CC BY
2
4 Федоров Д.В. Влияние вида пластификатора на свойства пресс-порошков и качество прессовок из твердого сплава ВН8/ Д. В. Федоров, О. В. Семенов, В. И. Румянцев, С. С. Орданьян // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. № 4. С. 3-8.
5 Сердюченко К.Ю. Формирование свойств и структуры твердых сплавов с различными пластификаторами: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.16.06. М., 2006. 24 с.
Юршев Владимир Иванович, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет,
Бойко Сергей Валентинович, канд. техн. наук, доцент, директор инжинирингового центра, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет,
Кириленко Александр Сергеевич, канд. техн. наук, старший преподаватель, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет,
Юршев Илья Владимирович, заведующий лаборатории, [email protected], Россия, Оренбург, Оренбургский государственный университет
EFFECT OF PLASTICIZER ON PROCESSES OF PRESSING AND SINTERING OF VKIO-KHOM CEMENTED CARBIDE MIXTURE
V. I. Yurshev, S. V. Boyko, A. S. Kirilenko, I. V. Yurshev
Plasticizers are considered - polyethylene glycol of the PEG-1500 brand, synthetic cis-butadiene rubber SKD II and sodium-butadiene rubber SKB-50R for the manufacture of a hard alloy according to the criteria of elastic coefficients, shrinkage, sinterability and density. The results can be used to optimize pressing and sintering modes in the production of hard alloys based on the VK10-XOMpowder mixture when introducing metal-cutting plates and other products into production.
Key words: hard alloy, plasticizer, pressing, sintering, density, elastic aftereffect, shrinkage, microstructure.
Yurshev Vladimir Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University,
Boyko Sergey Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, director of the engineering center, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University,
Kirilenko Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, senior lecturer, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University,
Yurshev Ilya Vladimirovich, head of the laboratory, [email protected], Russia, Orenburg, Orenburg State University
УДК 621.91.408
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-174-175
ВЛИЯНИЕ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ И УСТАЛОСТНУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ
Ю.О. Стреляная, В.Б. Богуцкий
В статье отмечается, что при анализе влияния микрогеометрии поверхности на усталостную прочность деталей, как правило, не учитываются периодичность и характер расположения на поверхности микронеровностей их форма и другие характеристики. Предложено в качестве наиболее информативной характеристики обработанной поверхности использовать отношение фактической и номинальной площадей шероховатости поверхности, в значительной степени учитывающее структуру и развитость рельефа. Фактическая площадь шероховатой поверхности оценивается методом аппроксимации в двух взаимно перпендикулярных направлениях реального микропрофиля эквивалентным ему периодическим. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния шероховатости поверхности на сопротивление усталости и усталостную долговечность деталей, установлены корреляционные связи между эксплуатационными свойствами и фактической площадью шероховатости поверхности. Сделан вывод, что для шероховатых поверхностей отношение фактической площади к номинальной является показателем, более тесно связанным с усталостной прочностью, чем стандартные характеристики шероховатости или Ra.
Ключевые слова: шероховатость поверхности, микрогеометрия, эквивалентный микропрофиль, фактическая площадь, усталостная прочность, усталостная долговечность.
При анализе влияния микрогеометрии обработанной поверхности образцов на их эксплуатационные свойства результаты усталостных испытаний обычно связывают со стандартными характеристиками шероховатости: высотой неровностей Rz или средним арифметическим отклонением профиля Ra [1-4 и др.]. При этом, как правило, не учитываются периодичность и характер расположения микронеровностей на поверхности, их форма, радиус
закругления впадин и другие показатели, которые в совокупности с высотой неровностей оказывают решающее влияние на снижение усталостной прочности обработанных деталей [5-8 и др.]. Наиболее емкой информативной характеристикой обработанной поверхности, которая в значительной степени учитывает структуру и развитость ее рельефа, является отношение фактической Рг и номинальной Рп площадей
Определение фактической площади шероховатой поверхности, подвергнутой различным видам механической обработки, связано с некоторыми трудностями, поэтому среди исследователей нет, единого мнения о ее величине и методике определения [9-13 и др.].
