CC BY
10или катодом и снова приобретут какой-либо заряд. Электроны в этом случае будут переноситься от анода к катоду молекулами не напрямую, а через множество других молекул. На это также будет тратиться кинетическая энергия молекул и в результате температура газа внутри сосуда будет уменьшатся. Но молекулы газа будут получать тепло окружающей среды через стенки сосуда, анод и катод.
В отличии от демона Максвелла, двигателя Сцил-ларда или вертушки Фейнмана в данном вечном двигателе нет ни одной движущейся детали. Так же нет необходимости наблюдения за молекулами, определения их скорости и т.д. То есть, нет всех тех причин, которые делают демона Максвелла, двигатель Сцилларда и вертушку Фейнмана неработоспособными.
Возможно, что этот процесс будет невозможен при комнатной температуре, но будет возможен при высокой температуре. В этом случае кпд такого преобразователя тепловой энергии в электроэнергию будет теоретически равен 100%. Так как тепловая энергия преобразуется в электроэнергию напрямую, без каких-либо промежуточных стадий. Нет необходимости отдавать часть тепла холодильнику, как в термодинамическом цикле Карно.
Небольшой расчёт. Ток 1 ампер равен заряду в 1 кулон, прошедшему через проводник за 1 секунду. Так как заряд электрона 1,6х10-19 К, то в 1 Кулоне 6,25х1018 электронов. Каждая молекула при соприкосновении будет переносить 1 электрон. Например, молекулы воздуха за 1
секунду ударяются в 1 см2 поверхности примерно 2,25х1023 раз. Но так как молекулы-демоны переносят электроны не напрямую, а через другие молекулы, то допустим, чтобы перенести 1 электрон необходимо примерно 105 ударов молекул-демонов в анод и катод. Соответственно, за 1 секунду будет переноситься примерно 6,25х1018 электронов. Значит при площади анода и катода 1 см2 можно получить ток 1 ампер. Конечно, напряжение, создаваемое одним таким элементом, будет небольшое, десятки милливольт. Допустим, каждый элемент будет создавать напряжение 0,05 В. Если соединить последовательно 2000 элементов, то получим напряжение 100 В. Толщина одного элемента 1 мм. Ещё 2 мм это промежуток между элементами для прохождения теплоносителя. Общая площадь одного элемента можно сделать 100 см2. Ток такого элемента 100 А. Соответственно мощность всей батареи 100 В х 100 А = 10000 Вт или 10 кВт. Что для индивидуального использования одной семьёй вполне достаточно. Размер такой батарей 10 см х 10 см х 600 см. Так как такой источник электроэнергии работает за счёт теплоты окружающей среды, то основная проблема в таком источнике - это обеспечить подвод необходимого количества теплоты к нему от окружающей среды.
Литература
1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.3 Изд-во МФТИ, 2004 г.
ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛОГРАФИИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
СИНТЕТИЧЕСКОГО КОРУНДА
Арзуманян Алексан Мкртычевич
Доктор техн. наук, профессор, Национальный политехнический университет Армении, Гюмрийский
филиал
Мирвелян Тигран Артемевич
Национальный политехнический университет Армении, Гюмрийский филиал
FEATURES OF CRYSTALLOGRAPHY AND PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES OF SYNTHETIC CORUNDUM Arzumanyan Alexan, Dr. Sci. Sciences, Professor, National polytechnic university of Armenia, Gyumri branch Mirvelyan Tigran, National polytechnic university of Armenia, Gyumri branch
В статье приведены результаты исследования кристаллографической ориентации режущей пластины из синтетического корунда, применяемые для тонко лезвийной обработке цветных металлов и сплавов. Экспериментами установлена оптимальная ориентация режущей пластины, которая дает возможность повысить износостойкость режущей части и качество обработанной поверхности, а также использовать вышеуказанные пластины как многогранные.
Ключевые слова: ориентация, режущая пластины, синтетический корунд, износ, тонко лезвийная обработка.
The article presents the results of the crystallographic orientation study of the synthetic corundum insert used for thin blade processing non-ferrous metals and alloys. Experiments established the optimum orientation of the insert, which allows to increase the wear resistance of the cutting part and surface quality as well as the above use plates as multifaceted. Keywords: orientation, cutting plate, synthetic corundum, wear, fine-blade machining.
