Научная статья на тему 'ИННОВАЦИОННЫЕ МИКРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА'

ИННОВАЦИОННЫЕ МИКРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
74
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МИКРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ / КАЧЕСТВО / ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / РАЗЛОМ / MICRO-POWER TECHNOLOGY / QUALITY / PRODUCTIVITY / FRACTURE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Королев Альберт Викторович, Королев Андрей Альбертович

В статье рассматривается одно из научных направлений кафедры «Технология и системы управления в машиностроении» СГТУ имени Гагарина Ю.А. Дано понятие микроэнергетическая технологии. Приводятся примеры микроэнергетических технологий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Королев Альберт Викторович, Королев Андрей Альбертович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INNOVATIONS IN MICRO-POWER TECHNOLOGIES FOR MECHANICAL ENGINEERING INDUSTRIES

The authors consider one of research areas at the department «Technologies and Control Systems in Mechanical Engineering» of Yuri Gagarin State Technical University of Saratov. The concept of micro-power technology is given, and the cases of micro-power technologies are provided.

Текст научной работы на тему «ИННОВАЦИОННЫЕ МИКРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 621

А.В. Королев, А.А. Королев

ИННОВАЦИОННЫЕ МИКРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Аннотация. В статье рассматривается одно из научных направлении кафедры «Технология и системы управления в машиностроении» СНУ имени Гагарина Ю.А. Jlauo понятие микроэнергетическая технологии. Приводятся примеры микроэиергетическихтехнологии.

Ключевые слова: микроэнергетическая технология, качество, производительность,

разлом

A.V. Korolev, А.А. Korolev

INNOVATIONS IN MICRO-POWER TECHNOLOGIES FOR MECHANICAL ENGINEERING INDUSTRIES

Abstract The authors consider one of research areas at the department «Technologies and Control Systems in Mechanical Engineering» of Yuri Gagarin State Technical University of Saratov. The concept of micro-power technology is given, and the cases of micro-power technologies are provided.

Keywords: micro-power technology, quality, productivity, fracture

ВВЕДЕНИЕ

Термин «микроэнергетика» был предложен Сетом Дунном (Worldwatch Institute), который к этой категории отнес маломощные генераторы электричества: солнечные батареи, ветро-генераторы, водородные элементы и газовые микротурбины. Однако с учетом развития современных технологий термин «микроэнергетика» необходимо трактовать более широко, как генерацию энергии малыми дозами. В технологии машиностроительного производства иногда используют генерацию технологической энергии малыми дозами. Например, процесс чеканки, ультразвуковой прошивки и другие. Но как технологический принцип микроэнегетического воздействия инструмента на обрабатываемую заготовку впервые был сформулирован и обоснован в работах научной школы технологов-машиностроителей СГТУ имени Гагарина Ю.А. [1-3].

Сущность микроэнергетической технологии заключается в подаче технологической энергии в рабочую зону локально, малыми дозами, но с высокой частотой. В зависимости от вида используемой энергии такая технология может называться микродинамической, микросветовой или микротепловой. В любом случае использование малой единовременной технологической энергии обеспечивает возможность достижения высокого качества обработки, а высокая частота подачи этих малых доз технологической энергии в рабочую зону обеспечивает достижение высокой производительности технологического процесса. В соответствии

34

с разработанной авторами теории микроэнергетической технологии в качестве одного из универсальных показателей качества изготовления изделий может служить затраченная единовременная работа (энергия).

В качестве примера микроэнергетической технологии можно привести технологию ультразвукового разлома деталей типа колец, осей валов и других [4-6]. К сожалению, до недавнего времени для осуществления технологического разлома применялись не достаточно совершенные способы. Например, разлом наружных колец шарнирных подшипников осуществлялся следующим образом. На торце кольца или на наружной фаске наносят концентратор напряжений, а затем в пневмотисках осуществляют двухстороннее сжатие кольца до разрушения. Указанная технология малоэффективна, так как при разломе деталей критическим нагружением затрачивается значительная единовременная работа, а, следовательно, в значительном объеме детали возникают критические напряжения, линия разлома получается неровная, на поверхности заготовки часто появляются мелкие сколы.