В статье предложена методика оценки величины фактической площади шероховатой поверхности с помощью аппроксимации в двух взаимно перпендикулярных направлениях реального микропрофиля эквивалентным ему периодическим.
Уравнение такой поверхности в общем случае с периодичностью в двух взаимно перпендикулярных направлениях Х и У записывается в следующем виде
(
z = A sin
^ X + ^Y Ti T2
\
"о -Ai
(1)
где А -
■ средняя амплитуда неровностей; Тг и Т2 - средний шаг неровностей в направлениях Х и У.
Правомерность замены реальной поверхности со случайным расположением неровностей поверхностью с синусоидальным профилем (для расчёта площади) подтверждается косвенными измерениями длины линии профиля. Обработка профилограмм поверхностей образцов с различной шероховатостью из сталей 45, ХН70ВМТЮ и алюминиевого сплава Д16Т, полученных растачиванием, фрезерованием и шлифованием, показала, что расчетная длина синусоидального профиля отличается от фактической в среднем на 4,6 % что, по нашему мнению, в основном связано с неточностью измерения длины линии профиля.
Площадь шероховатой поверхности, описываемой уравнением (1), определяется эллиптическим интегралом 2-го рода вычисляется приближенными методами [14, 15] с применением компьютерных программ.
Щ
Fr =
д/тТ2 + 4^2 А2
(( + Т 22)
2яТ,
(
2nY 2па тг +-, К
Л
T2
Ti
(
- Е
2nY
Л
К
dY
(2)
где а и в -принятые пределы интегрирования; К -модуль интеграла:
К =
4ж2 А2 (Т12 + Т 2) |Т2Т 22 + 4^2 А2 (
2 ■ Т22
^ ^ 1 т-1 2 ;
В частном случае, характерном для процессов механической обработки, при Т2^<» решение (2) аппроксимируется простой функцией, удобной для технологических расчетов.
Следует заметить, что точность расчета фактической площади шероховатой поверхности зависит в основном от точности определения средних амплитуд и шагов неровностей на поверхности, что, в свою очередь связано с точностью воспроизведения микрорельефа, включая и субмикрорельеф.
Влияние фактической площади поверхности на ее эксплуатационные свойства теоретически подтверждается существованием вполне определенной связи между коэффициентом разгрузки напряжений при усталостных испытаниях у по методике [16, 17] и фактической площадью поверхности, рассчитанной по (2) (рис. 1).
С целью экспериментального установления корреляции между эксплуатационными свойствами и фактической площадью поверхности, подвергаемой разрушению, были обработаны результаты усталостных испытаний плоских образцов из стали ХН70ВМТЮ. Различная шероховатость поверхности в рабочей зоне образцов в пределах 3,2.. .0,32 мкм была получена шлифованием вдоль оси образцов.
Е-Т
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
У i Ь í.o
0,8 0,6 0,4 0,2
é
т т
ю
12
Í4
Рис. 1. Связь фактической площади шероховатой поверхности с коэффициентом разгрузки напряжений у по
методике [16,17].
Усталостные испытания образцов проводились при температуре 800 °С с частотой нагружения 1000.. .5000 Гц. Для оценки влияния на сопротивление усталости оа и усталостную долговечность N деталей только шероховатости поверхности и исключения влияния на результаты испытаний поверхностного наклёпа и остаточных
напряжений, возникающих на поверхности образцов после шлифования, образцы подвергались термической обработке в вакууме (0,0133 Па): закалка при температуре 1050°С с выдержкой 4 часа, охлаждение до 600.. .650 °С и последующее старение при 800°С в течение 16 часов.
Шероховатость поверхности оценивалась показателями К и Ка и величиной отношения фактической
С
площади поверхности к номинальной г . Расчет фактической площади поверхности по уравнению (2) проводился
на компьютере для двух случаев: Т2 = 7 и 72 = да, значения Т1 и А определялись из профилограмм. Все профило-
граммы имели одинаковый вид, характерный для случайного распределения микронеровностей по высоте и шагу, увеличение профилограмм устанавливалось в зависимости от величины шероховатости: вертикальное в пределах 2-103 . 2-104, горизонтальное - 100.200. Измеренные значения К и Ка соответственно равнялись 1,665.24,15 мкм
С
и 0,2545.4,205 мкм, расчетные значения г составляли 1,0022.1,0609 (при 72 = да) и 1,00411.1,1295 (при
Fn
T - T1).