Наиболее распространенной технологией, обеспечивающей требуемые параметры обработанных поверхностей деталей машин, является абразивная обработка, позволяющая стабильно и экономично получать высокие
показатели качества деталей из материалов, подвергающихся абразивной обработке (подшипники, шпиндели и валы станков, детали высокоточной измерительной техники, детали ДВС и множество других). Но абразивная обработка не пригодна для деталей из цветных металлов и
сплавов, что вызвано интенсивным засаливанием абразивного инструмента. Проблема становится особенно актуальной для машин и механизмов, в которых используются большое число деталей из цветных материалов и сплавов, качество обработки которых обеспечивается процессами тонколезвийного резания посредством дорогостоящих резцов с лезвиями из естественных и искусственных алмазов.
Применение алмазных инструментов для тонколезвийной высокоточной обработки отмеченных деталей техники позволяет достижение шероховатости обработанной поверхности порядка Ra = 0,06...0,63 мкм и точности обработки h6-h7 квалитета. Они, благодаря своим уникальным свойствам, нашли применение в машиностроении и приборостроении при точении и при фрезеровании. Однако, алмазные инструменты для тонколезвийной обработки в машиностроении нашли ограниченное применение и, в основном, только при изготовлении высокоточных деталей специальной техники различного назначения, что обусловлено их высокой стоимостью и стоимостью переточки, т.е. соответствующим ростом инструментальных затрат.
Исследованиями А.С. Верещака, И.И. Капелевича, А.Ю. Кононовича, Д.М. Летуна, В.А. Николаева, Фукуи Ясуо, Кондо Сэйдзо, Г.К. Маркаряна и др. показана возможность использования для тонколезвийной обработки деталей машин из цветных металлов и сплавов синтетического корунда (синтекор), рубина и других синтетических кристаллов в качестве режущего материала, т.к. они, практически, обеспечивают показатели качества обработки, аналогичные алмазной обработке, чего нельзя сказать об их стойкости, которая до 30 раз меньше стойкости алмазного резца. Эти исследования показали, что несмотря на достигнутые успехи при точении цветных сплавов резцами из синтекора, в настоящем нет единства мнений в вопросах влияния режимов резания и геометрии резца на качество обработанных поверхностей, недостаточно изучена стойкость резцов в зависимости от режимов резания, их геометрии, внутренних напряжений кристаллов при разных режимах резания, ориентации кристаллов относительно обрабатываемой поверхности, ввиду того, что проведенные исследования не охватывали все возможные ориентации кристалла.
В связи с этим, разработка новых технологических принципов повышения износостойкости режущих инструментов из синтекора, на основе разработки не традиционных схем осуществления процесса тонколезвийной обработки цветных материалов резцами из синтекора и методов их комплексного исследования является актуальной задачей машиностроения.
Кристаллы корунда относятся к наиболее распространенной в природе a - модификации окиси алюми-
Al 2O3
ния 2 3, которые встречаются либо в виде кристаллов, загрязненных различными примесями, либо в виде самородных драгоценных камней. Первая разновидность природного корунда (наждак) широко применяется как абразив для производства точильных и шлифовальных кругов.
Синтекор - прозрачный кристалл, и лишь незначительное содержание примесей в виде окисей хрома, титана, железа и других металлов придает ему различные оттенки. Режущие пластинки из синтекора изготовляют из
монокристаллов, полученных методом Вернейля, который позволяет получить монокристаллы диаметром 10...25 мм и длиной 35...80 мм. Для изготовления режущих пластин используют также отходы монокристаллов рубина, применяемого в лазерной технике и отходы монокристаллов с большими объемами.
Природные кристаллы ^ - модификации корунда (рубин, сапфир, лейкосапфир и др.) имеют внешнюю форму, отвечающую дитригонально-скаленоэдрическому виду симметрии, содержащему следующие элементы
Г33Г 3РС
симметрии: . Оптическая ось кристаллов совпа-
дает с зеркально-поворотной осью симметрии шестого
4
порядка 6, через которую проходят три плоскости симметрии Р, расположенные относительно друг друга под углом 1200, перпендикулярно плоскостям оси второго порядка 4. В точке пересечения этих осей с плоскостями
находится центр симметрии С кристалла [1, с.42].
