Study of a local source of autonomous power supply on the basis of a diesel generator

A mathematical model of a local autonomous power supply source based on a diesel generator set is presented. The source of primary mechanical energy is a diesel internal combustion engine with an automatic speed controller, operating on the Polzunov–Watt’s principle. The electric energy converter is an asynchronous motor operating in a generator mode with capacitor self-excitation. The complete set of such devices is carried out from the available and normally working components of technological, electrical and transport equipment. They are formed by the personnel of the relevant enterprises in the period preceding the accident, during its development or at the end of its active phase. Therefore, mathematical models of subsystems of a diesel engine, an asynchronous machine operating in a generator mode, capacitive self-excitation and a number of typical electricity consumers are represented by separate structural blocks with functional relationships and connected according to the principle of subordinate regulation. This form of representation makes it possible to carry out large-scale studies of the qualitative and quantitative indicators of the operation of diesel generator sets with various types of both internal combustion engines and asynchronous machines. The coincidence of the results of numerical simulation and full-scale experiments allows to judge the adequacy of the proposed mathematical model of a local autonomous power supply source with a diesel generator. The presented model combines algorithmic simplicity and high computational precision and will make it possible to determine the criteria for the trouble-free operation of autonomous power supply sources to provide energy to consumers of different categorie

About the possibility of application of laser vacuum welding for the integration of elements of heat-protective structures from powder materials

The results of studying the process of laser vacuum welding of elements of heat-shielding panels made of heat-resistant dispersion-strengthened powder materials Ni-20Cr-6Al-Ti-Y2O3 of increased strength are presented. Such materials can be used to create ultralight heat-shielding panels, which are systems integrated on the surface of aircraft from typical modules of a cellular structure. Technical solutions of heat-insulating modules are considered, which are a cellular (honeycomb) structure consisting of two plates with a thickness of 0.1 to 0.14 mm, inside which there is a thin honeycomb filler. It is shown that the small thickness of the plates and the complexity of integrating the elements into a single system significantly impair the formation of a strong connection of such elements and do not allow the direct use of the known methods of diffusion welding or vacuum brazing. It has been established that laser welding of elements of heat-shielding structures in vacuum provides satisfactory strength of the structure of the heat-shielding element as a whole. Local heating at certain points prevents deformation of the parts to be joined during the welding process. The use of a pulsed Nd:Yag laser with a power of 400–500 W, operating in the frequency range of 50–200 Hz, allows welding with or without a filler powder. It was found that the use of filler additives practically does not affect the mechanical properties of the welded joint, however, it reduces the melt zone, while increasing the density of the welded joint. Based on the results obtained, it was concluded that it is possible to use laser vacuum welding for the integration of thin elements of heat-shielding modules. It is shown that a satisfactory joint strength is achieved by ensuring high cleanliness of the surfaces of elements before welding, maintaining a high vacuum (less than 10–2 Pa) and rational thermal loading of the surfaces of the elements to be integrated. The use of the proposed process makes it possible to obtain a stronger and denser seam in comparison with the known methods of soldering multicomponent powder dispersion-strengthened material

