CC BY
16сение покрытия параметры технологического процесса (маршрут обработки, режимы резания, характеристики и параметры инструментов) выбираются из условий обеспечения заданных значений критериев (7) и (8).
На программное обеспечение для реализации имитационной стохастической модели получено свидетельство сб официальной регистрации [4]. Эксплуатация программного обеспечения показала его эффективность при проектировании операций абразивной обработки.
Список литературы
1. Королев А. В. Прогрессивные процессы правки шлифовальных кругов /A.B. Королев, P.A. Березняк. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1984. - 112 с.
2. Кулагин С.П. Технологическое обеспечение качества изготовления деталей с износостойкими покрытиями /С.П. Кулагин, С.Л. Леонов, Ю.К. Новоселов, Е.Ю. Татаркин. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1993. -209 с.
3. Леонов С.Л. Основы создания имитационных технологий прецизионного формообразования / С.Л. Леонов, А.Т. Зиновьев. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. -198 с.
4. Насчет профилограммы поверхности при бесцентровом шлифовании (Profil). Свид. об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611994. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 8 августа 2005 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СОАРКИ И НАПЛАВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННОЙ МЕТОДИКИ СБОРА
М.В. РАДЧЕНКО, профессор, доктор техн. наук, Д. П. ЧЕПРАСОВ, профессор, канд. техн. наук, Ю.О. ШЕВЦОВ, профессор, канд. техн. наук, A.A. ИВАНАЙСКИЙ, ст. преп., канд. техн. наук,
А.П. БОРИСОВ, асп., М. Н. СЕЙДУРОВ, асп., П.С. ЧЕРЕМИСИН, асп.,
АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул
В настоящее время при разработке технологии сварки и родственных процессов широкое применение находят прогрессивные методь исследований с текущей регистрацией экспериментальных данных при помощи ПЭВМ и прикладных программных продуктов совместно с компьютерным моделированием.
Становится очевидным, что использование технических возможностей современной компьютерной техники и программ способствует получению оптимальных технологических решений при существенном снижении ресурсэемкости самого процесса разработки. Развитие программных средств сбора и обработки данных, а также моделирование сварочных процессов в последние десятилетия привело к развитию новой области знаний - компьютерным технологиям в сварочном производстве [1].
Местное воздействие на изделие сварочными источниками тепла, как известно, сопровождается неравномерным нагревом металла, его расширением и упругопластическими деформациями, которые приводят к образованию сварочных деформаций и напряжений [2]. Таким образом, регистрация изменения температуры наряду с измерениями параметров напряженно-деформированного состояния точки тола изделия (образца) во времени является неотъемлемой частью экспериментальных исследований при разработке новых технологий в области сварочного производства.
Сбор и обработка данных происходит по принципиальной блок-схеме, предложенной авторами (рис. 1). Измерение и регистрация температуры может выполнятэся комплексом сбора и обработки данных с помощью измерителя-регулятора «ОВЕН ТРМ 202 у2.025», выступающего в роли системы сбора данных, чю иизьилне! измерять температуру с точностью ±1 *С. Кроме того,
рассматриваемый измеритель-регулятор имеет существенное преимущество - температурную компенсацию «холодного» спая [4].
В качестве блока датчиков измерения температуры обычно применяются, я зависимости от максимальной температуры нагрева, хромель-алюмегевые термопары диаметром от 0,15 мм (до 1350 *С) и платина-платиноро-диевые диаметром от 0,2 мм (до 1450 СС и более).
С помощью стандартного встроенного интерфейса программирования (блок настройки измерения) производится настройка системы сбора данных на работу с выбранным типем термопар, а также настройка обмена информации (блок настройки обмена) между измерителем-регулятором "ОВЕН ТРМ 202 у2.025» и системным блоком ПЭВМ пс протоколу Р8-485.
С помощью <онвертора интерфейсов РЭ232-Р5485 производится обмен данными между измерителем-регулятором «ОВЕН ТРМ 202 у2.025» и компьютером. Для управления измерителем-регулятором и регистрации изменения температуры точки тела изделия (образца) во времени удобно, в частности, использовать среду «Маэ-1ег8САРА» и аналогичные ей прикладные программные продукты.
Программа «Маз1егЗСАОА» генерирует запрос каждую секунду. Измеритель-регулятор «ОВЕН ТРМ 202 у2.025» по этому запросу выдает текущее значение измеряемой температуры по каждому из двух каналов. Таким образом, удается получить несколько сотен точек измерения в течение всего термоцикла. По мере гоступления данных от измерителя-регулятора программа «МаБ1ег8СА-РА» строит график изменения температуры точки тела изделия (образца) в зависимости от текущего системного времени компэютера.
