CC BY
35
цев из полосы, калибровка кольцевых деталей и заготовок пластическим растяжением и обжатием). Материалы выполненных исследований изменения ударной вязкости при деформационном упрочнении аустенитных сталей позволяет сделать вывод, что ударная вязкость этих
сталей при степени деформации <хд практически сохраняет величину ударной вязкости исходного материала или близка к ней.
Рисунок 3 - Зависимость ударной вязкости (КСи, КСУ) от степени деформации
Для комплексной оценки работоспособности деталей машин и аппаратов, прошедших деформационное упрочнение (наклеп), значительный интерес представляют исследования влияния наклепа на усталостную прочность материала в условиях работы при циклически меняющихся напряжениях. Было выявлено влияние деформационного упрочнения на предел выносливости <хд. Испытания проводились при симметричном цикле нагру-жения в условиях чистого изгиба на установке МУИ-6000. Полученные экспериментальные результаты статистически обрабатывались по ГОСТ 25.502-79.
Результаты испытаний упрочненной аустенитной стали 12Х18Н10Т на усталостную прочность показали существенное повышение предела выносливости <г в зависимости от степени деформации £0, они представлены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Зависимость предела выносливости (Т_1 от степени деформации £0 для аустенитной стали 12Х18Н10Т
Изменение фазового состава аустенитных сталей с содержанием никеля от 8 до 12% пластической деформацией ведет к изменению магнитных свойств этих сталей, так как а -железо обладает ферромагнитными свойствами, а у у -железа они отсутствуют. Немагнитные аус-тенитные стали до деформации становятся магнитными после дефомации, при этом чем выше степень деформации, тем сильнее прявляются магнитные свойчтва. Это явление может быть использовано при определении величины а -фазы [5] и некоторых механических характеристик деформированной стали [2].
Итак, при пластическом деформировании аустенитных сталей наблюдается деформационное упрочнение за счет одновременного протекания двух процессов: дислокационного и фазового перехода у -железа в а -железо с образованием мартенсита деформации.
Активное упрочнение аустенитных сталей пластическим деформированием с сохранением при этом сталями высокой пластичности дает основание для широкого применения упрочняющих металлосберегающих технологий.
Для более полного выявления характера упрочнения аустенитных сталей холодным пластическим деформированием в Курганском государственном университете в лаборатории прочности кафедры «Теоретическая механика и сопротивление материалов» предполагается провести исследования пластического упрочнения аустенитных сталей 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М3Т и влияния степени деформации на магнитные свойства этих сталей.
Список литературы
1 Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. С. 544.
2 Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие,
жаростойкие и жаропрочные ГОСТ 5632-72.
3 Бубнов В.А., Костенко С. Г. Механизм упрочнения аустенитных
сталей при пластическом деформировании //Машиностроение. 2008. №6. С. 63-70.
4 Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.:
Машиностроение, 1968. 400 с.
5 Михеев М.Н., Беликова М.М., Витколова Р.Н. и др.
Электромагнитный метод определения мартенсита деформации в нержавеющих сталях //Дефектоскопия. №10.1985. С. 48-51.
УДК 65.011.56
Е.К. Карпов, И.Е. Карпова, В.В. Иванов Курганский государственный университет
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ, СОДЕРЖАЩИХ РЕЗЬБЫ, В СДР-СИСТЕМАХ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ Эй-ПЕЧАТИ, НА ПРИМЕРЕ КОМПАС-Эй
Аннотация. В статье приводится описание особенностей подготовки 3Э-моделей в CAD-системах для последующей их печати. Определяется характер ограничений современных CAD-систем при моделировании объектов, содержащих резьбы на примере САПР Компас-3D. Даются практические рекомендации по преодолению ограничения, и приводится анализ результатов экспериментальной части исследования.
Ключевые слова: аддитивные технологии, 3D-прин-тер, система автоматизированного проектирования (САПР), computer-aided design (CAD).
