CC BY
74
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Сибирское отделение РАН
Уральское отделение РАН
Министерство промышленности, науки и инноваций Пермского края
Федеральное агентство по делам молодежи «Росмолодежь»
ВЕСТНИК ПНИПУ
МАШИНОСТРОЕНИЕ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Том 15. № 3
Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета 2013
УДК 621.01
В38
Тематика журнала охватывает широкий круг научных и технических проблем машиностроения и материаловедения, фундаментальных и прикладных исследований в области машиностроения и материаловедения, актуальных проблем высшего технического образования, вопросы технической эстетики, интеграции науки, образования и производства.
Предназначен для ученых, инженеров, преподавателей вузов, аспирантов и докторантов, руководителей и специалистов академических и отраслевых НИИ.
Главный редактор Почетный главный редактор
Главный редактор серии Заместитель главного редактора Заместитель главного редактора
Редакционная коллегия
Петров ВЮ, доктор технических наук, профессор (ПНИПУ, Пермь) Анциферов ВН., доктор технических наук, профессор, академик РАН (ПНИПУ, Пермь)
Ханов АМ, доктор технических наук, профессор (ПНИПУ, Пермь) Баст Ю, профессор (Горная академия, Фрайберг, Германия) Сиротенко ЛД, доктор технических наук, профессор (ПНИПУ, Пермь)
Члены редакционной коллегии
Бамбуров В.Г. доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН (Институт химии
твердого тела УрО РАН, Пермь) Яковлев И.В. доктор технических наук, профессор (Институт гидродинамики СО РАН) Исмагилов З.Р. доктор химических наук, профессор (Институт катализа СО РАН) Шардаков ИН. доктор физико-математических наук, профессор (Институт механики сплошных
сред УрО РАН, Пермь) Симонов ЮН. доктор технических наук, профессор (ПНИПУ, Пермь) Георгиев МН. доктор технических наук (Институт механики БАН, София, Болгария) Щицын Ю.Д. доктор технических наук, профессор (ПНИПУ, Пермь) Иванов В А. доктор технических наук, профессор (ПНИПУ, Пермь)
Бульбович Р.В. доктор технических наук, профессор, действительный член Академии инженерных наук РФ, Академии навигации и управления движения РФ (ПНИПУ, Пермь) Файнбург Г.З. доктор технических наук, профессор (ПНИПУ, Пермь) Шендеров И Б. доктор технических наук (ОАО «ПНИТИ», Пермь) Черных ММ. доктор технических наук, профессор (ИжГТУ, Ижевск) Чернов В.П. доктор технических наук, профессор (МГТУ, Магнитогорск) Шалимов М.П. доктор технических наук, профессор (УрФУ, Екатеринбург) Фурман Е.Л. доктор технических наук, профессор (УрФУ, Екатеринбург) Наумов В А. кандидат геолого-минералогических наук (ПГНИУ, Пермь)
Дическул А .Д. кандидат технических наук, доцент, почетный работник высшего профессионального образования (Перм. авиац. техникум им. А.Д. Швецова, Пермь) Калетина Ю.В. доктор технических наук (Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург)
Флегентов В.К. кандидат технических наук (ЗАО «Новомет», Пермь) Фомин И Б. кандидат технических наук (ОАО «Пермский моторный завод», Пермь) Дубровский В А. кандидат технических наук (ОАО «Протон-ПМ», Пермь) Ответственный секретарь кандидат технических наук Муратов КР.