18231214
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
Одним из примеров практического применения предложенной методики сбора и обработки данных (рис. 1) с использованием в качестве системы сбора данных измерителя-регулятора «ОВЕН ТРМ 202 у2.025» и программы «К/^егБСАОА» для его управления и регистрации изменения температуры точки тела изделия (образца) во времени является разработка сварки плавлением высокопрочных сталей бейнитного класса [4] на основе определения влияния термодеформационного цикла сварки (ТДЦС).
Сварочный источник тепла
Изделие (экспериментальный образец)
Блок датчиков измерения температуры
Система сбора данных
Конвертор интерфейсов
1 I
Блок настройкЕ измерения
Блок настройка обмена
Системный блок ПЭВМ
I
Программный продукт
Монитоо
Управление
—► Анализ
Регистрация
Вывод данных
Рис. 1. Блок-схема комплекса сбора и обработки данных
Работа проводилась с целью установления зависимостей, учитывающих структурные превращения и развитие локальных пластических деформаций в стали 24Х2НАч, предназначенной для изготовления тяжелона-груженных деталей и сварных конструкций ответственного назначения, работающих в климатических условиях Сибири и Крайнего Севера, главным образом, для буровой техники.
Стыковые сварные соединения выполняли из стали ?4Х?НАч (горячякятаный прокат толщиной 6 мм) следующего химического состава (%): 0,28 С; 1,39 Сг; 1,48 0,31 Мп; 0,27 0,045 РЗМ; 0,021 Б; 0,012 Р.
Однопроходную автоматическую сварку под флюсом АН-47 на флюсовой подушке выполняли сварочным трактором ТС-17 за один проход сварочной проволокой Св-08ХНМ диаметром 4 мм. Термические циклы регистрировались хромель-алюмелевыми термопарами диаметром 0,24 мм по 4 шт. от оси шва с каждой стороны свариваемых пластин, приваренных на расстоянии 0,5 мм друг от друга. С помощью указанного оборудования и программного обеспечения обрабатывалась информация и записывались полные кривые нагрева и охлаждения. По точкам перегиба определялась температура начала и конца распада аустенита. Далее рассчитывалась средняя скорость охлаждения в диапазоне температур наименэшей устойчивости аустенита (600...500 *С) которую изменяли погонной энергией сварки [2, 5].
Моделирование ТДЦС в отдельных микрообъемах соединения значительно облегчает изучение особенностей поведения металла при сварке, поэтому исследовать процессы ТДЦС можно как на сварном соединении, так и на образцах с их моделированием [6, 7].
Для изучения закономерностей развития напряжений при у-хх-превращении была изготовлена экспериментальная установка для моделирования ТДЦС на базе разрывной машины Р-20, обеспечивающая реализацию условий воздействия ТДЦС на металл при испытании жесткозакрепленных экспериментальных образцов. Обработка образца по режиму ТДЦС осуществлялась посредством пропускания электрического тока от источника питания через токоподводы. Температура нагрева и охлаждения рабочей части образца контролировалась блоком приваренных хромель-алюмелевых термопар с помощью того же метода и комплекса сбора и обработки данных, что и при сварке. Средняя скорость охлаждения в диапазоне температур наименьшей устойчивости аустенита (600...500 °С) со6/е рассчитывалась указанным выше способом. Условия охлаждения изменяли путем интенсивного обдува нагретой части образца охлаждающим защитным газом (аргоном). Максимальная температура нагрева образца 1200 *С.
Данные о развитии напряжений в образце при испытании погучали при помощи системы тензодатчиков сопротивления, расположенных непосредственно на неподвижном спецзахвате с передачей результатов на компьютер, согласно схеме рис. 1, в среде программы «Ма.^егБСАОА».
Характерные кривые изменения температуры при охлаждении и напряжений в образцах представлены на рис. 2.
МПа
40" 3600 1с
Рис.2. Кривая изменения температуры и кинетика развития напряжений в жесткозакрепленном образце при охлаждении
по термодеформационному циклу сварки
8
№ 1 (38)2008
На рис. 2 обозначены параметры, которые анализировалась в процессе испытания образцов. Зависимость изменения температуры во времени позволяет найти температуру начала (ТП1) и конца (ТП2) у-кх-превраще-ния. Кинетику развития напряжений растяжения в жест-козакрэпленном образце в процессе его охлаждения определяли по следующим показателям: напряжению начала разупрочнения арн, напряжению в конце разупрочнения <тр к, величине остаточных напряжений аостпри остывании образца до комнатной температуры; периоду разупрочнения ¿р, определяемому по кривой развития напряжений, соответствуют температуры начала и конца разупрочнения Грн и Грк, отличные от температур у->а-превращения, определяемых по перегибам температурной кривой. По кривым развития напряжений в жесткозакре-пленньх образцах можно также определить максимальную скорость релаксации напряжений при фазовом разупрочнении \рпкзх, а также скорость нарастания напряжений в период упрочнения после фазового разупрочнения у1п.
