Машиностроение и техносфера XXI века. Том 3, 2009 г. by Донецкий политехник (Донецкий национальный технический университет)

Министерство образования и науки Украины Донецкая областная и городская администрации Международный союз машиностроителей Фонд поддержки прогрессивных реформ Национальная металлургическая академия Украины (НИИСТ) Донецкий и Севастопольский национальные технические университеты Брянский государственный технический университет Московский государственный университет инженерной экологии Таганрогский технологический институт Южного федерального университета Жешувский, Остравский, Силезский, Ясский технические университеты Политехника Любельская, Технический университет Молдовы, Политехника Ченстохова, Магдебургский, Портсмутский, Тульский университеты Бухарестская военно-техническая академия Институт международного сотрудничества, Российско-Украинский университет Институт механики и сейсмологической стабильности АН РУ Севастопольский центр профессионально-технического образования Донецкий институт холодильной техники Ассоциация металловедов и термистов Украины Научно-технический союз машиностроения Болгарии Научный центр проблем механики машин НАН Беларуси Издательство «Машиностроение», ОАО НИИ «Изотерм», ОАО «ДЗГА» АО «НОРД», ЗАО «НКМЗ», ЧП «Технополис», Снежнянский машзавод ООО Никитовский машзавод «Кераммаш»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И ТЕХНОСФЕРА XXI ВЕКА Сборник трудов

XVI

МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Том 3 14 - 19 сентября 2009 г. в городе Севастополе

2009

Донецк-2009

ББК К5я54 УДК 621.01(06) Машиностроение и техносфера XXI века // Сборник трудов XVI международной научно-технической конференции в г. Севастополе 14-19 сентября 2009 г. В 4-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2009. Т. 3. – 310 с. ISBN 966-7907-25-2 В сборник включены материалы XVI международной научнотехнической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века», отражающие научные и практические результаты в области обработки изделий прогрессивными методами, создания нетрадиционных технологий и оборудования. Представлены современные достижения и перспективные направления развития технологических систем, металлорежущего инструмента и оснастки. Освещены современные проблемы материаловедения в машиностроении. Рассмотрены вопросы механизации и автоматизации производственных процессов, управления качеством и диагностики технических систем. Приведены сведения об особенностях моделирования, экономических проблемах производства, вопросах инженерного образования и других актуальных проблемах техносферы. Предназначен для научно-технических работников, ИТР и специалистов в области машиностроения и техносферы. Издается при содействии Международного союза машиностроителей Адрес международного организационного комитета: Украина, 83001, г. Донецк, ул. Артема, 58, ДонНТУ, кафедра ТМ. Тел.: +38 (062) 305-01-04, факс: +38 (062) 305-01-04 E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua http://www.dgtu.donetsk.ua

ISBN 966-7907-25-2

 Донецкий национальный технический университет, 2009 г.

