МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Models and methods for presentation of database and knowledge base have been developed on the basis of composition and structure of data flow in technological process of welding. The information in data and knowledge base is presented in the form of multilevel hierarchical structure and it is organized according to its functionality in the form of separate files. Each file contains a great number of tables. While using mathematical simulation and information technologies an expert system has been developed with the purpose to take decisions in designing and process engineering for production of welded ructures. The system makes it possible to carry out technically substantiated selection of welded and welding materials, sttypes of welded connections, welding methods, parameters and modes of welding. The developed system allows to improve quality of the accepted design decisions due to reduction of manual labour costs for work with normative-reference documentation, analysis and evaluation of dozens of possible alternatives. The system also permits to reduce labour inputs for testing structures on technological effectiveness, to ensure reduction of materials consumption for welded structures, to guarantee faultless formation of welded connections at this stage.На основе состава и структуры информационных потоков в технологическом процессе сварки разработаны модели и методы представления данных и знаний и создана база данных и знаний. Информация в базе данных и знаний представлена в виде многоуровневой иерархической структуры, организована по функциональному назначению в виде отдельных файлов. Каждый файл содержит множество таблиц. С использованием математического моделирования и информационных технологий разработана экспертная система для принятия проектных решений при конструировании и технологической подготовке производства сварных конструкций, позволяющая осуществлять технически обоснованный выбор свариваемых и сварочных материалов, типов сварных соединений, способов, параметров и режимов сварки. Разработанная система дает возможность повысить качество принимаемых проектных решений за счет сокращения затрат ручного труда на работу с нормативно-справочной документацией, анализ и оценку множества возможных альтернатив, сократить затраты труда при отработке конструкций на технологичность, обеспечить снижение материалоемкости сварных конструкций и на этом этапе гарантировать бездефектное формирование сварных соединений

Экспериментальное определение амплитудно-частотных характеристик при аэродинамическом звуковом упрочнении твердых сплавов

The paper proposes to reach such external energy which is sufficient for shifting carbide atoms and binding through application of resonance effect on frequencies that corresponds to sound wave spectrum. The energy is used to increase resistance of hard alloys with simultaneous preservation of high characteristics in hardness and density and which are operating under heavy technological conditions with an impact load. Method of aerodynamic strengthening has been developed and patented in order to impart new properties to hard alloys. While carrying out the strengthening the effect is reached due to high-energy action of sound waves on structure of hard alloys at low temperature. Milling of carbide phases and their redistribution, reduction of dislocation in internal structure, improvement structure parameters for specified operational conditions occur in strengthened hard alloys. The obtained results prove a resonance factor of energy deposition while using method of aerodynamic strengthening. It has been experimentally determined that in order to use this strengthening method for hard alloys there are two most efficient processing modes and each of them has up to five clearly expressed resonance amplitude spikes at specific frequencies and the most efficient one is the first mode. Attenuation ratios have been determined while processing hard alloys for every strengthening mode. Results of the research prove the fact that the method of aerodynamic strengthening is an efficient mechanism that changes properties of hard alloys operating with impact loads: improvement of wear resistance in hard alloy plates is reached by 20–40 % upon the expiry of 30 minute operational period while making strengthening at resonance frequencies.. Для повышения стойкости с одновременным сохранением высоких характеристик по твердости и плотности твердых сплавов, работающих в тяжелых технологических условиях с ударной нагрузкой, предложено за счет применения явления резонанса на частотах, соответствующих звуковому спектру волн, достигать такой внешней энергии, которой будет достаточно для смещения атомов карбидов и связки. Чтобы придать твердым сплавам новые свойства, разработан и запатентован метод аэродинамического упрочнения. Эффект при таком упрочнении достигается за счет высокоэнергетического при невысоких температурах воздействия звуковых волн на структуру твердых сплавов. В упрочненных твердых сплавах происходят измельчение карбидных фаз и их перераспределение, уменьшение дислокаций внутренней структуры, улучшение параметров структуры для заданных условий эксплуатации. Полученные результаты подтверждают резонансный фактор энергетического воздействия при методе аэродинамического упрочнения. Экспериментально установлено, что для упрочнения данным методом твердых сплавов существуют два наиболее эффективных режима обработки, на каждом из которых имеется до пяти явно выраженных резонансных пиков амплитуд при определенных частотах, причем наиболее эффективная первая мода. Определены коэффициенты затухания при обработке твердых сплавов для каждого из режимов упрочнения. Результаты исследований подтверждают, что метод аэродинамического упрочнения является эффективным механизмом, изменяющим свойства твердых сплавов, работающих с ударными нагрузками: при упрочнении на резонансных частотах происходит повышение износостойкости твердосплавных пластин на 20–40 % по истечении 30 мин работы