Из-за наличия в материале колец дефектов они, раскалываются часто не только в месте расположения концентратора напряжений, но и в других сечениях, разлом часто получается непрямолинейным, кольца сохраняют остаточную деформацию, теряют точность формы. Отсюда возникают значительные потери из-за брака. Так, например, при разломе в пневмотисках колец подшипника ШСП50 от 10% до 35% деталей от партии отходят в брак по некачественному разлому. Иногда большие партии деталей даже после многократной термической обработки не могут пройти операцию разлома, и вынуждены храниться в изоляторе. Этот неисправимый брак приводит к значительным экономическим потерям.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

С целью устранения отмеченных недостатков предложена микроэнергетическая технология и созданы полуавтоматы «ПАРК» для разлома деталей типа колец подшипников и роликов [7], обеспечивающая высокое качество разлома и предупреждения брака. Сущность предложенной технологии заключается в следующем. Также как и при обычном способе осуществляют двустороннее сжатее заготовки в тисках (рис. 1), но силу сжатия значительно уменьшают, вызывая в месте расположения концентратора напряжений упругий изгиб. Кроме того, губке тисков со стороны концентратора напряжения придают ультразвуковые колебания. Таким образом, технологическая энергия подается в зону обработки периодически малыми дозами, но с высокой частотой.

Рис. 1. Фотография полу автомата ПАРК для микродинамичсского разлома наружных колец шарнирных подшипников

Одним из результатов такой обработки является значительное повышение качества разлома. На рис. 2 показаны, например, фотографии двух колец после разлома.

а б

Рис. 1. Фотографии места разлома колец ШСП 50.02: а - статический разлом, б - ультразвуковой разлом

Как видно из рис. 1а, при статическом разломе линия разлома располагается под большим углом к образующей кольца. У кольца после ультразвукового разлома (рис. 16) линия разлома проходит вдоль образующей кольца. Объясняется это тем, что при микроэнергетической технологии необходимый для разлома запас суммарной энергии обеспечивается ультразвуковыми колебаниями инструмента. Ультразвуковые колебания приводят к циклическому нагружению зоны разлома. При каждом таком колебании заготовке сообщается малая доза энергии, со временем эта энергия накапливается и достигает критической величины. Но критические напряжения сосредотачиваются в малом объеме заготовки возле концентратора напряжений. Линия разлома проходит через дефекты материала заготовки, сосредоточенные в узкой полоске, следовательно, линия разлома получается более прямолинейной. Резко снижается вероятность появления крупных дефектов в виде сколов. В процессе разлома заготовка не теряет свои форму и размеры и не возникает опасность разлома вне плоскости расположения концентратора напряжений, что часто наблюдается при статическом разломе. Снижаются требования к предшествующей термической обработке и качеству материала колец.

Микродинамическая технология разлома колец шарнирных подшипников была успешно внедрена в производство и дала высокий экономический эффект. Результаты расчета экономического эффекта приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчета экономической эффективности микродинамической _технологии разлома колец шарнирных подшипников _

№ п/п Наименование показателей Ед. измерения Статический разлом Микродинамический разлом

1 Годовой объем выпуска колец тыс. шт. 1600 1600

2 Процент брака при разломе % 10 1

3 Цена одного бракованного кольца руб. 35 35

4 Дополнительные капитальные вложения тыс. руб. - 540

5 Годовой экономический эффект тыс. руб. - 4500

Как видно из таблицы 1, внедрение в производство только одного полуавтомата типа ПАРК обеспечивает годовой экономический эффект в сумме более 4,5 млн. руб., срок окупаемости капитальных вложений составляет менее 2 месяцев. Таким образом, эффективно решается задача повышения качества разлома деталей и уменьшения затрат на изготовление продукции.

Другим примером микроэнергетической технологии является микродинамическая релаксация остаточных напряжений. Остаточные напряжения неизбежно возникают при изготовлении изделий, в частности в процессе механической и термической обработки деталей. Поэтому на заключительной стадии изготовления деталей вводят операции стабилизации их геометрических параметров, правки и дополнительной механообработки.