Cutting carbon-carbon composites by the diamond drills variable cyclic feed

Аннотация. У статті представлено оригінальне вирішення актуальної проблеми підвищення ефективності свердління композиційних матеріалів вуглецевої групи алмазними свердлами за рахунок використання динамічної робочої подачі. Показано, що накладання циклічного низькочастотного навантаження алмазного свердла дозволяє підвищити ефективність і якість обробки, без деструкції та руйнування композиту. На основі аналізу поведінки початкового структурного елементу було оцінено напружений стан зони різання у вуглецевих композиційних матеріалах, при цьому показано, що їх обробка за допомогою алмазних кільцевих свердел є дієвою і ефективною. Застосування змінного циклічного навантаження дозволяє значно зменшити товщину еструктованого шару, який формується самим свердлом, а також зменшити силу різання, особливо при тривалій роботі. Оскільки пило- та шламоутворення грають важливу роль під час свердління, подальші дослідження повинні бути спрямовані на встановлення раціональних параметрів робочого шару інструменту, наявності на ньому порожнин для видалення мікрошламу і пилу за зону обробки.Purpose. The article presents an original solution to the actuality problem of increasing the efficiency of drilling composite materials of the carbon group with diamond drills through the use of a dynamic working feed. It is shown that the application of a cyclic lowfrequency load to a diamond drill makes it possible to increase the efficiency and quality of processing without destroying the composite. Methodology. To solve the problems of determining the rational dynamic load of the drill during the operation, the approach of micro- and macroanalysis of the behavior of the processed material was used. The material itself was represented by an inhomogeneous finite medium, the properties of which are described using the concept of the initial structural element of the material. Results. Based on the analysis of the behavior of the primary structural element, the stress state of the cutting zone in carbon composite materials was estimated, and it was shown that their processing using diamond ring drills is effective and efficient. Originality. The construction of models based on the primary structural element and the establishment of patterns of crack development in an inhomogeneous medium allowed us to obtain an expression for estimating the sizes of sludge particles formed during processing and determined rational processing conditions. Practical value. The use of variable cyclic loading can significantly reduce the thickness of the destructive layer formed by the drill, as well as reduce the cutting force, especially during prolonged use. Since dust and sludge formation play an important role in drilling, further research should be aimed at establishing rational parameters of the working layer of the tool, the presence of cavities on it to remove microsludge and dust from the treatment zone.Аннотация. В статье представлено оригинальное решение актуальной проблемы повышения эффективности сверления композиционных материалов углеродной группы алмазными сверлами за счет использования динамической рабочей подачи. Показано, что приложение циклической низкочастотной нагрузки к алмазному сверлу позволяет повысить эффективность и качество обработки, не разрушая композит. Для решения задач определения рациоанльной динамической нагрузки сверла при выполнении операции использовался подход микро- и макроанализа поведения обрабатываемого материала. Сам материал представляли неоднородной конечной средой, свойства которой описаны с применением понятия начального структурного элемента материала. На основе анализа поведения начального структурного элемента было оценено напряженное состояние зоны резания в углеродных композиционных материалах, при этом показано, что их обработка с помощью алмазных кольцевых сверл является действенной и эффективной. Построение моделей на основе начального структурного элемента и установление закономерностей развития трещин в неоднородной среде позволила получить выражение для оценки размеров образующихся в процессе обработки частиц шлама и установить рациональные условия обработки. Применение изменяемого циклического нагружения позволяет значительно уменьшить толщину разрушающего слоя, формируемого самим свердом, а также уменьшить силу резания, особенно при длительной работе. Поскольку пыле- и шламообразование играют важную роль при сверлении, дальнейшие исследования должны быть направлены на установление рациональных параметров рабочего слоя инструмента, наличия на нем плостей для удаления микрошлама и пыли из зоны обработки

MODEL PROGNOZOWANIA SYSTEMÓW GRZEWCZYCH BUDYNKÓW UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ: PORÓWNANIE METODY SUPPORT VECTOR MACHINE I RANDOM FOREST

Data analysis and predicting play an important role in managing heat-supplying systems. Applying the models of predicting the systems’ parameters is possible for qualitative management, accepting appropriate decisions relating control that will be aimed at increasing energy efficiency and decreasing the amount of the consumed power source, diagnosing and defining non-typical processes in the functioning of the systems. The article deals with comparing two methods of ma-chine learning: random forest (RF) and support vector machine (SVM) for predicting the temperature of the heat-carrying agent in the heating system based on the data of electronic weather-dependent controller. The authors use the following parameters to compare the models: accuracy, source cost and the opportunity to interpret the results and non-obvious interrelations. The time spent for defining the optimal hyperparameters and conducting the SVM model training is deter-mined to exceed significantly the data of the RF parameter despite the close meanings of the root mean square error (RMSE). The change from 15-min data to once-a-minute ones is done to improve the RF model accuracy. RMSE of the RF model on the test data equals 0.41°С. The article studies the importance of the contribution of variables to the prediction accuracy.Analiza danych i prognozowanie odgrywają ważną rolę w zarządzaniu systemami zaopatrzenia w ciepło. Wykorzystanie modeli do przewidywania parametrów systemu jest możliwe do zarządzania jakością, podejmowania odpowiednich decyzji sterujących, które będą miały na celu poprawę efektywności energetycznej i zmniejszenie ilości zużywanego źródła energii elektrycznej, diagnozowania i wykrywania nietypowych procesów w funkcjonowaniu systemu. W artykule porównano dwie metody uczenia maszynowego: Random Forest (RF) i Support Vector Machine (SVM) do przewidywania temperatury czynnika grzewczego w systemie grzewczym na podstawie danych elektronicznego regulatora pogodowego. Do porównania modeli autorzy wykorzystują następujące parametry: dokładność, koszt początkowy oraz możliwość interpretacji wyników i nieoczywistych zależności. Ustalono, że czas poświęcony na wyznaczenie optymalnych hiperparametrów i wytrenowanie modelu SVM znacznie przekracza dane parametru RF, pomimo zbliżonych wartości błędu średniokwadratowego (RMSE). Zmiana z danych 15-minutowych na dane raz na minutę została dokonana w celu poprawy dokładności modelu RF. RMSE modelu RF z danych testowych wynosi 0,41°C. W pracy zbadano znaczenie wkładu zmiennych w dokładność prognozy

