авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

Московский государственный технический университет

им. Н. Э. Баумана

Научно-учебный комплекс «Машиностроительные

технологии»

СБОРНИК СТАТЕЙ

ТРЕТЬЕЙ ВСЕРОССИЙСКОЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО–

ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ

«СТУДЕНЧЕСКАЯ НАУЧНАЯ ВЕСНА 2010:

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

МОСКВА – 2010

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ!

Вы держите в руках сборник, в который вошли статьи участников третьей Всероссийской научно–технической конференции студентов «Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии».

Цель конференции – предоставить студентам возможность рассказать о самостоятельно выполненных научно–исследовательских проектах, обменяться идеями и опытом, соотнести уровень собственных разработок с работами других студентов.

Задачи конференции: накопление опыта студентами по разработке и предоставлению законченных проектов;

формирование мотивации к изучению предметов специальности;

информирование и обучение студентов;

формирование интереса к специальности и профориентации абитуриентов;

интегрирование студентов в сообщество инженеров;

подтверждение уровня знаний дипломами и победами в конкурсах, что может быть использовано студентами в дальнейшем при устройстве на работу и для продолжения обучения.

Факультет «Машиностроительные технологии» один из самых старейших в МГТУ им. Н. Э. Баумана, сейчас ему более 140 лет. Он был создан в 1868 году, когда Императорское московское техническое училище получило статус высшего специального заведения и приступило к подготовке инженерах на отделениях: «Инженерно-механическом» и «Инженерно технологическом».

Острая необходимость в таких инженерах–универсалах для России была обусловлена выдающимися фундаментальными научными открытиями и техническими изобретениями того времени, которые в истории техники названы промышленным переворотом. Его важным результатом стало возникновение отрасли машиностроения, выпускающей машины для других фабрик и заводов. Так началась подготовка квалифицированных инженеров, способных создавать технологические процессы обработки материалов, конструировать и создавать машины для промышленности.

Сегодня факультет готовит инженеров широкого профиля с фундаментальным университетским образованием и специальной профилирующей подготовкой на 12 кафедрах по металлорежущим станкам и оборудованию;

инструментальной технике и технологии;

технологии машиностроения;

метрологии и взаимозаменяемости;

литейным технологиям;

технологии обработки давлением;

технологии сварки и диагностики;

материаловедению;

оборудованию и технологии прокатки;

электронным технологиям в машиностроении;

лазерным технологиям в машиностроении;

технологии обработки материалов.

Основатели научных школ факультета – проф. И. М. Беспрозванный, проф. А. П. Гавриленко, проф. Г. М. Головин, проф. А. И. Зимин, проф. В. М.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Кован, акад. Г. А. Николаев, проф. Н. Н. Рубцов, проф. М. А. Саверин, проф.

И. И. Сидорин, проф. К. К. Хренов, акад. А. И. Целиков.

В настоящее время двенадцать профилирующих кафедр факультета готовят инженеров, бакалавров и магистров. На кафедрах факультета работают 268 преподавателей, которые обучают 2000 студентов, более аспирантов, около 100 зарубежных студентов из 12 стран. Студенты проходят стажировку во Франции, Канаде, Германии, Японии.

На факультете работают более двадцати лауреатов Государственных премий и премий Правительства РФ. Учебный процесс ведут 54 профессора, доктора технических наук, 191 доцент, кандидаты наук, 23 старших преподавателя и 17 ассистентов. Среди преподавательского состава действительных членов и членов корреспондентов отраслевых академий.

Кафедры факультета являются ведущими в России, активно сотрудничают с университетами Германии, Франции, Великобритании, США, Канады, Китая, Японии. Исследования, проводимые учеными факультета, отражают мировые тенденции развития промышленного общества.

Всероссийская научно – техническая конференция студентов позволит дать общую оценку уровня профессиональной и научной подготовки студенчества из технических вузов России и других стран и расширить их кругозор по многим направлениям науки. Желаем успеха всем участникам конференции и ждем Вас в следующем году.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Секция Металлорежущие станки и оборудование Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии УДК 621. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОРТОГОНАЛЬНЫМ МОДУЛЬНЫМ РОБОТОМ УМР-3-0 И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ Карпов Алексей Александрович(1) Студент 3 курса(1), кафедра МТ-1 «Металлорежущие станки», Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана Научный руководитель: Вуколов А.Ю.

ассистент кафедры РК-2 «Теория механизмов и машин», Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана Введение Одной из актуальных задач сегодняшней машиностроительной индустрии является возможность выполнения наиболее сложных и высокоточных операций при минимуме затраченных финансовых средств. А также, возможность модернизации старого имеющегося оборудования под выполнение необходимых работ, повышение его точности и функциональности. Достигнуть этого можно путём реализации эффективного взаимодействия мехатроники робота и управляющего персонального компьютера. Кроме того, при преподавании робототехнического раздела курса теории механизмов и машин студентам машиностроительных специальностей существует задача доступно продемонстрировать основные принципы робототехники на конкретных примерах, желательно – реальных устройствах. Кроме того, для повышения эффективности преподавания успевающим студентам – необходимо предоставить возможность самостоятельного создания, отладки и испытания ПО управления робототехническими устройствами. Естественным методом решения подобной задачи является использование имеющегося оборудования.





Участие же в ремонте и модернизации реального устройства позволяет студенту приобрести практические навыки работы с робототехническими системами.

В данной работе за основу был взят учебный модульный робот УМР-3 0 с ограниченной функциональностью (неуправляемые по скорости двигатели степеней, с остановом путем закорачивания обмотки возбуждения), для него был разработан комплект ПО, позволивший расширить его возможности до выполнения операций повышенной сложности, и создать гибкую систему, готовую к интеграции в учебный процесс кафедры ТММ. Робот установлен в лаборатории кафедры ТММ и успешно применяется в демонстрационных целях.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Описание конструкции робота УМР-3- Робот УМР-3-0 (производство МИРЭА/»Росучприбор») представляет собой конструкцию из трёх мехатронных модулей, собранную с учетом обеспечения движения в прямоугольной системе координат с рабочей зоной, совпадающей по конфигурации с зоной обслуживания. Изначально робот предназначен для исполнения операций конвейерного типа, т.е. перемещения предметов в ограниченном пространстве без препятствий внутри зоны обслуживания. Общий вид робота УМР-3-0, смонтированного на тестировочном столе, представлен на рис.1. Полное описание конструкции мехатронных модулей робота приведено в [1].

На конце модуля, обеспечивающего движение по оси Y, вместо захватывающего элемента был установлен электродвигатель с закреплённой на выходном валу фрезой.

Рис. 1. Робот УМР-3- Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии На каждом модуле установлено по три датчика: два из них представляют собой герконовые сигнализаторы границ рабочей зоны, и один – оптронный датчик позиционирования (рис. 2).

диск источник приёмник Рис. 2. Датчик позиционирования Датчик позиционирования представляет собой круглый диск с прорезями, закреплённый на ходовом винте степени. При вращении винта диск перекрывает световой поток в оптронной паре и посылает соответствующие сигналы на блок управления, что позволяет судить о положении соответствующей степени. Частота вращения двигателей робота постоянна и не регулируется при данной конструкции блока управления.

Точность позиционирования степеней составляет ±0.5 мм по координате и ±10 мм/с по скорости.

Итак, мы имеем малофункциональный механизм, способный перемещать фрезу внутри прямоугольной рабочей зоны, но без возможности установки её в точку пространства с необходимыми точными координатами.

Общий вид консоли блока управления роботом представлен на рис. 3.

Особенности блока управления:

• Связь с управляющим компьютером по интерфейсу Centronix/LPT Bidirectional Parallel Interface;

• Эмуляция на LPT-порте системы команд микро-ЭВМ архитектуры 8255;

• Принудительный опрос датчиков без возможности реализации прямой обработки события изменения состояния порта;

• Чтение и запись данных в порте LPT по одним и тем же линиям (с изменением режима работы порта), что требует разработки специальных процедур высокоскоростного опроса датчиков;

• Наличие программируемой линейки светодиодов, служащей для необходимой пользовательской индикации режима работы системы.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Рис. 3. Общий вид консоли блока управления роботом УМР-3- Постановка задачи Учитывая потребности использования робота УМР-3-0 в учебном процессе, возможно сформулировать задачи разработки системы управления:

1. Создать библиотеку процедур и дополнительные программные средства, позволяющие студенту самостоятельно разрабатывать и тестировать программное обеспечение для управления роботом;

2. Разработать программное обеспечение, реализующее управление роботом на низком уровне. Данное ПО должно обеспечить возможность демонстрации основных принципов мехатроники, управления робототехническими системами и взаимодействия управляющего устройства робота с компьютером. Применение – в лабораторном практикуме по курсу ТММ для студентов всех специальностей [2];

3. Создать специальное ПО, реализующее позиционирование степеней свободы робота с учетом всех особенностей конструкции, синхронизацию реальной машины с ее 3D-моделью в памяти компьютера, что позволит демонстрировать в рамках лабораторного практикума реализацию системы управления четвертого поколения [4, 5].