На операции стабилизации геометрических параметров изделий чаще всего используют термический метод - низкотемпературный отпуск. Под действием нагрева колец подшипников до температуры 160-300°С и выдержки при этой температуре в течение 3-12 часов часть остаточных напряжений, возникших после предшествующей механической и термической обработки, устраняется, что стабилизирует геометрические параметры колец. Но при этом маложесткие заготовки подшипников теряют свою исходную форму - на заготовке может появиться овал, волнистость, отклонение от параллельности торцов, может изменяться размер. Поэтому после стабилизирующей термической операции вводят окончательную механическую обработку, что устраняет отмеченные погрешности.

Общими недостатками термического метода стабилизации изделий являются большие затраты энергии на нагрев деталей. Нагрев необходим для обеспечения деформации деталей, которая и устраняет остаточные напряжения. Но нагреву подвергается весь объем детали, а остаточные напряжения занимают лишь 3-8% его объема. Поэтому подавляющая часть энергии после выполнения операции улетучивается в пространство при охлаждении заготовки, оказывая вредное воздействие на экологию. Кроме того, тепловая энергия во многом теряется при преобразовании электрической энергии в тепловую, и при нагреве самой печи, и при отводе тепла через термозащиту печи. Поэтому коэффициент полезного действия процесса термического отпуска очень невелик. К числу недостатков указанной технологии относятся также низкая производительность, высокая стоимости оборудования, низкая стабильность получаемых геометрических параметров изделий. Кроме того, для осуществления операции термического отпуска надо остановить технологический процесс изготовления деталей, собрать заготовки в специальные контейнеры, а после обработки извлечь заготовки из контейнеров и доставить на рабочее место. Это дополнительно увеличивает затраты, в том числе затраты, связанные с незавершенным производством.

С целью устранения недостатков термического отпуска разработана технология микродинамической релаксации остаточных напряжений [8-13]. Сущность этой технологии заключается в том, что каждый участок заготовки подвергают периодической механической упругой деформации, в результате которой в силу эффекта упругого гистерезиса потенциальная энергия остаточных напряжений преобразовывается в энергию деформации деталей. Так как заготовка деформируется упруго, то в конце каждого цикла нагружен и ю неиспользованная энергия упругой деформации возвращается в систему. Поэтому коэффициент полезного действия этой технологии приближается к 90-95%, что обеспечивает высокую энергоэффективность этого процесса.

Для реализации технологии термодинамической релаксации остаточных напряжений созданы различные виды оборудования [14,15]. Например, для релаксации остаточных напряжений деталей типа колец подшипников создан бесцентровый трехвалковый автомат, фотография которого приведена на рис. 3.

Автомат состоит из трех валков с перекрещивающимися осями с возможностью изменения угла скрещивания осей и привода, обеспечивающего возможность изменения частоты вращения валков. Оси двух валков выполнены неподвижными, а ось третьего валка имеет

регулировку в радиальном направлении с целью изменения расстояния между осями валков и обеспечения возможности обработки заготовок различного диаметра. Автомат имеет механизм радиального нагружения, позволяющий обеспечивать упругую деформацию заготовок на заданную величину.

4 ' т| й ■

Рис. 3. Фотография автомата для микродинамичсской релаксации остаточных напряжений колец подшипников

Производственные испытания автомата осуществлены совместно со специалистами подшипникового завода ОАО «ЕПК - Саратов». Были отобраны две партии колец подшипников 11120.01 после операции предварительного шлифования по 24 заготовки в каждой партии, которые были замерены по основным геометрическим параметрам. Одна партия колец подшипников была подвергнута термоотпуску в воздушно-отпускных электропечах ОКБ-844, другая - с использованием указанного выше автомата. Сравнительные результаты испытания приведены в таблице 2.

Таблица 2

Сравнительные показатели термической (ТО) и микродинамической (МДО) обработки

Метод стабилизации Остаточные напряжения, МПа Производительность, шт. /час Затраты энергии, кВтчас/1000шт Цикл изготовления изделия, час

МДО 17 6670 0,27 2,4 • 10"'

то 30 1311 19 7,55

Из таблицы 2 видно, что микродинамическая стабилизация обеспечивает существенные преимущества по сравнению с термической стабилизацией:

- производительность обработки возрастает более чем в 5 раз;

- затраты энергии снижаются более чем в 70 раз;

- в сотни раз сокращается производственный цикл изготовления изделий, что снижает затраты на незавершенное производство более чем на 20%;

- почти в 2 раза снижается величина остаточных напряжений в деталях;

- в 3 раза уменьшается разброс значений остаточных напряжений в партии деталей;

- снижаются капитальные затраты, так как стоимость оборудования для микродинамической релаксации остаточных напряжений и стабилизации геометрических параметров изделий намного меньше стоимости электропечи в несколько раз.