Каждому сочетанию элементов симметрии (напр.
6 2) соответствуют простые определенные формы. Для обозначения граней каждой простой формы пользуются символами или числами, заключенными в круглые скобки, являющиеся величинами, обратными длинам отрезков, отсекаемых на кристаллографических осях данной единичной гранью. В кристаллах корунда наблюдаются комбинации следующих простых форм: гексагональной призмы с символами (1120), гексагональной дипира-
миды (2243), ромбоэдра(1011) пинакоида(0001). Для обозначения направления осей или плоскостей симметрии, т.е. для обозначения направления разных упаковок ионов в кристаллах корунда, пользуются символами или числами, заключенными в квадратные скобки (напр.[112 0])
или другие [1, с.60].
Кристаллографическая решетка корунда образована двухвалентными ионами кислорода и трехвалентными ионами алюминия [1, с.74]. Ионы 02- можно схематически изобразить в виде шаров, а кристаллическую решетку - соответственно из таких шаров, плотно сложенных друг с другом так, что укладка шаров в первом слое повторяется в третьем. Ионы А1 + располагаются в октаэд-рических пустотах между плотно упакованными ионами кислорода, заполняя 2/3 этих пустот и образуя при этом так называемый корундовый мотив. В любой кристаллической решетке всегда можно выделить некоторую элементарную ячейку, параллельным прикладыванием которой к самой себе можно воспроизвести всю пространственную решетку. Для корунда такой простейшей элементарной ячейкой является острый ромбоэдр, длина ре-0
бра которого равна 5'12А и плоский угол 55 17'. В рубине хром входит в решетку корунда в виде трехвалентного иона, изоморфно замещая часть ионов алюминия. Каж-
Сг
дый ион окружен шестью ионами кислорода.
Синтекор уступает по твердости алмазу, а по пределу прочности твердым сплавам и быстрорежующей стали Р18. Теплопроводность синтекора превышает теплопроводность всех инструментальных материалов и
уступает только алмазу и твердому сплаву ВК8, что предопределяет весьма низкий уровень контактных температур.
Точка плавления корунда 20300С, а точка кипения -35000С. Корунд слабо растворяется в кипящей азотной кислоте и в ортофосфорной кислоте при 3000С, хорошо растворяется в буре при 800...10000С, в бисульфите калия - при 450...6000С. При помощи избирательного травления бурой при 10000С выявляют дислокации на плоскостях (1120), ортофосфорной кислотой при 3200С - дислокации на плоскостях (0001) и при 3750С - дислокации на плоскостях (1011). Синтекор, как и другие кристаллические тела, анизотропен [2, с.72].
Износ рубиновых образцов при трении вдоль плос-
Г3
кости, перпендикулярной оптической оси 6 на 20% больше, чем при трении вдоль плоскости, параллельной этой оси. Анизотропность сказывается особенно резко при операциях: разрезке, шлифовке и доводке. Коэффициент трения синтекора с металлами в отдельных случаях ниже, чем у алмаза. Пористость корунда «нулевая», это
дает возможность получать режущие пластинки с большой чистотой обработанных поверхностей Rz = 0,16.0,63 мкм и с малыми радиусами закругления режущих кромок (0,3.1,5 мк). Образцы корунда с мозаичной структурой и следами пластической деформации обладают большей прочностью (30-40%) и хрупкостью, чем однородные монокристаллические образцы [2, с.72].
Сравнение прочности корунда показало, что средняя прочность доведенных образцов на 25% больше средней прочности шлифованных образцов и в два раза меньше средней прочности травленных (химическая полировка) образцов [2, с.72].
Синтекор является анизотропным материалом, поэтому очень важно знать, как располагается оптическая ось L36 относительно изношенных поверхностей режущего инструмента, оснащенного пластинкой из синтекора. Известными исследованиями установлено [2, с.73], что при обработке медных сплавов, резцы из синтекора изнашиваются по задней поверхности в виде фаски износа, а по передней - в виде отрицательной фаски.
Рис. 1. Ориентация режущей части резца при первой ориентационной схеме.
Рис. 2. Ориентация режущей части резца при второй ориентационной схеме
Рис. 3. Ориентация режущей части резца при четвертой (пятой) ориентационной схеме.