НАНОФАЗНЫЕ И НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ТРИБОСИСТЕМ Овчинников Е.В., Рыскулов А.А., Струк В.А., Андрикевич В.В., Кравченко В.И. (УМЦ «Промагромаш» ОАО «Белкард», г. Гродно, Беларусь) Features of pattern nanophase and nanocomposite coatings on the basis of fluorinated oligomers «Foleox», modified by energetic effect of various type and nanodimensional reductants on the basis of carbon and silicates are researched. Presence of the common legitimacies of creation of the coatings consisting in chemical sorption interacting oligomer of a die with a substructure and derivation in size of an aggregate reinforcing nanodimensional phases, stipulated by processes of crystallisation and the introducing of updating reductants is displayed. Введение. Тонкопленочные ингибиторы изнашивания трибосистем, сформированные из активной газовой фазы, растворов, ротапринтным и плазмохимическими методами, широко применяют в триботехнике, в т.ч. прецизионной [1-3]. Несмотря на различие технологий формирования фтосодержащих покрытий (ФСП), отличающихся составом, структурой и геометрическими параметрами, существуют общие закономерности проявления механизма их антифрикционного и противоизносного действия, обусловленные спецификой молекулярного и надмолекулярного строения. Низкий уровень межмолекулярного взаимодействия во фторсодержащих полимерных и олигомерных компонентах способствует низким значениям тангенциального сдвига поверхностных слоев в изделиях из композиционных материалов или в покрытиях на поверхностях фрикционного контакта. Одновременно эта характерная особенность строения фторсодержащих соединений обусловливает повышенный износ изделий из-за низкой способности продуктов фрикционного диспергирования к адгезионному закреплению на поверхностях трения и формированию устойчивой разделительной пленки [4-8]. Для повышения параметров триботехнических характеристик фторсодержащие полимерные и олигомерные матрицы модифицируют компонентами различного состава, дисперсности, строения и механизма действия [4-10], а также подвергают энергетическим воздействиям с помощью лазерных, ионизирующих, тепловых и др. источников [11-14]. Различные методы модифицирования позволяют управлять параметрами структурных характеристик, которые определяют параметры деформационно-прочностных, триботехнических, адгезионных, теплофизических и др. служебных характеристик композитов. Представляет научный и практический интерес установление характерных механизмов модифицирующего действия различных функциональных компонентов в композиционных покрытиях на основе фторсодержащих олигомеров, нашедших широкое распространение в практике эксплуатации трибосистем автотракторной, железнодорожной и специальной техники [13-15]. Методика исследований. В качестве основных объектов исследований были выбраны фторсодержащие олигомерные («Фолеокс» и «Эпилам») и полимеролигомерные продукты термогазодинамического синтеза (ТГД-синтеза) политетрафторэтилена (ПТФЭ), выпускаемые под торговой маркой «Форум», в состоянии промышленной поставки производителями (Институт химии синтетического каучука им. Лебедева, РАН, г. Санкт-Петербург и Институт химии ДВО РАН, г. Владивосток). Олигомеры «Фолеокс» («Эпилам») ФСО представляют собой 1 – 2 мас.% растворы во фреоне активного компонента с молекулярной массой от 2200 до

5000 ед. и структурной формулой R f -R 1 , где R f – фторсодержащий радикал, R 1 – функциональная группа (-OH, -COOH, -NH 2 , -CF 3 ). Полимер-олигомерный продукт ТГД-синтеза ПТФЭ имеет характерный вид порошка с размером единичных частиц не более 5 мкм и включает в состав набор олигомерных и полимерных фракций различной молекулярной массы (от нескольких сотен до сотен тысяч у.е.). Соотношение олигомерных и полимерных фракций зависит от условий ТГД-синтеза и является переменным параметром продукта «Форум». В качестве модификаторов выбранных олигомерных (ОМ) и полимеролигомерных матриц (ПОМ) использовали дисперсные порошки углеродсодержащих материалов УДАГ (нанодисперсный продукт эксплозивного синтеза с отрицательным кислородным балансом) [13], наноуглеродные продукты плазмохимического синтеза (нанотрубки) [14], фторированный высокодисперсный технический углерод с различной степенью фторирования (ФТУ), дисперсные частицы углеродного волокна (УВ) «Вискум» с размером частиц не более 0,5 мкм, глинистые минералы (ГМ) [13,14]. Модификаторы вводили в состав композиций перемешиванием в смесителе барабанного типа с керамическими или металлическими мелющими телами. Покрытия на твердых подложках формировали окунанием в суспензии или растворы на основе олигомеров «Фолеокс» и ротапринтным методом с применением полировального инструмента. В качестве подложек использовали пластины и фольги из металлических материалов (углеродистых и низколегированных сталей марок ст45, ст08кп, ст40, меди М1, алюминия А00, латуни Л62), а также силикатного натриевого стекла, слюды (мусковит, флогопит) и полимерных продуктов (пленки из полипропилена, полиэтилена низкого давления, полиэтилентерефталата и др.). Подложки перед нанесением покрытий подвергали очистке, обезжириванию и, при необходимости, обработке специальными методами (фосфатированию, нанесению подслоя нитрида титана, обработке коронным разрядом, короткоимпульсным лазерным излучением). Толщина сформированных композиционных покрытий составляла от нескольких мкм до 200 мкм в зависимости от состава использованного полуфабриката, числа обработок и их функционального назначения. Энергетическое модифицирование нанесенных покрытий осуществляли термической обработкой на воздухе при температуре 373 – 773К, мягким рентгеновским излучением, короткоимпульсным лазерным излучением с энергией импульса от 0,5 до 6 Дж. Исследования трансформаций молекулярной и надмолеулярной структуры покрытий проводили методами ИК-спектроскопии (МНПВО), ДТА, рентгеноструктурного анализа по общепринятым методикам. Морфологию покрытий, топографию поверхностного слоя и фазовую структуру оценивали методом атомной силовой микроскопии (АСМ) с использованием программ обработки и визуализации изображений, разработанных ООО «Микротестмашины». Зарядовое состояние композиционных покрытий и используемых модификаторов изучали методом спектроскопии термостимулированных токов (ТСТ) по рекомендациям разработчика установки ТСТ-анализа. Сравнительные исследования особенностей строения характеристик покрытий на основе ФСО и ТГД-ситеза осуществляли с использованием литературных источников, посвященных анализу фторсодержащих продуктов, полученных растворными, плазмохимическими, аббляционными, лазерными и др. технологиями [9, 11, 12, 16]. Результаты и обсуждение. Анализ литературных источников и собственные исследования особенностей структуры фторсодержащих покрытий, сформированных

