CC BY
4
8. Истираемость таблеток. ОФС.1.4.2.0004.15. Общая фармакопейная статья (утв. и введена в действие Приказом Минздрава России от 31.10.2018 N 749) («Государственная фармакопея Российской Федерации. XIV издание. Том II».
Ледовский Сергей Павлович, аспирант, serega. ledowscky@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, e.v.pant@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF QUALITY INDICATORS OF PRESSED SINGLE FOOD PRODUCTS S.P. Ledovsky, E. V. Pantyukhina
The main product defects that form in a centrifugal-type hopper feeding device for automatic feeding of pressed piece food products into automatic packaging machines are considered.
Key words: abrasive action, automatic loading, abrasion, gravimetrically, piezoresonators, mechanical strength.
Ledovsky Sergey Pavlovich, postgraduate, serega. ledowscky@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pantyukhina Elena Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 005
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-516-517
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДАМИ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ И АЭРОТЕРМОАКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
М.С. Калугина, М.Ю.Силаев, А.И. Олехвер, З.Н. Расулов, Е.Ю. Ремшев
На машиностроительных предприятиях большую актуальность имеют задачи оценки качества исходного материала и прогнозирования эксплуатационных характеристик готовых изделий. В настоящее время на предприятиях, как правило, осуществляется выборочный контроль качества исходного материала, часто методом визуального осмотра. Существующие методики имеют повышенную трудоемкость и не всегда гарантируют высокий результат. На стадии входного контроля технологического процесса предлагается внедрить методику, основанную на регистрации сигналов акустической эмиссии, которая позволит без больших затрат времени дать оценку качества поступившего исходного материала на соответствие его свойств значениям, указанным в сертификате и на отсутствие недопустимых дефектов. Также важно уметь прогнозировать качество изготовленного изделия во времени (эксплуатационные свойства). Существующие в настоящее время способы прогнозирования эксплуатационных характеристик машиностроительных изделий в большинстве своем разрушающие, основаны на результатах оценки выборочной партии изделий, связаны со значительными трудовыми и энергетическими затратами. Исследования, представленные в настоящей статье направлены на обеспечение эксплуатационной надежности упругих элементов.
Ключевые слова: титан, свойства, обработка, АТАО, микроструктура.
В современных условиях поступательного развития космической и военно-технической отрасли в Российской Федерации актуальным является создание новых видов техники и совершенствование существующих узлов и деталей. Повышение эффективности и совершенствование тактико-технических характеристик предопределяет создание новых алгоритмов, программных комплексов, механических и электромеханических систем, а также систем управления. Приоритетные направления развития науки, технологий и техники «Перспективные виды вооружения, военной и специальной техники», «Транспортные и космические системы» и развитие критических техноло-гий:«Базовые и критические военные и промышленные технологии для создания перспективных видов вооружения, военной и специальной техники», «Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» определяют исследование и применение новых конструкционных, деформируемых и композиционных материалов в узлах и деталях. Применение новых материалов связано с решением различных задач, таких как: снижение массы изделия, увеличение коррозионной стойкости и т.д. другие. Большое значение имеет повышение эффективности и надежности работы отдельных элементов конструкции и изделия в целом. При увеличении срока службы ответственных деталей (до 25-30 лет) снижается себестоимость изготовления изделия в целом. Практически каждый элемент космической, механической, электронной системы снабжен упругим элементом для аккумулирования энергии, гашения колебаний, передачи нагрузки сжатия или растяжения другим элементам узлов и деталей машин, амортизация при транспортировке и многое другое. Предъявление повышенных требований по точности работы упругих элементов в новых узлах, а также в существующих образцах повышает требования к технологии изготовления и методикам контроля эксплуатационных свойств. При отработке технологических процессов, исследовании режимов термической и термомеханической обработки для получения требуемых механических свойств этих сплавов выработаны оптимальные режимы (табл.1).
В связи с высокими требованиями к точности изготовления и сохранению эксплуатационных свойств изделий в течение длительного времени из титановых сплавов, а также сопряженных с интенсивностью производства (необходимость увеличения объемов производства) и не всегда удовлетворительным качеством исходного материала существующих технологических решений и методик контроля исходного материала и эксплуатационных свойств готовых изделий недостаточно.