E.K. Karpov, I.E. Karpova, V.V. Ivanov Kurgan State University
SPECIAL ASPECTS OF MODELING OBJECTS CONTAINING THREADS IN CAD SYSTEMS FOR A SUBSEQUENT 3D-PRINT ON THE EXAMPLE OF COMPASS-3D
Annotation. The article describes special aspects of creating 3D-models in CAD systems for their subsequent printing. The nature of restrictions of modern CAD systems for modeling objects containing threads on the example of CAD Compass-3D is identified. The article presents practical recommendations for overcoming limitations as well as the analysis of the results of the experimental part of the study.
Index terms: additive technologies, 3D-printer, computer-aided design (CAD).
ВВЕДЕНИЕ
В основе традиционных способов механообработки лежит принцип удаления «лишнего» материала из заготовки. Аддитивные цифровые технологии - это технологии, отличающиеся тем, что позволяют послойно синтезировать или «наращивать» конечное изделие из материала слой за слоем. В связи с быстрым технологическим развитием данная методика получает всё большее распространение. Если раньше послойный синтез применялся в большей степени для прототипирования и изготовления мастер-моделей, то сейчас уже существуют штучные и мелкосерийные производства, организованные на их основе. В рамках развития данной технологии необходимо обладать комплексом средств, позволяющих подготавливать к производству компьютерные модели конечных изделий.
В связи с этим в данной работе предлагается методика построения резьб посредством комбинации стандартных средств программного пакета, на примере Ком-пас-3D V13, с последующей проверкой посредством печати на 3D-принтере послойного наплавления, использующего аддитивную технологию.
1 Зй-МОДЕЛИ С РЕЗЬБАМИ В КОМПАС-Зй
Все виды соединений подразделяются на два больших класса - разъёмные и неразъёмные. Соединения, которые не предусматривают возможность их разборки и, следовательно, которые нельзя разобрать без повреждения, называют неразъёмными. Разъёмными называют соединения, повторная сборка и разборка которых возможна без повреждения их составных частей [3]. К классу разъёмных относятся резьбовые соединения, о которых и пойдёт речь в этой статье. В настоящее время данный тип соединений имеет высокую степень распространения, а количество деталей, имеющих резьбы, в современных машинах достигает 60%.
Параллельно развитию программно-аппаратной части компьютеров, созданию и широкому распространению станков и обрабатывающих центров, работающих под управлением промышленных логических контроллеров, решалась и задача автоматизации процесса проектирования и подготовки конструкторской документации изготавливаемых изделий.
Существует ряд CAD-систем, широко применяемых в процессе обучения в высших учебных заведениях. К ним относятся, например, Компас-3D, AutoCAD и T-FLEX. Обладая обширным набором средств моделирования и подготовки к изготовлению различных деталей на автоматизированных обрабатывающих центрах, в частности аддитивного типа, все эти программные пакеты не имеют стандартных средств для изготовления резьбовых соединений.
2 АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ Зй-МОДЕЛИ, СОДЕРЖАЩЕЙ РЕЗЬБУ НА ПРИМЕРЕ БОЛТА
Перед тем, как построить модель изделия по предлагаемому в работе алгоритму, будет изготовлен образец Болта М10х35 ГОСТ Р ИСО 4014-2013 [2] с использованием стандартных средств обозначения резьб. Последовательность действий описывается следующим алгоритмом:
1) построение эскиза внешнего диаметра резьбы и выдавливание его на расстояние, равное длине болта;
2) при помощи команды «Условное изображение резьбы» из вкладки «Элементы оформления» на полученном валу обозначается искомая резьба с шагом 1.5 на длину 26 мм;
3) снятие фаски, равной 1.6 мм, при помощи соответствующей команды;
4) получение методом выдавливания шестигранной головки болта.
Результат данных построений представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Модель болта с условным обозначением резьбы
Для построения модели по предлагаемой методике необходимы дополнительные данные о внешних и внутренних диаметрах резьбы, профиле резьбы и высоте исходного треугольника. Всю искомую информацию можно получить в ГОСТе 9150-81 «Резьба метрическая. Профиль». Нужные размеры определяются по заданному шагу резьбы из таблицы 1 и рисунку 2 [1].