Таблица 1
Показатели усталостной прочности Параметр шероховатости поверхности Функция связи Корреляционное отношение Функция связи Корреляционное отношение
o-i при f-1000 Гц (108 циклов) Fr Fn / 1,0771 - 30,76( % j 0,8344 F —1,043 o-_1 - 87,25е Fn 0,8333
Ra ст—1 - 25,32Ra-0'0247 0,8315 a—1 - 30,86e_16'22Ra 0,7917
Rz ст—1 - 26,33Rz "°,°257 0,8315 a—1 - 30,90e "2'291Rz 0,7947
o-i приf-5000 Гц. (108 циклов) Fr Fn Г F 1Д453 1 - 264 í j 0,8520 F —1,109 F-a—1 - 81,02е Fn 0,8510
Ra ст—1 - 21,83Ra-°'0256 0,8283 cr—1 - 26,83e—17'20Ra 0,8660
Rz cr—1 - 22,74Rz "°,°277 0,8278 2686 —3,061Rz <y—1 - 26,86e ' z 0,8081
N (циклы) при f-1000 Гц (напряжение 255 МПа) Fr Fn Г F л—32,63 N - 14,28-1091 I 1 Fn j 0,8340 F —31,59 N - 7,42 -1023е Fn 0,8328
Ra N - 0,039 -109Ra"°,7482 0,8315 N - 15,77 •Ю9e"491,6Ra 0,7914
Rz N - 0,1275 • 109 Rz"°,7796 0,8315 N - 16,29 -109 e"87,59Rz 0,7944
N (циклы) при f-5000 Гц (напряжение 255 МПа) Fr Fn Г F л—29,27 N - 19,49 -1071 fr- I 1 Fn j 0,8442 F —28,33 N - 3,908 -1020е F" 0,8431
Ra N - 0,104 -107 Ra"°,6618 0,8303 N - 21,27 -107e"440,2Ra 0,7998
Rz N - 0,2975 -107 Rz"°,6894 0,8299 N - 22,89 -107e —78,37Rz 0,8023
Методом наименьших квадратов была установлены математические связи между показателями усталостной прочности 0-1 и N и отношением г (а также, для сравнения, с К2 и Ка) в виде, степенной и экспоненциальной
зависимостей. Теснота связи оценивалась корреляционным отношением [18-20 и др.]. Полученные результаты с расчётной величиной г при 72 = да приведена: в таблице 1.
С
Выводы. С увеличением отношения г как и с увеличением величин Кг и Ка показатели усталостной
С
прочности уменьшаются, но связь сопротивления усталости 0-1 и усталостной долговечности N с отношением г
отличается более высокой степенью корреляции, чем со стандартными характеристиками шероховатости Rz и Ra.
F
Влияние отношения фактической площади шероховатости поверхности к номинальной r на показатели усталост-
Fn
ной прочности а-1 и N более существенно, чем влияние Rz и Ra. Таким образом, можно утверждать, что для шероховатых поверхностей (по крайней мере одного вида, например, как в данном исследовании полученных шлифованием) отношение фактической площади к номинальной является показателем, более тесно связанным с усталостной прочностью, чем высота неровностей Rz или среднее арифметическое отклонение профиля Ra.
Список литературы
1. Сорокин В.М. Качество поверхностного слоя и эксплуатационные свойства поверхностей деталей и методы их повышения. Н. Новгород: НГТУ, 1994. 120 с.
2. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение, 1981.
224 с.
3. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве, под ред. А.М. Дальского. М.: Изд-во МАИ, 2000. 360 с.
4. Khafizov I., Nurullin I. Influence of roughness on operational properties of details// IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 570. 2019. D0I:10.1088/1757-899X/570/1/012048.