- в отличие от термоотпуска, при котором погрешность формы заготовок возрастает, микродинамическая релаксация позволяет исправлять исходные погрешности формы заготовок.

На основе таких высоких показателей можно сделать заключение, что технология микродинамической релаксации остаточных напряжений и стабилизации геометрических параметров изделий относится к числу прорывных перспективных технологий машиностроительного производства.

Примером микротепловой технологии может служить технология лазерного дискретного упрочнения поверхности детали [16,17]. На рис. 4 показана схема математического моделирования теплового воздействия лазерного пятна нагрева поверхности заготовки на температуру в произвольной точке М{х^у7г). Зона действия мгновенного источника тепла

находится на плоской поверхности заготовки и показана в виде круга радиусом II. Вне зоны действия источника находится рассматриваемая т. М . Расстояние т. М от центра источника тепла равно г. Введем декартовую систему координат с центром, находящимся в центре О зоны нагрева. Ось Ох расположим в направлении движения источника тепла, ось Оу -

в плоскости действия источника, ось Ог - перпендикулярно плоскости нагрева.

Теплота О мгновенного источника тепла распределена равномерно в зоне нагрева. Выделим в зоне нагрева элементарную поверхность, расположенную на хорде АМ , площадью Я - с1$ • с! (// , где расстояние этой элементарной поверхности до т. М , с1\}/ - угол охвата элементарной поверхности. Будем эту элементарную поверхность рассматривать, как точечный источник тепла. Угол расположение этого источника от линии ОМ равен у/ .

Температура в точке М(х,у,г) суммируется с учетом теплоотвода и закономерностей теплопередачи от температуры каждого элементарного участка £ • ¿/¿¿/¿У пятна лазерного нагрева радиусом .

/

Зона иагр&да от лазерной бспьши

X

Рис. 4. Схема расчета температуры нагрева в произвольной точке М(х, у, г), находящейся вне круговой зоне нагрева радиусом от лазерной вспышки

Температура в т. М от точечного источника тепла с1с{ — * £ * (¿3 •

8 ■ с ■ р • (я • а ■ (г - /))

,3/2

■ехр

2 2 ^ Л +2

4-а ■ (г -/)

где </0 — удельное количество тепла, выделенное источником лазерного излучения, ;[жМ ; <Зсо - угол охвата элементарной площадки, рад; (1$ - длина элементарной площадки, м; Х - расстояние произвольной точки площадки нагрева (X/\Уг) ДО рассматриваемой точки М. м, t - начальный момент времени до возникновения источника тепла, с; Т - текущий момент времени, е.; р - плотность материала изделия, к?/л/'Л; О. - коэффициент температуропроводности, м2 /с; С - удельная теплоемкость, Дж/(кг*К); г- расстояние от поверхности, м.

Суммируя температуру в т. М от всех элементарных участков площадки нагрева, получим:

' .2 ^

в =0О +

ч

4-е- р-(к -а - (г -/))

3/2

•ехр

4-а '(т~0

го,

(

* • ехр

А

V

4-а-(т-()

(1)

После интегрирования равенства (1) определим:

е = в0 +

ч

2 • с - р • л-3 2 • -у]а • (г - /)

• ехр

4-а-(т -()

СОвС)

з1п 2 б

ехр(-

111Ш

4 ■ а • (г - г)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

) - ехр(-

4

Я'

(2)

VIII 9 ^

г -Я эт <5 + Я-соэ^ ; 5тт -11 ят^б - П-соьб •

Выражение (2) справедливо для точек, расположенных вне площадки нагрева. По аналогии получаем равенство для определения температуры произвольной точки поверхности, находящейся в зоне области нагрева:

( _2 Л

в=во +

Чо

2-е-р-л3/2 • д/а • (г -/)

ехр

4-а - (г -/)

(3)

Н

С05 б

(2 - ехр(-

V2

111111 -) - ехр(-

т

5т 2 <5

4 а-(т-г)

4 ■ а • (г - г)