Таблица 1
Физико-механические характеристики титановых сплавов _
Сплав Временное сопротивление разрыву, ав кгс / мм2 Относительное удлинение, 8 % Относительное сужение, ^ % Макроструктура Микроструктура
ТС6 > 127 > 4 > 10 2 балл -
ВТ16 > 105 > 10 > 30 3 балл 7 тип
ВТ23 100-125 > 8 - - -
Таким образом, обеспечение эксплуатационной надежности упругих элементов из специальных сплавов сопряжено с:
-обеспечением должного контроля входного материала на соответствие сертификату на предприятии изготовителе упругих элементов оперативно и без применения широкого спектра специализированного лабораторного оборудования;
-разработкой неразрушающих способов прогнозирования основных эксплуатационных свойств пружин на длительный период эксплуатации (25-30 лет) с возможностью контроля каждой пружины изготовленной партии;
-технологический контроль режимов термической и термомеханической обработки без применения технологии изготовления образцов свидетелей для достоверного качественного определения микроструктуры каждого изделия;
- учитывая особенности изменения микроструктуры титановых сплавов и физическую сущность структурно-фазовых изменений при воздействии температуры, холодной деформации и других факторов разработка способов комбинированного воздействия (на исходный материал или готовую пружину) с целью изменения микроструктуры (аэротермоакустическая обработка).
Экспериментальные исследования. Входной контроль материала необходим для выявления недопустимых трещин на поверхности и внутри проката, неоднородностей и пустот в исходном материале, соответствие химического состава, механических свойств и микроструктуры сертификату. Определение параметров качества исходного материала осуществляется на предприятии изготовителе проката, определение параметров по сертификату осуществляется по существующим методикам (испытание на растяжение, изготовление и исследование микрошлифа, химический анализ). Обнаружение трещин в титановом прокате осуществляется методами ультразвуковой дефектоскопии, но ввиду особенностей ультразвукового метода невозможно контролировать тонкие ленты и проволоку габаритом меньше 3-4 мм (мертвая зона). Поэтому решение задачи комплексного контроля входного материала, и разработка неразрушающего способа оценки качества тонких листов, лент и проволоки актуальна не только при производстве упругих элементов из титанового сплава, но и в других отраслях. Перспективным для решения этой задачи является метод акустической эмиссии(АЭ).
Необходимость разработки методик прогнозирования эксплуатационных свойств пружин на длительный период времени обоснована в работах [1,2]. В настоящее время разработана и защищена патентом методика прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин из титанового сплава ВТ23 методом акустической эмиссии [3], разработана методика оценки качества спиральных пружин из сплава ВТ23, продолжаются исследования по разработке методик для других типов конструкций пружин(Рис.1) и традиционных материалов (рессорно-пружинная сталь 60С2А, 65С2ВА).
в г
Рис. 1. Исследуемые пружины: а- винтовая пружина сжатия из стали 65С2ВА; б - спиральная пружина из сплава ВТ23 датчик и предусилитель системы акустической эмиссии; в-тарельчатые пружины и оснастка их заневоливания; г - циклические нагружения пакета тарельчатых пружин из 8 штук на испытательной
машине ГМС-50
В рамках выполнения научно-исследовательской работы установлены закономерности между уровнем сигналов акустической эмиссии и параметрами микроструктуры (сплава ВТ23) при кратковременном троекратном обжатии и длительной выдержки пружин. Эти закономерности вошли в основу методики оценки оперативного каче-
ства микроструктуры сплава ВТ23 в процессе изготовления пружин. Не меньший интерес для науки и производства представляет установление закономерностей между параметрами акустической эмиссии и микроструктурой пружин из классических рессорно-пружинных сталей 60С2А и 65С2ВА.
Исследование тарельчатых пружин из стали 60С2А. Пружины подвергнуты термической обработке по режиму: закалка при 860°С, охлаждение в масле + отпуск при 420°С. В процессе изготовления пружины подвергались трехкратному обжатию и заневоливанию с регистрацией сигналов акустической эмиссии (АЭ). Результаты регистрации сигналов АЭ представлены в Таблице 2.
Таблица 2
Регистрация сигналов акустической эмиссии__
№ п/п Образец Сила сжатия Р, т Общее кол-во импульсов АЭ №общ при ьобжатии Общее кол-во импульсов АЭ ^бщ.72
N1 общ N2 общ N 3 общ
1 ТП № 1 10 347 183 227 17
2 ТП № 3 10 11034 2541 955 1
3 ТП № 8 10 2274 971 438 3
Проведены также циклические испытания пружин в интервале рабочих нагрузок(Табл.З) и изготовлены микрошлифы (Рис.2).