по различным технологиям [5-7,9,11,12,15,16], позволили осуществить их классификацию по критерию молекулярной массы использованной матрицы (рис. 1). Не претендуя на полноту предложенной классификации, рассмотрим характерные структурные признаки композиционных покрытий различного состава и технологии формирования.

Рис. 1. Классификация фторсодержащих триботехнических покрытий Тонкопленочные покрытия из фторсодержащих олигомеров «Фолеокс» различного состава представляют собой т.н. «сэндвич-структуры», состоящие из совокупности слоев макромолекул с различной ориентацией по отношению к подложке (рис. 2 а, б). Наличие в составе макромолекулы олигомера полярных групп (-OH, COOH, -NH 2 ) способствует их адсорбционному взаимодействию с поверхностным слоем металлической подложки 3 с образованием слоя с преимущественной ориентацией макромолекул перпендикулярно плоскости поверхности. В структуре пленки сочетаются слои с различным упорядочением вследствие ослабления действия силового поля поверхности металлической подложки. Толщина граничного слоя h г и соотношение толщины упорядоченного и неупорядоченного поверхностного слоя h г : h п определяются строением макромолекулы (типом и количеством полярных функциональных групп) и активностью металлической подложки (строением и толщиной оксидного слоя, дефектностью, зарядовым состоянием, фазовой структурой и т.п.). Термическое воздействие на сформированное покрытие обусловливает формирование квазикристаллической нанофазы, содержание которой определяется технологическими параметрами обработки (температурой, временем). При повышенных режимах температурного воздействия образуется нанофазное покрытие с

характерной структурой, состоящей из олигомерной матрицы и армирующих фаз (2) (рис. 2 в, г).

б)

а)

в)

г)

д)

е)

з)

ж)

и)

к)

м) л) Рис. 2. Морфология (а,в,д,ж,и,л) и схема строения (б,г,е,з) из фторсодержащих олигомеров «Фолеокс» на подложке из стали 45 исходных (а,б), термообработанных при 473К (в,г), обработанных рентгеновским излучением (д,е), двухслойных (ж,з), наполненных наночастицами (и,к), нанесенных на активный подслой нитрида титана (л,м)