ШагР Н= =0.866025404Р Hj= =0.541265877Р 3/8 Н= =0.324759526Р 1/4 Н= =0.216506351 1/8 Н= =0.108253175Р
1
1.25 1,082532 0,676582 0,405949 0,270633 0,135316
1.5 1,299038 0,811899 0,487139 0,324760 0,162380
1.75 1,515544 0,947215 0,568329 0,378886 0,189443
2
Таблица 1 - Размеры элементов резьбы
Ось резьбы
d - наружный диаметр наружной резьбы (болта);
й - наружный диаметр внутренней резьбы (зайки); <С2 - средний диаметр болта; й2- средний диаметр гайки; <С1 - внутренний диаметр болта; й1 - внутренний диаметр гайки; Р - шаг резьбы; Н - высота исходного треугольника;
Я - номинальный радиус закругления впадины болта;
Н1 - рабочая высота профиля Рисунок 2 - Номинальный профиль резьбы и размеры его элементов
Предлагаемый алгоритм:
1) операция выдавливания эскиза окружности диаметром, равным внутреннему диаметру болта на длину резьбы;
2) построение профиля зуба (равносторонний треугольник) от линии на Н/8, отстоящей ближе к оси болта от внутреннего диаметра и высотой, равной Н (высота исходного треугольника);
3) построение «Спирали цилиндрической» по «шагу витков и высоте», команда для которой находится во вкладке пространственных кривых;
4) перемещение профиля зуба по спирали резьбы посредством кинематической операции;
5) задание эскиза фаски и наружного диаметра резьбы и вырезание его операцией вращения;
6) построение части длины болта, на которой нет резьбы, операцией выдавливания;
7) получение методом выдавливания шестигранной головки болта.
Как видно по рисунку 3, итогом является 3Э-модель изделия Болт М10х35 ГОСТ Р ИСО 4014-2013, которая содержит все его основные элементы, включая и резьбу.
1 - входной сигнал; 2 - сигнал ПИД-регулятора; 3 - суммарный сигнал нейронной сети Рисунок 3 - Модель болта, построенная по предлагаемому алгоритму
Процесс построения модели предлагаемым способом состоит из большего числа операций, но имеет свои
преимущества. Во-первых, он нагляднее, и при его реализации даётся большее представление о резьбовых соединениях, что может быть использовано в учебном процессе. Во-вторых, при подобном моделировании устраняется необходимость дополнительной подготовки модели для изготовления по ней изделия на автоматизированном обрабатывающем центре.
3 ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЯ ПО ПОЛУЧЕННОЙ МОДЕЛИ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНОЙ РАБОТЫ
Для оценки адекватности произведённых построений моделей было решено изготовить по ним изделия. Оборудованием для экспериментальной части был выбран 3й-принтер послойного наплавления Prusa Mendel iteration 2, в качестве материала использующий ABS-пла-стик. Высота слоя для печати равна 0.1 мм.
Модель болта с условным обозначением резьбы и модель, построенная по предлагаемому алгоритму, были сохранены из программы в формате STL (stereolithography -стереолитография), используемом в технологиях быстрого прототипирования. При помощи программы предварительного просмотра моделей, отправляемых на печать, было получено изображение исходной модели болта, она представлена на рисунке 4.
Как видно из рисунка 4, данная модель не содержит резьбы, следовательно, единственное стандартное средство для работы с ними позволяет лишь условно обозначить резьбовые соединения, однако не годится для других практических применений. В отличие от этой модели, болт, который был построен с помощью предложенного алгоритма, содержит резьбу (рисунок 5).
Рисунок 4 - Исходная модель с условным обозначением резьбы
В результате была напечатана модель в масштабе 2:1 для большей наглядности. Все элементы, построенные в ходе компьютерного проектирования, данная модель содержит, включая резьбу, соответствующую запрограммированным параметрам.