Таблица 3
Результаты циклических испытаний и релаксация__
№п/п Образец Рн.™., кН Рконечн., кН Релаксация Я, %
1 ТП № 1 47,43 45,08 4,95
2 ТП № 3 46,67 47,06 0,84
3 ТП № 8 45,18 44,57 1,35
ТП № 1. х 500 ТП № 3. х 500
- ■ 'V' V"
■ - /> — : /. " ''
* ■.'лМ- ■>;. ; 7 V ■ '<-■■ ■■■.
> ' ■' • ' .-Г;
(■■ ■%■ -й-"Л,' :
. ' л ' г ■ » <;* ■ '
■ \ . ■ ' - ' Л - :'' • . : V /"!
.*'; " Щ К
Л :
ТП № 8. х 500
Рис. 2. Микроструктура тарельчатых пружин из стали 60С2А
Микроструктура всех исследованных образцов тарельчатых пружин № 1, 3 и 8 представляет собой игольчатый троостит с остаточным аустенитом (Рис. 2), что для стали марки 60С2А соответствует состоянию после закалки и отпуска. На поверхности всех трех образцов имеется неоднородное по глубине обезуглероживание, причем местами - до чистого феррита. Глубина обезуглероживания составляет: от 0 до 0,05 мм - до чистого феррита,до 0,1 мм - частичное обезуглероживание. Тем не менее, дисперсность микроструктуры образца №1 наименьшая среди всех исследуемых образцов, качественно прослеживается явная неоднородность микроструктуры образца №1 по отношению к остальным. Фазовый состав образцов 3 и 8 больше напоминает классическую микроструктуру игольчатого троостита с остаточным аустенитом, что косвенно подтверждается меньшим уровнем сигналов АЭ при зане-воливании и меньшей релаксацией при циклических нагрузках.
Задача структурно-фазового изменения микроструктуры пружин наиболее актуальна для титановых сплавов и сопряжена с отсутствием значительного материала в литературе по различным способам воздействия на материал и классическим подходом ведущих организаций для получения заданных физико-механических характеристик титановых и других сплавов. В БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова проф. Усковым В.Н., проф. Воробьевой Г.А., Ремшевым Е.Ю. реализуются исследования по применению комбинированного способа аэротермоакустической об-работки(АТАО) на деформированные сплавы [4,5]. Специальное технологическое оборудование для АТАО включает газоструйный генератор звука (ГГЗ), в резонаторе которого происходит охлаждение деталей.
5 -I
Рис. 3. Схема газоструйного генератора звука (ГГЗ): 1 - заготовка; 2 - резонатор; 3 - клин; 4 - ресивер;
5 - штуцер; 6 - сопловой блок
Температура старения сплава ВТ23 предполагает, нагрев пружины до требуемой температуры и выдержки в течение 10-12 часов. Применение комбинированных операций старения и АТАО может значительно снизить энергозатраты. Для оценки возможности применения АТАО в качестве технологической операции исследованы три группы образцов из сплава ВТ23 (табл.3).
Таблица 3
Режимы термических операций образцов из сплава ВТ23_
Группа образцов Закалка Старение
1 850°С 550°С 10часов
2 550°С 3 часа +АТАО
3 550°С 1 час +АТАО
в
Рис. 4. Микроструктура титанового сплава ВТ23: а, б, в - группы 1,2,3 соответственно
Все образцы закаливались при температуре 850 °С , после закалки образцы группы 1 старились по стандартному режиму старения при 550°С в течение 10 часов. Образцы группы 2 и 3 подвергались комбинированной обработки старения при температуре 550°С с выдержкой 3 и 1 час соответственно, а также АTАO. После исследовалась микроструктура образцов из сплава BT23^^.4).
