НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

торые могут привести к образованию трещин в процессе изготовления и эксплуатации оборудования.

С целью разработки ресурсосберегающей технологии изготовления сварных соединений из стали 15Х5М, в данной работе был рассмотрен способ диффузионной сварки с доступом воздуха, без использования специальной камеры и без вакуумирования [1]. Поверхность образцов предварительно была подготовлена механическим способом, удалены окисные пленки и загрязнения. После этого на поверхность наносилось специальное покрытие на основе акриловой смолы, которое при нагреве в процессе сварки разлагается испаряясь без образования твердого остатка .

Покрытие на свариваемые поверхности наносят с целью: увеличения прочности сцепления (сваривания); предотвращения появления нежелательных фаз при сварке разнородных материалов; интенсификации стадии объемного взаимодействия; облегчения установления физического контакта по всей свариваемой поверхности за счет использования подслоев снижения температуры и давления при сварке и, значит, уменьшения остаточных деформаций.

В процессе нагрева, под действием сжимающего усилия, которая создается гидравлическим, пневматическим или механическим устройством, происходит смятие микронеровностей на свариваемых поверхностях и уплотнение стыка, что препятствует попаданию атмосферного воздуха в стык и исключает образование окислов.

Исследования проводили с использованием образцов ввиде пластин из стали 15Х5М, используя различные режимы диффузионной сварки [2]. В лабораторных условиях меняли диапазон температуры сварки от 700 до 1100 ˚С, время сварки от 10 до 20 минут, давление на поверхности контакта от 10 до 15 МПа.

Таким образом, экспериментально установлено, что качественное сварное соединение стали 15Х5М получается при следующих режимах:

Тсв =1100ºС, tсв=15 мин., Рсв=20МПа.

Основной показатель прочности сварного соединения из стали 15Х5М является твердость металла соединения, которая говорит о наличии либо отсутствии хрупкого участка с мартенситной структурой.

Для сравнения был проведен замер твердости сварных образцов из стали 15Х5М .Сравнивали образцы сваренные ручной дуговой сваркой и диффузионной сваркой. РДС проводили по существующей технологии: предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых заготовок до температуры 300-350 °С, послесварочная термообработка (отпуск при тем-

пературе 740-760 °С) [3].

Измерение твердости металла сварного соединения проводили ультрозвуковым твердомером МЕТ-У1. Результаты замеров приведены на рисунке 1.

141

200

HB,

190

180

МПа

170

160

150

Рис. 1. Результаты измерения твердости ультрозвуковым твердомером

Результаты замера твердости металла показывают, что замена предварительного и сопутствующего подогрева с послесварочной термообработкой на диффузионную сварку не влечет за собой увеличения твердости металла сварного соединения, поэтому позволяет получать сварные соединения из стали 15Х5М, с обеспечением технологической прочности, без применения дополнительных энергоемких операций термической обработки.

Литература

1.Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. - М.: Маши- но-строение, 1976.-312с.

2.Пат. 2264898 РФ, МКИ7 B23K13/01. Способ сварки давлением разнородных металлов на воздухе.

3.ОСТ 26.260.3-2001. Сварка в химическом машиностроении. Основные положения. 36с.

Научный руководитель: Ибрагимов И.Г., д.т.н., профессор.

Технологическая подготовка производства с использованием САПР ТП «ВЕРТИКАЛЬ»

Миннегалиев Р.Ф., Сапронова Н.Н., ТюмГНГУ, г. Тюмень

Технологическая подготовка производства (ТПП) в машиностроении представляет собой комплекс конструкторско-технологических и произ- водственно-технических процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску новых изделий заданного уровня качества в установленные сроки, определенного объема трудовых затрат.

ТПП в машиностроении представляет собой комплекс конструктор- ско-технических и производственно-технических процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску новых изделий заданного уровня качества в установленные сроки, определенного объема выпуска при минимальных материальных и трудовых затратах.