Забезпечення функціональних властивостей відповідальних конструктивних пластикових елементів засобами 3-D друку

This paper addresses the issues relating to the use of 3-D printing tools in order to manufacture the structural elements of machines and apparatuses. The features of printing with the application of PLA-Carbon and PEEK (PEEK-Carbon) plastics have been analyzed. It is shown that printing that employs PEEK-plastic is accompanied by a series of problems associated with the high residual thermal stresses at cooling the material, as well as with the issue of adhesion to the laying surface, which should maintain its properties to a temperature of 420 °C. The causes of defects in the printing of articles with a significant process duration (longer than 12 hours) have been analyzed. It is shown that the most acute problem has been the interlayer grip, which predetermines the anisotropy of the properties of the finished product.It has been proven that the use of PEEK plastic makes it possible to produce force elements by applying special print heads. Particular attention should be paid to the reliable connection between a printed element and the base (table) because the peeling and deformation of the base surface are one of the main causes of geometric defects, which subsequently predetermine the structural defects.Mechanical tests of finished products have been performed, including vacuum and degassing research. It is established that the destruction of samples, in general, corresponds to classical ideas about the destruction of a quasi-fragile body when it comes to the phenomena occurring in the plane of the material’s layers. Thus, any form printed by a printer is an orthotropic article whose behavior is satisfactorily described by Griffiths theory. At the same time, the strength characteristics, as well as elastic properties of a product demonstrate significant axial (orthotropic) differences.It is also shown that the functional properties of a product are ensured by the comprehensive dynamic-moving and thermobaric influence on the melt of the material in the space behind a nozzle owing to which the planes of adhesion and hollowness of the finished product are formed.The recommendations have been formulated for preventing defects and the elimination of delamination phenomena, errors in the geometric parameters of a product; it has been concluded that it is appropriate to implement these processes into productionРассматриваются вопросы использования средств 3-D печати для изготовления конструкционных элементов машин и аппаратов. Приведен анализ особенностей печати PLA-Carbon и РЕЕК (РЕЕК-Carbon) пластиками. Показано, что печать РЕЕК-пластиком сопровождается рядом проблем, связанных с высокими остаточными термическими напряжениями при охлаждении материала, а также с проблемой адгезии к поверхности выкладки, которая должна сохранять свои свойства до температуры 420 °C. Детально проанализированы причины возникновения брака при печати изделий, требующих значительной продолжительности процесса (свыше 12 часов). Показано, что наиболее острой остается проблема межслойного сцепления, которое определяет анизотропию свойств готового изделия.Доказано, что использование пластмассы PEEK позволяет изготавливать силовые элементы с помощью специальных печатных головок. Особое внимание стоит уделить надежному соединению элемента, который печатается, с основанием (столом), поскольку шелушение и деформация поверхности основания является одной из главных причин появления геометрических дефектов, развитие которых в дальнейшем ведет к появлению дефектов структурных.Выполнены механические испытание готовых изделий, включая вакуумно-дегазационные исследования. Установлено, что разрушение образцов в целом соответствует классическим представлениям о разрушении квазихрупкого тела, когда речь идет о явлениях, происходящих в плоскости слоев материала. Таким образом, любая форма, напечатанная принтером, является ортотропными изделием, поведение которого удовлетворительно описывается теорией Гриффитса. В то же время характеристики прочности, а также упругопластические свойства изделия имеют значительные осевые (ортотропные) отличия.Также показано, что обеспечение функциональных свойств изделия осуществляются комплексом динамически-движущегося и термобарического воздействий на расплав материала в засопловом пространстве, благодаря чему формируются площадки адгезии и пористость готового изделия.Сформулированы рекомендации для предотвращения брака вследствие расслоения, погрешностей геометрических параметров изделия, сделан вывод о целесообразности внедрения данных процессов в производствоРозглядаються питання використання засобів 3-D друку для виготовлення конструкційних елементів машин і апаратів. Проведено аналіз особливостей друкування PLA-Carbon і РЕЕК (РЕЕК-Carbon) пластиками. Показано, що друкування РЕЕК-пластиком супроводжується рядом проблем, пов’язаних із високими залишковими термічними напруженнями при охолодженні матеріалу, а також із проблемою адгезії до поверхні викладання, яка має зберігати свої властивості до температур 420 °C. Проаналізовано причини виникнення браку при друкуванні виробів, що мають значну тривалість процесу (понад 12 год). Показано, що найбільш гострою залишається проблема міжшарового зчеплення, яка обумовлює анізотропію властивостей готового виробу.Доведено, що використання пластмаси PEEK дозволяє виготовляти силові елементи за допомогою спеціальних друкувальних головок. Особливу увагу варто приділити надійному з’єднанню елемента, який друкується, з основою (столом), оскільки лущення та деформація поверхні основи є однією з головних причин появи геометричних дефектів, які у подальшому обумовлюють дефекти структурні.Виконані механічні випробування готових виробів, включаючи вакуумно-дегазаційні дослідження. Установлено, що руйнування зразків в цілому відповідає класичним уявленням про руйнування квазікрихкого тіла, коли мова йде про явища, що відбуваються в площині шарів матеріалу. Таким чином, будь-яка форма, надрукована принтером, є ортотропним виробом, поведінка якого задовільно описується теорією Гріффітса. У той же час міцнісні характеристики, а також пружнопластичні властивості виробу мають значні осьові (ортотропні) відмінності.Також показано, що забезпечення функціональних властивостей виробу здійснюється комплексом динамічно-рухомого та термобаричного впливу на розплав матеріалу в засопловом просторі, завдяки чому формуються площинки адгезії та порожнистість готового виробу.Сформульовані рекомендації щодо попередження браку та усунення явищ розшарування, похибок геометричних параметрів виробу, зроблено висновок про доцільність впровадження даних процесів у виробництв