5. Табенкин А.Н., Тарасов С.Б., Степанов С.Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. 136 с.
6. Knothe K., Theiler A. Normal and tangential contact problem with rough surfaces// Proceedings of 2nd mini conf. Contact mechanics and wear of rail/wheel system. 1996. P. 34-43.
7. Горячева И.Г. Механика контактного взаимодействия. М.: Наука, 2001. 478 с.
8. Majumdar A., Bhushan В. Role of fractal geometry in roughness characterization and contact mechanics of surfaces//ASME J. of Tribology. Vol. 112. 1990. P. 205-216.
9. Рыжов Э.В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. Киев: Наукова думка, 1984. 272 с.
10. Miko Ed., Nowakowski L. Analysis and verification of surface roughness constitution model after machining process// XIIIth International Scientific and Engineering Conference «HERVIC0N-2011». Procedia Engineering Vol. 39. 2012. P. 395-404.
11. Сулима А.М., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин: Машиностроение, 1988. 240 с.
12. Суслов А.Г., Таратынов О.В., Болотина Е.М. Комплексное изучение качества поверхностного слоя деталей машин // Наукоемкие технологии в машиностроении. № 9. 2013. С. 8-12.
13. Матлин М.М., Казанкин В.А., Казанкина Е.Н., Капиносова Е.В. Влияние соотношения твердостей материалов, среднего давления и параметров шероховатости на фактическую площадь контакта сопрягаемых поверхностей// Известия Волгоградского государственного технического университета, № 6 (253). 2021. С. 32-36
14. Carlson B.C. Numerical computation of real or complex elliptic integrals// Numerical Algorithms. Vol. 10. 1995. P. 13-26.
15. Боголюбский А.И., Скороходов С.Л., Христофоров Д.В. Быстрое вычисление эллиптических интегралов и их обобщений// Журнал вычислительной математики и математической физики. Т. 45. № 11. 2005. С. 19381953.
16. Нейбер Г. Концентрация напряжений. Пер. с нем. Н.М. Лебедева. Под ред. А.И. Лурье. М.: ОГИЗ,
1947. 205 с.
17. Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений. Графики и формулы для расчета конструктивных элементов на прочность/ Р. Петерсон. Пер. с англ. И.А. Нечая, И.П. Сухарева. М.: Мир 1977 г. 300 с.
18. Хусу А.Л., Виттенберг Ю.Р., Лальмов В.А. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход). М.: Наука, 1975. 344 с.
19. Овсянников В.Е., Терещенко В.Ю. Корреляционный анализ профиля шероховатости поверхно-сти//Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 10. 2013. С. 74-78.
20. Izmailov V.V. Correlation between surface topography and profile statistical parameters// Wear. Vol. 59. 1980. P. 409-420.
Стреляная Юлия Олеговна, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет,
Богуцкий Владимир Борисович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет
INFLUENCE THE ACTUAL AREA OF SURFACE ROUGHNESS ON FATIGUE STRENGTH AND FATIGUE DURABILITY
OF THE DETAILS
Yu. О. Strelyanaya, V. B. Bogutsky
The article notes that when analyzing the influence of surface microgeometry on the fatigue strength of details, as a rule, are not taken into account the periodicity and nature of the location of microroughnesses on the surface, their shape and other characteristics. It is proposed to use the ratio of the actual and nominal areas of surface roughness as the most informative characteristic of the treated surface, largely taking into account the structure and development of the relief. The actual area of the rough surface is estimated by the approximation method in two mutually perpendicular directions of the
real microprofile by the periodic equivalent to it. Are presented the results of experimental research of the influence of surface roughness on fatigue resistance and fatigue life of details and established correlation connections between operational properties and the actual surface roughness. It is concluded that for rough surfaces, the ratio of the actual area to the nominal area is an indicator more closely related to fatigue strength than the standard roughness characteristics Rz or Ra.
Key words: surface roughness, microgeometry, equivalent microprofile, actual area, fatigue strength and fatigue
durability.
