reducing energy costs to accelerate hardening process, as a basis for reducing energy intensity in manufacturing of concrete and reinforced concrete products and structures. Experimentally a rational ratio of components for a polyfunctional additive has been found of mass cement: a superplasticizer based on polycarboxylate resins (for example, “Stachement 2000” or “Relamiks PC”) – 0.5 %, ultradispersed microsilica (SiO2) – 1.0 %, sodium sulfate (Na2SO4), hardening accelerator – 0.5 %, aluminum sulfate (Al2(SO4)3), sealing additive structure ‒ 0.25 %. The mentioned components ensure the largest increase in strength of cement stone and structural heavy concrete. Results of derivatographic and X-ray phase analyses have shown that strength growth is based on formation of a fine-crystalline form of low-base crystalline silicates of CSH-silicate group, which complements traditionally formed C2SH by the reaction of threeand two-calcium silicate cement with water, as well as it is based on an increase in the number of neoplasms due to the reaction of Ca(OH)2 with amorphous SiO2 and ettringite 3CaO × Al2O3 × 3CaSO4 × 32H2O, being formed due to reactions with cement aluminates these are accelerating-compacting additive components, that in total provides an increase in density and strength of cement stone. While having the case with concrete, the effect is complemented by hardening the zone of contact between aggregate surface and cement stone due to the reaction between Ca(OH)2 and SiO2. These effects have been confirmed by growth (up to 38 %) of water which is chemically bound with cement in presence of a multifunctional additive in samples of cement stone, which is characterized by the largest strength. While using standardized testing methods, effectiveness of a multifunctional additive has been experimentally confirmed and it has been expressed in growth of quality characteristics and properties of structural heavy concrete: compressive strength – up to 40–60 %, flexural strength – up to 15 %, reduction of shrinkage – up to 50 % and water absorption – by 1.5–2 times, increase in frost resistance from brand F250 to F500, water resistance – from W6–W8 to W20.В статье приведены результаты исследований, направленных на разработку новой полифункциональной добавки в бетон, обеспечивающей повышение темпа и уровня роста его прочности при снижении энергетических затрат на ускорение процесса твердения, как базы для снижения энергоемкости производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Экспериментально выявлено рациональное соотношение компонентов полифункциональной добавки от массы цемента: суперпластификатор на основе поликарбоксилатных смол (например, «Стахемент 2000» или «Реламикс ПК») ‒ 0,5 %, ультрадисперсный микрокремнезем (SiO2) ‒ 1,0 %, сульфат натрия (Na2SO4), ускоритель твердения ‒ 0,5 %, сульфат алюминия (Al2(SO4)3), уплотняющий структуру добавки, ‒ 0,25 %. Перечисленные компоненты обеспечивают наибольший рост прочности цементного камня и конструкционного тяжелого бетона. Результаты дериватографического и рентгенофазового анализов показывают, что рост прочности базируется на образовании мелкокристаллической формы низкоосновных кристаллогидратов силикатной группы CSH, дополняющей традиционно формирующиеся при реакции трех- и двухкальциевого силиката цемента с водой ‒ C2SH, а также на увеличении количества новообразований за счет реакции Ca(OH)2 с аморфным SiO2 и эттрингита 3CaO × Al2O3 × 3CaSO4 × 32H2O, образующегося за счет реакций с алюминатами цемента вещества ускоряюще-уплотняющего компонента добавки, что в совокупности обеспечивает рост плотности и прочности цементного камня. В бетоне эффект дополняется упрочнением зоны контакта поверхности заполнителя с цементным камнем за счет реакции между Ca(OH)2 и SiO2. Эти эффекты подтверждены ростом (до 38 %) химически связанной цементом воды в присутствии полифункциональной добавки в пробах цементного камня, характеризовавшегося наибольшей прочностью. С использованием стандартизованных методик испытаний экспериментально подтверждена эффективность полифункциональной добавки, выразившаяся в росте качественных характеристик и свойств конструкционного тяжелого бетона: прочности на сжатие – до 40–60 %, в растяжении при изгибе – до 15, снижении усадки – до 50 % и водопоглощении – в 1,5–2 раза, росте морозостойкости с марки F250 до F500, водонепроницаемости с W6–W8 до W20
Анализ расхода электрической энергии трамваем в зависимости от используемого типа световой сигнализации