Из графика видно, что гластическая деформация развивается интенсивно при фазовом разупрочнении, характеризующем условия начала и развития релаксации напряжений в жесткозакрепленных образцах при имитации ТДЦС. Высокие скорости релаксации напряжений и, следовательно, развития пластических деформаций при смещении процесса разупрочнения в область более низких температур (образцы с обдувом, (о6/5 = 5,2 *С/с) свидетельствуют об интенсивном развитии микропластических деформаций по границам аустенитных зерен. Такой характер развития микропластических деформаций способствует затруднению перестройки зерен при совместной пластической деформации и приводит к нарушению строения границ, т. е. к образованию очагов замедленного разрушения [8]
Таким образом, методика исследования жестксза-крепленных образцов, испытанных в условиях термодеформационного цикла сварки, дает возможность производить оценку свариваемости низкоуглеродистых низколегированных сталей бейнитного класса в зависимости от их исходной структуры по следующим критериям: величине напряжений начала разупрочнения орн, релаксационному показателю Да = а
Р-Н.
арк и скорости
релаксации напряжений \'р .
Преимущество этих критериев состоит в том, что они дают возможность анализировать механизм зарождения и развития холодных трещин с учетом различных факторов, а также достаточно четко оценивать чувствительность сталей к образованию холодных трещин.
Дру-им примером практического применения предложенной методики сбора и обработки данных, с использованием в качестве системы сбора данных измерителя-регулятора «ОВЕН ТРМ 202 v2.025» и программы "Ма81©г8САОА» для его управгения и регистрации иомс нения температуры точки тела изделия (образца) во времени, является разработка технологии сверхзвуковой газопламенной наплавки (СГП-наплавки) [9, 10].
Работа проводилась с целью определения влияния расхода и соотношения газов (пропана и кислорода) на распределение температурньх полей в зоне термического влияния (ЗТВ) под воздействием сверхзвуковой газовой струи, а также зависимости мощности газовой струи от режимов работы автоматической газорегули-рующей установки с экспериментальным сверхзвуковым
соплом. Газорегулирующая установка .предназначена для управления тепловой мощностью сверхзвуковой газовой струи, используемой для наплавки. В качестве экспериментального образца использовалась пластина из стали В Ст Зсп размерами 120x120x4 мм, следующего химического состава (%): 0,17 С; 0,18 Сг; 0,17 0,52 Мп; 0,18 81;0,01 Б; 0,01 Р.
В качестве блока датчиков измерения температуры использовались две хромель-алюмелэвые термопары диаметром 0,8 мм, спаи которых зачеканивались в просверленные отверстия в центр экспериментального образца и на расстоянии 10... 12 мм от центра.
Нагрев пластины сверхзвуковой газовой струей производился при вертикальном положении в течение 37 с (время, в течение которого температура поверхностного слоя металла образца достигала 1300 °С на режиме с максимальной мощностью сверхзвуковой струи). После этого воздействие источника нагрева прекращалось и пластина остывала на спокойном воздухе при комнатной температуре (18-20 °С). Весь процесс изменения температуры во время нагрева и охлаждения записывался в виде массива данных в память компьютера. Так как опрос термопар происходит каждую секунду, а время термоцикла установлено по экспериментальным данным 18 мин, то регистрируется около тысячи значений текущей температуры (рис. 3).
——0»л\ -12 глм
1400
1200
1000
800
600
400
200
200
400 600
Время, с
800
1000
Рис. 3 Экспериментальный термоцикл
Для оценки влияния расхода газов на ход процесса нагрева было выделено несколько режимов работы установки, отличающихся количеством расходуемого газа и используемые для процесса наплавки. По экспериментальным данным, согласно [11], были вычислены значения мощности газовой струи для различных режимов. Исходя из количества введенного тепла, следует:
Цг, и
О
б
су(4ла£0)
.¡2 4а*0
На рис. 4 приведены данные по расходу газов, их соотношению, а также мощности газовой струи при различных режимах. Вычисление мощности для этих режимов выполнялись с помощью пакета программ МаИтСАЭ и описанной выше системы сбора данных и измерения температуры на основе анализа полученных графиков термоциклов.
Из I рафика (рис. 4) видно, что наибольшим значением мощности пламени обладает режим 10 (2240 Дж/с), для
№ 1 (33)2008
C¡¡yj ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
которого характерно соотношение газов: 2,25, наименьшим - режим 9 (соотношение газов составляет 1,51). Также видно, что расход газа мало влияет на мощность пламени. Определяющим фактором изменения мощности пламени является соотношение рабочих газов. Управляя потоком мощности с помощью автоматической системы газорегулирования, можно выстраивать наиболее эффективный тепловой режим, который позволит получить требуемые скорости нагрева и охлаждения в процессе сварки, наплавки и т.д.