Теоретичні та практичні аспекти ідентифікації клинкової зброї на прикладі багнета SG 98/05 до гвинтівки Маузера на основі металознавчого дослідження

The article examines the studies of the bayonet fragment with severe damages of metal found in the city Kremenchuk (Ukraine) in one of the canals on the outskirts of the city, near the Dnipro River. Theoretical research to study blade weapons of the World War I period and the typology of the bayonets of that period, which made it possible to put forward an assumption about the possible identification of the object as a modified bayonet to the Mauser rifle has been carried out. Metal science expert examination was based on X-ray fluorescence spectrometry to determine the concentration of elements in the sample from the cleaned part of the blade. Analysis of the chemical composition showed that the blade was made of hardened carbon steel alloyed with silicon, chromium, manganese, nickel and copper. Measure results of the chemical composition of the object correspond to steel for castings of grade 55L with an average blade hardness of 42 HRC. Manufacturing technology of the casting corresponds to the end of the XIX – the beginning of the XX century with the use of converter production. The bayonet blade was subjected to strengthening heat treatment in the form of hardening and medium tempering. Metallographic analysis showed that the research object of blade fragment suffered corrosion cracking between crystals or along the body of grains, indicating a long stay in silty deposits. The identification of the research object has been carried out using applied technologies based on visual inspection with a description of the state of conservation and comparison with the results reflected in scientific periodicals; metal science expertise; determination of weight and size characteristics and their compliance with the original, including experimental reconstruction, which identifies the preserved fragment with the original drawing at the control points. A comparison of the chemical composition of the blade steel and the “Haenel” steel, differing in concentration and additional alloying elements has been made. The remains of the royal monogram imprint of the stamp and the absence of the regimental stamp have become the basis for searching through catalogs of registered bayonets. This allowed the identification of the object under study as part of the German imperial modified bayonet model 1898/1905 for the Mauser rifle, which was manufactured in the period from 1915 to 1918. Prospects for further research are seen in an increase in the number of metal science examinations for more accurate identification of discovered specimens.В статье рассмотрены исследования фрагмента штыка с сильным повреждением металла, обнаруженного в г. Кременчуг (Украина) в одном из каналов на окраине города, недалеко от реки Днепр. Было выполнено теоретические исследования для изучения холодного оружия времен Первой мировой войны и типологии штыков данного периода, что позволило выдвинуть предположение о возможной идентификации объекта как модифицированного штыка к винтовке Маузера. Металловедческая экспертиза основывалась на основе рентгенофлуоресцентной спектрометрии для определения концентраций элементов в пробе с очищенной части клинка. Анализ химического состава показал, что клинок изготовлен из закаленной углеродистой стали, легированной кремнием, хромом, марганцем, никелем и медью. Результаты измерений химического состава объекта соответствуют стали для отливок марки 55Л со средним значением твердости клинка 42 HRC. Технология изготовления отливки соответствует концу XIX – начала ХХ века с применением конвертерного