© ПНИПУ, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Т. Р. Абляз, П. В. Максимов
ДИНАМИКА РЕЖУЩЕГО ЭЛЕКТРОДА
ПРИ ПРОВОЛОЧНО-ВЫРЕЗНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ
ОБРАБОТКЕ............................................................................................. 7
С.К. Гребеньков, А.А. Шацов, И.В. Ряпосов
ДЕФОРМАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ ОТПУСКОУСТОЙЧИВЫХ НМС НА СТАДИИ РАВНОМЕРНОЙ ДЕФОРМАЦИИ...................................... 12
Е.А. Морозов, Е.С. Русин
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАКАЛЕННЫХ ЛАЗЕРОМ КОЛЬЦЕВЫХ ВЫСТУПОВ ИЗ ПОРОШКОВОЙ МЕДИСТОЙ СТАЛИ... 20
A.А. Сметкин
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ........................................................................................ 26
B.Я. Беленький, Д.Н. Трушников, Г. Младенов, Е. Колева
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ МЕТАЛЛОВ БОЛЬШОЙ ТОЛЩИНЫ....................................................... 33
Н.Д. Оглезнев, Т. Р. Абляз
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ПРОШИВКИ НА ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ОТВЕРСТИЙ....... 41
В.Н. Нечаев, А. И. Цаплин
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА
ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ОБЛАСТИ....................... 47
И.С. Пономарев, Е.А. Кривоносова, А.И. Горчаков
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОКСИДИРОВАНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ ОКСИДИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ......................................................... 56
Э.В. Лазарсон, А. С. Путина
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ СВАРОЧНЫХ РАБОТ ... 62
Ю.Д. Щицын, Д. С. Белинин, П. С. Кучев, С.Д. Неулыбин ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА РАБОТЫ РОТОРА
ПЛАСТИНЧАТОГО НАСОСА................................................................... 67
А.А. Сметкин, К. Р. Муратов, Р.Ф. Шаипов
ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ Т1-А1_-Ы.............................................................
А. В. Селезнева
НОВЫЕ АКЦЕНТЫ В ЦЕЛОСТНОМ ВОСПИТАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ.............................................................................................. 82
Е.А. Синкина
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К КОНТРОЛЮ
В СИСТЕМЕ ОБУЧЕНИЯ......................................................................... 86
Порядок представления и оформления статей............................................... 91
CONTENTS
T.R. Ablyaz, P.V. Maksimov
DYNAMICS OF CUTTING ELECTRODE DURING
WIRE ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING...................................... 7
S.K. Grebenkov, A.A. Shatsov, I.V. Ryaposov
STRENGTHENING OF TEMPER RESISTANCE LOW CARBON MARTENSITIC STEEL ON UNIFORM DEFORMATION STAGE............. 12
E.A. Morozov, E.S. Rusin
MECHANICAL TREATMENT OF ANNULAR PROJECTIONS OF POWDERED CUPROUS STEEL AFTER
THE LASER HEAT TREATMENT OPERATION....................................... 20
A.A. Smetkin
TENDENCIES FOR DEVELOPMENT OF PRODUCTION PROCESSES OF TITANIUM MATERIALS BY POWDER METALLURGY...................... 26
V.Y. Belenky, D.N. Trushnikov, G. Mladenov, E. Koleva
OPTIMIZATION OF ENERGY IMPACT ELECTRON BEAM
WITH ELECTRON BEAM WELDING HEAVY SECTIONS OF METAL .... 33
N.D. Ogleznev, T.R. Ablyaz
EFFECT OF CONDITIONS ELECTRICAL DISCHARGE TUFTING TO DIMENSIONAL ACCURACY AND ROUGHNESS OF HOLES........... 41
V.N. Nechaev, A.I. Tsaplin
MODELING OF HEAT AND MASS TRANSFER
OF A VISCOUS FLUID IN A RECTANGULAR REGION.......................... 47
I.S. Ponomarev, E.A. Krivonosova, A.I. Gorchakov INFLUENCE OF MODES OXYGENATING
ON THE MICROHARDNESS OF THE OXIDIZED COVERINGS............. 56
E.V. Lazarson, A.S. Putina
THE MAIN PROBLEMS OF RATIONING WELDING............................... 62
Y.D. Scshicin, D.S. Belinin, P.S. Kuchev, S.D. Neulybin
INCREASING RESOURCE OF THE PLATE ROTOR .............................. 67
A.A. Smetkin, K.R. Muratov, R.F. Shaipov
ELECTRON MICROSCOPY STUDIES OF TI-AL-N COATINGS............ 74
A.V. Selezneva
NEW ACCENTS IN COMPLETE EXTRACURRICULAR PROCESS........ 82
E.A. Sinkina
MODERN APPROACHES TO CONTROL IN TRAINING SYSTEM.......... 86
Paper submission requirements
91
УДК 621.1.9
Т.Р. Абляз, П.В. Максимов T.R. Ablyaz, P.V. Maksimov
Пермский национальный исследовательский политехнический университет Perm National Research Polytechnic University
ДИНАМИКА РЕЖУЩЕГО ЭЛЕКТРОДА
ПРИ ПРОВОЛОЧНО-ВЫРЕЗНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ
DYNAMICS OF CUTTING ELECTRODE DURING WIRE ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING
Рассмотрен процесс обработки деталей электродом-проволокой на проволочно-вырезном электроэрозионном станке. Описаны факторы, влияющие на возникновение погрешности. Предложена модель, позволяющая рассчитать и проанализировать колебания электрода-проволоки.