Get PDFIn the XXI century, when environmental awareness is growing and the impact of human activity on the planet is more and more noticeable, striving to minimize energy consumption seems to be a necessary direction in the development of technology. This development cannot take place without an initial understanding and describing the relationships influencing specific technologies. It also needs empirical verification of assumed theories. Modern trams play an important role in the functioning of urban transport. Being one of the oldest modes of environmentally friendly transport, in European capitals they are currently perceived as one of the most convenient means of transport. This is due, among other things, to the high velocity of transport along the route. The energy consumed by trams indirectly depends on the driving characteristics, i. e. speed, acceleration and stops on the route, which are also caused by stopping at traffic light controlled junctions. This paper presents the results of an experiment showing the change in the level of electric energy consumption depending on the applied method of traffic light control. This article presents the conditions influencing the power consumption in trams, describes the possible strategies of traffic lights control and their consequences for other traffic participants. The research was carried out in real conditions in everyday traffic, measuring the level of electricity consumption in case of both fixed-time and actuated signaling with full priority for trams. On the examined section there were both modern asynchronous-drive as well as traditional resistor-drive vehicles. The conclusions drawn from the survey confirm the validity of introducing modern solutions and may be useful for estimating investment costs.В XXI в., когда растет общественное осознание важности экологических проблем, а результаты деятельности человека на планете носят все более заметный характер, стремление к минимизации расходования энергии представляется единственно правильным и необходимым направлением развития технологий. Это развитие не может осуществляться без предположения и описания зависимостей, влияющих на конкретные технологии, а также без эмпирических исследований, которые данные предположения верифицируют. Современные трамваи как первый вид экологического транспорта сегодня во многих крупных европейских городах считаются одним из наиболее удобных средств передвижения. Причина популярности современного трамвая заключается в скорости его передвижения по выделенным путям. Расход энергии при этом зависит от профиля движения трамвая по трассе, который во многом определяется количеством ускорений, торможений и остановок, в том числе на регулируемых перекрестках. В публикации представлены результаты эксперимента, целью которого был анализ изменения электрической мощности, требующейся трамваю для прохождения трассы, в зависимости от выбранного способа управления световой сигнализацией. Сформулированы условия, которые влияют на величину расхода энергии. Представлены возможные стратегии управления световой сигнализацией на перекрестках с участием трамваев и их последствия для прочих участников движения. Исследования выполнялись в режиме действующей транспортной сети в условиях рабочего дня. Была проведена регистрация количества расхода энергии для разных стратегий управления сигнализацией: с постоянным временем переключения, а также аккомодационной с максимальным приоритетом для трамваев. Исследования касались всех видов трамваев (как современных с асинхронным двигателем, так и с тяговым приводом), которые проследовали по выбранному участку трамвайных путей. Результаты исследований подтверждают обоснованность внедрения современных стратегий управления движением трамвая и могут найти применение в том числе при планировании новых инвестиций в развитие трамвайных маршрутов
Конструкция устройства для улавливания конвейерных лент и методика расчета основных параметров ловителей
Get PDFResults of the analysis of scientific, technical and patent literature show that while having a great variety of constructive implementation of the proposed catchers there are no efficient and sufficiently reliable devices for catching conveyor belts at its reverse motion which are relatively simple in design. This is proved by practical activity of enterprises involved in extraction and processing of commercial minerals and other industries. A new design of a conveyor belt catcher that meets most requirements for the given equipment has been developed at the Institute of Mining, Ural of Branch of the Russian Academy of Sciences and then it has been tested under industrial conditions. The design makes provision for retention of the conveyor belt at its reverse motion beyond free edges from transported material. Catching devices are installed on both sides of the belt. Braking action of the belt at the reverse motion occurs due to its friction interaction with a catcher friction shoe located above the belt, and an eccentric mounted on the frame under the belt. A friction shoe is made with a concave curved surface facing the belt. The paper presents a calculation methodology of main parameters for the proposed design of catcher conveyor belts that permits to determine a force catching a conveyor belt down and for every braking period distance which has been passed by the belt, value of its compression, value of braking force, braking time and acceleration of belt motion, time and length of the distance passed by the belt to its full stop, parameters of a catcher and supporting structures, and other parameters. The paper also provides results of calculations for main design parameters of catching devices with an inclined conveyor having a belt width of 1400 mm for two catcher design versions: with location of an eccentric under the belt, and a brake shoe over the belt (option I) and with location of the eccentric over the conveyor belt, and the brake friction shoe under the belt (option II).