производства. Клинок штыка был подвергнут укрепляющей термообработке в виде закалки и среднего отпуска. Металлографический анализ показал, что исследуемый фрагмент клинка пострадал от коррозионного растрескивания между кристаллами или по телу зерен, что свидетельствует о длительном пребывании в илистых отложениях. Идентификация исследуемого объекта осуществлялась с применением прикладных технологий на основе визуального осмотра с описанием состояния сохранности и сравнении с результатами, отраженными в научной периодике; металловедческой экспертизы; определении массогабаритных характеристик и их соответствия оригиналу, в том числе экспериментальной реконструкции, что отождествляет сохраненный фрагмент с оригинальным чертежом в контрольных точках. Было выполнено сравнение химического состава стали клинка и стали фирмы “Haenel”, которые отличаются концентрацией и дополнительными легирующими элементами. Остатки отпечатка клейма королевской монограммы и отсутствие полкового клейма стали основой поиска по каталогам зарегистрированных штыков. Это позволило идентифицировать исследуемый объект как часть немецкого имперского модифицированного штыка образца 1898/1905 к винтовке системы Маузера, изготовленного в период с 1915 по 1918 гг. Перспективы дальнейших исследований видятся в увеличении количества металловедческих экспертиз для более точной идентификации находок.У статті розглянуто дослідження фрагмента багнета з сильним пошкодженням металу, виявленого в м. Кременчук (Україна) в одному із каналів на околиці міста, неподалік річки Дніпро. Було виконано теоретичні дослідження для вивчення холодної зброї часів Першої світової війни та типології багнетів даного періоду, що дало змогу висунути припущення щодо ймовірної ідентифікації об’єкта як модифікованого багнета до гвинтівки Маузера. Металознавча експертиза ґрунтувалась на основі рентгенофлуоресцентної спектрометрії для визначення концентрацій елементів у пробі з очищеної частини клинка. Аналіз хімічного складу показав, що клинок виготовлено з загартованої вуглецевої сталі, легованої кремнієм, хромом, марганцем, нікелем і міддю. Результати вимірювань хімічного складу об’єкта відповідають сталі для відливок марки 55Л з середнім значенням твердості клинка 42 HRC. Технологія виготовлення відливку відповідає кінцю ХІХ – початку ХХ сторіччя із застосуванням конвертерного виробництва. Клинок багнета був підданий зміцнювальній термообробці у вигляді гартування та середнього відпуску. Металографічний аналіз показав, що досліджуваний фрагмент клинка зазнав корозійного розтріскування між кристалами або по тілу зерен, що свідчить про тривале перебування в мулистих відкладеннях. Ідентифікація досліджуваного об’єкта здійснювалася із застосуванням прикладних технологій на основі візуального огляду з описом стану збереження та порівнянні з результатами, відображеними в науковій періодиці; металознавчої експертизи; визначенні масогабаритних характеристик і їх відповідності оригіналу, у тому числі експериментальної реконструкції, що ототожнює збережений фрагмент з оригінальним креслеником у контрольних точках. Було виконано порівняння хімічного складу сталі клинка та сталі фірми “Haenel”, які відрізняються концентрацією та додатковими легуючими елементами. Залишки відбитку клейма королівської монограми та відсутність полкового клейма стали основою пошуку за каталогами зареєстрованих багнетів. Це дозволило ідентифікувати досліджуваний об’єкт як частину німецького імперського модифікованого багнета зразка 1898/1905 до гвинтівки системи Маузера, який був виготовлений у період з 1915 по 1918 рр. Перспективи подальших досліджень вбачаються в збільшенні кількості металознавчих експертиз для більш точної ідентифікації знахідок