4. Реализовать пп. 1-3 без модернизации аппаратного обеспечения.

Реализация библиотеки процедур и программы низкоуровневого управления Основной особенностью стандартной библиотеки процедур, поставляемой в комплекте с блоком управления роботом является прямой доступ к портам. Подобная реализация ПО работает только под управлением операционных систем PC DOS/MS-DOS ниже 6 версии. Однако, реалии учебного процесса требуют наличия Windows-реализации библиотеки процедур с опосредованным вводом-выводом данных в LPT-порт посредством драйвера. Такая реализация была разработана в виде набора открытого исходного кода на языках C++ (разработчик – А. Вуколов) и ANSI Object Pascal/Delphi (разработчик – автор). Основой реализации послужил Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии свободно распространяемый WinNT-драйвер виртуального устройства прямого доступа к портам WinIO.vxd (автор Я. Каплан) [3]. Тексты библиотеки процедур доступны студентам на кафедре ТММ по запросу, что позволяет предоставить возможность самостоятельной разработки ПО для робота УМР-3-0. Все программы, составленные в рамках данной работы, используют библиотеку процедур в текущей версии.

Программа низкоуровневого управления ROBOEXEC.EXE для робота УМР-3-0 реализует прямой доступ к эмулируемым регистрам микро-ЭВМ архитектуры 8255. Общий вид главного окна программы в английском языковом варианте представлен на рис. 4.

Рис. 4. Общий вид главного окна программы ROBOEXEC.EXE Программа ROBOEXEC обеспечивает прямой доступ к регистрам блока управления роботом УМР-3-0, подключенного к порту LPT1 или LPT2.

Кроме того, предусмотрена возможность подключения к портам блока управления – дополнительных степеней свободы в случае модернизации конструкции робота.

Любое изменение состояния регистров блока управления требует непосредственного воздействия пользователя на виртуальные органы управления программы. Значения, передаваемые в регистры, задаются установкой переключателей, а также протоколируются в специальном окне.

Программа не является событийно-ориентированной – опрос датчиков производится однократно по команде пользователя (рис. 5).

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Рис. 5. Работа программы ROBOEXEC.EXE с датчиками В состоянии «ВКЛ» находятся: датчик позиционирования степени свободы по оси “Y” и датчик границы рабочей зоны степени по оси “Z”.

Особенностью ROBOEXEC.EXE является возможность управления выбегом двигателей – в случае, если проводится останов одной операцией всех включенных двигателей степеней – переключатель Strict Control обеспечивает возможность такого останова без закорачивания обмотки, что открывает возможности измерения выбега степеней и его влияния на позиционирование. Программа ROBOEXEC.EXE успешно применяется в лабораторном практикуме по курсу ТММ.

Особенности создания программы управления При преподавании робототехнического раздела курса ТММ важной задачей является формирование у студента объективного представления о взаимодействии между реальным робототехническим устройством и виртуальной производственной средой (или средой планирования технологических операций). С учетом данного требования была разработана программа SKAYNET.EXE, в которой реализовано взаимодействие предельно упрощенной 3D-среды планирования и реального Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии робототехнического устройства. Общий вид главного окна программы представлен на рис. 6.

Программа создана в среде Delphi [6] с применением свободно распространяемой графической надстройки GLScene, упрощающей работу с OpenGL в Delphi [7]. Принцип работы программы основан на одновременном исполнении (в нескольких потоковых объектах Windows) нескольких программных таймеров: часть таймеров отвечает за опрос порта LPT компьютера, к которому подключён робот (съем данных с датчиков), и за отсылку требуемых данных на линии того же порта.

Рис. 6. Общий вид главного окна программы SKAYNET.EXE 1 – главная техническая панель, отвечающая за управление движением модулей робота;

2 – панель установки фрезы;

3 – панель изменения длин модулей для случая нестандартной комплектации робота;

4 – панель синхронизации (автоматической установки системы в начальную позицию);

5 – панель подгрузки 2D-модели изделия;

6 – 3D-модель робота.

Другие таймеры отвечают за задание входных данных аналитического просчёта движения реального робота. Один из таймеров является времязадающим элементом синхронизации анимированной 3D-модели робота, встроенной в программу для наглядности представления происходящего процесса. Кроме того, в программе реализована возможность управления роботом с клавиатуры.

Принцип взаимодействия пользователя с программой и программы с роботом можно представить в виде блок-схемы (рис. 7). Исполнение программы изначально распараллелено по трем потокам: главный поток VCL (объектно-ориентированная реализация управления окнами и потоками Windows в среде Delphi/C++ Builder) отвечает за аналитический просчёт Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии положения модулей робота и выполнения необходимых операций по изменению их положения;

второй поток – за рендеринг 3D изображений;

третий поток включает функциональность опроса LPT порта и отсылку на него данных. Движение каждого модуля закреплено за соответствующим программным таймером, запускающимся при начале движения модуля и выключающимся при завершении движения модуля. Для повышения точности позиционирования и увеличения частоты переключения порта вместо стандартного таймера Windows применена реализация таймера WinNT – MCI Timing Engine/DirectX, что позволяет потенциально получить частоту опроса датчиков в текущей реализации библиотеки процедур до 120 150 Гц.

Данные, введённые пользователем в программу, обрабатываются главным потоком VCL, откуда часть соответствующей информации передаётся в поток, отвечающий за прорисовку 3D модели, выводимый на экран;

а часть в поток, отвечающий за генерацию и передачу сигнала через LPT порт на блок управления робота в виде байт. Блок управления на основе полученных данных координирует работу двигателей робота. Датчики движения и позиционирования при срабатывании передают сигналы в блок управления, которые, в свою очередь, считываются с LPT-порта по сигналу ещё одного таймера.

Для подтверждения достижения заданной точности позиционирования проводился эксперимент (рис. 8). По полученным результатам можно сделать вывод о том, что погрешность позиционирования рабочего органа робота при текущей реализации системы управления не превышает 1 мм.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Рис. 7. Блок-схема программно-аппаратного комплекса SKAYNET.EXE + УМР-3- Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Рис. 8. Эксперимент по проверке точности позиционирования Заключение При подготовке данной работы успешно решена задача создания библиотеки процедур управления, обеспечивающей программирование робота УМР-3-0 на языках C++ и ANSI Object Pascal под управлением Windows.

Разработан комплект программного обеспечения, позволяющий наглядно продемонстрировать низкоуровневое (ROBOEXEC.EXE) управление роботом, и реализацию системы управления четвертого поколения с виртуальной средой планирования технологической операции (SKAYNET.EXE).

Внедрение робота УМР-3-0 в связке с программами ROBOEXEC/SKAYNET в учебный процесс (лабораторный практикум) по курсу теории механизмов позволяет существенно повысить эффективность преподавания робототехнического раздела курса. Студенты хорошо воспринимают наглядно демонстрируемые на реальном примере основные принципы робототехники. Дополнительно, успевающим студентам предоставляется возможность самостоятельно реализовывать и проверять авторские алгоритмы управления реальной робототехнической системой. На данный момент учебная робототехническая система установлена в лаборатории кафедры ТММ, оснащена управляющим компьютером и успешно используется в учебном процессе.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Литература 1. Учебные модульные роботы: техническое описание. Росучприбор, (электронный ресурс) http://www.rosuchpribor.ru/russian/Prof2007/robot/umr-2m.html 2. Тарабарин В.Б., Кузенков В.В., Фурсяк Ф.И. Лабораторный практикум по теории механизмов и машин. М., МГТУ, 3. WinIO.sys help and user guide for Object Pascal and C++ Builder users (2006). Open source. Available from Yariv Kaplan (электронный ресурс) http://www.internals.com/utilities_main.htm 4. A. Golovin, M. Ceccarelli: Usage of real mechanisms and models in Machines and Mechanisms Theory course trainings: the album of illustrations.

Registration Cert. №16335, 21.05.2009/State registration cert. № 5. A. Golovin, D. Saschenko: Expert Judgment of Mechanical parts of Robotics. Edited by S. Jatsun. Vibration Machines and technology: Proceedings of Scientific and Technical Conference. – Kursk (2008). Pp. 834-841.

6. Фленов М.Е. Библия Delphi. ISBN 978-5-9775-0116-3. С-Пб., «БХВ Петербург», 2008.