Структурирующее энергетическое воздействие на пленку (например, мягкое рентгеновское) обуславливает формирование в объеме армирующих фаз, образованных вследствие процессов структурирования макромолекул по механизму радикальных превращений. Структура нанофазной пленки в этом случае включает надмолекулярные и структурированные фазы 4, армирующие покрытие и повышающие его износостойкость (рис. 2 д, е). Использование олигомеров различного состава (полярных и неполярных) позволяет сформировать покрытие, сочетающее хемосорбционный слой из полярного олигомера с повышенной адгезионной прочностью 5, и поверхностный 6, обладающий низким сопротивлением сдвигу (рис. 2 ж, з). Нанофазные покрытия, полученные из смеси олигомеров различного строения, применяют в прецизионных трибосистемах с заданным ресурсом эксплуатации [15]. Структурирование матриц может быть достигнуто и путем введения в их состав низкоразмерных частиц, обладающих нескомпенсированным зарядом, обусловленным особенностями синтеза или подготовки (например, диспергирования в дисмембраторах). Характерный вид ЭПР-спектров высокодисперсных углеродсодержащих продуктов УДАГ, углеродного волокна, ТГД-синтеза ПТФЭ, приведенных на рис. 3, свидетельствует о наличии носителей заряда с большим временем релаксации. Энергетическое воздействие модификаторов подобного типа приводит к образованию в объеме композиционного покрытия фаз 7 с упорядоченным граничным слоем 8 вокруг каждой частицы 7 (рис. 2 и, к). Состав наноразмерной частицы, а также способ придания ей активного зарядового состояния, не оказывают принципиального влияния на возможность образования нанофазной структуры с упорядоченным граничным слоем. Роль состава наномодификатора проявляется при трибохимических взаимодействиях: компоненты со слоистой структурой (коллоидный графит, термически расщепленный графит, дисульфид молибдена, глинистые минералы и т.п.) способствуют образованию разделительных слоев с повышенной устойчивостью, снижающих интенсивность коррозионно-механического изнашивания трибосистем различного строения. При использовании в качестве модификаторов высокоактивных дисперсных частиц неслоистой структуры (технического углерода, механоактивированных частиц, полученных дроблением углеродных волокон, и т.п.) наблюдается эффект армирования олигомерной матрицы композиционного покрытия, обусловливающий повышение его нагрузочной способности. Важным обстоятельством в этом случае является совокупное действие специфического нанопористого строения модифицирующей частицы, ее совместимости с олигомерной матрицей благодаря наличию в поверхностном слое продуктов фторирования и развитой поверхности в сочетании с нескомпенсированным зарядом.

1-УДА исходный; 2-УДАГ исходный; 3УДАГ термообработанный при 673К; 4 – технический углерод.

1-УДАГ исходный; 2-УДАГ диффузионно обработанный парами нитроксильного радикала; 3-спектр нитроксильного радикала

а)

в)

б)

г)

е) д) Рис. 3. ЭПР-спектры (а,б) и ТСТ-спектры наноразмерных частиц УДАГ (а,в), глинистых минералов (г), силикатных частиц (д), продуктов ТГД-синтеза (б,е) Наиболее эффективным модификатором комплексного механизма действия в композиционных покрытиях на основе фторсодержащих олигомеров типа «Фолеокс» («Эпилам») являются продукты термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена. Анализ литературных источников и проведенные исследования свидетельствуют о полимер-олигомерном строении продуктов ТГД-синтеза ПТФЭ, обусловленном особенностями технологического процесса получения (рис. 4). Схематически 8

технологический процесс образования высокодисперсных частиц при деструкции полуфабриката политетрафторэтилена в среде газообразных продуктов термолиза можно представить в следующей последовательности. В исходном блоке ПТФЭ вследствие специфических условий формирования прессованием с последующим спеканием формируется дефектная структура, обусловленная наличием напряженных границ взаимодействия единичных частиц 2 и макродефектов 1 (рис. 4 а). При интенсивном термическом воздействии (723 – 773К) [9] в объеме полуфабриката протекают термодеструкционные процессы, обусловливающие образование зон интенсивной деструкции с продуктами в газообразном состоянии (3). Превышение некоторой величины удельного давления газообразной фракции приводит к когезионному разрушению полуфабриката с образованием низкодисперсных полимерных фрагментов (4). При осаждении на интенсивно охлаждаемый приемник происходит конденсация олигомерных продуктов термодеструкции ПТФЭ и формирование полимер-олигомерных частиц с полимерным ядром 5 и олигомерной оболочкой 6, состоящей из продуктов различной молекулярной массы (рис. 4 б). Характерный вид и морфология полимерного полуфабриката (в) и строения частиц ТГД-синтеза (г) свидетельствуют в пользу предложенного механизма протекания технологического процесса. Специфическое строение полимер-олигомерного модификатора, полученного ТГД-синтезом, и его зарядовое состояние обуславливают комплексный механизм структурирующего действия в олигомерных матрицах типа «Фолеокс» (рис. 5). Благодаря подобному строению полимер-олигомерных частиц модификатора и олигомерной матрицы наблюдается диффузия олигомерных полярных макромолекул в наружный слой неполярного олигомера частицы ТГД-синтеза. Это обусловливает набухание полимерного ядра 1 и олигомерных оболочек с образованием зон повышенного упорядочения 2,3. Под действием нескомпенсированного заряда ядра полимер-олигомерной частицы происходит преимущественная ориентация полярных олигомерных молекул 4 матрицы (рис. 5 а). Таким образом формируется специфическая структура покрытия с различным уровнем упорядочения и армирования, обладающая повышенной адгезионной прочностью благодаря хемосорбционному взаимодействию матричных макромолекул с металлической подложкой (рис. 5 б).

