CC BY
2
24. V.Yu. Filimonov, M. A. Korchagin, E. V. Smirnov et al., Kinetics of mechanically activated high temperature synthesis of Ni3Al in the thermal explosion mode, Intermetallics, 19(7), 833-840 (2011).
25. L.I. Shevtsova, "Structure and mechanical properties of intermetallic №зА1 compound obtained using spark plasma sintering technology of mechanically activated Ni-Al powder mixture," Obrabotka Metallov (Tekhnol., Oborud., Tools), No. 3 (64), 21-27 (2014).
26. L.I. Shevtsova, M. A. Korchagin, M. A. Esikov et al, Structure and properties of an №зА1 interme-tallic compound formed as a result of spark plasma sintering of the powder mixtures prepared by various methods, Metallurgist, Vol. 65 (11-12), 1273-1280 (2022).
Шевцова Лилия Ивановна, канд. техн. наук, edeliya2010@mail.ru, Россия, Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет
STRUCTURE AND PROPERTIES OF AN ALLOY BASED ON Ni3Al INTERMETALLIDE (VKNA TYPE) OBTAINED AS A RESULT OF MECHANICAL ACTIVATION OF PO WDERS AND SUBSEQUENT SPS
L.I. Shevtsova
The results of a study of a material based on nickel aluminide Ni3Al (VKNA alloy) formed in the process of mechanical activation at different activation times and subsequent spark sintering are presented. The composition of the components corresponds to the domestic alloy grade VKNA-1V. Mechanical activation was carried out at 1.5 min, 3.5 min and 5 min. Based on the studies performed, the time of mechanical activation (3 min 30 s) was determined, which ensures the formation of dense mechanocomposites of a lamellar structure for further spark sintering at a temperature of 1100 °C. With an increase in mechanical activation to 5 min, the X-ray diffraction pattern shows a smoothing of the main aluminum peaks, which indicates the origin of phase transformations. According to optical microscopy, the structure of the alloy obtained by electrospark sintering is predominantly homogeneous, both in longitudinal and transverse sections, and inherits the lamellar structure of the original mechanocomposites. The sintered material has an increased relative density (up to 98.8%). Vickers hardness is 680 ± 25 HV. The level of ultimate strength in bending of the sintered VKNA-1V alloy is 1400 MPa, which is 1.5 times higher than the strength of Ni3Al obtained under similar conditions.
Key words: Ni3Al intermetallic compound, VKNA-1V alloy, mechanical activation, electrospark sintering, powders.
Shevtsova Liliya Ivanovna, candidate of technical sciences, edeliya2010@mail.ru, Russia, Novosibirsk, Novosibirsk State Technical University
УДК 621.941.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-488-491
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Ю.В. Ковалев
В статье рассмотрены основные аспекты построения процедуры моделирования процесса шевингования - прикатывания цилиндрических зубчатых колес с целью определения характера и особенностей протекания процессов резания и поверхностного пластического деформирования в паре инструмент-заготовка. Исследование позволит рассмотреть основные закономерности развития и протекания указанных процессов в зависимости от ключевых конструктивных параметров обрабатываемого зубчатого колеса, инструмента и технологических параметров процесса комбинированной зубообра-ботки. Существенное внимание уделено подходам к моделированию режуще-деформирующего процесса зубообработки. Обоснована необходимость подробного изучения работы режущих зубьев инструмента, протекающей в неблагоприятных, с точки зрения теории резания, условиях.
Ключевые слова: шевингование - прикатывание, цилиндрические зубчатые колеса, процесс, моделирование, эффективность.
В современной научно-исследовательской работе, зачастую, для изучения объекта исследования применяются различные методы моделирования. Многие аспекты протекания различных технологических процессов удобнее рассматривать на моделях. Это обеспечивает экономию времени, средств и материальных ресурсов. При этом, моделирование, с высокой степенью точности, позволяет изучить, как сам процесс в целом, так и отдельные стадии его протекания.
488
Приведенные постулаты можно с успехом применить и к процессу комбинированной (режу-деформирующей) обработки цилиндрических зубчатых колес (ЦЗК) шевингованием-прикатыванием, изучением которого, на протяжении последних десятилетий, занимаются ученые ТулГУ [1 - 6].