7. Ru.Wikipedia.org: GLScene. Published under GNU Public License (электронный ресурс) http://ru.wikipedia.org/wiki/GLScene Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии УДК 621. 3. 049. РАЗРАБОТКА КОНТРОЛЛЕРА ПРИВОДНЫХ МЕХАНИЗМОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Куренков Виктор Александрович Студент 6 курса, студент 6 курса Кафедра «Металлорежущие станки и комплексы»

Московский государственный технический университет Научный руководитель: Ю.В. Никулин, Доктор технических наук, профессор кафедры «Металлорежущие станки и комплексы»

В данной статье рассматривается устройство привода шагового двигателя для разрабатываемой системы числового программного управления станками, созданное в МГТУ им. Н.Э.Баумана студентами Дюковым М.А. и Куренковым В.А. Основу привода составляют программируемые микроконтроллеры. Для изучения поведения двигателя на разных скоростях вращения и отладки системы была разработана программа, позволяющая включать и выключать двигатель, а также менять направление и скорость вращения.

Рис.1. Схема подключения привода к ЭВМ Интерфейс тестовой программы представлен на рис. 4. Программа позволяет менять направление вращения двигателя, а также управлять скоростью его вращения.

Рис.2. Тестовая программа управления электродвигателем Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии В настоящее время уже разработан привод на основе шагового двигателя. Схема подключения его к ЭВМ изображена на рис.3. Итак, подробнее:

Шаговые двигатели названы так, потому что принцип работы их отличается от двигателей, вращающихся с постоянной скоростью при подаче питания. ШД отрабатывает шаг (поворачиваются на определенный угол) в соответствии с импульсом, поданным на определенную обмотку. Т.е., если мы подадим серию импульсов от системы управления, то двигатель повернется именно на такое количество углов шага и остановится. Такие двигатели не нуждаются в обратной связи для их управления, что сильно снижает стоимость приводов на ШД. Здесь не применяются дорогостоящие устройства слежения за перемещением, такие как оптические энкодеры.

Недостатком ШД является их слабая мощность при достаточно больших габаритах. Для дешевых приводов небольшой мощности и динамичности ШД- идеальное решение.

В разработанном приводе применяется двигатель ШД-5Д1, он имеет функциональную конструкцию на основе переменного магнитного сопротивления ротора.

Ротор состоит из магнитопроводящего металла и по форме напоминает зубчатое колесо. При появлении магнитного поля в одной из обмоток статора, ротор стремиться замкнуть магнитный контур, т.е.

повернуться «зубцами» вдоль линии магнитного поля. В этом и состоит принцип уменьшения магнитного сопротивления. Недостатком является меньшая мощность, чем в первом случая, но зато лучшие динамические свойства. Т.к. здесь нет взаимного влияния полюсов ротора.

Такие привода можно использовать в станках малой и средней мощности. Электродвигатель ШД-5Д1 имеет шесть обмоток, ток в которых должен коммутироваться последовательно согласно режиму шага или полушага. Эта задача полностью лежит на микроконтроллере Mega162. За каждый шаг двигатель отрабатывает 1,5 градуса поворота ротора.

Есть одна особенность управления этим приводом. Дело в том, что ток в обмотках зависит от частоты вращения двигателя. Кроме того при коммутации сигнала отработки шага, зависимость тока в обмотке от времени имеет не прямоугольную форму, а некий всплеск с затухающим процессом. В момент всплеска ток в обмотках превышает допустимые значения в несколько раз, а в момент затухающего процесса возможен пропуск шага.

Для того, чтобы решить эту проблему была предусмотрена обратная связь по току. Она позволяет поддерживать нормальный режим работы двигателя при всех частотах вращения. Ограничение тока в данной схеме осуществляется с помощью ШИМ.

В силовой части нашего привода применены мощные полевые транзисторы. Это позволило существенно уменьшить энергетические потери, так как нам в данном случае нет необходимости применять токоограничивающие резисторы.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Последовательность включения обмоток двигателя выполнена согласно полушаговому режиму работы.

Схема блока управления ШД представлена ниже:

Рис.3. Электрическая схема управления приводом На схеме мы видим, что управляющее воздействие передается на контроллер mega16 через блок SP485E, который преобразует уровень сигнала из стандарта RS-485 в логический сигнал USART, воспринимаемый данным микроконтроллером. Ниже этого блока видны светодиоды индикации включения и передачи данных. Блок 7805 – это стабилизатор напряжения 5В.

Микросхема 74РС08 служит для реализации 6-ти каналов ШИМ с помощью одного. Это элемент «И», который задает скважность сигнала в каждой обмотке одновременно. Транзисторные ключи STP80NF10 являются силовыми. Это полевые транзисторы с высокой скоростью срабатывания. Их всегда можно нарастить до необходимой мощности. Остальные транзисторы относятся к схеме управления силовыми ключами –это драйвера. В правой части схемы изображены обмотки ШД.

При его разработке использовались SMD компоненты, поэтому он ничуть не уступает по низким габаритным размерам промышленным системам управления.

Момент, создаваемый шаговым двигателем, зависит от нескольких факторов:

скорости тока в обмотках схемы драйвера Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии На рис. 4а показана зависимость момента от угла поворота ротора.

Рис. 4. Возникновение мертвых зон в результате действия трения У идеального шагового двигателя эта зависимость синусоидальная.

Точки S являются положениями равновесия ротора для негруженного двигателя и соответствуют нескольким последовательным шагам. Если к валу двигателя приложить внешний момент, меньший момента удержания, то угловое положение ротора изменится на некоторый угол Ф.

Ф = (N/(2*pi))*sin(Ta/Th), где Ф – угловое смещение, N – количество шагов двигателя на оборот, Ta – внешний приложенный момент, Th – момент удержания.

Угловое смещение Ф является ошибкой позиционирования нагруженного двигателя. Если к валу двигателя приложить момент, превышающий момент удержания, то под действием этого момента вал провернется. В таком режиме положение ротора является неконтролируемым.

На практике всегда имеется приложенный к двигателю внешний момент, хотя бы потому, что двигателю приходится преодолевать трение.

Силы трения могут быть расделены на две категории: статическое трение или трение покоя, для преодоления которого требуется постоянный момент и динамическое трение или вязкое трение, которое зависит от скорости.

Рассмотрим статическое трение. Предположим, что для его преодоления требуется момент в половину от пикового. На рис. 4а штриховыми линиями показан момент трения. Таким образом, для вращения ротора остается только момент, лежащий на графике за пределами штриховых линий. Отсюда следуют два вывода: трение снижает момент на валу двигателя и появляются мертвые зоны вокруг каждого положения равновесия ротора (рис. 14б):

d = 2 ( S / (pi/2) ) arcsin(T f /T h) = ( S / (pi/4) ) arcsin(T f / Th), где d – ширина мертвой зоны;

S – угол шага;

Tf – момент трения;

Th – момент удержания.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Мертвые зоны ограничивают точность позиционирования. Например, наличие статического трения в половину от пикового момента двигателя с шагом 90 град. вызовет наличие мертвых зон в 60 град. Это означает, что шаг двигателя может колебаться от 30 до 150 град., в зависимости от того, в какой точке мертвой зоны остановится ротор после очередного шага.

Наличие мертвых зон является очень важным для микрошагового режима. Если, например, имеются мертвые зоны величиной d, то микрошаг величиной менее d вообще не сдвинет ротор с места. Поэтому для систем с использованием микрошагов очень важно минимизировать трение покоя.

Когда двигатель работает под нагрузкой, всегда существует некоторый сдвиг между угловым положением ротора и ориентацией магнитного поля статора. Особенно неблагоприятной является ситуация, когда двигатель начинает торможение и момент нагрузки реверсируется. Нужно отметить, что запаздывание или опережение относится только к положению, но не к скорости. В любом случае, если синхронность работы двигателя не потеряна, это запаздывание или опережение не может превышать величины двух полных шагов.

Каждый раз, когда шаговый двигатель осуществляет шаг, ротор поворачивается на S радиан. При этом минимальный момент имеет в место, когда ротор находится ровно между соседними положениями равновесия (рис. 5).

Рис. 5. Момент удержания и рабочий момент шагового двигателя Этот момент называют рабочим моментом, он означает, какой наибольший момент может преодолевать двигатель при вращении с малой скоростью. При синусоидальной зависимости момента от угла поворота ротора, этот момент Tr = Th/(20.5). Если двигатель делает шаг с двумя запитанными обмотками, то рабочий момент равен моменту удержания для одной запитанной обмотки.

Параметры привода на основе шагового двигателя сильно зависят от характеристик нагрузки. Кроме трения, реальная нагрузка обладает инерцией. Инерция препятствует изменению скорости. Инерционная нагрузка требует от двигателя больших моментов на разгоне и торможении, ограничивая таким образом максимальное ускорение. С другой стороны, увеличение инерционности нагрузки увеличивает стабильность скорости.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Такой параметр шагового двигателя, как зависимость момента от скорости является важнейшим при выборе типа двигателя, выборе метода управления фазами и выборе схемы драйвера. При конструировании высокоскоростных драйверов шаговых двигателей нужно учитывать, что обмотки двигателя представляют собой индуктивность. Эта индуктивность определяет время нарастания и спада тока. Поэтому если к обмотке приложено напряжение прямоугольной формы, форма тока не будет прямоугольной. При низких скоростях (рис. 6а) время нарастания и спада тока не способно сильно повлиять на момент, однако на высоких скоростях момент падает. Связано это с тем, что на высоких скоростях ток в обмотках двигателя не успевает достигнуть номинального значения (рис. 6б).