142

Система ТПП обусловливает единый для всех предприятий комплексный подход к выбору и применению методов и средств ТПП с учетом современных достижений науки и техники, обеспечивающих как освоение, так и производство изделий высокого качества.

Основные задачами технологической подготовки производства являются:

-разработка оптимальных технологических процессов изготовления изделий;

-проектирование и изготовление необходимой (согласно технологическому процессу) технологической оснастки и инструмента;

-изготовление, испытание опытно-промышленной партии нового изделия и внедрение технологических процессов.

Разработка комплектов технологической документации для изготовления деталей и узлов общемашиностроительного назначения включает:

-разработку всех операций технологического процесса и технологических инструкций;

-выбор СТО (в том числе средств контроля и испытания);

-выбор средств механизации, автоматизации и транспортирования;

-нормирование технологических процессов;

-формирование рабочей документации на технологические процессы и ее выдачу в производственные подразделения.

Разработка технологического процесса и оформление технологической документации наиболее творческий и трудоемкий этап технологической подготовки производства. При всем многообразии подходов и методов разработки технологического процесса никто не ответил на вопрос, как технолог выбирает вариант обработки, чем аргументирует?

Современное производство не представляется возможным без САПР ТП, например, системы «ВЕРТИКАЛЬ» (компания «Аскон»). Главная особенность системы – это формирование технологического процесса не в виде набора большого числа строк документа, а в виде иерархически взаимосвязанных объектов — операций и переходов, оборудования и инструментов, конструкторско-технологических элементов детали и элементов операций. Эта информация представлена в системе в виде дерева, в корне которого находится деталь или узел, а ветвями являются объекты техпроцесса. На основании этих данных технолог может в любой момент сформировать комплект документов.

143

Рис.1. Окно системы ВЕРТИКАЛЬ

Такой вариант автоматизации обеспечивает сокращение сроков разработки техдокументации, так как информация в виде дерева при необходимости может быть легко свернута и развернута до любого уровня. К любой ветви дерева процесса технолог может добавить необходимый фрагмент технологии, который, в свою очередь, может быть не менее разросшимся деревом. Обеспечивается целостное представление всего техпроцесса в одном окне — технолог видит всю его структуру.

Для сокращения не эффективных операций при разработке ТП предназначено несколько функций:

-удобное решение по добавлению в разрабатываемый процесс фрагментов технологии (заготовительные и завершающие операции) или копированию информации из других процессов;

-гибкий и динамический справочник (УТС), позволяющий предприятию самостоятельно сконфигурировать необходимые разделы (оборудование, инструмент и др.) и назначить логическую связь между ними;

-автоматическая проверка заполнения обязательных атрибутов в технологических картах;

-формирование комплекта документов на технологический процесс

влюбой момент.

С помощью САПР ТП «ВЕРТИКАЛЬ» разработан технологический процесс и сформирован комплект технологической документации для изготовления детали «Вал-шестерня». Материалы вошли в дипломный проект.

Литература 1.САПР и графика. Журнал, № 09/2011.

2.САПР ТП «ВЕРТИКАЛЬ». Руководство пользователя.

Научный руководитель: ассистент Сапронова Н.Н.

144

Построение расчетных моделей СРП с учетом граничных условий нагружения

Киреев В.В., Наушинова Д.М. ТюмГНГУ, г. Тюмень

Инновационная фреза со сменными пластинами для высокопроизводительной обработки зубчатых колес. Фрезы со сменными пластинами для нарезания зубчатых колес это более экономичная и эффективная альтернатива перетачиваемым фрезам из быстрорежущей стали. Способные работать с высокими скоростями резания, а их пластины легко заменяются, сокращая тем самым время цикла обработки. Таким образом, этот инструмент является высокопроизводительным решением для фрезерования зубчатых колес. Преимущества: работа на более высокой скорости резания; высокая стойкость инструмента, меньшее время простоя оборудования; легкая смена инструмента с высокой повторяемостью позиционирования; отсутствие дополнительных расходов на переточку или повторное нанесение покрытия; меньшие затраты на изготовление одного зубчатого колеса, чем фрезами из быстрорежущей стали.