Ключевые слова: электроэрозионная обработка, проволочно-вырезная электроэрозионная обработка, поперечные колебания, собственные формы колебаний, электрод-инструмент.
The process of wire electrical discharge machining parts by wire electrode was considered. Describes the factors influencing the occurrence of error. Model allowing to calculate and analyze the fluctuations of the electrode-wire was proposed.
Keywords: electrical discharge machining, wire and spark erosion cut-out, transverse vibrations, own waveform, electrode tool.
Электроэрозионная обработка, в частности резание металлов и иных то-копроводящих материалов, основана на локальном термическом воздействии, вызванном электростатическим пробоем между режущим инструментом -металлической проволокой, и поверхностью обрабатываемой детали [1]. Режим обработки в большинстве случаев задается следующими параметрами: силой тока и напряжением на электроде и детали, частотой и профилем пульсации переменного тока.
Электростатический пробой между поверхностями режущей проволоки-электрода и обрабатываемой деталью образуется в том месте, где расстояние между этими поверхностями минимально [1-4]. Место возникновения пробоя зависит от профиля режущего инструмента, в реальных системах носит стохастический характер, в интегральном смысле приводит к образованию ше-
роховатостей на обрабатываемой поверхности, параметры которой зависят от управляющих параметров.
В силу физической сложности процесса обработки, связанного со случайным характером возникновения пробоя между взаимодействующими поверхностями, в результате резания детали гибким электродом-проволокой (струной) возможно возникновение пробоев, направленных не в плоскости резания. Это приводит к появлению силы, приложенной к натянутой проволоке в направлении, перпендикулярном направлению реза, в результате чего в натянутой проволоке (струне) возникают паразитные поперечные колебания, приводящие к нарушению плоскостности боковой поверхности реза, появлению геометрических отклонений размеров и профиля реза от проектировочных (рисунок) [1, 2].
На сегодняшний день актуальной является задача минимизации паразитных колебаний режущего инструмента с целью повышения точности электроэрозионной обработки.
Для описания вынужденных колебаний натянутой проволоки, являющейся в данном случае режущим инструментом, часто применяют уравнение колебаний струны [3, 4]:
ЭИ без смещения
Деформация ЭИ
Погрешность
V
Рис. Формирование боковых поверхностей реза
с заданными краевыми условиями
I п \ ди щ = I (х), —
I*) ^ >> д1
= 8(х)
Ь=0
и граничными условиями
щ . = о, щ = о.
1х=0 ' 1х=/
При этом возникает вопрос о корректном задании внешних воздействий, приводящих к нестационарным вынужденным колебаниям струны. Данная проблема может быть решена двумя способами. При первом подходе для описания внешних воздействий на струну рассматриваются все физические процессы, реально проявляющиеся при электроэрозионном процессе резания металла, к которым относятся: электростатический пробой, вызванный разностью потенциалов на электроде и обрабатываемой поверхности; силы притяжения Кулона между взаимодействующими поверхностями; электродинамические силы; локальный температурный нагрев обрабатываемой поверхности и проводящей среды, приводящий к локальному тепловому расширению среды и локальному повышению гидростатического давления со стороны жидкости в канале разряда, и т.д. Учет всех возможных взаимодействий представляется сложно реализуемым с технической точки зрения. Имеются работы, где подобный подход реализован с применением численных методов математического моделирования, с применением СБХ и аналогичных пакетов инженерного анализа, однако решения получены для частных случаев и результаты плохо применимы для формулирования аналитических зависимостей между силовыми факторами и параметрами вынужденного движения струны.