Рис. 6. Форма тока в обмотках двигателя на разных скоростях работы Для того, чтобы момент падал как можно меньше, необходимо обеспечить высокую скорость нарастания тока в обмотках двигателя, что достигается применением специальных схем для их питания.

Поведение момента при увеличении частоты коммутации фаз примерно таково: начиная с некоторой частоты среза момент монотонно падает. Обычно для шагового двигателя приводятся две кривые зависимости момента от скорости (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость момента от скорости Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Внутренняя кривая показывает, при каком максимальном моменте трения для данной скорости шаговый двигатель способен тронуться. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой старта или частотой приемистости. Она определяет максимальную скорость, на которой ненагруженный двигатель может тронуться. На практике эта величина лежит в пределах 200 – 500 полных шагов в секунду.

Инерционность нагрузки сильно влияет на вид внутренней кривой. Большая инерционность соответствует меньшей области под кривой. Эта область называется областью старта. Внешняя кривая показывает, при каком максимальном моменте трения для данной скорости шаговый двигатель способен поддерживать вращение без пропуска шагов. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой разгона. Она показывает максимальную скорость для данного двигателя без нагрузки. При измерении максимальной скорости нужно иметь в виду, что из-за явления резонанса момент равен нулю еще и на резонансной частоте. Область, которая лежит между кривыми, называется областью разгона.

Шаговым двигателям свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Когда двигатель совершает шаг, ротор не сразу устанавливается в новую позицию, а совершает затухающие колебания. Дело в том, что систему ротор – магнитное поле – статор можно рассматривать как пружинный маятник, частота колебаний которого зависит от момента инерции ротора (плюс нагрузки) и величины магнитного поля. Ввиду сложной конфигурации магнитного поля, резонансная частота ротора зависит от амплитуды колебаний. При уменьшении амплитуды частота растет, приближаясь к малоамплитудной частоте, которая более просто вычисляется количественно.

Эта частота зависит от угла шага и от отношения момента удержания к моменту инерции ротора. Больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Резонансная частота вычисляется по формуле:

F0 = (N*TH/(JR+JL))0.5/4*pi, где F0 – резонансная частота, N – число полных шагов на оборот, TH – момент удержания для используемого способа управления и тока фаз, JR – момент инерции ротора, JL – момент инерции нагрузки.

Необходимо заметить, что резонансную частоту определяет момент инерции собственно ротора двигателя плюс момент инерции нагрузки, подключенной к валу двигателя. Поэтому резонансная частота ротора ненагруженного двигателя, которая иногда приводится среди параметров, Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии имеет маленькую практическую ценность, так как любая нагрузка, подсоединенная к двигателю, изменит эту частоту.

На практике эффект резонанса приводит к трудностям при работе на частоте, близкой к резонансной. Момент на частоте резонанса равен нулю и без принятия специальных мер шаговый двигатель не может при разгоне пройти резонансную частоту. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода.

В системах с низким демпфированием существует опасность потери шагов или повышения шума, когда двигатель работает вблизи резонансной частоты. В некоторых случаях проблемы могут возникать и на гармониках частоты основного резонанса.

Когда используется не микрошаговый режим, основной причиной появления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществлении шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбуждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режиме, составляет около 30% от энергии полного шага.

Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше.

В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно.

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы.

Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вязкой кремнийорганической смазкой, может вращаться металлический диск. При вращении этой системы с ускорением диск испытывает вязкое трение, что эффективно демпфирует систему.

Существуют электрические методы борьбы с резонансом.

Колеблющийся ротор приводит к возникновению в обмотках статора ЭДС.

Если закоротить обмотки, которые на данном шаге не используются, это приведет к демпфированию резонанса.

И, наконец, существуют методы борьбы с резонансом на уровне алгоритма работы драйвера. Например, можно использовать тот факт, что при работе с двумя включенными фазами резонансная частота примерно на 20% выше, чем с одной включенной фазой. Если резонансная частота точно известна, то ее можно проходить, меняя режим работы.

Если это возможно, при старте и остановке нужно использовать частоты выше резонансной. Увеличение момента инерции системы ротор нагрузка уменьшает резонансную частоту.

Однако, самой эффективной мерой для борьбы с резонансом является применение микрошагового режима.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Дальнейшие исследования нацелены на применение микрошагового управления, что позволит сделать работу двигателя более плавной. Кроме того, при применении микрошага, практически исчезнет та грань минимального угла поворота, который может отработать двигатель, т.е. мы сможем повернуть ротор практически на любой малый угол.

Остаются открытыми вопросы по исследованию переходных процессов при коммутации сигналов, совершенствованию обратной связи по току и адаптируемости СУ под любой шаговый двигатель.

Процессы, происходящие при ШИМ-стабилизации тока, показаны на рис. 8. Особо следует отметить, что ток в датчике тока имеет прерывистый характер даже в том случае, если ток обмотки не прерывается. Это связано тем, что во время спада тока его путь не проходит через датчик тока (а проходит через диод).

Рис. 8. Процесс ШИМ-стабилизации тока Нужно сказать, что аналоговая часть системы ШИМ-стабилизации тока фаз двигателя является довольно «капризной». Дело в том, что сигнал, снимаемый с датчика тока, содержит большое количество помех. Помехи возникают в основном в моменты коммутации обмоток двигателя, причем как «своей», так и «чужой» фазы. Для правильной работы схемы требуется корректная разводка печатной платы, особенно это касается земляных проводников. Возможно, придется подобрать номиналы ФНЧ на входе компаратора или даже ввести в компаратор небольшой гистерезис. Как уже отмечалось выше, при управлении маломощными двигателями от ШИМ стабилизации тока можно вовсе отказаться, применив обычную L/R-схему питания обмоток.

При выполнении этой работы преследовались цели детального изучения систем управления приводами, попытка создать гибкую СУ, которая могла бы адаптироваться под любой ШД. Это позволить управлять двигателем так, чтобы он всегда находился в оптимальных режимах работы.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии УДК 621.9. ЗАМЕЧАНИЯ К РАСЧЕТУ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЛОВ НА ОПОРАХ КАЧЕНИЯ Ломов Михаил Викторович Студент 6-го курса, гр. МТ1-Д2, кафедра “Металлорежущие станки”, МГТУ им. Н.Э. Баумана Научный руководитель: П.М. Чернянский, д.т.н., профессор кафедры “Металлорежущие станки” МГТУ им. Н.Э.

Баумана.

Физически обоснованный, проектный расчет шпиндельных узлов стал возможен с одновременным учетом жесткости шпинделя и его опор.

Инженер Попович Б.Г. в 1956 г. приводит расчетные схемы двухопорных шпиндельных узлов, в которых раздельно учитываются деформации шпинделя и подшипников качения. При этом уравнения смещения переднего конца шпинделя были приведены в общем виде.

Одновременно Б. Хвала [1] опубликовал развернутый расчет прогиба переднего конца шпинделя как статически определимой задачи, решаемой для двухопорного шпинделя, в котором так же учитывались собственная деформация шпинделя и жесткость подшипников качения. В дальнейшем этот использовался проф. Ачерканом А.С. в опубликованном конспекте лекций, Фигатнером А.М. и другими отечественными и зарубежными специалистами [30,42,33,15,16].

В 1969 г. проф. Чернянский П.М. предложил принципиально новый метод расчета шпиндельных узлов, в том числе прогиба y и угла наклона оси шпинделя [2]. В основу расчета положено дифференциальное уравнение упругой линии балки, лежащей на упругом основании.

EIy ( z ) = p( z ), (1) где E – модуль упругости первого рода материала шпинделя;

I – момент инерции сечения относительно оси x;

y – смещение оси шпинделя по длине z, p(z) – функция, вид который зависит от внешней нагрузки.

Применительно к шпиндельным узлам, рис.1, решение дифференциального уравнения (1) содержит только два постоянных коэффициента, которые определяются исходя из граничных условий над опорами.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Рис. 1. Расчетная схема шпиндельного узла с несколькими подшипниками в опоре EIy ( z ) = A0 + A1 + Ф( z ), (2) dФ( z ) EI ( z ) = A1 + dz где Ф(z) – частное решение уравнения (1), которое зависит от характера приложенной внешней нагрузки.

Предложенный метод расчета универсален, и ранее полученные зависимости являются его частным случаем. Он впервые делает возможным расчет шпиндельных узлов (валов) с любым числом подшипников в опорах и позволяет определить: оптимальное расстояние между подшипниками шпинделя, оптимальное число подшипников в опорах, жесткость шпиндельных узлов, нагрузку на каждый подшипник в опорах, прогиб и угол наклона оси шпинделя в любом его сечении. Так же с помощью данного метода возможно оценить необходимость использования простановочных колец и уточнить расчетную схему при использовании двухрядных цилиндророликовых подшипников в опорах и жестком креплении шкивов на шпинделе для многоопорных шпиндельных узлов.