The hybrid action tool for operations of cleaning of turbine units cavities

The paper deals with the hybrid action tool for cleaning of cavities and elements of turbine units whose operation is based on a combination of action of a water-ice flow with mechanical shock influence of the small concentrated masses mounted on elastic suspensions. Receiving energy from the flow, the masses, performing self-oscillating motion, come into contact with the treated surface having a layer of strong contamination, and create a multipoint shock-cyclic loading of the surface, which results in active development of initial defects of the contamination film, due to which the following action of the water-ice stream produces better and more productive cleaning. It is shown that the generated local stresses, determined on the basis of Hertz contact problems, reach 15-20 MPa, do not have a significant effect on the surface of the base, which is a thin curves shell, do not change the state of its surface in the plane of adhesion, but result in defects in surface film in the form of cracks and delaminations . In this case the film is eliminated by water-ice flow more dynamically. The use of water-ice jet, formed by the original tubeless device, enables the formation of a wide flow (with the top angle of p/12… p/6) and the work of its ice particles is spent on grinding the surface film. The jet stream cleans the surface and removes the products of destruction beyond the impact. The use of a hybrid tool has increased the productivity of treatment with the wetting angles of the jet flow, different from p/2, by more than 30%, while the consumption of cryogenic liquid (liquid nitrogen) is reduced by 20-25%. The process modeling is performed, the conditions of the destruction of the adhesive bond of the contaminant film with the surface are estimated, the conditions of its rational execution are determined

Інструмент гібридної дії для операцій очищення порожнин турбоагрегатів

The paper deals with the hybrid action tool for cleaning of cavities and elements of turbine units whose operation is based on a combination of action of a water-ice flow with mechanical shock influence of the small concentrated masses mounted on elastic suspensions. Receiving energy from the flow, the masses, performing self-oscillating motion, come into contact with the treated surface having a layer of strong contamination, and create a multipoint shock-cyclic loading of the surface, which results in active development of initial defects of the contamination film, due to which the following action of the water-ice stream produces better and more productive cleaning. It is shown that the generated local stresses, determined on the basis of Hertz contact problems, reach 15-20 MPa, do not have a significant effect on the surface of the base, which is a thin curves shell, do not change the state of its surface in the plane of adhesion, but result in defects in surface film in the form of cracks and delaminations . In this case the film is eliminated by water-ice flow more dynamically. The use of water-ice jet, formed by the original tubeless device, enables the formation of a wide flow (with the top angle of p/12… p/6) and the work of its ice particles is spent on grinding the surface film. The jet stream cleans the surface and removes the products of destruction beyond the impact.The use of a hybrid tool has increased the productivity of treatment with the wetting angles of the jet flow, different from p/2, by more than 30%, while the consumption of cryogenic liquid (liquid nitrogen) is reduced by 20-25%.The process modeling is performed, the conditions of the destruction of the adhesive bond of the contaminant film with the surface are estimated, the conditions of its rational execution are determined.В статье рассматривается инструмент гибридного действия для очистки полостей и элементов турбо­агрегатов, работа которого основана на сочетании воздействия водо-ледяного потока с воздействием механического удара небольших концентрированных масс (ударников), установленных на упругих подвесах. Получая энергию от потока, ударники, совершая автоколебательные движения, вступают в контакт с обрабатываемой поверхностью, имеющей слой загрязнения, и создают многоточечное ударно-циклическое нагружение, что приводит к активному развитию начальных дефектов в слое загрязнения, благодаря чему последующее действие водо-ледяного потока обеспечивает лучшую и более производительную очистку. Показано, что генерируемые локальные напряжения, определяемые на основе контактных задач Герца, достигают 15–20 МПа, и не оказывают существенного влияния на очищаемую поверхность в виде тонкой криволинейной оболочки, вызывая только развитие дефектов в пленке в виде трещин и отслоений. В этом случае пленка удаляется потоком водяного льда более динамично. Использование водо-ледяного потока, образованного оригинальным бескамерным устройством, позволяет формировать достаточно широкий поток (с углом p/12… p/6), а работа его частиц льда расходуется на измельчение пленки загрязнения; при этом струйный поток очищает поверхность и удаляет продукты разрушения за пределы зоны воздействия.Использование гибридного инструмента позволило повысить производительность обработки при углах смачивания струй­ного потока, отличающихся от p/2, более чем на 30 %, а расход криогенной жидкости (жидкого азота) снижается на 20–25 %.Выполнено моделирование процесса, оценены условия разрушения адгезионной связи пленки загрязнения с поверхностью, определены условия рациональных режимов процесса.Розглядається інструмент гібридної дії для очищення порожнин і елементів турбоагрегатів, робота якого ґрунтується на сполученні дії водо-крижаного потоку із механічним ударним впливом малих зосереджених мас, змонтованих на пружних підвісах. Отримуючи енергію від потоку, маси, здійснюючи автоколивальний рух, контактують із оброблюваною поверхнею, що має шар міцного забруднення, і створюють багатоточкове ударно-циклічне навантаження поверхні, яке веде до активного розвитку початкових дефектів плівки забруднення, внаслідок чого наступна дія водо-крижаного потоку викликає більш якісне та продуктивне очищення. Показано, що  створювані локальні напруження, визначені на основі контактних задач Герца, сягають 15–20 МПа, не мають істотного впливу на поверхню основи, якою є тонка криволінійна оболонка, не змінюють стан її поверхні в площині адгезійного зчеплення, однак ведуть до виникнення дефектів у поверхневій плівці у вигляді тріщин та відшарувань. У цьому випадку вилучення плівки водо-крижаним потоком відбувається більш динамічно. Застосування водо-крижаного струменя, сформованого оригінальним безкамерним пристроєм, дозволяє формувати широкий (з кутом при верхівці p/12–p/6) потік, робота крижинок якого витрачається на подрібнення поверхневої плівки. Розтічний струмінь очищує поверхню та виносить продукти руйнування за меж впливу.Використання гібридного інструменту дозволило підвищити продуктивність обробки з кутами натікання струменя, відмінними від p/2, у понад 30 %, при цьому витрата кріогенної рідини (рідкого азоту) зменшена на 20–25 %.Виконане моделювання процесу, оцінено умови порушення адгезивного зв’язку плівки бруду із поверхнею, визначено умови його раціонального виконання