Н

Г~2 2 2 ^

где = у]г - М бш <5 + Я • ссюд; Ят1п = Я • сое б-у1г -ът" 3 ■

Суммарная температура в точке произвольной М от всех предыдущих лазерных вспышек будет зависеть от ее расстояния до центра каждой из этих вспышек и от времени с момента их возникновения. Так как т. М движется вдоль оси Ох, то ее расстояние от центра площадки нагрева постоянно изменяется. Сначала точка приближается к зоне вспышки, затем она попадает в зону вспышки, затем выходит из зоны вспышки и удаляется от нее. С увеличением расстояния от центра вспышки в точку М поступает меньшее количество тепла, а с возрастанием времени от момента вспышки из точки М отводится больше тепла.

Примем за начало отсчета числа вспышек, от которых поступает тепло в данную точку М, самую последнюю вспышку: I — 0. Тогам с учетом равенства (2) суммарная температура в точке М при приближении ее к зоне нагрева будет равна:

X

в

Х<-у1<2~\>2

2-е- р-я^ -л[а

у, 1

ехр

4-а ■(! + /■ Я)

соб£

(х-/-Л-и) . 2 о

0.1-----Э1П о

я-

ехр(-

4-а-(т~/-Л)

-ехр(-

v —/ -л -

и)2 + у2-Я2 5т2$-Я-соьб

2 Л

-)-

2

4-а - (г -1 - Л)

-)

(4)

где / - номер предыдущей вспышки, начиная от самой последней; Я - промежуток времени между двумя последовательными вспышками, с; и - скорость перемещения заготовки вдоль

оси Ол', м/с; 0о - температура окружающей среды, град.

Совершенно не обязательно суммирование производить до бесконечности. Так как тепло из точки нагрева быстро отводится, то достаточно принять за верхнее значение суммы число 3 или 4.

На основе равенств (2) и (3) определим температуру в точке, находящейся в зоне нагрева:

-\ir-y2 <х<^1Г-уг и

1 2 I— 2-е- р- ■ а

ос

У 1

< л/т + / • Я

ехр

4-а ■ (т + / • Д)

СОБС?

ж 2 Г

\ Я2

2 }

д/(Х-/-Л-0)2 +у2 -Я2ь т2б + Я ■ соэ<5 ехР(~~-:-;-—-—) -

-ехр(-

4 • а > (г - / • Я)

у1(х-1 ■ Я ■ и)2 + у2 - Я2 БШ2 5 - К- соз<5 4 • а > (г - / • Я)

<13 +

(5)

• т

1=0

4-а-(т + /-А)

соб б

к

г_

V /Г

т Л

2 - */>(---:-;-—-—)"

-ехр(-

4<а - (т - /'• Л)

о о

О

<16

4 а-(т-/Я)

где /т - целое число лазерных вспышек, от которых получен тепловой заряд в точке М при ее перемещении в зоне нагрева:

1т - с

У

Л ■ и

При выходе из зоны вспышки материал заготовки в точке М постепенно теряет температуру, но не резко, а плавно, так как она продолжает получать тепловые заряды из зоны вспышки. Суммарная температура в точке М после ее выхода из зоны нагрева будет равна:

г /Ч

х>у7? -у

Ч

1 '2 I— 2- с • о • 7Г~' • ыа

Г

ехр

Л

4-а - (г + / • X)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

СОБ^

ж 2 Г

{ Ь-'-Л-^ 2

\ Я2

ехр(-

ехр(

у 1

д/(д--¡ х-и)2 +у2 -к2 бш2 5+11- соб<5 4*а*(т-/-Л)

■^(х-/-Л-и)2 +у2-112$т2б-11со$5

4 -а-(г-/-Л)

2 ^ 2

(6)

¿/<5 +

/«Т4./-

/'=/',,- +1

ехр

Л

4 • а • (г + / • А)

соб^

71 2 г

V

2 - -:-;-—-—)"

2 >

-ехр(-

4 • а > (г - / • А) т1(х-1-Х-и)2 +у2 -II2 5т2 б - К- соьб |

)!