Strelyanaya Yulia Olegovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,
Bogutsky Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University
УДК 621.86
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-178-179
АЛГОРИТМ МНОГОВАРИАНТНОГО РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТАЛИ НА ЭВМ
П.В. Витчук, Е.Е. Харитонова, Н.А. Витчук, А.Н. Шафорост, А.Д. Горынин
Электрическая таль в большинстве случаев опирается непосредственно на несущую конструкцию, создавая в ней изгибающий момент, поэтому при проектировании электрической тали следует стремиться к минимизации ее массы. Проведенный анализ структуры массы электрических талей показал, что на элементы канатно-блочной системы приходится более 50 % всей массы электрической тали, независимо от ее грузоподъемности. Поэтому была разработана последовательность многовариантного расчета электрической тали, позволяющая варьировать параметрами канатно-блочной системы, и реализующий ее алгоритм. Предлагаемый алгоритм многовариантного расчета механизма подъема электрической тали позволит в значительной мере упростить процесс проектирования электрической тали, выявить новые комбинации ее параметров и наименее металлоемкие компоновочные схемы электрической тали.
Ключевые слова: канатно-блочная система, механизм подъема груза, многовариантный расчет, проектирование, электрическая таль.
Электрические тали (рис. 1) преимущественно применяют в качестве самостоятельных грузоподъемных механизмов и механизмов подъема груза грузоподъемных кранов мостового типа, изредка - в качестве механизмов подъема груза и изменения вылета стрелы грузоподъемных кранов стрелового типа [1, 2]. В связи с тем, что электрическая таль в большинстве случаев опирается непосредственно на несущую конструкцию, создавая в ней изгибающий момент, то при проектировании электрической тали следует стремиться к тому, чтобы таль имела наименьшую массу.
Процесс проектирования механизма подъема электрической тали аналогичен процессу проектирования механизма подъема любого грузоподъемного крана и включает в себя следующие этапы [3, 4]:
- проектирование канатно-блочной системы;
- расчет элементов крепления каната к грузовому барабану;
- выбор электродвигателя;
- расчет и выбор передач;
- расчет и выбор соединительных муфт;
- выбор тормоза;
- проверочные расчеты.
При проектировании электрической тали следует учитывать ряд особенностей [3, 5]:
- электрические тали, используемые в качестве механизма подъема крана мостового типа, следует проектировать для группы классификации режима работы М3 (класс использования T3, класс нагружения L2);
- в электрических талях, как правило, не используют редукторы, тормоза и муфты общепромышленных
серий;
- в электрических талях, как правило, применяют однослойную навивку каната на барабан;
- с целью повышения долговечности грузового каната целесообразно увеличивать диаметр всех блоков по сравнению с расчетным;
- если электрическая таль выполнена по схеме, когда все ее основные элементы (электродвигатель, редуктор, тормоз, соединительные муфты) или часть из них размещены внутри барабана, то при компоновке электрической тали необходимо учитывать возможность размещения этих элементов внутри барабана;
- при проектировании электрической тали целесообразно руководствоваться рядами параметров, приведенными в ГОСТ 22584-96 «Тали электрические канатные. Общие технические условия».
На основе данных каталогов [6, 7] и др. некоторых производителей грузоподъемного оборудования была составлена усредненная структура массы электрических талей грузоподъемностью 1 т; 3,2 т; 5 т; 10 т (рис. 2). Анализ полученной структуры массы электрических талей показал, что на элементы канатно-блочной системы (грузовой барабан, отводные блоки, крюковую подвеску, грузовой канат) приходится более 50 % всей массы электрической тали, независимо от ее грузоподъемности.
В ряде работ для снижения массы электрической тали предложено варьировать одним или несколькими параметрами ее канатно-блочной системы. Например, в [3] отмечается, что «при увеличении кратности и числа полиспастов снижается номинальное натяжение каната, за счет чего может быть уменьшен диаметр барабана, или ... уменьшено передаточное отношение редуктора». В [8-10] для минимизации массы электрической тали предложено в ограниченном диапазоне варьировать числом и кратностью полиспастов, коэффициентами выбора диаметра каната