Оцінка розвитку ушкоджень і часу настання відмови різальних пластин із твердих сплавів і надтвердих композитів методами хемографіі

The results of theoretical and experimental studies aimed at identifying hidden defects in the structure of hard alloys and superhard composites used in the manufacture of cutting tools in order to control and predict gradual and sudden failures of cutting inserts.Damage control of cutting inserts is carried out by microscopic analysis. Deeper damage to the structure can be detected using the method of chemographic imaging. The proposed method is based on obtaining photographs of the oxidative reactions of materials of ultra-low concentrations occurring on the surface of solids under thermobaric loading.Before the moment of a sharp release of the energy of destruction, chemical processes of ultra-low concentrations are activated. Chemography allows to fix the zones where the incipient microcracks and microdefects are ready to actively develop, which can lead to the onset of macrodamage and failure to work.The chemographic image of the plate obtained as a result of the study is compared with the reference sample, as a result of which it is possible to assess the initial defect state of the material and predict the further period of the plate’s operation.The criterion for the existing defects and imperfections in the structure is the change in the blackness index of the chemographic image, the minimum value of which indicates a minimum of structural defects and internal defects in the material under study.The results allow to propose a new method for controlling the surface of cutting plates, which can be easily implemented in any machine shop, which makes its application very promisingПредставлены результаты теоретико-экспериментальных исследований, направленных на установление скрытых дефектов в структуре  твердых сплавов и сверхтвердых композитов, применяемых при изготовлении режущих инструментов с целью контроля и прогнозирования постепенных и внезапных отказов режущих пластин.Контроль повреждений режущих пластин осуществляется путем микроскопического анализа. Выявление более глубоких повреждений структуры может быть осуществлено с помощью метода хемографической сьемки. Предложенный метод основан на получении фотоснимков окислительных реакций материалов сверхмалых концентраций, протекающих на поверхности твердых тел при термобарическом нагружении.Перед наступлением момента резкого высвобождения энергии разрушения, активизируются  химические процессы сверхмалых концентраций. Хемография позволяет фиксировать зоны, где зародившиеся микротрещины и микродефекты готовы активно развиваться, что может привести к  наступлению макроповреждения и отказав в работе.Полученные в результате исследования хемографические изображение пластины сравниваются с эталонным образцом, в результате чего можно дать оценку начальному дефектному состоянию материала и спрогнозировать дальнейший период эксплуатации пластины.Критерием имеющихся дефектов и несовершенств структуры, является изменение индекса черноты хемографического изображения, минимальное значение которого свидетельствует о минимуме структурных нарушений и внутренних дефектов в исследуемом материале.Полученные результаты позволяют предложить новый метод контроля поверхности режущих пластин, который может быть легко реализован в любом механическом цеху, что делает его применение весьма перспективным.Представлені результати теоретико-експериментальних досліджень, основаних на діагностиці структурних дефектів твердих сплавів та надтвердих композитів, які використовуються при виготовленні ріжучих інструментів, з метою контролю та прогнозування поступових та раптових відмов ріжучих пластин.Контроль поверхні ріжучої пластини здійснюється, як правило, за допомогою мікроскопічного аналізу. Виявлення більш глибоких пошкоджених структур може бути виконано за допомогою методу хемографічної зйомки. Запропонований метод заснований на отриманні фотознімків окислювальних реакцій матеріалів надмалих концентрацій, що протікають на поверхні твердого тіла при термобаричному навантаженні.Хемографія дозволяє фіксувати зони, де мікротріщини та мікродефекти, що зароджуються, готові активно розвиватися, що неодмінно призводить у майбутньому до макропошкодження та відмови в роботі.Отримані в результаті дослідження хемографічні зображення пластини порівнюються з еталонним зображенням, що дає можливість дати оцінку початковому дефектному стану матеріалу та спрогнозувати подальший період експлуатації пластин.Критерієм наявних дефектів та недосконалостей структур є зміна індексів чорноти хемографічного зображення, мінімальне значення якого свідчить про мінімум структурних порушень та внутрішніх дефектів у досліджуваних матеріалах.Отримані результати дозволяють запропонувати новий оригінальний метод контролю поверхні ріжучих пластин, який може бути легко реалізований у будь-якому механічному цеху, що робить його застосування цілком перспективни