Следовательно, методика работает и даёт приемлемые результаты. Она позволяет, используя базовый набор команд и функций, реализовать новые методики проектирования, не заложенные в программу изначально. Для применения алгоритма необходимы программный пакет Компас версии 8 и выше, ГОСТ 9150-81 «Резьба метрическая. Профиль» и ГОСТ Р ИСО 4014-2013 «Болты с шестигранной головкой. Классы точности А и В.
Конструкция и размеры» или другие аналогичные ГОСТы для различных типов резьб и резьбовых изделий.
Рисунок 5 - Модель, полученная посредством предлагаемого алгоритма
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Была сформулирована задача по разработке методики моделирования резьбовых соединений в CAD-сис-темах на примере Компас-3D. Актуальность её является высокой и определяется созданием новых методик промышленного производства (аддитивных) и возрастающим уровнем автоматизации. Результатом работы стал синтезированный алгоритм компьютерного моделирования резьбы на цилиндрической поверхности объекта.
Теоретическая часть была подтверждена применением полученной методики для моделирования и изготовления изделия Болт М10х35 ГОСТ Р ИСО 4014-2013 на 3D-принтере Prusa Mendel iteration 2, работающего по технологии послойного наплавления.
В дальнейшем предполагается изучить и адаптировать данную методику к другим распространённым системам автоматизированного проектирования. Также предлагается внедрение её в учебные дисциплины компьютерного моделирования. Возможно применение методики в процессе подготовки конструкторской документации на изделия, содержащие резьбы, на промышленных предприятиях.
Список литературы
1 ГОСТ9150-81 Резьба метрическая. Профиль. Введ. 1982-01-01. М.:
Издательство стандартов № 1988 ИПК Издательство стандартов № 2002, 1981.
2 ГОСТР ИСО 4014-2013 Болты с шестигранной головкой. Классы
точности А и В. Конструкция и размеры. Введ. 2014-07-01. М.: Стандартинформ, 2013.
3 Левицкий В. С. Машиностроительное черчение и автоматизация
выполнения чертежей. М.: Высш. шк., 2001. 429 с.
УДК 539. 5:621. 89 Т.О. Алматаев
Андижанский машиностроительный институт, Узбекистан
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ, ОБРАБОТАННЫХ УЛЬТРАЗВУКОМ
Аннотация. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований триботехнических свойств композиционных полимерных материалов, обработанных ультразвуком.
Ключевые слова: ультразвук, обработка, полимер, композит, наполнитель, эксперимент, свойство, триботехника, изнашивание, коэффициент трения.
T.O. Almataev
Andijon Mechanical Engineering Institute, the Republic of Uzbekistan
STUDYING TRIBOTECHNICAL CHARACTERISTICS OF POLYMER COMPOSITES TREATED BY ULTRASOUND
Abstract: The work introduces the results of experimental research into tribotechnical characteristics of composite polymer materials treated by ultrasound.
Index terms: ultrasound, treatment, polymer, composite, weighing material, experiment, property, tribology, fretting, friction coefficient.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время композиционные материалы на основе полимеров, благодаря высокой прочности, твердости и целому ряду других свойств, нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в машиностроении. В области создания и исследования композиционных полимерных материалов и покрытий на их основе для машиностроения выполнено большое количество научно-исследовательских работ (В.А. Белый, Н.К. Мышкин, Ал.Ал. Берлин,С.Ш. Рашидова, С.С. Негматов и др.) и разработан ряд композиционных полимерных материалов, которые рекомендованы для применения в рабочих органах машин и механизмов. Однако до настоящего времени не нашли широкого применения из-за низкой долговечности и износостойкости.
Задачей современного материаловедения является создать полимерные композиты с высокими физико-механическими и триботехническими свойствами. Как известно [1-3], для повышения физико-механических и других свойств полимерных композитов применяют различные методы физической обработки, в частности ультразвук. Эффективность ультразвуковой обработки полимерных композиций увеличивается, если ее проводить при сравнительно высокой частоте и мощности.
Следовательно, механическое и химическое действие ультразвука проявляется особенно при высоких частотах колебания и мощности, что способствует диспергированию и перемещению дисперсных систем, дегазации жидкостей и расплавов, интенсификации про-