Образцы всех групп соответствуют ( а + ß ) структуре титанового сплава BT23 характерной для упругих элементов, обработанных по режиму закалки и старения. Сравнение образцов группы 1 и 3 показало, что сплав этих образцов состоит из равноориентированной первичной а -фазы, а также дисперсных включений вторичной а и ß. Вторичная а - фаза выражена включениями средних размеров, что в сочетании с дисперсностью благоприятно влияет на упругопластические характеристики и релаксацию пружин. Анализируя микроструктуру образцов группы 2, видно, что в сплаве практически полностью преобразовалась первичная а - фаза. Вторичная а - фаза выражена в мелких дисперсных глобулах равномерно расположенных по всему объему материала. Свойства образцов группы 2 по результатам анализа микроструктуры отличаются от остальных групп более высокими упругопластическими характеристиками. Образцы, обработанные по режиму №2, также являются приемлемыми для упругих элементов. Результаты исследования применения АTАO для обработки титанового сплава BT23 доказывают возможность использования этого вида обработки в сочетании со старением для получения заданных механических характеристик. Применение АTАO позволит снизить время старения, что положительно отразится на энергоэффективности технологического процесса в целом. Наличие подобной установки при производстве упругих элементов позволяет воздействовать на исходный материал или готовое изделие с целью изменения его микроструктуры и получение, или улучшение свойств до заданных техническими требованиями. Обоснованность применение этого метода по сравнению с существующими методами термической и АTАO обоснована его энергоэффективностью и простотой использования.
Выводы. Исследования, направленные на обеспечение эксплуатационной надежности упругих элементов и результаты исследований методов акустической эмиссии и аэротермоакустической обработки, позволяют говорить о значительном потенциале применения акустических методов в производстве изделий из титановых сплавов. Актуальными для развития представляются следующие задачи: разработка методики оценки качества исходного материала методами ультразвуковой дефектоскопии и акустической эмиссии на соответствие материала показателям сертификата (химический состав, механические свойства, микроструктура, макроструктура, наличие внутренних и наружных дефектов);разработка методик прогнозирования релаксации и ползучести пружин различных конструкций (спиральная, винтовая, тарельчатая) из различных материалов на длительный период эксплуатации. Исследование метода аэротермоакустической обработки в пружинном производстве при формировании окончательного структурно-фазового состояния изделия и обеспечение корректировку свойств исходного материала за счет акустического воздействия на материал.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (НИР «Исследование и прогнозирование градиентных полей прочности и пластических характеристик металлов в процессах холодной обработки давлением при сложном нагружении», FZWF-2024-0006).
Список литературы
1. Fridrich H., Kiese J., Haldenwanger H.-G., Stich A. Titanium in Automotive Applications - Nightmare, Vision or Reality II Ti-2003 Science and Technology, edited by G.Lutjering et.al., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co publ. 2004. P. 3393-3402.
2. Wang Bo. Microstructural evolution during aging of Ti-10V-2Fe-3Al titanium alloy II Bo Wang, Ziguan Liu, Yuan Gao, Shangzhou Zhang, Xiaoyan Wang // Journal of University of Science and Technology Beijing, August 2007.№ 4, Volume 14. P. 335-340.
3. Шаболдо О.П. Создание пружинного материала на основе высокопрочного титанового ß-сплава марки ТСб / О.П. Шаболдо, Я.М. Виторский, Е.А. Караштин // «ЦНИИ материалов - 100 лет на благо России». Санкт-Петербург, 2012. C. 158-168.
4. Шаболдо О.П. Tермомеханическое упрочнение титанового ß- сплава ТСб / О.П. Шаболдо, Я.М. Виторский // Вопросы материаловедения, 2012. №2(70). С. 45-53.
5. Шаболдо О.П. Пружинные материалы со специальными свойствами из труднодеформируемых высокопрочных высоколегированных термомеханически упрочняемых сплавов на основе титана, никеля и ниобия / О.П. Шаболдо, Я.М. Виторский, Е.А. Караштин, Е.В. Васильев, М.В.Сорокин // Металлообработка, 2011. №2 (б2). С. 2835.
6. Оценка релаксационной стойкости тарельчатых пружин на основе метода акустической эмиссии / Г.А. Данилин, А.В. ^тов, Е.Ю. Ремшев и др. // Деформация и разрушение материалов. М., 2012. № 3. С. 41-44.
7. Ремшев Е.Ю. Применение метода акустической эмиссии для контроля качества тарельчатых пружин из сплава BT23 // Металлообработка. СПб., 2012. № 4. С. 27-33.
8. Грузнов Ф.А. Способ прогнозирования релаксационной стойкости тарельчатых пружин. Патент № 2469310,1974.
9. Анализ влияния режимов аэротермоакустической обработки стали 40Х на параметры акустической эмиссии/ Воробьева Г.А.,Усков В.Н.,Ремшев Е.Ю., Преображенская М.А. II Tруды 14-й международной научно-практической конференции «Tехнологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика». СПб. СПГПУ, 2012. С. 86-91.