КИНЕМАТИКА ТОЧЕНИЯ С НАЛОЖЕНИЕМ АСИММЕТРИЧНЫХ КОЛЕБАНИЙ ИНСТРУМЕНТА

The paper considers turning kinematics of structural carbon and alloy steels with imposition of directed asymmetric cutting tool vibrations on a conventional cutting pattern which are created by a cam system. An influence of tool vibratory motion parameters on crushing process of flow chips has been determined in the paper. The paper contains an equation of tool motion and reveals an influence of asymmetric coefficient of tool vibration cycle on slice thickness and dimensions of chip elements. Рассмотрена кинематика точения конструкционных углеродистых и легированных сталей с наложением на традиционную схему резания направленных асимметричных колебаний режущего инструмента, создаваемых кулачковой системой. Определено влияние параметров колебательного движения инструмента на процесс дробления сливной стружки, получено уравнение движения инструмента, установлено влияние коэффициента асимметрии цикла колебаний инструмента на толщину срезаемого слоя и размеры образуемых элементов стружки

ВОДОРОДОСТОЙКИЕ ЗАЩИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ТРЕНИЯ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ, РАБОТАЮЩИХ В ТЕХНОГЕННЫХ ВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ

The paper contains results of theoretical, methodological and experimental investigations of wearing mechanism, strengthening methods and restoration of friction unit parts operating in contact with bio-chemically-active technogenic hydrogen-containing media. One of the most efficient methods for better wear-resistance of such parts is a formation of protective coatings on their working surfaces using self-fluxing alloys or composite materials on their basis while adding a copper component by gas-thermal spraying. It is established that an addition of a definite quantity of copper leads to formation of multi-component coating of three-layer structure having biocide properties that retard biochemical destruction of a surface coating owing to formed servo-like film that lowers a hydrogen penetration. Представлены результаты теоретических, методологических и экспериментальных исследований механизма изнашивания, методов упрочнения и восстановления деталей узлов трения, работающих в контакте с биохимически активными техногенными водородсодержащими средами. Одним из эффективных способов повышения износостойкости подобных деталей является формирование на их рабочей поверхности защитных покрытий из самофлюсующихся сплавов или композиционных материалов на их основе с добавлением медной компоненты газотермическим напылением. Установлено, что добавление определенного количества меди приводит к образованию многокомпонентного покрытия трехслойной структуры, обладающего биоцидными свойствами, замедляющими биохимическое разрушение поверхностного слоя благодаря образовавшейся сервовитной пленки, снижающей проникновение водорода

ПРЕБЫВАНИЕ ГРУППЫ СТУДЕНТОВ БНТУ В РЕСПУБЛИКЕ ПОЛЬША

The paper describes a visit of the BNTU students and lecturers to the Lublin University of Technology for informative and practical training.Рассматриваются результаты пребывания группы студентов и преподавателей БНТУ на учебно-ознакомительной практике в Люблинском техническом университете

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПАЯНОГО НАХЛЕСТОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ НА ЕГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

The paper presents results of the analysis pertaining to lap-soldered joint bearing capacity of parts having various length and thickness. It has been shown that difference in dimensions of connected parts makes a pronounced effect on stress deformed state of lap-soldered joints. It has been determined that there is an increase in working stresses along the edges of a lap in parts with larger length and smaller thickness that is caused by action of a bending moment.Приведены результаты анализа несущей способности паяных нахлесточных соединений деталей различной длины и толщины. Показано, что отличие в размерах соединяемых деталей оказывает заметное влияние на напряженно-деформированное состояние паяных нахлесточных соединений. Установлено, что происходит увеличение рабочих напряжений по краям нахлестки со стороны деталей с большей длиной и меньшей толщиной, что обусловлено действием изгибающего момента