Рис. 4. Зависимость износа Из от длини пути резания и от ориентации кристалла корунда. 1- первая ориентацион-ная схема, 2- третья ориентационная схема, 3- пятая ори-
ентационная схема.
Испытаны три ориентационные схемы: первая (I), третья (III) и пятая (V) - (рис. 1-3). Установлено, что самой оптимальной схемой ориентации является первая (I), то есть когда 6 = 300, где 6 - угол между оптической осью L36 и обрабатываемой поверхностью [2, c.73, 3]. Наибольшая стойкость и хрупкая прочность получается при (I) первой ориентационной схеме, где передняя поверхность пластинки параллельна осям L36 и L2,перпендикулярна плоскости симметрии P. Оптическая ось второго порядка при
этом проходит через рабочую часть режущего инструмента. Главная режущая кромка составляет с оптической осью угол 600. Когда секущая плоскость PA параллельна оптической оси L36, износ задней поверхности резца происходит в плоскости базиса (0001) по направлению [1100], а в случае, когда PA± L36, износ происходит по плоскости призмы (1120) по направлению [1100] [2, c.73,], [3].
Эти исследования показали, что при отмеченной ориентационной схеме, когда 6 = 300 (|А=900), длина пути резания составляет L = 200...250 км, при износе h3 = 0,1 мм (шероховатость обработанной поверхности при этом Ra = 0,63 мкм). Направление радиального износа совпадает с направлением секущей плоскости. Это объясняется тем,
что плоскость РВ составляет с оптической осью угол 600. Установлено, что именно в этом направлении получается наименьший износ [4, с.72], [5, с.115]. На рис. 4. показана зависимость износа по задней грани h3 от длины пути резания L и от ориентации кристалла корунда в разных ори-ентационных схемах.
Рис. 5. Зависимость износа hз от длины L пути резания при первой ориентационной схеме.
Зависимость износа по задней поверхности h3 от длины пути резания - L, при первой ориентационной схеме ^ = 0,013 мм/зуб) показана на рис. 5. Здесь в качестве критерия затупления режущих пластин принято снижение шероховатости обработанной поверхности до Ra= 0,63 мкм и после длины пути резания: а) L = 15 км, б) L = 50 км, в) L = 120 км и г) L = 295 км; t = 0,05 мм, V = 150 м/мин, s = 0,013 мм/зуб.
Таким образом, синтекор можно использовать в качестве режущего материала для изготовления многогранного инструмента, и увеличить тем самым его эксплуатационные возможности.
Литература
1. Классен-Неклюдовой М.В., Багдасарова Х.С. Рубин и сапфир. Под. Ред., изд. «Наука». -М.: -1974. -236 с.
2. Аваков А.А., Хачатрян Г.Г. Стойкость рубиновых резцов в зависимости от ориентации кристаллов //Вестник машиностроения. -M.: -1972. -№ 7. - С. 7273.
3. Арзуманян А.М. Режущая пластинка из синтетического корунда. А.С. 1183303 (СССР) БИ 37, 1985. 2 с.
4. Арзуманян А.М. Комплексное исследование тонколезвийной обработки цветных металлов и сплавов режущими пластинами из синтетического корунда. Вестник машиностроения. М:, 2012, № 2. С. 70-75.
5. Arzumanyan A. Durability increase of monocrystal cutting plates of synthetic corundum. Journal of Manufacturing Engineering, June, 2012,Vol.7, lssue. 2, pp. 113-116.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Артемов Александр Анатольевич
заведующий отделом компьютерных технологий научно-технической библиотеки, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону
Паркалаба Павел Леонидович
ведущий программист отдела компьютерных технологий научно-технической библиотеки Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону
MODELING OF CHEMICAL-ENGINEERING BATCH-OPERATED PROCESSES
Artemov, Alexander A., Head of the Information Technology Section attached to the DSTU Scientific and Technical Library Don State Technical University
Parkalaba, Pavel L., Leading programmer of the Information Technology Section attached to the DSTU Scientific and Technical Library, Don State Technical University АННОТАЦИЯ
Химико-технологические системы периодического действия очень распространены в производстве. В работе рассматривается получение математических моделей типовых периодических систем - реакторов смеше-