В данной работе предлагается применить иной подход, при котором не рассматривается физическая природа вынуждающей силы. Присутствующие в реальной системе электростатические и электродинамические силы малы, частота изменения внешних сил далека от собственной часты колебаний режущего инструмента, поэтому представляется возможным решение линейной задачи о вынужденных колебаниях, в которой амплитуда колебаний проволоки будет пропорциональна внешней силе. При этом закон вынужденного движения проволоки ищется в виде линейной комбинации собственных форм колебаний струны, взятых с некоторыми коэффициентами [3], величина которых определяется в процессе решения динамической задачи. На амплитуду паразитных колебаний режущей проволоки влияют управляющие параметры (законы изменения силы тока и напряжений, сила натяжения проволоки), а также свойства материалов проволоки и разрезаемой детали. Следует выполнить ряд натурных экспериментов с целью определения влия-
ния перечисленных параметров на характеристики обрабатываемой поверхности: неплоскостность, шероховатость и т.д., - значения которых могут быть определены путем измерения локальных отклонений на координатно-измерительной машине и построения профилограмм обрабатываемой поверхности. Общие закономерности влияния рассматриваемых управляющих параметров на исследуемые характеристики могут быть получены путем проведения регрессионного анализа полученных экспериментальных данных. Примеры полученных профилограмм приведены в работе [2].
При анализе значений на профилограммах целесообразно проведение Фурье-анализа с целью выявления тех гармоник, которые вносят наибольший вклад в вынужденное движение режущего инструмента. Впоследствии при решении динамической задачи методом разложения по собственным формам в ряду можно будет оставлять только значимые слагаемые-гармоники.
Определенные таким образом значения динамических прогибов натянутой проволоки позволяют даже без рассмотрения реальной физической природы вынуждающих сил проводить исследования вынужденных колебаний режущего инструмента; определять величины геометрических погрешностей, вызванных паразитными колебаниями проволоки в направлении, перпендикулярном направлении реза; подбирать управляющие параметры и режимы реза, соответствующие заданным требованиям к точности поверхности реза и ее шероховатости.
Список литературы
1. Абляз Т.Р. Изучение погрешности формы, возникающей при обработке криволинейных поверхностей на проволочно-вырезном электроэрозионном станке // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Машиностроение, материаловедение. - 2011. - Т. 13, № 3. - С. 51-54.
2. Иванов В.А., Абляз Т.Р. Повышение точности обработки деталей на проволочно-вырезном электроэрозионном станке // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Машиностроение, материаловедение. - 2012. - Т. 14, № 2. - С. 67-70.
3. Puri A.B., Bhattacharyya В. Modelling and analysis of the wire-tool vibration in wire-cut EDM // Journal of Materials Processing Technology. - 2003. -№ 141. - Р. 295-301.
4. Абляз Т.Р., Иванов В.А. Расчет вибрации электрода-инструмента в процессе электроэрозионной обработки // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Машиностроение, материаловедение. - 2012. - Т. 14, № 3. - С. 22-26.
Получено 2.09.2013
Абляз Тимур Ризович - аспирант, лауреат премии «Инженер года», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Максимов Петр Викторович - кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Ablyaz Timur Rizovich - Graduate Student, Engineer of the Year award winner, Perm National Research Polytechnic University (614990, Perm, Komso-molsky аv., 29, e-mail: [email protected]).
Maksimov Petr Victorovich - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Perm National Research Polytechnic University (614990, Perm, Kom-somolsky аv., 29, e-mail: [email protected]).