Целью является разработка конструкции высокопроизводительной червячной фрезы на основании исследования напряженнодеформированного состояния (НДС) сменной многогранной пластины (СРП).При расчете НДС СРП с применением программы Ansys на оперативном поле монитора создавалась модель непосредственно режущего элемента, т.е. сменной режущей пластины. Взаимодействие СРП с корпусом, элементами механизма крепления, а так же силовое нагружение заменено заданием граничных условий. Главной проблемой при разработке модели СМП заключается в корректном задании граничных условий. Для динамического анализа граничных условий и процесса фрезерования определили положение главных режущих кромок пластин в заготовке сымитировали графически площади пятна контакта, получили значения (рис.1., табл.1).

145

Рис. 1. Графическое определение пятна контакта

При расчете НДС СРП с применением программы Ansys на оперативном поле монитора создавалась модель непосредственно режущего элемента, т.е. сменной режущей пластины (рис. 2). Взаимодействие СРП с корпусом, элементами механизма крепления, а так же силовое нагружение заменено заданием граничных условий.

Разбивка модели на конечные элементы проводилась в автоматическом режиме, а также применялась сгущение сетки у вершины режущей кромки где и находится пятно контакта (рис. 3) .

Рис. 2. Модель пластины и Рис. 3. Модель автоматической разпятна контакта. бивки геометрического объекта.

Далее проводилось задание граничных условий (рис. 4) и анализ эпюр распределения напряжений ζ1 (рис. 5).

146

Рис. 4. Задание граничных условий. Рис.5. Картины изолиний главных напряжений ζ1

Таким образом, для исследования напряженно-деформированного состояния СМП используя графическое определение пятна контакта, можно отследить и проанализировать НДС пластины в любой момент фрезерования. Основываясь на методологии расчета и проектировании сменных режущих пластин и сборных инструментов [1,2], разработана методология определения НДС пластины в зависимости от пятна контакта.

Литература

1.Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов. – Тюмень: ТюмГНГУ,

2003. – 192с.

2.Артамонов Е.В., Помигалова Т.Е., Смолин Н.И., Утешев М.Х. Методология расчета и проектирования сменных режущих пластин и сборных инструментов. Учебное пособие // Под общей ред. М.Х. Утешева.

–Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. -151с.

Научный руководитель: Артамонов Е.В., д.т.н., профессор.

Комплексная защита металлоконструкций применением модифицированных интумесцентных покрытий

Осипова А.А., УГНТУ, г. Уфа

Современные темпы капитального строительства и интенсивное развитие металлоемких отраслей промышленности предъявляют особые требования к решению огнезащиты металлических изделий, оборудования и конструкций.

В Российской Федерации ежегодно происходит около 250 тысяч пожаров, в результате которых уничтожается материальных ценностей более чем на 6,5 миллиардов рублей и погибает свыше 18 тысяч человек. Самые значительные убытки от пожаров отмечаются в топливно-энергетическом комплексе.

147

Всовременной практике строительства нефтегазовых объектов широкое распространение получили металлические конструкции, обладающие высокой прочностью, относительной легкостью, долговечностью. Однако под воздействием высоких температур при пожаре они деформируются, теряют устойчивость, несущую способность. Поэтому огнезащита металлических конструкций является одной из актуальных проблем повышения огнестойкости зданий и сооружений.

При защите стальной конструкции вспучивающимся (интумесцентным) покрытием ее предел огнестойкости может составить от 0,5 до 2,5 часов. Для этих целей в настоящее время применяются краски, лаки, мастики и другие материалы, которые постепенно вытесняют громоздкую конструкционную защиту. Явление вспучивания или интумесценции на поверхности в процессе горения происходит под действием одновременного вспенивания и карбонизации горящей полимерной системы. Такие покрытия в последнее время находят широкое применение в нефтегазовой, нефтехимической и химической промышленности.

Всоответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 "Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля" Приложение Ф.4.3.2 гарантийный срок службы покрытия, нанесенного на конструкцию, должен быть равен расчетному сроку эксплуатации оборудования (до капитального ремонта), но не менее 10 лет, при этом гарантийный срок подтверждается методом ускоренных климатических испытаний по ГОСТ 9.401–91 «Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов».

Хотя интумесцентные покрытия способны придать полимерным композициям высокую огнестойкость, они имеют недостаточно высокую стойкость к воздействию производственной атмосферы и повышенной влажности, в результате чего на поверхности стальной конструкции и под покрытием в течение длительной эксплуатации (3 и более лет) возникают и развиваются очаги коррозии, снижается адгезионная прочность, происходит отслоение и растрескивание покрытий, что, в конечном счете, ведет к снижению длительности огнезащиты. Поэтому разработка интумесцентных покрытий с повышенной огнезащитной способностью, работающих в сложных условиях эксплуатации, характерных для предприятий нефтегазовой отрасли, является актуальной проблемой в области повышения пожарной и промышленной безопасности оборудования и сооружений.

Целью проекта является разработка лакокрасочных композиций интумесцентного типа, обеспечивающих повышение пожарной безопасности

иэффективность защиты от коррозии металлических конструкций нефтегазовой отрасли.

Впроекте приведен анализ литературных данных по защитным покрытиям нового поколения, их применения, технологии нанесения. Ис-

148

пользование покрытий интумесцентного типа в качестве огнезащитных покрытий с повышенной коррозионной стойкостью, разработаны и исследованы огнезащитные интумесцентные композиции с антикоррозионными добавками, которые обеспечивают повышение предела огнестойкости металлических конструкций в 2 раза.

Литература

1.Крашенинникова, М. В. Тенденции и перспективы в разработке композиций вспучивающихся огнезащитных покрытий для повышения пределов огнестойкости строительных конструкций [электронный ресурс]: индустрия безопасности. – М., 2005 г. – режим доступа: http://www.securpress.ru/issue.php?m=54&art=948.

2.Фрим А. Тонкопленочные вспучивающиеся огнезащитные покрытия для конструкционного металла / А. Фрим, Р. Жуков // Лакокрасочные материалы и их применение.– 2010.— № 10.— С. 41–47.

3.Халилова, Р. А. Использование вспучивающейся краски для огнезащиты металлических конструкций / Р. А. Халилова // Промышленность. Экология. Безопасность: материалы 56-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов, молодых ученых УГНТУ.— Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005.— С. 223–225.

4.Филимонов, В. П. Тенденция развития рынка материалов для пассивной огнезащиты/ В. П. Филимонов // Пожаровзрывобезопасность.— 2003.— № 4.— С. 49–55.

Научный руководитель: Ямщикова С.А., доцент, к.т.н.

Проектирование станка для прототипирования машиностроительных изделий

Пасечник И.Д., Стариков А.И., ТюмГНГУ, г. Тюмень

Тенденция развития отечественного машиностроения (создание предприятий малого и среднего бизнеса) ставят перед бизнесменами ряд проблем, связанных с технологической подготовкой производства. Не каждая компания в состоянии содержать полноценное конструкторское бюро. Одним из способов выхода из сложившейся ситуации становится возможность использования предложений предлагаемых инжиниринговых компаний по ТПП. Процессы проектирования изделий автоматизированы, однако процессы прототипирования изделий либо, связаны с высокими затратами, либо занимают много времени.

Современная 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твѐрдого объекта.

149

Целью данной работы является проектирование станка для прототипирования изделий машиностроительной и нефтегазовой отраслей.

Для этой цели воспользуемся техническим заданием представленным в табл. 1.

Таблица 1 Техническое задание на проектирование станка для прототипирования из-

делий машиностроительной и нефтегазовой отраслей

Для решения данного задания разработаем алгоритм работы проектируемого станка для прототипирования, который представим в виде блоксхемы:

150