Метод расчета прошел экспериментальную проверку [3]. Если точно известна жесткость опор-подшипников, то расчетные и экспериментальные результаты исследования практически совпадают. При этом выполняется расчет с учетом нелинейной жесткости опор.

Рассмотрим существующие методы расчета шпиндельных узлов. Для удобства изложения запишем уравнение прогиба y11 переднего конца двухопорного шпинделя от силы F, приложенной в той же точке, полученное с помощью предлагаемого метода.

1 a + b 2 1 b 2 a b b (3) y11 = F + + + k1 a k2 a 3 E I b 3 E I a В технической литературе по деталям машин преобладает расчет валов как балок на жестких опорах, при этом прогиб переднего конца оценивается как:

b3 a b (4) y11 = F + 3 E Ib 3 E I a В литературе по металлорежущим станкам так же встречаются рекомендации, по которым опоры шпинделя рассматриваются как абсолютно жесткие. Так например при «одном роликоподшипнике или двух Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии подшипниках» в передней опоре шпинделя расчетная схема рекомендуется в виде жесткой заделки, и прогиб определяется только деформацией вылета шпинделя:

b. (5) y11 = F 3 E Ib Для шпинделей металлорежущих станков подобный подход не приемлем и дает результаты, которые далеко не соответствуют действительной картине деформаций. Так как в упругом смещении шпинделя могут преобладать как деформации вала, так и деформации опор. Даже при установке двух и более подшипников в передней опоре их деформация всегда существенно скажется на смещении переднего конца шпинделя.

Всегда, когда нас интересует точность, недопустимо использовать такие понятия как «жесткая опора» или «жесткая заделка» независимо от использования опор качения или скольжения в широком смысле тих понятий. Это строго доказано в теории силовых смещений.

Обширные и глубокие исследования шпиндельных узлов и подшипников качения для них выполнены фирмами SKF и FAG. В своих публикациях они приводят результаты исследования двухопорных и многоопорных шпиндельных узлов разных компоновок.

Фирма SKF приводит уравнения, по которым может быть был выполнен расчет прогиба и угла наклона оси двухопорного шпинделя на упругих опорах [4].

F b M a b 6 1 ( m + 1) b F b b 2 6 2 ( m + 1) = + + + 3 E m A1 a 3 E I2 m A I1 (6) M b a+b b + ( F ( a + b) M ) + (F b M ) 2 E I2 k1 a k2 a Аналогичные зависимости выводятся и с помощью предлагаемого метода расчета. Фирма так же приводит графики зависимости прогиба и угла наклона оси шпинделя от межопорного расстояния, построенные для двух компоновок шпиндельного узла (первая: обе опоры на роликовых двухрядных подшипниках;

вторая: передняя опора на роликовом двухрядном подшипнике, а вторая – шариковый радиально-упорный подшипник), рис 2б.

Они практически совпадают с графиками, построенными для аналогичных компоновок с использованием предлагаемого метода, рис.2 а.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Рис. 2. Графики зависимости прогиба и угла наклона оси шпинделя от межопорного расстояния Что касается расчета многоопорных шпиндельных узлов, то в материалах инофирм говорится о существовании специальных программ, но об исходных принципах их ничего не сообщается.

В России в последние годы В.А. Лизагубом и А.Е. Бедняшиным выполнены две фундаментальные работы, которые поводят некоторый итог исследованиям российских и иностранных специалистов.

В первой работе [5] приводятся результаты многолетних исследований шпиндельных узлов на опорах качения с целью повышения точности и технологической производительности металлорежущих станков. Автор использует известный метод расчета двухопорных шпиндельных узлов [1] и дополняет его «… с учетом действия защемляющего момента в передней опоре и деформации сдвига шпинделя».

При этом влияние деформации сдвига хорошо известно из курса «Сопротивление материалов». Фирма SKF учитывает деформацию сдвига при расчете шпиндельных узлов и приводит готовое уравнение. Проф. Пуш Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии В.Э. считает, что на долю деформации сдвига приходится 3…6% от общих смещений шпинделя, и ими можно пренебречь. Предлагаемый метод расчета [2] для каждой конструкции позволяет точно оценить удельное влияние деформаций сдвига не только для двухопорных, но и для многоопорных шпинделей.

Удельный вес смещений сдвига в общем балансе зависит от многих параметров конструкции. Для некоторых частных конструктивных решений, рис 3, определено удельное влияние смещений сдвига, изгиба и опор. Для шпинделей на двухрядных цилиндророликовых подшипниках, т. е для самых жестких подшипников, влияние деформаций сдвига достигает 17%, рис 3а, а для шпинделей на шарикоподшипниках – 6%, рис 3 б.

R1 b R2 b F3 kF b b ( a + 1) ;

yсдв = ( a + b), (7) yоп = 1 + ;

yизг = k1 a k2 a 3EI GS a где S – площадь сечения шпинделя, G – модуль упругости второго рода.

Смещение сдвига следует оценивать, но в целом его влияние на фоне смещений изгиба и деформации опор невелико, рис 3. В любом случае метод расчета не изменяется. Учитывается известный метод деформаций независимо от принятого метода расчета.

Рис. 3. Баланс различных видов упругих деформаций конструкции ШУ в зависимости от межопорного расстояния Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Введение в расчет «защемляющего момента в передней опоре»

аналогично использованию «угловой податливости» или «угловой жесткости». Принимается условие, что «каждая опора, состоящая из комплекта сдвоенных подшипников, рассматривается как упругая заделка, не имеющая радиального смещения». Угловая податливость определяется экспериментально.

Этот искусственный метод расчета неудобен уже тем, что угловая жесткость не задается производителем подшипников, так зависит от конкретной конструкции и компоновки шпиндельного узла. Задается только радиальная и осевая жесткость подшипников. Необходимость использования угловой жесткости не позволяет использовать метод расчета на стадии проектирования.

Может быть показано, что даже при четырех шариковых подшипниках в передней опоре все «опорные реакции» имеют одинаковое направление.

Тоже самое мы наблюдаем и при установке в передней опоре двухрядного цилиндророликового подшипника. Наличие реакций одного знака у всех подшипников, устанавливаемых в передней опоре, делает необоснованным допущение, что «каждая опора … не имеет радиального смещения». Если есть сила реакции подшипника, то есть и его жесткость, есть и смещение.

Для оценки упругих деформаций в шпиндельных узлах и влияния на них конструктивных параметров может использоваться так же метод конечных элементов [6]. Но при этом нет сопоставимых исследований с другими методами расчета. Перечень задач статического исследования шпиндельных узлов с помощью МКЭ не перекрывает перечисленных выше возможностей предлагаемого метода. При использовании метода МКЭ при всяком изменении конструкции шпиндельного узла необходимо составлять новую конечно-элементную модель, в то время как при использовании предлагаемого метода только вводятся, исключаются или изменяются параметры, что выполняется оперативно. К тому же не очень ясна проблема ввода в расчет контактных деформаций в опорах качения при использовании метода МКЭ.

Таким образом, предлагаемый метод расчета позволяет создать физически обоснованную модель шпиндельного узла и не противоречит уже существующим методам. При этом он мобилен и прост в использовании, дает наглядную дифференцированную картину формирования линейных и угловых смещений шпинделя, жесткости и других параметров необходимых для оптимизации конструкции шпиндельных узлов.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Литература 1. Chvla V. Nejvhodnji vzdlenost loisek vreteha Soyftryhy «Strojiren stvi», 1956 г., т. 6, №4, c. 239-243.

2. Чернянский П.М. Жесткость металлорежущих станков. Учебное пособие. изд. МВТУ М.: 1969 г.

3. Чернянский П.М., Краснов И.Д. Оптимальные параметры шпиндельных узлов с учетом нелинейной жесткости опор. Известия вузов.

«Машиностроение», 1982г., №2, с. 123-127.

4. Левин, Халл Шпиндельные узлы для станков с высокими эксплуатационными свойствами. Прецизионные подшипники SKF. Швеция, 1992г., 142 с.