Технология получения и демпфирующие свойства аэрированных полимерных покрытий

The process of obtaining aerated (filled with air bubbles) polymer coatings has been developed and investigated by the method of flame spraying with an assessment of their ability to damp vibrations. A technology for the controlled formation of aerated polymer coatings has been developed while using the capabilities of the ОИМ (OIM) 050 polymer thermal atomizer design which consists in providing a concurrent air flow between the flame torch and the jet of powder material. The experiments have been carried out with such thermoplastic polymers as polyethylene terephthalate, high pressure polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polyamide. It has been found that the aeration coefficient grows almost in direct proportion with an increase in the amount of air in the concurrent flow for all investigated polymer coatings. It is noted that the aeration process is influenced by the rheological properties of liquid polymers, or rather, the value of the polymer melt flow rate. The limiting values of air in the concurrent flow have been determined, which make it possible not to reduce the adhesion of polymer coatings to steel substrates by less than 6 MPa and not to decrease their hardness by more than 25–30 %. Studies of the damping properties of samples with polymer coatings have been carried out on a stand, the kinematic diagram of which is based on loading the free end of a cantilever sample, abrupt removal of the load and registration of free damped oscillations by an induction-type contactless sensor connected to a computer. It is shown that the use of aeration when forming noise-absorbing coatings on steel samples can increase their logarithmic damping decrement by 18–26 %.Разработан и исследован процесс получения аэрированных (наполненных пузырьками воздуха) полимерных покрытий методом газопламенного напыления с оценкой их способности к демпфированию колебаний. Используя возможности конструкции полимерного термораспылителя модели ОИМ 050, заключающиеся в обеспечении подачи спутного воздушного потока между факелом пламени и струей порошкового материала, разработана технология управляемого формирования аэрированных полимерных покрытий. Эксперименты выполнялись с такими термопластичными полимерами, как полиэтилентерефталат, полиэтилен высокого давления, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полиамид. Установлено, что коэффициент аэрирования растет практически прямо пропорционально с увеличением количества воздуха в спутном потоке у всех исследуемых полимерных покрытий. Отмечено, что на процесс аэрирования оказывают влияние реологические свойства жидких полимеров, а точнее, величина показателя текучести расплава полимера. Определены предельные значения воздуха в спутном потоке, которые позволяют не снижать значения адгезии полимерных покрытий со стальными подложками менее 6 МПа и не уменьшать их твердость более чем на 25–30 %. Исследования демпфирующих свойств образцов с полимерными покрытиями осуществляли на стенде, кинематическая схема которого основана на нагружении свободного конца консольно закрепленного образца, резком снятии нагрузки и регистрации свободных затухающих колебаний бесконтактным датчиком индукционного типа, связанным с компьютером. Показано, что использование аэрирования при формировании шумопоглощающих покрытий на стальных образцах позволяет увеличить их логарифмический декремент затухания на 18–26 %

Мониторинг поломок резцов исполнительного органа горного комбайна по параметрам механических колебаний. Часть 2. Методика создания системы мобильного мониторинга поломок резцовпо параметрам механических колебаний редуктора с собственной частотой

The development of research in the field of creating a mobile monitoring system for diagnosing the technical condition of mining equipment in terms of mechanical vibration parameters is one of the most science-intensive areas. The paper presents the results of investigations on the possibility of isolating the mechanical vibrations of the handles with a natural frequency  of 5 Hz, which occur with a greater or lesser amplitude in almost all registered spectra, arising from breakages  of cutters on the cutting discs of double-flow drives of the executive body of a mining machine. Therefore, it can be used for operational mobile monitoring of breakages in the cutters of the executive bodies of mining machines. An analysis of vibrations has confirmed the fact that they are transmitted to almost all non-rotating parts of the combine, where they can be registered, which allows them to be used for mobile automated monitoring of cutter breakages on cutting discs. On the example of the combine “Universal-600” it has been found that the most convenient when registering these vibrations from the standpoint of the absence of the need to introduce a signal transmission module from the rotating parts of the combine into the measuring path can be considered the placement of a vibration sensor on the body of the input gearbox of the executive body drive with its orientation in the direction combine movements, where oscillations with a frequency of  5 Hz are prevalent and it is quite simple to isolate them from the low-frequency range using standardized low-frequency one-third octave filters. The paper proposes a technique for creating a system for automated mobile monitoring of cutter breakages based on the parameters of mechanical vibrations of cutting discs with natural frequency. Создание системы мобильного мониторинга для диагностики технического состояния объектов горной техники по параметрам механических колебаний является одним из самых наукоемких направлений. В статье приведены результаты изучения возможности выделения возникающих при поломках резцов на режущих дисках двухпоточных приводов исполнительного органа горного комбайна механических колебаний рукоятей с собственной частотой »5 Гц, которая с большей или меньшей амплитудой присутствует практически во всех зарегистрированных спектрах. Поэтому ее можно использовать для оперативного мобильного мониторинга поломок резцов исполнительных органов горных комбайнов. Анализ колебаний подтвердил, что они передаются практически на все невращающиеся части комбайна, где могут быть зарегистрированы, что позволяет использовать их для мобильного автоматизированного мониторинга поломок резцов на режущих дисках. На примере комбайна «Универсал-600» установлено, что наиболее удобным при регистрации этих колебаний с позиции отсутствия необходимости введения в измерительный тракт модуля передачи сигнала с вращающихся частей комбайна можно считать размещение датчика вибрации  на корпусе входного редуктора привода исполнительного органа с ориентацией его в направлении движения комбайна, где колебания частотой 5 Гц являются превалирующими и их достаточно просто выделить из низкочастотного диапазона с использованием стандартизированных низкочастотных третьоктавных фильтров. Предложена методика создания системы автоматизированного мобильного мониторинга поломок резцов по параметрам механических колебаний режущих дисков с собственной частотой