10. Усков В.Н., Г.А. Данилин, Воробьева Г.А., А.В. Tram, Е.Ю. Ремшев, Кукуня Ю.С. Влияние аэротер-моакустической обработки на свойства деформированных титановых сплавов // Металлообработка. СПб., 2013. № 1. С. 50-59.
Калугина Мария Сергеевна, инженер, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, АО «Концерн «Океанприбор»,
Олехвер Алексей Иванович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова,
Силаев Михаил Юрьевич, старший преподаватель, labmetcontrol@inbox. ru, Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова,
Расулов Зайнодин Нурмагомедович, канд. техн. наук, доцент, labmetcontrol@inbox. ru, Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова,
Ремшев Евгений Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
ENSURING THE OPERATIONAL RELIABILITY OF ELASTIC ELEMENTS BY METHODS OF ACOUSTIC EMISSION
AND AEROTHERMOACOUSTIC TREATMENT
M.S. Kalugina, M.Y. Silaev, A.I. Olehver, Z.N. Rasulov, E.Y. Remshev
At machine-building enterprises, the tasks of assessing the quality of the source material and predicting the operational characteristics of finished products are of great relevance. Currently, enterprises, as a rule, carry out selective quality control of the source material, often by visual inspection. Existing methods have increased labor intensity and do not always guarantee a high result. At the stage of input control of the technological process, it is proposed to introduce a methodology based on the registration of acoustic emission signals, which will allow, without much time, to assess the quality of the received source material for compliance with its properties with the values specified in the certificate and for the absence of unacceptable defects. It is also important to be able to predict the quality of the manufactured product over time (performance properties). Currently existing methods for predicting the operational characteristics of machine-building products are mostly destructive, based on the results of evaluating a sample batch of products, and associated with significant labor and energy costs. The research presented in this article is aimed at ensuring the operational reliability of elastic elements.
Key words: titanium, properties, processing, ATAO, microstructure.
Kalugina Maria Sergeevna, engineer, technolog@oceanpribor. ru, Russia, Saint Petersburg, JSC «Concern «Okeanpribor»,
Olikhver Alexey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, leshicher@mail. ru, Russia, St. Petersburg, D.F. Ustinov Baltic State Technical University «VOENMEKH»,
Mikhail Yurievich Silaev, senior lecturer, labmetcontrol@inbox. ru, Russia, St. Petersburg, D.F. Ustinov Baltic State Technical University «VOENMEKH»,
Rasulov Zainodin Nurmagomedovich, candidate of technical sciences, docent, labmetcontrol@inbox. ru, Russia, St. Petersburg, D.F. Ustinov Baltic State Technical University «VOENMEH»,
Remnev Evgeny Yurievich, candidate of technical sciences, docent, remshev@mail. ru, Russia, St. Petersburg, D.F. Ustinov Baltic State Technical University «VOENMEKH»
УДК 621.867.7
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-521 -522
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВСАСЫВАЮЩЕГО ТРУБОПРОВОДА В ХОЛОДНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
А.С. Лунев, И.В. Карнаухов, В.В. Абрамов, К.В. Трояков, Ю.Е. Серебренников
Обеспечить работоспособность объёмного гидропривода самоходных машин можно на стадии их проектирования. Оптимизация параметров всасывающего трубопровода позволяет улучшить всасывающую способность насосов. Представлена методика расчёта максимально допустимой вязкости рабочей жидкости.
Ключевые слова: кавитационный режим, вязкость жидкости, гидролиния, лесопогрузчик, динамические характеристики.
На сегодняшний день гидравлический привод является основным приводом тяжело нагруженной техники. К таким видам техники можно отнести:
- дорожно-строительную;
- лесозаготовительную;
- технику, применяемую в нефтяной и газовой промышленности, а также другие виды.
Более трети территории нашей страны расположены в тяжёлых климатических условиях. Низкие температуры рабочей жидкости оказывают отрицательное влияние на работоспособность и эффективность гидравлического привода самоходных машин, особенно в период пуска. При повышении вязкости рабочей жидкости ухудшается всасывающая способность насосов, а при дальнейшем понижении температуры возможен разрыв сплошного потока и возникновение кавитационного режима работы насосов. Кавитация, как известно, приводит к повышенному шуму при работе насосов, ухудшению их динамических характеристик, резкому увеличению износа (кавитационной эрозии) поверхностей трения и, как следствие, снижению долговечности. В режиме развитой кавитации насосы выходят из строя через два-три часа. Таким образом исследование зависимости параметров объёмных насосов является актуальной темой и требуется более подробного изучения.