5. Левина З.М., Зверев И.А. Расчет статических и динамических характеристик шпиндельных узлов методом конечных элементов. Станки и инструмент., 1986г., № Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Секция Инструментальная техника и технологии Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии УДК 67. ПОЛУЧЕНИЕ МАКРОРЕЛЬЕФА МЕТОДОМ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО РЕЗАНИЯ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА Костикова Дарья Сергеевна Студентка 6 курса кафедра «Инструментальная техника и технологии»


Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана Научный руководитель: О.В. Кононов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Инструментальная техника и технологии»

Оребрение поверхности трубок предназначено для увеличения поверхности теплообмена со стороны теплоносителя, имеющего меньший коэффициент теплоотдачи. Ребристые трубки чаще всего применяются в воздухо- или газонагревателях, в воздухоохладителях и сушильных установках, реакторах, теплообменных аппаратах промышленных холодильных, кондиционирующих и криогенных установках, теплообменниках для химической промышленности и тепловых станций и т.п.. Применение их оправдано в случаях нагрева воздуха или газа горячей водой или паром, а также во всех других случаях, когда один из теплоносителей имеет большой, а другой — очень маленький по сравнению с первым коэффициент теплоотдачи, в результате чего получаются очень низкие значения коэффициента теплопередачи и соответственно большие размеры поверхности нагрева. Оребрение поверхности нагрева позволяет во многих случаях повысить теплоотвод и компактность теплообменных аппаратов.

Получением макрорельефа на трубах занимаются многие организации и уже достаточно длительное время. Существует множество методов получения оребрения, которые можно отнести к нескольким группам:

механическая обработка, обработка давлением и сборочные методы.

Большинство из этих методов относится к получению рельефа на наружной поверхности. Что же касается развития внутренней поверхности, то в этой области достижения не так велики и вопрос о получении внутреннего оребрения остается открытым, не смотря на то, что отечественные предприятия все чаще используют медные трубы с внутренним макрорельефом при создании техники для кондиционирования воздуха. Применение этих труб по данным отечественных и зарубежных предприятий повышает холодопроизводительноcть теплообменной аппаратуры в холодильной технике как минимум на 25%.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии 2 3 а б в Рис. 1. Пример рельефа на внутренней поверхности (а) и методы его получения (б,в) Ведущие зарубежные производители теплообменной аппаратуры уже давно применяют в своих изделиях медные трубы с внутренним рифлением.

Причем в зависимости от требований заказчика, трубы должны различаться:

• по количеству ребер на периметре окружности (как правило, от до 40 шт.) • по углу наклона канавки к оси заготовки (от 0 до 60) (Рис. 2).

w Рис. 2. Угол подъема винтовой канавки Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии В настоящее время для получения макрорельефа на внутренней поверхности труб в подавляющем большинстве случаев используются методы обработки давлением, т.е. обжим трубы наружными роликами на профилированной внутренней оправке (Рис. 1 б, в). Получение оребрения с помощью механической обработки с используется крайне редко, несмотря на малую энергоемкость. Данный процесс обладает низкой производительности, а применяемый инструмент обычно имеет низкую прочность из-за необходимости копирования инструментом профиля канавки.

Одним из способов, лишенных этих недостатков, является метод деформирующего резания.

Метод деформирующего резания (ДР) основан на процессе частичного срезания припуска и целенаправленного пластического деформирования подрезанного поверхностного слоя. Образующаяся при ДР стружка не отделяется полностью от заготовки, сохраняя с ней связь по своей узкой стороне.

Совокупность подрезанных поверхностных слоев, которые сохранили сплошность своего соединения с заготовкой, образует на обработанной поверхности детали развитый макрорельеф.

Dr 1 – главная режущая кромка 2 – вспомогательная кромка 3 – передняя поверхность 4 – вспомогательная задняя поверхность Ds Рис. 3. Получение макрорельефа методом ДР Метод ДР позволяет получать макрорельеф в виде ребер различной формы, конфигурация которых определяется геометрией инструмента (Рис.

4).

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии a hр ab b ab t t t S S S o o o a ba hр hр b t t So Рис. 4. Варианты макрорельефа, получаемых методом ДР. Влияние главного j и вспомогательного j1 углов в плане инструмента на геометрические параметры оребрения Для каждой геометрии определена область существования процесса ДР()., в которой можно условно выделить три зоны :

устойчивого получения ребер с параллельными сторонами;

неустойчивое получение ребер с периодическим их отделением в виде стружки;

выдавливание подрезанного материала на исходную поверхность заготовки. мм So,дв.х.

7t 2, + 25 = o 0, = ' o S= S=0,1+0,3t 1, 0 0,2 0,6 а 1, t,мм Рис. 5. Область существования процесса ДР. Обрабатываемый материал –медь М0б До недавнего времени метод ДР использовался только для получения макрорельефа на наружной поверхности трубных заготовок. И лишь в последнее время были предприняты попытки получить рельеф на внутренней Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии стороне труб. Чтобы получить рельеф, соответствующий зоне устойчивого оребрения области существования процесса ДР (Рис. 5), необходимо разместить внутри заготовки инструмент с большим количеством режущих вершин, что в большинстве случаев оказывается технически невозможным.

Поэтому было принято решение работать в зоне выдавливания подрезанного материала на исходную поверхность заготовки.

Рис. 6. Рельеф на внутренней поверхности, полученный методом ДР Исследования силовых зависимостей ДР, проведенные ранее [3] показывают, что силы, действующие на режущий клин со стороны заготовки и образуемых ребер приводят к самозатягиванию инструмента. В случае наружного оребрения с этим эффектом приходится бороться, в то время как при внутреннем оребрении его можно использовать и управлять им.

зп Py пп зп пп Pxz P Pz xy взп Px зп Px зп зп Px Pxy пп Px пп P x взп Px зп пп P P пп P z y xy взп Pz Рис. 7. Раскладка сил при ДР Первые эксперименты показали, что внутренние канавки имеют определенный угол подъема, что позволяет говорить о верности выдвинутой гипотезы об управлении углом подъема винтовой канавки. В связи с этим возникла необходимость проведения дополнительных экспериментов по определению зависимости угла от различных технологических и геометрических параметров (положения передней поверхности, главного и вспомогательного углов в плане, заднего угла, наличия и вида СОЖ и др.).

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Эксперимент проводится на строгальном станке. В качестве режущего инструмента используется токарный резец с ТС пластиной, заточенной с геометрией для ДР.

1 – главная режущая кромка 2 – вспомогательная кромка 3 – передняя поверхность 4 – вспомогательная задняя поверхность Рис. 8. Режущий инструмент для ДР Заготовка при помощи зажимных губок закрепляется на направляющих, которые дают ей возможность свободно передвигаться под действием сил резания в направлении перпендикулярном движению резца.

Dr а б Рис. 9. Схема (а) и фотография (б) экспериментальной установки В качестве образцов использовались заготовки из алюминиевого и медного сплавов Для того чтобы движение подачи резца было гарантировано параллельно поверхности заготовки был использован принцип единства баз.

Т.е. каждый раз перед проведением эксперимента базовая поверхность сострагивали заново и заготовку больше не перезакрепляли. После строгания Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии на поверхности заготовки остаются следы от резца. Эти риски использовались в качестве базы при измерениях.

В ходе эксперимента варьировались следующие параметры:

положение передней поверхности (сочетание переднего угла и угла наклона главной режущей кромки) главный угол в плане;

вспомогательный угол в плане;

главный задний угол;

наличие и вид СОЖ.

В результате эксперимента были получены наклонные ребра, имеющие в сечении различные профили.

Рис. 10. Экспериментальный образец В ходе эксперимента фиксировались следующие параметры: высота ребра и угол наклона канавки (угол самозатягивания).

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Таблица 1. Зависимость высоты ребра от главного угла в плане и положения передней поверхности Главный угол в плане, град.

30 Положение передней поверхности 1 [2] 2,34 1, 2 [1] 2,03 1, 3 2,36 1, Таблица 2. Зависимость угла самозатягивания от главного угла в плане и положения передней поверхности Главный угол в плане, град.

30 Положение передней поверхности 1 8,60 4, 2 7,84 5, 3 7,55 3, Таблица 3. Зависимость угла самозатягивания от главного заднего угла Главный задний Угол самозатягивания, Высота ребра, мм угол, град. град 3 7,55 2, 6 13,12 2, 1,32* 9 24, * – при глубине резания 1 мм Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии 2, 2, Высота ребра 2, 1, 1, 32 34 36 38 40 42 Угол Рис. 11. Зависимость высоты ребра от угла угол самозатягивания, град.

6, 5, 4, 27 29 31 33 35 37 39 41 угол, град.

Рис. 12. Зависимость угла самозатягивания от угла В ходе эксперимента по влиянию СОЖ на параметры получаемого макрорельефа были использованы следующие СОЖ: керосин, минеральное масло И-20, эмульсия Blascocut 2000. В результате эксперимента зависимости не обнаружено как по углу самозатягивания, так и по высоте ребра.

Как видно из графиков и таблиц самое большое влияние на угол самозатягивания оказывает главный задний угол. Однако при увеличении резко возрастает угол наклона главной режущей кромки, а значит мы имеем ограничения по конструкции резца.

Однако только конструкцией резца невозможно получить весь диапазон требуемых углов, а значит, все равно придется использовать дополнительные устройства при получении внутреннего оребрения с углами подъема винтовой канавки в диапазоне от 30 до 60 град.


Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Для получения внутреннего макрорельефа на внутренней поверхности трубных заготовок в промышленных масштабах была разработана конструкция инструментального блока, которая позволяет получать винтовые ребра без использования дополнительного привода. В настоящее время ведется работа по изготовлению данного инструмента.

Литература 1. Васильев С.Г. Разработка метода деформирующего резания для создания упрочняющих композиционных покрытий. Автореферат диссерт. на соиск. уч. степени канд. техн. наук – М.: МГТУ им. Н.Э Баумана, 1996. – с.

2. Кононов О.В. Разработка метода деформирующего резания для получения пористых поверхностных структур. Автореферат диссерт. на соиск. уч. степени канд. техн. наук – М.: МГТУ им. Н.Э Баумана, 1997. – с.

3. Кононов О.В. Разработка метода деформирующего резания для получения пористых поверхностных структур. Диссерт. на соиск. уч. степени канд. техн. наук – М.: МГТУ им. Н.Э Баумана, 1997. – 231 с.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии УДК 621.9. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИЛ РЕЗАНИЯ НА ОПЕРАЦИЯХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ Шуляк Ян Игоревич Студент 6 курса, кафедра «Инструментальная техника и технологии»

Московский государственный технический университет им Н.Э.Баумана Научный руководитель: С.Г. Васильев, кандидат технических наук, доцент кафедры «Инструментальная техника и технологии»

Важной характеристикой процесса резания металлов является сила резания. Силы резания связаны с работой, затрачиваемой на выполнение процесса резания. Работа сил резания определяет необходимую мощность приводов главного движения и движения подачи, выбор которых влияет на стоимость применяемого оборудования, а значит и на стоимость изготовляемых деталей.

Значительная часть энергии, затрачиваемой на операции лезвийной обработки, переходит в тепловую энергию, которая вызывает нагрев режущей части инструмента, что приводит к увеличению интенсивности изнашивания режущего инструмента, снижению стойкости режущего инструмента.

Силы резания, в результате своего действия на обработанную поверхность могут вызывать изменение кристаллической структуры материала, при этом значительные пластические деформации приводят к возникновению остаточных напряжений в поверхностных слоях обрабатываемого материала, что влияет на показатели качества и эксплуатационные свойства детали, а также на величину выполняемых размеров детали.

Вышесказанное свидетельствует о необходимости проведения более глубоких исследований сил резания на операциях механической обработки.

Часто целью подобных исследований является определение факторов, влияющих на силы резания, и выявление взаимосвязей между ними.

Знание функциональных зависимостей изменения сил резания позволяет создавать адаптивные системы управления для станков с ЧПУ, способных регулировать в заданных пределах силу резания за счёт регулировки режимов обработки.

Нагрузка на режущиё клин в зоне резания имеет сложный характер.

Между передней поверхностью и поверхностью сбегающей стружки, а также Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии между задней поверхностью и обработанной поверхностью, действуют неравномерно распределённые контактные давления и силы трения.

Определение всех сил и давлений, действующих на режущий клин, является сложной и трудоёмкой задачей, поэтому систему действующих на инструмент сил заменяют вектором одной равнодействующей силой или системой сил, состоящей из вектора силы и крутящего момента. В общем случае точка приложения и направление вектора сил не известны. Для упрощения решения исследовательских задач вектор равнодействующей силы принято разлагать на составляющие вектора. В зависимости от поставленных исследовательских задач, предмета исследований, схем обработки, технических возможностей по измерению и других факторов вид этого разложения может быть различным.

Одним из устройств, позволяющим решить проблему измерения составляющих сил резания является универсальный динамометр, разработанный Мухиным Б.И. Существуют универсальные динамометры Мухина Б.И. следующих моделей УДМ-100, -600, -1200. Регистрирующее оборудование, входящее в комплект динамометра, имеет ряд недостатков:

большие габариты, массу, высокое энергопотребление. Тензометрический усилитель 4АНЧ22 требует длительного прогрева перед началом работы и периодической ручной настройки при длительных измерениях. Применение осциллографа позволяет вести наблюдение за изменением регистрирующего сигнала при этом регистрация величины сигнала в единицу времени затруднено, отсутствует возможность автоматизации сбора и обработки данных.

Для устранения приведённых выше недостатков на основе динамометра модели УДМ-600 было разработано устройство измерения составляющих сил резания, блок-схема которого изображена на рис. 1.

Устройство состоит из динамометра-датчика модели УДМ-600, платы балансировочных сопротивлений (ПБС), платы 16-канального усилителя ЛА УН16, устройства сбора данных (УСД) NI USB-6009, персонального компьютера. Плата ЛА-УН16, УСД NI USB-6009, ПБС собраны в отдельном корпусе блока усиления и преобразования сигналов (БУПС).

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Рис. 1. Блок схема устройства измерения сил Динамометр-датчик УДМ-600 способен одновременно воспринимать три составляющие силы резания Px, Py и Pz и крутящий момент Mкр.

Обозначение сил измеряемых динамометром совпадают с обозначением составляющих сил резания, изображённых на рисунке 1а. Динамометр измеряет крутящий момент Мкр, действующий в горизонтальной плоскости.

Работа динамометра основана на регистрации изменений значений сопротивлений тензометрических датчиков, вызванных действием измеряемой силы. Внутри динамометра расположена державка, выполненная в виде квадратной пластины с круглым фланцем для крепления к ней сменных приспособлений. Державка установлена на шестнадцати упруго деформируемых опорах. Конструкция опор такова, что жёсткость опоры вдоль её оси примерно в 100 раз меньше жёсткости в поперечном направлении. К каждой опоре вдоль её оси приклеен проволочный тензорезистор с номинальным сопротивлением 100 Ом. Расположение опор в динамометре и схема соединений тензорезисторов с обозначением номеров контактов на разъёме динамометра показаны на рисунке 2. Такое соединение тензорезисторов позволяет создавать разные измерительные схемы.

В изготовленном устройстве измерения сил используется мостовая схема измерения Уитсона. Тензорезисторы динамометра УДМ-600, соединённые по схемам на рисунке 2, подключаются к плате балансировочных сопротивлений. На ПБС смонтированы постоянные и переменные подстроечные резисторы, которые образуют с тензорезисторами динамометра-датчика мостовые схемы измерения, приведённые на рисунке 3.

Рис. 2. Расположение опор в динамометре и схемы соединения тензорезисторов На рисунке 3а приведены мостовые схемы соединения резисторов для измерения составляющей силы резания Pz и крутящего момента Mкр, на Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии рисунке 3б приведена схема для измерения составляющих сил резания Px и Py. Плечи I и III образованы последовательным соединением тензорезисторов динамометра-датчика, плечи II и IV состоят из балансировочных сопротивлений.

а б Рис. 3. Мостовые схемы измерения составляющих сил резания Питание измерительной схемы осуществляется стабилизированным источником постоянного напряжения, встроенным в УСД NI USB-6009.

Напряжение питания Uп составляет ±5В. Плечо IV включает одно постоянное сопротивление, плечо II состоит из последовательно соединённых резисторов, один из которых постоянный, а другой подстроечный. Общее сопротивление плеч I, II, III и IV обозначим R1, R2, R3 и R4 соответственно.

Значение выходного напряжения U тензометрических мостов, изображённых на рисунке 3, определяется по формуле:

R1 R U = U п R + R R + R, (1) 1 3 или по формуле:

R4 R U = U п R + R R + R, (2) 2 4 где Uп – напряжения питания, В;

Ri – активное сопротивление соответствующего плеча мостовой схемы, Ом. Данные формулы справедливы при допущениях, что используется источник питания постоянного тока с пренебрежимо малым сопротивлением, а сопротивление нагрузки между точками c и d намного больше полного сопротивления любой ветви моста.

Постоянные и подстроечные резисторы подбираются таким образом, чтобы за счёт регулировки величины сопротивления подстроечных Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии резисторов максимально точно выполнялось условие равновесия моста в ненагруженном состоянии:

R1 R4 = R2 R3 (3) [3] Из формулы (3) следует, что мост уравновешен, если соблюдается условие:

R1 R (4) R2 = R На практике сопротивление плеча II не равно величине R2, определяемой по формуле 4, и имеет значение R2' :

R1 R + r (5) R2 = R2 + r = ' R где r – погрешность регулирования моста, Ом.