Формування дефектного поверхневого шару при розрізанні деталей із карбон-карбонових і карбон-полімерних композитів

We report results of theoretical and experimental research aimed at establishing the mechanisms for the formation of a defective layer at the machined surfaces made from carbon composite materials, specifically those from carbon-carbon and carbon-polymeric groups. Possessing a set of unique physical and mechanical properties, the latter are increasingly applied in aviation and space technologies. However, since the properties of a material are predetermined not only by the components applied but also by the processes to obtain products (laying of reinforcing fibers, orientation of threads), conducting mechanical tests of samples-witnesses is a compulsory stage in the operations performed.Based on the generalization of statistical and theoretical-analytical information, we have developed a model of the emergence and propagation of cracks in a quasi-fragile material, particularly the carbon-carbon and carbon-polymeric composites, caused by the action of a cutting wedge. It is shown that the stresses that occur in a surface layer predetermine the intensity of crack growth while a direction of microcracks propagation is due to the applied force load. Therefore, control over the direction of force action, as well as the application of certain technical means, including a hydroabrasive jet, could enable the localization of microcracks in small quantities at the surface of the formed edge.The established regularities in the formation of a defective layer at machining (including the hydroabrasive cutting) have made it possible to identify ways to improve the quality of a sample and to reduce the layer thickness to 0.05 mm. The derived dependences of the destruction zone parameters on the stresses that occur at cutting allowed us to obtain the rational sequence of machining transitions, at which the defective surface layer is the smallest.The results obtained provide a possibility to significantly increase the accuracy of mechanical tests of carbon composite materials, thereby reducing the variance in the measurements of controlled parameters by 30‒40 %.The results have been actually implemented industrailly, and are of interest for the further research aimed at the hybridization of processes, as well as the development of technologies based on a functional-oriented approach.Представлены результаты теоретико-экспериментальных исследований, направленных на установление механизмов формирования дефектного слоя на обрабатываемых поверхностях из углеродных композиционных материалов, в частности, углерод-углеродной и углерод-полимерной групп. Обладая комплексом уникальных физико-механических свойств, последние находят все большее применение в авиа- и космической технике. Однако, поскольку свойства материала обусловливаются не только применяемыми компонентами, но и процессами получения изделий (укладкой армирующих волокон, ориентацией жгутов), проведение механических испытаний образцов-свидетелей является обязательным этапом выполняемых работ.На основе обобщения статистической и теоретико-аналитической информации разработана модель возникновения и распространения трещин в квазихрупком материале, в частности, карбон-карбоновом и карбон-полимерном композитах, вызванных действием режущего клина. Показано, что создаваемые напряжения в поверхностном слое обусловливают интенсивность роста трещин, а направление распространения микротрещин обусловлено приложенной силовой нагрузкой. Поэтому управлением направления действия силы, а также использованием определенных технических средств, в том числе, гидроабразивной струи, можно достичь локализации микротрещин в малых объемах на поверхности формируемой кромки.Установленные закономерности формирования дефектного слоя при механической обработке (включая гидроабразивное резание) позволили выявить пути повышения качества образца и добиться снижения толщины слоя до 0,05 мм. Полученные зависимости параметров зоны деструкции от возникающих при резании напряжений позволили получить рациональную последовательность переходов обработки, при которой дефектный поверхностный слой наименьший.Полученные результаты дают возможность существенно повысить точность механических испытаний углеродных композиционных материалов, снизив дисперсию измерений контролируемых параметров на 30–40 %.Результаты имеют реальное производственное внедрение, и представляют интерес для дальнейших исследований, направленных на гибридизацию процессов, а также разработку технологий, базирующихся на основе функционально-ориентированного подход