а)

б)

в)

г)

Рис. 4. Схема формирования (а), строение (б) продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена, характерная морфология полуфабрикатов ПТФЭ (в) и строение частиц ТГД-синтеза

а)

б)

Рис. 5. Схема взаимодействия олигомера «фолеокс» с продуктами термогазодинамического синтеза ПТФЭ (а) и структуры композиционного полимеролигомерного покрытия (б). Пояснения в тексте Необходимо подчеркнуть термодинамическую совместимость всех компонентов покрытия, обусловленную близостью молекулярного строения полимерного ядра, олигомерной неполярной оболочки и олигомерной полярной матрицы. В отличие от традиционных наполнителей и модификаторов, в т.ч. низкоразмерных, в подобной структуре в наиболее полной мере реализуются все достоинства каждого из компонентов и обеспечивается совокупный синергический эффект повышения комплекса адгезионных и триботехнических характеристик. При фрикционном взаимодействии в зоне контакта полимер-олигомерный модификатор выполняет функцию антифрикционного компонента, одновременно повышая нагрузочную способность композиционного покрытия. Способность неполярной олигомерной фракции к передеформированию обусловливает низкий коэффициент трения, свойственный фторсодержащим воскам, и образование устойчивого разделительного слоя с большим временем жизни. Относительно небольшие размеры полимерного ядра модификатора, не превышающие 100 нм [9], позволяют такие композиционные покрытия использовать в прецизионных трибосистемах с минимальным зазором в сопряжении. Рассмотренные варианты реализации композиционных покрытий могут быть использованы как самостоятельные ингибиторы изнашивания узлов трения различных машин и механизмов, так и при создании композиционных покрытий на подложках со специально нанесенным подслоем с развитой топографией. Такие подслои могут быть сформированы химической обработкой (например, фторированием), действием высокоэнергетических потоков (ионным травлением, лазерной обработкой, коронным разрядом), механической обработкой (гидроабразивной, шлифованием и т.п.), с помощью вакуумных технологий (синтезом алмазоподобных покрытий или покрытий на основе соединений азота и углерода в активной среде) и т.п. [13,14]. В этом варианте исполнения композиционный слой на основе фторсодержащего олигомера выполняет функцию противозадирного покрытия на высокопрочном и износостойком подслое, например, сформированном из мелкокристаллических фосфатов металлов, нитрида или карбида титана, алмазоподобного углерода. Повышенная способность полярных олигомерных макромолекул к хемосорбционному взаимодействию приводит к пассивации ювенильных площадок фактического контакта микронеровностей поверхностей трения и снижению вероятности задира и глубинного вырывания. Подобные многослойные многофазные покрытия наиболее эффективны в трибосистемах, реализуемых в процессах холодного 10