Результаты анализа научно-технической и патентной литературы показывают, что при всем многообразии конструктивного исполнения предложенных ловителей отсутствуют сравнительно простые по конструкции, эффективно действующие и достаточно надежные устройства для улавливания конвейерной ленты при ее обратном ходе. Это подтверждается практикой предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых, а также других отраслей. В Институте горного дела Уральского отделения Российской академии наук разработана и прошла испытания в промышленных условиях новая конструкция ловителя конвейерных лент, удовлетворяющая большинству требований, предъявляемых к устройствам такого назначения. В конструкции предусмотрено удержание конвейерной ленты при обратном ее ходе за свободные от транспортируемого материала края. Улавливающие устройства устанавливаются с обеих сторон ленты. Торможение ленты при обратном ходе происходит за счет ее фрикционного взаимодействия с фрикционным башмаком ловителя, расположенным над лентой, и эксцентриком, установленным на раме под лентой. Фрикционный башмак выполнен с вогнутой криволинейной поверхностью, обращенной к ленте. Приведена методика расчета основных параметров предлагаемой конструкции ловителей конвейерных лент, позволяющая определить силу, скатывающую ленту конвейера вниз, а также в каждом периоде торможения – пройденный лентой путь, величину ее сжатия, величину тормозной силы, время торможения и ускорение движения ленты, время и длину пути, проходимого лентой до ее полной остановки, параметры ловителя и несущих металлоконструкций и прочие параметры. Приведены результаты расчета основных конструктивных параметров улавливающих устройств для наклонного конвейера с шириной ленты 1400 мм по двум вариантам конструктивного исполнения ловителя: с расположением эксцентрика под лентой, а тормозного башмака над лентой (вариант I) и с расположением эксцентрика над лентой конвейера, а тормозного фрикционного башмака под лентой (вариант II)
Влияние частоты нагружения на усталость конструкционных материалов
No full textInvestigations have been carried out in respect of structural steel and titanium alloy fatigue at various cyclic loading frequencies and these investigations have made it possible to reveal regularities in changes of parameters pertaining to fatigue resistance and stability behaviour of the tested materials. A change in cyclic loading frequency affects duration of a single (during one cycle) stay of the material in the loaded state and it has an impact on its durability. In addition, with an increase in frequency of load cycles, deformation rate becomes higher, and stress build-up time is decreasing, while distortion of a crystal lattice is increasing due to reduction of time for development of a weakening process. This process is accompanied by an increase in intensity of grain crushing into fragments and blocks, and their disorientation. Tests on cyclic strength of the studied material samples have been carried out at various frequencies and at a room temperature according to the following loading schemes: cantilever cyclic transverse bending of a flat sample; cantilever bending with rotation of a cylindrical sample; axial tension on a pulsating cycle. Quantitative estimates of a fatigue resistance index in the form of slope tangent in a left branch of the fatigue curve to a cycle axis have been used in order to analyze and evaluate performance and stability of the tested materials. Methods for mathematical statistics have been applied to process the obtained results. Graphic dependences of fatigue curves have been plotted in logarithmic coordinates that allowed to obtain straightening of approximating lines for experimental data. The investigations have revealed that loading frequency has an ambiguous effect on fatigue resistance due to some differences in materials in respect of their reaction to changes in a load spectrum within different areas of the fatigue process, but at the same time it has been found that an increase in fatigue strength leads to a slope decrease in the fatigue curve regardless of a decrease or an increase in a load frequency. The paper proposes a new approach to assess a cyclic strength and durability of materials, and it comprises a system of parameters including a relative coefficient of limited endurance, a correlation coefficient and a slope tangent of the fatigue curve. Behavior dynamics for real machine parts and structures made of these alloys under operating conditions has been indicated in the paper.