Моделью такого процесса можно считать мысленную или материальную систему, замещающую объект исследования и позволяющую получить о нем новую информацию. В частности, протекание процесса износа комбинированного инструмента - шевера-прикатника, в условиях эксплуатации его при зубообработке большого объема ЦЗК, что органически связано с заложенными в нем конструктивными, эксплуатационными и технико-экономическими параметрами, растянуто во времени. Поэтому, становится затруднительным непосредственное и объективное восприятие процесса исследователем. В связи с чем, моделирование комбинированной чистовой зубообработки ЦЗК, позволяет исследователю воспринимать отдельные стороны расследуемого процесса, ставшие недоступными для непосредственного наблюдения в опытно-промышленных условиях зубообработки ЦЗК (с большим объемом выпуска) [7], воспроизвести существенные элементы рассматриваемого процесса и изучить механизмы его протекания, в том числе, с изменяющимися конструктивными параметрами инструмента и технологическими параметрами изучаемого процесса [8, 9].
Таким образом, моделирование процесса шевингования-прикатывания является не только методом исследования свойств рассматриваемого процесса, но и способом исследования важных элементов управления данным процессом.
Моделирование можно подразделить на два больших класса: физическое и математическое (в настоящих условиях, зачастую, информационно-математические или компьютерное моделирование).
Наиболее существенными элементами информационно-математический модели являются фактические данные и информация о физической природе и ходе протекания процесса и алгоритмы его развития.
Такая модель - это уже не гипотеза, но еще и не истина. Соотношение гипотетических построений и фактических данных в информационной модели меняется по ходу ее развития и совершенствования. Количество объективной информации растет, а степень информационной энтропии снижается. По окончании моделирования неопределенность должны быть полностью устранена и место гипотез в модели занимают достоверно установленные данные. Это и позволяет говорить об установлении п объективной картины протекания процесса комбинированной зубообработки ЦЗК.
В процессе физического моделирования могут использоваться различные методы и технические приемы, в частности аналогия процесса шевингования-прикатывания и аналогия процесса точения [10] специально спроектированным инструментом - резцом [11]. Основой такого моделирование является выработка гипотез и последующей их проверкой на натурном объекте с целью отклонения или подтверждения с дальнейшим уточнением.
Как правило, в ходе физического моделирования исследователем собирается обширный набор экспериментальных данных. Поэтому требуется его тщательная систематизация и построение выводов на их основе. Особое внимание уделяется устранению внутренних противоречий и пробелов.
Первоначальным этапом проведения моделирования можно считать изучение общего состояния вопроса и постановку задачи исследования [10, 12 - 14]. В частности, требуется провести: ретроспективу исследований в области комбинированной чистовой зубообработки ЦЗК шевингованием-прикатыванием [1 - 6]; дать общую характеристику процесса шевингования-прикатывания ЦЗК и инструмента для его осуществления, как объектов исследования [1, 6, 15, 16]; выявить предпосылки к проведению экспериментального исследования работы комбинированного инструмента путем физического моделирования процесса зубообработки ЦЗК - токарной обработкой на станке с ЧПУ [10].
Далее необходимо выполнить конструкторско-технологическое обеспечение экспериментального исследования при моделировании комбинированного процесса зубообработки ЦЗК [17]. Для чего вырабатываются общие характеристики и основные постулаты исследования [6, 10, 18]; производится обоснование выбора технологического оборудования для построения экспериментальной установки [10, 19]; подбор и разработка конструкции средств технологического оснащения для проведения экспериментов [6, 17]; выбор технических средств регистрации силовых параметров процесса, точностных параметров и шероховатости, микроструктуры и состояния (микротвердости) обрабатываемой поверхности [6].
Весьма значимыми этапами подготовки является определение конфигурации и конструктивных параметров инструмента-резца для физического моделирования процесса [11], а также определение конфигурации и оптимальных параметров заготовки с учетом конструктивных и технологических ограничений, возникающих в процессе моделирования [19].
Особняком стоит вопрос разработки методики определения ключевых технологических параметров обработки (скорости резания, продольной подачи на оборот заготовки и глубины резания) при проведении моделирующих экспериментов, а также разработка метода оценки и определения пути, пройденного резцом при обработки заготовки с пересчетом его в количество обработанных ЦЗК [10]. Для чего необходимо, в свою очередь, разработать методику определения длины пути проскальзывания линейного (бесконечно малого по ширине) участка зуба инструмента по участку профиля зуба заготовки.