4>«<(Г-7-Я)

с/5

где - ближайшее меньшее число лазерных вспышек при перемещении точки после зоны нагрева, равное:

ivz = ceil

x-^R2-у Я -и

¡2 - ближайшее меньшее целое число лазерных вспышек, которые произошли при переме-

щении точки М в зоне нагрева, равное:

U =

У

Ли

Температурой, которая осталась в точке М от ее перемещении до зоны нагрева, пренебрегаем, так как она ничтожно мала по сравнению с температурой окружающей среды.

На основе выполненных исследований предложена микроэнергетическая технология лазерной закалки. Новизна предложенной технологии подтверждается патентом на изобретение [17]. В соответствии с этой технологией скорость перемещения обрабатываемой поверхности определяют по формуле:

В

и = к

рг

Я

а шаг перемещения поверхности в поперечном направлении устанавливают равным:

/ < 0,8 • I)р1>

1

где ОрГ и Орр - размеры зоны нагрева обрабатываемой поверхности при однократной лазерной вспышке соответственно вдоль ее перемещения и в поперечном направлениях, л/; Я

- время между двумя лазерными вспышками, с; к - коэффициент перекрытия зоны нагрева

- величина, обратная числу лазерных вспышек за время перемещения произвольного участка обрабатываемой поверхности через зону лазерного воздействия, определяемый в зависимости от интенсивности лазерного излучения и от требуемого режима теплового воздействия: к = 0,2-0,5.

На рис. 5 в качестве примера представлена зависимость температуры, соответствующей (4-6), от положения рассматриваемой точки относительно центра зоны нагрева при ее перемещении вдоль центральной оси ох.

1120

eU.0.2 ю"

-1.25 -0.75 -0.25 0.25 0.75 125 1.75 2.25 2.75 хЮ3

Рис. 5. Распределение температуры 0(x,z) (°С) на глубине z = 0,2 мм от обрабатываемой поверхности при ее перемещении относительно зоны лазерного нагрева

Расчеты выполнены для следующих условий. Радиус нагрева поверхности от лазерной вспышки /¿ = 1 мм, такт лазерных вспышек А = 0,05с, скорость перемещения заготовки

относительно зоны нагрева и — 0,01 м/с, интенсивность лазерного излучения q = 4,8 Дж/мм

точка находится на оси Ojf (j; = 0). За начало отсчета положения рассматриваемой точки

принят центр зоны лазерного нагрева X = 0 мм.

Интервал перемещения рассматриваемой точки на обрабатываемой поверхности между двумя последовательными лазерными вспышками равен Ах = Л • о = 0,5 .ш/. Первое положение точки, при которой проявляется действие лазерной вспышки, х — —1,25 .ш/. Так как радиус зоны нагрева R = 1 мм, то, следовательно, рассматриваемая точка в этот момент находится за пределами зоны нагрева. При дальнейшем перемещении рассматриваемой точки до следующей лазерной вспышки ее температура плавно повышается до 120°, а затем падает. При последующих четырех лазерных вспышках рассматриваемая точка находится в зоне нагрева. При каждой такой вспышке ее температура резко возрастает до температуры закалки, а затем резко падает. Как известно, много цикловая закалка обеспечивает образование благоприятной мелкодисперсной структуры металла, а ее падение до 300-400° ограничивает образование остаточных напряжений.

После выхода рассматриваемой точки за пределы зоны нагрева ее температура сначала падает, а затем при очередной лазерной вспышке при х = 1.25 .ww, ее температура повышается. Тем самым обеспечивается задержка резкого падения температуры. На сравнительно большом участке перемещения рассматриваемой точки от х = 1,75 .ш/ до Л" = 3,5 мм температура находится в зоне низкотемпературного отпуска, что способствует удалению остаточных напряжений.

ВЫВОДЫ

Разработанный метод позволяет повысить качество изделий, так как лазерная закалка осуществляется в несколько циклов, что улучшает структуру материала, а отпуск поверхности после закалки растянут по времени, и поэтому обеспечивает активное удаление напряжений после закалки. Кроме того, расширяются технологические возможности лазерной обработки, так как ее можно использовать вместо других применяемых в настоящее время и малоэффективных технологий изготовления маложестких деталей.

Помимо приведенных выше в качестве примера технологий разработаны многие другие, основанные на применении принципа микроэнегетического воздействия инструмента на изготавливаемое изделие.