Выполнены испытания на усталость конструкционных сталей и титанового сплава при различных частотах циклического нагружения, в результате которых выявлены закономерности изменения показателей сопротивления усталости и стабильности поведения испытанных материалов. Изменение частоты циклического нагружения влияет на продолжительность разового (в течение одного цикла) пребывания материала в нагруженном состоянии, что сказывается на его долговечности. Помимо этого, с ростом частоты циклов нагрузки скорость деформирования возрастает, а время нарастания напряжения уменьшается, одновременно увеличиваются искажения кристаллической решетки за счет сокращения времени развития процесса разупрочнения. Данный процесс сопровождается ростом интенсивности дробления зерен на фрагменты и блоки и их разориентировкой. Испытания на циклическую прочность образцов исследуемых материалов проводили при различных частотах и комнатной температуре по следующим схемам нагружения: консольный циклический поперечный изгиб плоского образца; консольный изгиб с вращением цилиндрического образца; осевое растяжение по пульсирующему циклу. Для анализа и оценки работоспособности и стабильности испытанных материалов применяли количественные оценки показателя сопротивления усталости в виде тангенса наклона левой ветви кривой усталости к оси циклов. Для обработки полученных результатов воспользовались методами математической статистики. Графические зависимости кривых усталости строили в логарифмических координатах, что позволило получить спрямление аппроксимирующих линий экспериментальных данных. В ходе исследований установлено: частота нагружения имеет неоднозначное влияние на сопротивление усталости из-за различий материалов в своей реакции на изменение спектра нагрузок в разных зонах усталостного процесса, но при этом обнаружено, что повышение усталостной прочности приводит к уменьшению наклона кривой усталости независимо от снижения или увеличения частоты нагрузки. Предложен новый подход к оценке циклической прочности и долговечности материалов, который включает в себя систему параметров из относительного коэффициента ограниченной выносливости, коэффициента корреляции и тангенса наклона кривой усталости. Обозначена динамика поведения реальных деталей машин и конструкций, изготовленных из этих сплавов, в условиях эксплуатации
Некоторые особенности создания подшипниковых узлов прецизионных электрошпинделей на основе пар трения скольжения
Get PDFIn mechanical engineering, various types of bearing units are used in moving connections and sliding pairs (sliding bearings, guides, bushings) are sufficiently widely used. This allows increasing the stiffness of the units, reducing their dimensions, improving heat dissipation, etc. But there are higher friction losses, probability in the increases of situations in which there is a jamming of friction surfaces for application of sliding friction pairs compared to the rolling bearings. These problems are even more important for application of sliding bearings in precision equipment, which typically operates under temperature and humidity stabilized conditions. The aim of the work is the development of methodological approaches to the creation and rational design and manufacture of sliding friction pairs based on the composite antifriction materials’ coatings for the application in vertical precision program-controlled electrospindles for high-speed machining. Questions of development and manufacturing of friction units for precision electrospindles with high rigidity on the basis of composite materials are considered. It is shown that acceptable cutting speed (750 m/min or more) for the quality standpoint of processing with a diamond-like tool can be achieved by placing the cutting edge of the tool on diameter of 200 mm. As a result, two tasks solved: the rigidity of the electrospindle for ultra-high accuracy of mechanical blade processing is achieved; high smoothness of work is provided, which allows achieving nanometric surface roughness with a decrease of deviations to 1 µm from the middle surface line. It is extremely important for a number of special applications.В машиностроении в подвижных соединениях используются различные типы подшипниковых узлов, причем достаточно широко – пары скольжения (подшипники скольжения, направляющие, втулки). Это позволяет повысить жесткость узлов, уменьшить их габаритные размеры, улучшить теплоотвод и обеспечить снижение шума и вибраций. Однако в ряде случаев при использовании пар трения скольжения возникают более высокие по сравнению с подшипниками качения потери на трение, повышается вероятность возникновения ситуаций, когда происходит заедание трущихся поверхностей. Большое значение эти проблемы имеют при применении подшипников скольжения в прецизионном оборудовании, которое, как правило, функционирует при стабилизированных по температуре и влажности внешних условиях. Поэтому целью исследований являлась разработка методических подходов к созданию и рациональному конструированию и изготовлению пар трения скольжения на основе применения покрытий из композиционных антифрикционных материалов, используемых в вертикальных прецизионных программно-управляемых электрошпинделях для скоростной механической обработки. Рассмотрены вопросы разработки и создания подшипниковых узлов прецизионных электрошпинделей повышенной жесткости с парами пар трения скольжения на основе композиционных материалов. Диаметры подшипников скольжения могут быть достаточно большими, что позволяет достигнуть требуемой сверхвысокой точности механической обработки и нанометрической шероховатости обрабатываемой поверхности. Приемлемые с позиций качества обработки алмазоподобным инструментом скорости резания (750 м/мин и более) могут быть достигнуты при размещении режущей кромки инструмента на диаметре 200 мм, что позволяет использовать в конструкции шпинделя смазываемые подшипники скольжения. Вследствие этого комплексно решаются две задачи: достигается необходимая для сверхвысокой точности механической лезвийной обработки жесткость электрошпинделя; обеспечивается высокая плавность работы, позволяющая достичь нанометрической шероховатости поверхности при снижении макроотклонений до 1 мкм от средней линии поверхности, что в совокупности чрезвычайно важно для ряда специальных применений