деформирования металлических заготовок при штамповке и холодной вытяжке. Кроме того, они могут выполнять функцию противозадирных покрытий деталей с реверсивным характером движения, например, в цилиндро-поршневой группе двигателей внутреннего сгорания [13,14]. Таким образом, в зависимости от молекулярной, надмолекулярной и фазовой структуры и состава покрытия на основе фторсодержащих олигомеров «Фолеокс» или их аналогов «Эпилам» обладают различными показателями служебных характеристик и выполняют функцию ингибитора изнашивания в трибосистемах различного конструктивного исполнения. Реализация различных уровней структурирования: − молекулярного; − надмолекулярного; − фазового; − межслойного определяется технологическими параметрами процесса формирования покрытия и зависит от эксплуатационных требований, предъявляемых к трибосистеме. Заключение. Олигомерные фторсодержащие компоненты при использовании растворной технологии формируют тонкопленочные покрытия, включающие квазикристаллические нанофазы в олигомерной матрице, с высокой хемосорбционной активностью к металлической подложке. Модифицирование олигомерной матрицы активными компонентами с нескомпенсированным зарядом приводит к образованию упорядоченных областей на границе раздела фаз «низкоразмерный наполнительматрица». В композитах, содержащих продукты термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена, реализуется синергический эффект, обусловленный термодинамической совместимостью олигомерных полярных и неполярных компонентов и высокомолекулярных частиц с нескомпенсированным зарядом. Это обеспечивает формирование покрытия с повышенными параметрами адгезионных, деформационно-прочностных и триботехнических характеристик. В многослойных многофазных покрытиях полимер-олигомерный композиционный слой выполняет функцию противозадирного элемента, предотвращающего схватывание и глубинное вырывание на пятнах фактического контакта. Список литературы: 1. Струк, В.А. Трибохимическая концепция создания антифрикционных материалов на основе многотоннажно выпускаемых полимерных связующих: Дисс. … докт. техн. наук. - Гомель: 1988 – 240с. 2. Гольдаде, В.А. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем. / В.А. Гольдаде, В.А. Струк, С.С. Песецкий – М.: Химия, 1993. – 240с. 3. Авдейчик, С.В. Трибохимические технологии функциональных композиционных материалов: ч. 1, ч. 2. / С.В. Авдейчик [и др.]; под ред. В.А. Струка, Ф.Г. Ловшенко. – Гродно: ГГАУ, 2007, 2008. – 320с., 399с. 4. Охлопкова, А.А. Физико-химические принципы создания триботехнических материалов на основе полимеров и ультрадисперсных керамик: Дисс. … д-ра техн. наук. – Якутск, 2000. – 269с. 5. Овчинников, Е.В. Структура и свойства триботехнических покрытий на основе растворов фторсодержащих олигомеров. Дисс. … канд. техн. наук.: Гродно, 1997. – 124с. 6. Бойко, Ю.С. Технологические особенности формирования композиционных тонкопленочных покрытий на основе фторсодержащих полимеров и олигомеров: Дисс. … канд. техн. наук. - Гродно: 1998. – 127с. 7. Напреев, И.С. Управление триботехническими характеристиками подшипниковых узлов методом эпиламирования. Дисс. … канд. техн. наук. – Гомель, 1998. – 111с. 8. Сиренко, Г.А. Антифрикционные карбопластики. – К.: Техніка, 1985. –

195с. 9. Металлополимерные нанокомпозиты. (получение, свойства, применение) / В.М. Бузник, В.М. Фомин, А.П. Алхимов [и др.] – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. – 260с. 10. Горбацевич, Г.Н. Структура и технология углеродных герметизирующих материалов для статических и подвижных уплотнений: Дисс. … канд. техн. наук. – Гродно, 2002. – 138с. 11. Гракович, П.Н. Применение фторопластового композита Флувис в поршневых компрессорах / П.Р. Гракович [и др.]. // Материалы. Технологии. Инструмент. -- №3. 2005. С. 33 – 36. 12. Серафимович, В.В. Влияние плазмохимической обработки углеродных волокон в среде фторорганических газов на из физикомеханические свойства. / Поликомтриб – 2007. Тезисы докл. межд. научно-техн. конф. – Гомель: ИММС НАНБ, 2007. – С. 186 – 187. 13. Новые ресурсосберегающие технологии и композиционные материалы / Ф.Г. Ловшенко, Ф.И. Пантелеенко, А.В. Рогачев и др. – М.: Энергоатомиздат, Гомель. БелГУТ, 2004. – 519с. 14. Нанокомпозиционные машиностроительные материалы: опыт разработки и применения / С.В. Авдейчик [и др.]; под ред. В.А. Струка. – Гродно: ГрГу, 2006. – 403с. 15. Овчинников, Е.В. Тонкие пленки фторсодержащих олигомеров: основы синтеза, свойства и применение. / Е.В. Овчинников, В.А. Струк, В.А. Губанов. – Гродно: ГГАУ, 2007. – 326с. 16. Рогачев, А.В. Кинетические и физико-химические закономерности процессов тепло- и массопереноса при формировании тонкопленочных металлополимерных систем в вакууме. Дисс. … докт. хим. наук. – М.: 1989. – 364с. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИНОСТРАННОГО ЯЗЫКА В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ Павлыш В.Н., Зайцева М.Н., Хохлаткина В.В. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина) The problems of application of computer technologies during studying of foreign languages in technical university are considered/ Развитие современного общества характеризуется процессом информатизации образования. В этой ситуации основной акцент перемещается с простого усвоения информации на развитие мышления, с умения использовать информацию на способность решать практические и профессиональные задачи в условиях, которые быстро изменяются. По мере развития технологий образования необходимо постепенно отказываться от репродуктивного метода, от запоминания знаний, от усвоения умений - «ум заключается не только в знании, но и в умении применять знание на деле» (Аристотель). В период модернизации процесса обучения необходимо воспитывать у нового поколения студентов установку личности на самообразование, самовоспитание, саморазвитие, самоусовершенствование, творческое отношение к любому виду деятельности и развитие критического мышления. Логическое мышление, умственная деятельность являются основой, на которой держится весь научно-образовательный процесс - «не мыслям надобно учить, а мыслить» (И.Кант). Обучение с использованием компьютерных технологий постепенно становится новым образовательным стандартом, который внедряется во все структуры, проводящие подготовку и переподготовку специалистов. Одной из базовых технологий компьютерного обучения является программированный подход, основными достоинствами которого являются: 1) дозированность учебного материала; 2) активная самостоятельная работа ученика;