С учётом погрешности регулировки r формула (1) примет вид:

R1 R U = U R + R R + r + R (6) 1 3 Динамометр-датчик сконструирован так, что при действии нагрузки тензорезисторы в одном плече увеличивают, а в другом плече уменьшают своё сопротивление. Если сопротивление тензорезисторов плеча I увеличилось и составляет R1 + R1, то сопротивление плеча III уменьшилось и составляет R3 R3. Величины R1 и R3 – суммарные изменения сопротивлений I и III плеча соответственно. Таким образом, величина выходного напряжения Uн в нагруженном состоянии примет вид:

R1 + R1 R U = U R + R + R R R + r + R (7) 1 1 3 3 В используемом динамометре-датчике УДМ-600 разность между величинами R1 и R3 пренебрежимо мала, поэтому можно считать, что R1 = R3 = R, а R1 = R3 = R. Поскольку в ненагруженном состоянии мост должен быть уравновешен, то значения сопротивлений плеч II и IV должны быть одинаковыми, то есть R2 = R4 = R. С учётом этих допущений формула (7) принимает вид:

R + R R U = U 2 R 2 R + r (8) Преобразуем формулу (8) и запишем в следующем виде:

R r U = U 2 R + 2(2 R + r ) = U t + U r (9) где U t – изменение сигнала, вызванное действием составляющей силы резания, U r – величина начального уровня сигнала, вызванная неточностью балансировки.

Изменение сигнала U t определяется по формуле:

R (10) U t = U 2 R Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Величина U r определяется по формуле:

r (11) U r = U 2(2 R + r ) Анализ формулы (11) позволяет подбирать величину постоянных и подстроечных сопротивлений для обеспечения плавности регулировки начального уровня сигнала при проведении измерений.

Величина выходных сигналов с тензометрических мостов при действии на динамометр даже значительных нагрузок недостаточна для их регистрации с использованием УСД NI USB-6009. Для усиления сигнала используется 16-канальный усилитель модели ЛА-УН16.

В устройстве измерения сил применяется усовершенствованная модель платы ЛА-УН16. Стандартная модель содержит 16 каналов, каждый из которых способен усиливать сигнал в 1, 10 и 100 раз. Используемая модель способна усиливать сигнал в 1, 10, 100, 400 и 1000 раз. Для усиления сигнала тензометрических мостов используется 4 канала в режиме усиления в раз.

Величина сигнала, получаемая с усилителя, определяется по формуле:

R + R R U k = K U, В (12) 2R 2 R + r где K – выбранный коэффициент усиления. При проведении опытов, удобно оперировать значениями U, выраженными в милливольтах, поэтому формулу 12 можно выразить в виде:

R + R R U k = 1000 K U 2 R 2 R + r, мВ (13) УСД NI USB-6009 осуществляет регистрацию и преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал, передаваемый на персональный компьютер через интерфейс USB. Цифровая информация обрабатывается с помощью экспериментального виртуального инструмента DinPxPyPz, разработанного в среде графического программирования LabVIEW 9.0. На рисунке 4 изображён интерфейс разработанного виртуального инструмента (рис.4а) и его графический код (рис.4б).

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии а б Рис. 4. Виртуальный инструмент DinPxPyPz и его графический код Экспериментальный виртуальный инструмент DinPxPyPz способен отображать изменение регистрируемого сигнала в реальном времени, записывать в текстовый файл массив значений напряжения U k, выраженное в милливольтах. Данный виртуальный инструмент применяется для настройки начального уровня сигнала и для наблюдения за устойчивостью заданного уровня во времени, а так же для демонстрации работы устройства измерения сил.

Среда графического программирования LabVIEW 9.0 предоставляет широкие возможности по регистрации, записи и анализу сигнала, а также по проведению математического анализа полученных данных. В зависимости от конкретных исследовательских целей формируется виртуальный инструмент, с набором необходимых функций. Важным преимуществом данного программного обеспечения является наличие возможности быстрого и гибкого изменения, корректировки или настройки разработанных виртуальных инструментов непосредственно в процессе работы.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Разработанное устройство измерения сил позволяет проводить измерения составляющих сил резания на операциях точения, фрезерования и сверления. Обеспечена возможность наблюдения изменения величины составляющих сил резания в процессе обработки. Используемое программное обеспечение предоставляет широкие возможности по регистрации, записи и анализу сигналов, поступающих с динамометра датчика. Применяемое оборудование позволяет совершенствовать устройство измерения составляющих сил резания, путём добавления к нему блоков, расширяющих его функциональные возможности.

Литература 1. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. И приборостр. Спец. Вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 304 с., ил.

2. Хорна О. Тензометрические мосты (перевод с чешского), М. –Л., Госэнергоиздат, 1962, 336 с. с. черт.

3. Тензометрия в машиностроении: Справочное пособие / Под ред.

Р.А.Макарова.– М.: Машиностроение, 1975.– 288 с.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии УДК 66- АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНОГО СЛОЯ ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ Круглов Павел Юрьевич Студент 4 курса, кафедра «Машины и обработка металлов давлением»

Ульяновский государственный технический университет Научный руководитель: Курганова Ю. А., доктор технических наук, профессор кафедры «Машины и обработка металлов давлением»

Совершенствование технических систем различного назначения в современных условиях жесткой конкуренции и повышенных требований к точности, надежности, экологической безопасности и функциональности изделий невозможно без комплексного использования достижения в областях технических наук: теория обработки металлов давлением, машиноведение, материаловедение.

В настоящее время композитные материалы являются наиболее перспективными конструкционными материалами в машиностроении благодаря комплексу свойств, приобретаемых при совмещении разнородных материалов. Особенностью материалов данной группы является возможность формирования не только целостных деталей, но и сложных композиций.

Основной комплекс свойств в большинстве случаев эксплуатации деталей обеспечивается поверхностными слоями. Достижение данных характеристик может быть реализовано путем создания функционального поверхностного композитного слоя [1].

Рабочие части инструмента – штампа работают в условиях повышенного износа, высоких удельных давлений, достигающих 2000- МПа, и больших температурных перепадов вызванных процессом деформирования. Частые поломки штампов, проявление неремонтируемых дефектов, а, следовательно, низкая работоспособность препятствуют эффективной производительности штамповочного производства. Это представляет собой достаточно серьезную проблему, поскольку не позволяет эффективно изготавливать соответствующие современным требованиям детали изделий машино- и приборостроения. Так же к проблемам современного штамповочного оборудования можно отнести отсутствие эффективных и внедренных в производство способов, которые позволяют решать эти проблемы. Основные дефекты штампов и матриц: трещины, сколы, выгарины.

Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии Существенно снизить количество таких дефектов позволяет метод плазменного напыления порошковых алюмокерамических покрытий, с помощью установки электроплазменного напыления.

Актуальность работ данного направления заключается в массовой потребности увеличения ресурса формообразующего инструмента.

Основной целью данной работы является увеличение ресурса работы формообразующего инструмента, а так же уменьшения количества переходов технологических операций путем плазменного напыления высоко износостойких покрытий на рабочую поверхность. [Рис.1-2].

Рис.1. До напыления Рис.2. После напыления Актуальность работ данного направления заключается в массовой потребности увеличения ресурса формообразующего инструмента.

Основной целью данной работы является увеличение ресурса работы формообразующего инструмента путем плазменного напыления высоко износостойких покрытий на рабочую поверхность.

Для достижения поставленной цели были сформулированы две группы задач:

Первая - подбор оптимального фазового и химического состава напыляемой смеси, выбор методов предварительного очищения поверхности и ее активации, выбор режимов работы плазмотрона, конфигурации смесителя, подбор газовой смеси;

определение расстояния от сопла плазмотрона до стола и времени контакта (напыления).

Вторая - анализ полученных образцов, формирование базы данных по подбору состава напыляемой смеси и режимов напыления, оценка результатов.

Современное плазменное напыление развивается по трем основным направлениям. Напыление в струе защитного газа, напыление в условиях Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии динамического вакуума напыление в контролируемой среде. При плазменном напылении порошковых покрытий процесс взаимодействия материалов покрытия и поверхности подложки в значительной степени зависит от состояния последней. Вследствие этого применяют различные способы очистки и активации напыляемой поверхности. Используемые в настоящее время механические, химические и электрические методы подготовки поверхности имеют ряд ограничений по своим возможностям.

Основной недостаток этих методов состоит в том, что они проводятся в атмосфере воздуха или защитного газа. Активность напыляемой поверхности в этом случае быстро падает из-за адсорбции газов и окисления.

Механическим методом нельзя обрабатывать изделия из тонких материалов, при химической обработке остаются следы химических реакций – это снижает адгезию [2-3].

В данном методе напыление покрытий производится с использованием газовых разрядов, возбуждаемых в контролируемой среде, в которой производится напыление. При этом процессы активации поверхности и плазменного напыления совмещаются в одном вакуумном объеме - это является уникальностью и существенным отличием данного метода.

Газоразрядная среда является “бесконтактным методом”, позволяющим обрабатывать изделия из тонких материалов. Полученные образцы анализируются металлографическим методом, методом неразрушающего контроля остаточных напряжений на приборе СИТОН-АРМ.

Использование газовых разрядов, возбуждаемых в контролируемой среде, в которой производится напыление, позволяет получать уникальное по своим свойствам покрытие.

Новизной данного метода является напыление материалов разного фазового состава, а так же разработанный и ранее не используемый способ напыления. А так же получение деталей, в результате комбинации физико химических методов обработки поверхности, с уникальным поверхностным слоем.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 



Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.