Эффективность уплотнения некомпактных сплавов алмазным выглаживанием
Get PDFActive use of parts synthesized while using additive technologies from powders is limited due to presence of residual porosity contributing to a decrease in strength, ductility, fracture toughness, crack resistance, workability by cutting, as well as tribotechnical characteristics. It has been proposed in order to expand scope of parts application derived from non-compact alloys to use methods of surface layer hardening. Specific features of local surface-plastic deformation have been investigated by diamond smoothing of samples from a sintered titanium alloy ВT1-0, as well as an alloy based on titanium aluminides LMD ОX 45-3 (Ti–45Al–3Nb) synthesized by selective laser sintering. It has been established that diamond burnishing is an effective method of compacting surface layer of samples from low-plastic non-compact materials obtained by various methods. It has been shown that in order to eliminate effectively porosity and increase strength of a surface layer for bearing surfaces of parts made from these materials, processing must be performed in a narrow range of mode parameters taking into account mechanical properties of the material, residual porosity and tool parameters. For example, application of diamond smoothers with a sphere radius of 0.5 mm leads due to a small contact surface of a tool and low ductility of the material being processed to destruction of the surface layer, as the tool “fails” into large pores, which causes spalling of the material or uneven effect of the tool on the surface layer. It has been determined that for the effective application of the established regimes it is necessary to take into account an initial porosity which has a random distribution over the surface area of the studied samples. For maximum compaction efficiency of an alloy based on a sintered titanium alloy ВT1-0, as well as an alloy based on titanium aluminides LMD ОХ 45-3 (Ti–45Al–3Nb), a cumulative effect of smoothing parameters should be taken into account.Активное применение деталей, синтезированных с помощью аддитивных технологий из порошков, ограничивается из-за наличия остаточной пористости, способствующей снижению прочности, пластичности, вязкости разрушения, трещиностойкости, обрабатываемости резанием, а также триботехнических характеристик. Предложено для расширения сферы применения деталей, полученных из некомпактных сплавов, использовать методы упрочнения поверхностного слоя. Исследованы особенности локального поверхностно-пластического деформирования алмазным выглаживанием образцов из спеченного титанового сплава ВТ1-0, а также сплава на основе алюминидов титана LMD ОХ 45-3 (Ti–45Al–3Nb), синтезированного путем селективного лазерного спекания. Установлено, что алмазное выглаживание является эффективным способом уплотнения поверхностного слоя образцов из малопластичных некомпактных материалов, полученных различными способами. Показано, что для эффективного устранения пористости и повышения прочности поверхностного слоя несущих поверхностей деталей из этих материалов обработку необходимо выполнять в узком диапазоне режимных параметров с учетом механических свойств материала, остаточной пористости и параметров инструмента. Например, использование алмазных выглаживателей с радиусом сферы 0,5 мм вследствие маленькой контактной поверхности инструмента и низкой пластичности обрабатываемого материала приводит к разрушению поверхностного слоя, так как инструмент «проваливается» в большие поры, что ведет к скалыванию материала или неравномерному воздействию инструмента на поверхностный слой. Определено, что для результативного применения установленных режимов необходимо учитывать исходную пористость, которая имеет случайное распределение по площади поверхности исследуемых образцов. Для максимальной эффективности уплотнения сплава на основе спеченного титанового сплава ВТ1-0, а также сплава на основе алюминидов титана LMD ОХ 45-3 (Ti–45Al–3Nb) необходимо учитывать совокупное влияние параметро
Особенности изгиба фторопластовой ленты с учетом разномодульности материала