3) постоянный контроль усвоения; 4) индивидуализация темпа обучения, объема учебного материала; 5) возможность использования технических автоматизированных средств обучения. Программированное обучение особенно эффективно в преподавании дисциплин, основанных на фактическом материале и повторяющихся операциях, имеющих однозначные, четкие формулы, алгоритмы действий. Главная задача при организации программированного обучения - выработка автоматизированных навыков, крепких однозначных знаний и умений. В основе программированного обучения лежит обучающая программа, в которой строго систематизируется: 1) сам учебный материал; 2) действия учащегося по его усвоению; 3) формы контроля обучения. Разработанная обучающая программа реализуется в составе КСО на базе ПК. Как новое содержание требует новых форм его организации, так и новое средство предполагает переориентацию всех других компонентов дидактической системы. Поэтому установка в аудитории ПК есть не окончание компьютеризации, а ее начало - начало системной перестройки всей технологии обучения. Коренным образом преобразуется деятельность субъектов образовательного процесса - преподавателя и студентов. В качестве инструмента деятельности обучаемых и обучающих компьютер применяется в учебном процессе по иностранному языку прежде всего для получения информационной и технической поддержки. При работе с учебными материалами ПК предоставляет преподавателю разнообразные виды помощи, которая заключается не только в упрощении поиска необходимых сведений при создании новых учебных материалов за счет использования систем справочно-информационного обеспечения, но и в оформлении материалов для обучения (текстов, рисунков, графиков), а также в анализе существующих разработок. Автоматический анализ, отбор и прогнозирование эффективности учебных материалов являются важными направлениями использования компьютера в качестве инструмента информационной поддержки деятельности обучающего. Преподаватель может не только проводить отбор материалов для обучения (составлять лексические и грамматические минимумы, отбирать тексты и упражнения), но также анализировать тексты и целые учебные пособия. Процедура и техника составления словарей с помощью компьютера являются достаточно отработанными и надежными, а программы такого типа получают все большее распространение. Выделенные в результате машинной обработки определенного количества текстов и упорядоченные по различным критериям лексические единицы служат основой при решении целого комплекса лингводидактических задач: составление грамматических справочников, разработка лексических минимумов и т.д. Применение ПК в качестве инструмента поддержки профессиональной деятельности преподавателя иностранного языка позволяет не только более эффективно работать с учебными материалами, но и оптимизировать учебный процесс путем систематической регистрации его параметров и создания банков данных по каждому конкретному учащемуся и группе обучаемых в целом (сведения об исходном уровне знаний, результаты текущего контроля, средний балл и т.п.). Системы учета и анализа ошибок обучаемых, предусмотренные во многих компьютерных обучающих программах либо существующие в виде отдельных программ, дают возможность выявить динамику и закономерности процесса обучения в ходе экспериментальных педагогических исследований и позволяют упростить работу по организации учебного процесса.