К ним относятся многопереходная осуществляемая на проход холодная микрораскатка деталей из труднообрабатываемых материалов, многобрусковая суперфинишная обработка, вибрационная правка шлифовальных кругов, технология создания твердых антифрикционных покрытий, технология ультразвукового выглаживания закаленных поверхностей деталей, технология программного стохастического комплектования изделий с локализацией объема комплектуемых деталей и другие. Развитие указанного научного направления позволяет существенно повысить эффективность машиностроительного производства, его конкурентную способность, улучшить условия труда, повысить престиж отечественной науки в области технологии машиностроения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Королев A.B., Чистяков A.M. Энергетические критерии эффективности технологических процессов. Прогрессивные направления развития технологии машиностроения. Межвуз. науч. сб. СГТУ, Саратов, 1998. С. 25-33.

2. Королев А.В. Вероятностные основы разрушения материалов. Доклады Российской Академии Естественных Наук. №1. 1999 г. С. 194-201.

3. Королев А.В., Королев А.А., Тюрин А Н., Чистяков A.M. Технологические методы в машиностроении, основанные на реализации концепции локализации технологической энергии. Уральск. Из-во Westa. 2019. 240 с.

4. Королев А.В., Чистяков A.M., Болкунов В.В. Новые прогрессивные технологии машиностроительного производства. Часть 6. Энергосберегающая технология безотходного разделения изделий на основе локально направленного разлома. Саратов, С арат. Гос. Техн. ун-т. 1998- 124 с.

5. Korolev А.V., Bolkunov V.V., Korolev A.A. Waste-Free Splitting. Russian Engineering Research. - 2009 - Vol. 29. №12-P 1258-1260,

6. Korolev A. V., Filimonov E.V., Bolkunov V.V., Korolev A. A. Waste-free manufacture of shaped rollers. Russian Engineering Research. - 2009 - Vol. 29. №11-P 1140-1144.

7. RU № 2103119. Способ разлома деталей // Королев А.В., Чистяков A.M., Кривега В.А. Моисеев В.Г. Бюл. № 3, 27.01.98.

8. Korolev А.V., Yakovishin A.S., Korolev A.A., etc. Geometric stabilization of bearing races by centerless rolling. 2017, Russian Engineering Research 37 (1), c. 79-81.

9. Korolev A. V., Korolev A. A., Balaev A.F., etc. Experimental study of residual stresses relaxation in ring details during multicyclic loading. 2016 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 156 (1), 012011.

10. Korolev A. V., Yakovishin A.S., Korolev A. A., etc. Increasing durability of bearings by the application of technological operations on the basis of cyclic elastic deformation of the rings. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 286 (2017) 012002.

11. Korolev A.V., Balaev, A.F., Iznairov B.M. Relaxation of Residual Stresses in Bearing Rings Based on the Optimal Geometric Setup of Equipment for Centerless Running. Materials Science Forum Submitted: 2018-04-05 ISSN: 1662-9752, Vol. 973, pp 183-188 Accepted: 2019-02-26. © 2019 Trans Tech Publications Ltd, Switzerland Online: 2019-11-20.

12. RU 2617073. Способ стабилизации неометрических параметров деталей // Королев А.В., Королев А. А., Балтаев Т. А. Бюл. № 11. 19.04.2017.

13. RU 2611614. Способ правки и стабилизации нежестких деталей // Королев А.В., Королев А.А. Бюл. 7. 28.02.2017.

14. RU 2608115. Бесцентровый станок для обкатки и стабилизации кольцевых деталей// Королев А.В., Королев А.А. Бюл. № 2 13.01.2017.

15. RU 2611615. Установка для раскатки и стабилизации дорожек качения шариковых подшипников // Королев А.В., Королев А.А. Бюл. № 7. 28.02.2017.

16. Korolev, А.V., Korolev A. A., Zhuravlyov М.М. The Mechanism of hardening and internal stress stabilisation in the process of laser treatanent. Journal of Russian Laser Research, Volume 36, Number 4, July, 2015. C. 15-16 - DOl 10.1007 / si0946-015-9510-3.

17. RU 2581691. Способ поверхностного упрочнения и стабилизации маложестких изделий / Королев А.В., Королев А.А., Курзанова Т. А., Журавлев М.М. Опубл. 20.04.2016. Был. 11.