Get PDFThe paper considers a technological process for production of sealing rings by winding a band work-piece on a cylindrical caliber mandrel with subsequent endurance under load and further cutting of a spiral in rings and also studies the possibility to obtain products while using a method for cold forming of a work-piece which excludes thermal stabilization operation. Taking into account the fact that fluorine plastic is a high-plastic material even at very low temperatures such technology looks quite real. Therefore winding of a band on a mandrel, endurance of a spiral work-piece without heating but under conditions of force action within the time which is necessary for completion of relaxation processes, and the subsequent cutting in rings will allow to obtain finished ring products of the required size. However fluoroplastic has specific mechanical properties and a number of specific features which are revealed during deformation process. Its deformation behavior considerably differs from behavior of low-molecular materials and therefore it requires a solid approach while using the existing theoretical base and developing calculation methodologies. While taking into consideration the fact that fluorine plastic is high density material and has structure with high degree of crystallinity, the mechanism of deformation behavior in it under conditions of a force field is mainly similar to metal behavior that allows to use methods and approaches for calculation of fluoroplastic products which are accepted in mechanics of solid bodies. However the applied calculating formulae require a certain correction and adaptation to specific features of mechanical fluoroplastic properties, one of which is its various rigidity at stretching and compression that is revealed in case of winding band work-piece on a mandrel. Fluorine plastic is a material with various modularity and its rigidity is higher during compression than under stretching and consequently in the case of band bending a neutral axis of section is displaced from the center of gravity to the area of compressed fibers, and the area of stretching is increasing. High elasticity at stretching and increase of this area lead to large accumulation of elastic deformations causing springing after unloading and changes in size of a finished product. These facts must be taken into account while calculating and designing a mandrel tool, it is also necessary to keep in mind various modularity of a material and possibility that a section being led to an uniform rigidity may take some other shape due to this. Calculation methodologies have been developed by the authors for both versions of section that take into consideration directly or indirectly a material with various modularity and which do not contradict each other and which are rather precisely proved by experimental data.Рассмотрен технологический процесс изготовления фторопластовых уплотнительных колец путем наматывания ленточной заготовки на цилиндрическую оправку-калибр с последующей выдержкой под нагрузкой и дальнейшим разрезанием спирали на кольца, а также исследована возможность получения изделий методом холодного формоизменения заготовки, исключающая операцию термофиксации. Такая технология, учитывая, что фторопласт даже при очень низких температурах является высокопластичным материалом, представляется вполне реальной. Поэтому намотка ленты на оправку, выдержка спиральной заготовки без нагрева, но в условиях силового воздействия в течение времени, необходимого для завершения релаксационных процессов, и последующая разрезка на кольца позволят получать готовые кольцевые изделия требуемых размеров. Однако фторопласт имеет специфику механических свойств и обладает целым рядом особенностей, проявляемых при деформировании. Его деформационное поведение значительно отличается от поведения низкомолекулярных материалов, а поэтому требует обоснованного подхода при использовании существующей теоретической базы и разработке расчетных методик. Учитывая, что фторопласт – высокоплотный материал и имеет структуру с высокой степенью кристалличности, механизм протекания в нем деформаций в условиях силового поля во многом подобен поведению металлов, что позволяет использовать для расчета фторопластовых изделий методы и подходы, принятые в механике твердых тел. Однако применяемые расчетные формулы требуют определенной коррекции и адаптации к особенностям механических свойств фторопласта, одна из которых – его различная жесткость при растяжении и сжатии, что проявляется при наматывании ленточной заготовки на оправку. Фторопласт – разномодульный материал, его жесткость при сжатии больше, чем при растяжении, и вследствие этого при изгибе ленты нейтральная ось сечения смещается от центра тяжести в область сжатых волокон, а область растяжения возрастает. Высокая упругость при растяжении и возрастание этой области приводят к большему накоплению упругих деформаций, вызывающих пружинение после разгрузки и изменение размеров готового изделия. Это необходимо учитывать при расчете и проектировании инструмента-оправки, учитывая в расчетных формулах разномодульность материала или рассматривая сечение, приведенное к единой жесткости, но принимающее при этом некоторую другую форму. Разработанные авторами расчетные методики для обоих вариантов сечения, учитывающие прямо или косвенно разномодульность материала, не противоречат друг другу и достаточно точно подтверждаются опытными данными