Исследование влияния аэродинамического звукового упрочнения на износ металлорежущих твердосплавных пластин с покрытиями

To increase the durability of metal-cutting carbide plates operating during in harsh technological conditions with  impact  load, an aerodynamic sound  hardening  method  has  been developed  that can increase a life of  carbide  tools up to 3.7 times with a small added cost. The wear of plates hardened by the aerodynamic sound method, after 100 min of cutting, is 1.12–1.7 times less than their un-strengthened analogues. A coating on metal carbide plates does not have a prevailing value when a tool is working with impact loads. While working with impact loads viscosity of an internal plate structure occurs the greatest influence on increasing resistance. For metal-cutting carbide plates during interrupted cutting with significant impact loads, a method of aerodynamic sound hardening is more effective than a coating method, not only in terms of tool performance, but also in the cost of completion itself. Empirical dependences of wear on the rear surface of carbide plates hardened by a aerodynamic sound method and plates with PVD coatings have been obtained in the form of approximation by polynomials of the 5th and 2nd degrees, which are convenient to use in a production environment.  It has been revealed the higher carbide plate strength in bending leads to less influence of the method of aerodynamic sound hardening on the increase in wear resistance. So, taking into account the fact that for ВК8-base the ultimate bending strength is 1666 MPa, and for T5K10 it is 1421 MPa, wear reduction after hardening by the aerodynamic sound method for ВП3115-plates with ВК base is 11.5 %, while for ВП3225 – plates with ТК-base – 27.1 %.Для повышения стойкости металлорежущих твердосплавных пластин, работающих при процессах прерывистого резания в тяжелых технологических условиях с ударной нагрузкой, разработан метод аэродинамического звукового упрочнения, используя который с небольшой добавленной стоимостью возможно увеличить ресурс твердосплавного инструмента до 3,7 раза. Износ пластин, упрочненных аэродинамическим звуковым методом, после 100 мин резания меньше своих неупрочненных аналогов в 1,12–1,7 раза. Покрытие на металлорежущих твердосплавных пластинах не носит превалирующего значения при работе инструмента с ударными нагрузками. В последнем случае наибольшее влияние на повышение стойкости оказывает вязкость внутренней структуры пластины. Для металлорежущих твердосплавных пластин в процессе прерывистого резания со значительными ударными нагрузками метод аэродинамического звукового упрочнения более эффективен, чем метод нанесения покрытий, причем не только по стойкостным показателям работы инструмента, но и по себестоимости самой доработки. Получены эмпирические зависимости износа по задней поверхности твердосплавных пластин, упрочненных аэродинамическим звуковым методом, и пластин с покрытиями PVD в виде аппроксимации полиномами 5-й и 2-й степеней, которыми удобно пользоваться в производственных условиях. Выявлено, что чем больше у твердосплавных пластин предел прочности при изгибе, тем меньше влияние метода аэродинамического звукового упрочнения на повышение износостойкости. Так, с учетом того, что для основы ВК8 предел прочности при изгибе составляет 1666 МПа, а для Т5К10 – 1421 МПа, снижение износа после упрочнения аэродинамическим звуковым методом для пластин ВП3115 с основой ВК составляет 11,5 %, в то время как для ВП3225 с основой ТК – 27,1 %

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МНОГОКООРДИНАТНОЙ ОБРАБОТКЕ

The paper considers requirements to CAM-systems for provision of high-speed multi-coordinate milling, principles of generation and recommendations on trajectory programming for high-speed machining, influence of vibration and balancing of the technological system on parameters of  the machining accuracy, characteristics of a cutting tool, types of tool coatings that is rather actual for improvement of accuracy and quality of intricate profile parts.Рассмотрены требования к CAM-системам для обеспечения высокоскоростного многокоординатного фрезерования, принципы генерации и рекомендации по программированию траекторий для высокоскоростной обработки, влияние вибрации и балансировки технологической системы на параметры точности обработки, характеристики режущего инструмента, типы покрытий инструмента, что является  актуальным для повышения точности и качества обработки сложнопрофильных деталей