■ Расход пропана, л/мин □ Расход кислорода, л/мми Я Соотношение газов |к/п)
Режимы á
123456789 10 Режимы
б
Рис. 4. Режимы работы автоматической газорегулирующей установки: а - расход газов и их соотношение; б - мощность пламени при различных режимах
Для СГП-наплавки порошка ПГ-СРЗ на трубы диметром 50 мм и толщиной стенок 5 мм по результатам экспериментов наиболее эффективным является режим с мощностью пламени от 1550 Дж/с до 1650 Дж/с.
Вывод.
1. Усовершенствована ме~одика сбора и обработки экспериментальных данных при исследовании процессов сварки и наплавки с помощью ПЭВМ и системы сбора данных.
2. Представленная методика является универсальной и позволяет осуществлять оценку температурных и деформационных условий протекания структурных превращений в применяемых сталях, определять эффективные режимы работы оборудования, что способствует ускоренному получению оптимальных технологических решений при существенном снижении ресурсоемкости самого гро-цесса разработки.
Список литературы
1. Компьютерные технологии в сварке / A.B. Коновалов, Э.Л. Макароз, Б.Ф. Якушкин, А.П. Выборное // Экономика промышленности. - 1999. - № 3. - С. 3 - 6.
2. Теория сварочных процессов / под ред. D.D. Фролова. - М.: Высшая школа, 1988. - 559 с.
3. Паспорт устройства измерителя-регулятора «ОВЕН ТРМ 202 v2.025». - [email protected]
4. Чепрасов Д.П. Структура и фазовый состав зернисгого бейнита на участке полной перекристаллизации ЗТВ сварного соединения из низкоуглеродистых низколегированных сталей // Сварочное производство. - 2006. - № 2. - С. 3-8.
5. Иванайский Е.А., Иванайский A.A. Условия образования бейнитной структуры зернистой морфологии при сварке с про-граммиэуемым тепловложением// Обработка металлов. - 2004. -№2.-С. 29-30.
6. Методика моделирования сварочных термодеформационных циклов / Ю.М. Лебедев, Л.П. Кравченко, Н.М. Данилюк // Автоматическая сварка. - 1978. - № 12. - С. 31 - 33.
7. Установка для моделирования сварочных термодеформационных циклов/С. И. Ермаков, В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц// Сварочное производство. - 1978. - № 2 . - С. 56 - 57.
8. Касаткин Б. С, Вреднее В. И. Особенности механизма образования холодных трещин в сварных соединениях низколегированных высокопрочных сталей //Автомат, сварка. - 1985. - № Я. - С. 1—6. 18.
9. Рэдченко М.В., Радченко Т.Б., Стальная М.И., Череми-син П.С. Совершенствование оборудования для газотермичеоких способов нанесения покрытий за счет автоматизации процесса /Обработка металлов. - 2006. - № 3(32). - С. 4-7.
10. Радченко М.В., Шевцов Ю.О., Радченко Т.Е., Маньковский С. А., Нагорный Д. А., Черемисин П.С. Разработка комплекса автоматизированного оборудования и технологии создания защитных покрытий на деталях котлов с «кипящим слоем»: Отчет о НИР по программе 3438р/5897 «СТАРТ-05»/ ООО «НИИ Высоких Технологий». Руководитель М.В.Радченко. Г.Р. № 0120.0 509888. Инв. № 02.2.007 00277. 0150 Барнаул, 200G. 0150 02 с.
11. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке / H.H. Рыкалин. -М.: Машгиз, 1951.- С.112-178.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ МЕТЧИКОМ
А. С. АНАНЬЕВ, канд.техн.наук, доцент, В. П. СЕРОВ, магистр ВолгГТУ, г. Волгоград
Проблема гарантированного достижения высокой точности и минимальной шероховатости поверхностей наружной резьбы к настоящему времени решена путем внедрения прогрессивных методов резьбообработки (применения резьбонакатных голозок; шлифования много- и однониточ-ными кругами на резьбошлифовальных станках и т. д.).
Однако при изготовлении точных внутренних резьб (степень точности 4-я и выше) возникает ряд проблем. Наиболее распространены в машиностроении точные метрические резьбы диаметрами 1...52ммсшагомР= 1; 1,5;2иЗмм. Для их нарезания в отверстиях чаще всего используют машинно-
ручные режущие и бесстружечные метчики - наиболее распространенные универсальные инструменты.
Но метод нарезания резьбы метчиками имеет существенные недостатки: 1) он позволяет стабильно получать шероховатость резьбы лишь Яа > 2,5 мкм, что для точных соединений недостаточно; 2) при обработке метчиками под воздействием факторов, обусловленных состоянием технологической системы, неизбежно возникает разбивка резьбы.
Глазными причинами возникновения разбивки являются действие осевых сил Рос, возникающих в тех-
10 № 1 (38) 2С08