LTST OF REFERENCES

1. Korolev А.V., Chistyakov A.M. Energy criteria for the effectiveness of technological processes. Progressive directions in the development of engineering technology. Interuniversi-ty.science SSTU, Saratov, 1998. S. 25-33.

2. Korolev A.V. The probabilistic basis for the destruction of materials. Reports of the Russian Academy of Natural Sciences. № 1. 1999 S. 194-201.

3. Korolev A.V., Korolev A.A., Tyurin A.N., Chistyakov A.M. Technological methods in engineering, based on the implementation of the concept of localization of technological energy. Uralsk. Publisher Westa. 2019. 240 c.

4. Korolev A.V., Chistyakov A.M., Bolkunov V.V. New progressive technologies of machine-building production. Part 6. Energy-saving technology for non-waste product separation based on locally directed fault. Saratov, Sarat. Gos. Tech. un-t 1998 - 124 s.

5. Korolev A.V., Bolkunov V.V., Korolev A.A. Waste-Free Splitting. Russian Engineering Research. - 2009 - Vol. 29. No. 12 - P 1258-1260.

6. Korolev A.V., Filomonov E.V., Bolkunov V.V., Korolev A.A. Waste-free manufacture of shaped rollers. Russian Engineering Research. - 2009 - Vol. 29. No. 11 - P 1140-1144.

7. RU No. 2103119. Method for breaking parts // Korolev A.V., Chistyakov A.M., Krive-ga V.A. Moiseev V.G. Bull. No. 3, 01/27/98.

8. Korolev A. V., Yakovishin A.S., Korolev A.A., etc. Geometric stabilization of bearing races by centerless rolling. 2017, Russian Engineering Research 37 (1), p. 79-81.

9. Korolev A. V., Korolev A. A., Balaev A.F., etc. Experimental study of residual stresses re-relaxation in ring details during multicyclic loading. 2016 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 156 (1), 012011.

10. Korolev A. V., Yakovishin A.S., Korolev A.A., etc. Increasing durability of bearings by the application of technological operations on the basis of cyclic elastic deformation of the rings. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 286 (2017) 012002.

11. Korolev A. V., Balaev A.F., Iznairov B.M. Relaxation of Residual Stresses in Bearing Rings Based on the Optimal Geometric Setup of Equipment for Centerless Running. Materials Science Forum Submitted: 2018-04-05 ISSN: 1662-9752, Vol. 973, pp 183-188 Accepted: 2019-02-26. © 2019 Trans Tech Publications Ltd, Switzerland Online: 2019-11-20.

12. RU 2617073. The method of stabilization of non-geometric parameters of parts // Korolev A.V., Korolev A. A., Baltaev T.A. Bull. No. 11. 04/19/2017.

13. RU 2611614. The method of editing and stabilization of non-rigid parts // Korolev A.V., Korolev A.A. Bull. 07.28.2017.

14. RU 2608115. Centerless machine for running-in and stabilization of ring parts // Korolev A.V., Korolev A.A. Bull. No. 2 01/13/2017.

15. RU 261 1615. Installation for rolling and stabilization of raceways of ball bearings // Korolev A.V., Korolev A.A. Bull. No. 7. 02.28.2017.

16. Korolev A. V., Korolev A. A., Zhuravlyov M.M. The Mechanism of hardening and internal stress stabilization in the process of laser treatanent. Journal of Russian Laser Research, Volume 36, Number4, July, 2015. S. 15-16-DOI 10.1007/ si0946-015-9510-3.

17. RU 2581691. Method of surface hardening and stabilization of low-hard products / Korolev A. V., Korolev A. A., Kurzanova T.A., Zhuravlev M.M. Publ. 04/20/2016. It was. eleven.

СВЕДЕНИЯ Королев Альберт Викторович —

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

доктор технических наук, профессор Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Королев Андрей Альбертович —

доктор технических наук, профессор, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А

•B ABTOPAX Albert V. Korolev -

Dr. Sc. (Engineering), Professor, Department of Control Systems Technology in Mechanical Engineering, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov Andrey A. Korolev -

Dr. Sc. (Engineering), Professor, Department of Control Systems Technology in Mechanical Engineering, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Статья поступила в редакцию 20.02.20. принята к опубликованию 15.03.20

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.