Само экспериментальное исследование при моделировании комбинированного процесса зубо-обработки ЦЗК базируется на: рассмотрении основных аспектов проведения экспериментального исследования [6]; установлении и изучении динамики изменения силовых характеристик процесса зубообработки ЗЦК в процессе имитации износа зуба комбинированного инструмента [7]; исследовании динами-
ки изменения точностных характеристик процесса зубообработки ЗЦК в процессе физического моделирования зубообработки [6]; исследовании динамики изменения качества обрабатываемой поверхности в процессе моделирования зубообработки ЦЗК [20]; исследовании динамики изменения микротвердости обработанной поверхности заготовки [21]. А также исследовании износа зуба резца-имитатора комбинированного инструмента при моделировании зубообработки партии ЦЗК [22, 23].
Результаты проведенных исследований позволят, в частности, выявить пути повышения ресурса (стойкости) комбинированного зубообрабатывающего инструмента, а также улучшения точности и качества зубообработки ЦЗК шевингованием-прикатыванием. Для чего проводится изучение влияния варьируемых конструктивных параметров зуба инструмента на основные параметры его работы (ресурс инструмента, точность и качество зубообработки), в частности исследование угла наклона боковых поверхностей стружечной канавки 9/2 [1] (по аналогии с углом X для токарного резца) при его варьировании от 17,5...27,5° [6, 24]; исследование влияния различных типов износостойких покрытий на основные параметры комбинированного процесса зубообработки [25 - 27].
Таким образом, физическое моделирование процесса комбинированной зубообработки ЦЗК шевингованием-прикатыванием можно отнести к достаточно простым и доступным методам моделирования, не претендующим на идеальность модели, но вместе с тем, позволяющим с высокой степенью точности провести анализ рассматриваемых технологического процесса и инструмента и выработать рекомендации по их совершенствованию.
Список литературы
1. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В.А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - прикатыванием: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 123 с.
2. Валиков Е.Н., Белякова В.А. Использование ЭВМ для разработки технологического процесса на изготовление шевера-прикатника // Известия Тульского государственного университета. Технология машиностроения. 2004. Вып. 2. С. 142 - 145.
3. Валиков Е.Н., Белякова В.А. Режуще-деформирующая чистовая обработка боковых поверхностей зубьев зубчатых колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 216 с.
4. Валиков Е.Н., Борискин О.И., Белякова В.А. Расчет шеверов-прикатников для чистовой обработки зубьев зубчатых колес: учебн. пособие. Тула: изд-во ТулГУ, 2007. 110 с.
5. Ямников А.С., Маликов А.А., Валиков Е.Н., Сидоркин А.В. Ресурсосберегающие технологии изготовления цилиндрических зубчатых колес // Технология машиностроения. 2008. № 7. С. 7-10.
6. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 335 с.
7. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Резание и пластическое деформирование при шевинговании-прикатывании цилиндрических колес с круговыми зубьями // СТИН. 2012. №11. С. 17 -21.
8. Маликов А.А., Валиков Е.Н., Ямников А.С. Специфика профилирования режущих кромок шевера-прикатника // Известия Тульского государственного университета Технические науки. 2008. Вып. 1. С. 152-162.
9. Патент 75978 РФ. Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес / А.А. Маликов, Е.Н. Валиков, А.С. Ямников, А.В. Сидоркин. Опубл. 10.09.2008. Бюл. № 25.
10. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Васин С.А., Ковалев Ю.В. Концептуальные основы физического моделирования процесса шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // СТИН. 2022. № 2. C. 2-7.
11. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Васин С.А., Ковалев Ю.В. Особенности проектирования инструмента для физического моделирования процесса шевингования - прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2023. № 5. С. 8-14.
12. Сухоруков Ю.Н., Евстигнеев Р.И. Инструменты для обработки зубчатых колес методом свободного обката. Киев: Техника, 1983. 120 с.
13. Тайц Б.А. Точность и контроль зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1972. 368 с.
14. Патент 91913 РФ. Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес / А.А. Маликов, А.В. Сидоркин. Опубл. 10.03.10, Бюл. № 7.
15. Сидоркин А.В., Маликов А.А. Экспериментальное исследование тепловыделения в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // СТИН. 2015. № 2. C. 28-33.
16. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты»» / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. - М.: Машиностроение, 1989. 328 с.
17. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Чечуга О.В., Маркова Е.В. Практические аспекты разработки средств технологического оснащения при экспериментальных исследованиях процессов комбинированной зубообработки (учебн. пособие). Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. 106 с.
18. Рахметов С.Л. Построение алгоритма параметрической взаимосвязи ширины шевера-прикатника с основными параметрами стружечной канавки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 10. С. 153 - 156.
19. Ковалев Ю.В. Определение параметров цилиндрической заготовки для моделирования про-
цесса шевингования-прикатывания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 8. С. 283 - 286.
20 Кораблев А.И., Решетов Д.Н. Повышение несущей способности и долговечности зубчатых передач. - М.: Машиностроение, 1968. 288 с.
21. Зубчатые передачи: справочник. 2 изд. перераб. и доп. / Е.Г. Гринбург, Н.Ф. Голованов, Н.Б. Фируз, Н.Т. Хабачевский. Под общ. ред. Е.Г. Гринбурга. М.: Машиностроение, 1980. 416 с.
22. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1962. 952 с.
23. Марков А.Л. Измерение зубчатых колес. 4-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1977. 240 с.
24. Болотовский И.А. Справочник по геометрическому расчету звольвентных зубчатых передач: справочник / Под общ. ред. И.А. Болотовского - 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.
25. Coatings for cutting tools // Station coating: [Электронный ресурс]. URL: https://www.statoncoating.com/en/coatings/coatings-cutting-tools (дата обращения: 11.07.2022).
26. Narasimha M., Tewodros D., Rejikumar R. Improving wear resistance of cutting tool by coating // IOSR Journal of engineering. 2014. V 4 (5). P. 6-14.
27. Sarwar M., Haider J. Development of advanced surface engineering technologies for the benefit of multipoint cutting tools // Advanced Materials Research. 2008. P. 1043-1050.
Ковалев Юрий Вячеславович, аспирант, y@vkov.me, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF THE IMPLEMENTATION OF PHYSICAL MODELING OF THE PROCESS SHAVE-ROLLING OF CYLINDRICAL GEARS
Y.V. Kovalev
The article considers the main aspects of constructing a procedure for modeling the process of shave-rolling cylindrical gears in order to determine the nature and features of the processes of cutting and surface plastic deformation in a tool-workpiece pair. The study will allow us to consider the main patterns of the development and course of these processes, depending on the main design parameters of the gear being processed, the tool and the technological parameters of the combined gear processing process. Considerable attention is paid to approaches to modeling the cutting-deforming process of tooth processing. The necessity of a fractional study of the operation of tool teeth occurring in unfavorable conditions from the point of view of cutting theory is substantiated.
Key words: shave-rolling, cylindrical gears, process, modeling, efficiency.
Kovalev Yury Vyacheslavovich, postgraduate, y@vkov.me, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.91.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-491-495
ИЗМЕРЕНИЯ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
А.С. Ямников, Е.Ю. Кузнецов, А.А. Маликов, А.В. Сидоркин
В настоящей статье показан вариант использования встроенных средств измерения мощности, потребляемой приводом главного движения станка с ЧПУ для проведения в производственных условиях оценки силовых характеристик процесса резания. Существенное внимание уделено описанию процедуры выбора применяемых устройств и оценке степени адекватности их показаний.
Ключевые слова: силы резания, процесс, точение, лодметр, load meter, силовые характеристики.
Для проведения в производственных условиях измерений, связанных с определением силовых характеристик процесса резания, предлагается пользовался показаниями встроенного индикатора нагрузки двигателя - лодметра (англ. load meter). Для нанесения шкалы соответствия между определенным показанием лодметра и значением измеряемой величины (момента) то есть для тарирования показаний лодметра была реализована последовательность действий, изложенная ниже.
Лабораторная экспериментальная установка. На лабораторной экспериментальной установке, представленной на рис. 1, была обработана эталонная тарирующая заготовка, изготовленная из стали 45 ГОСТ 1055-88 резцом M02L012520M08 (РФ) с механическим креплением режущей сменной многогранной пластины (СМП) WNMG 080408 PC ТТ8125 (TaeguTec Южная Корея), без применения СОЖ.