Таким образом, для обучающего применение ПК в качестве инструмента деятельности обеспечивает освобождение от рутинной работы, возможность постоянного совершенствования учебных материалов, оперативного контроля за ходом учебного процесса относительно конкретного учащегося или группы обучаемых в целом, внедрения новых организационных форм обучения. По отношению к учащемуся компьютер может выполнять многочисленные функции, выступая в роли: * преподавателя; * эксперта; * партнера по деятельности; * инструмента деятельности; * обучаемого. Учащиеся могут применять ПК в соответствии со своими индивидуальными потребностями на различных этапах работы и в различных качествах. Благодаря возможностям реализации функций преподавателя, компьютер часто используется в процессе самостоятельной и домашней работы учащихся, в ходе автономного изучения языка, в целях восполнения пробелов в знаниях отстающими учащимися. В этой ситуации используются тренировочные и обучающие компьютерные программы, специально создаваемые в учебных целях. При самостоятельной работе с КОП обучаемый может: * получить учебное задание; * запросить дополнительную информацию, необходимую для его выполнения; * уяснить способ выполнения задания; * ввести ответ; * получить анализ и оценку ответа. Можно отметить даже целый ряд преимуществ использования ПК для самостоятельной проработки учебного материала по сравнению с аудиторными занятиями с преподавателем: * неограниченное время работы, определяемое потребностями самого учащегося; * свободный режим работы (выбор времени работы, определение пауз в работе и темпа усвоения материала); * исключение воздействия субъективных факторов в работе (отсутствие предвзятости к кому-либо из учащихся, оценивание ответа на основе четких критериев без сравнения с результатами работы других обучаемых, неограниченное терпение, неразглашение недостатков работы). Компьютер может быть использован в качестве эксперта на заключительном этапе работы для корректировки и экспертной оценки выполненного задания. Многие учащиеся предпочитают применение компьютера в процессе выполнения «больших» заданий (написание сочинения, курсовой работы, реферата), связанных с написанием текстов значительного объема. В этой ситуации компьютер используется в качестве партнера по деятельности и одновременно инструмента информационной и технической поддержки. Применяя компьютерные средства, учащиеся: 1) вводят новую текстовую информацию с помощью клавиатуры либо используют уже подготовленные материалы, сканируя их либо вводя их в новые файлы с дискет; 2) получают доступ к обширной информации на родном и иностранном языках, благодаря справочно-информационным системам и сетям, применяя в случае необходимости системы машинного перевода;

3) оформляют, редактируют и совершенствуют письменные работы с помощью программ типа «редактор текста», спеллеров и шаблонов документов; 4) работают с интерактивными программами порождения текстов и системами автоматической переработки текста (реферирования аннотирования и т.д.); 5) систематизируют и дополняют текстовую информацию таблицами, графиками, диаграммами и рисунками. Главным предназначением компьютера в качестве инструмента учебнопознавательной деятельности является обеспечение максимальной поддержки при овладении языком, которая позволяет учащемуся перейти к более рациональным формам обучения, устраняющим разрыв между получением знаний и их действительным усвоением. Обучаемые используют ПК как инструмент деятельности не только для получения информационной и технической поддержки, но также для организации общения дистанционного обучения с помощью компьютерных телекоммуникационных сетей. Компьютер позволяет реализовать различные формы межличностного опосредованного общения * устная контактная коммуникация (телеконференции) и письменная дистантная коммуникация (электронная почта); * индивидуальное общение (личная переписка) и групповое общение (доска объявлений) Таким образом, использование компьютерных систем обучения дает ряд преимуществ, к которым относят следующие: - возможность комбинирования различных форм представления информации (текстовой, графической, анимации, видео, аудио); - возможность адаптации курса к индивидуальным познавательным особенностям обучаемых; - предоставление обучаемым права управлять размером и очередностью выдачи порций учебного материала; - предоставление обучаемым права задавать себе скорость обучения и самостоятельно его контролировать; - интерактивность - диалоговый режим на протяжении всего процесса обучения; - применение упражнений «на собственном опыте»; - обеспечение немедленной реакции на действия обучаемых. Можно заключить, что применение компьютерных технологий в процессе овладения иностранным языком создает условия для иноязычного общения, обеспечивает широкий доступ к информации и помогает в самостоятельном изучении иностранного языка. ПІДВИЩЕННЯ ЗАХИСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОЛІУРЕТАНОВИХ ПОКРИТТІВ НА СТАЛІ Паздрій І.П.1, Білий Л.М.2, Зінь Я.І. 1 (1НУ „Львівська політехніка”, 2ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАН України м. Львів, Україна) Addition of zinc/iron phosphates and calcium silicate to polyurethane/perchlorovinyl primer significantly increases its protective properties due to synergetic effect. Two processes occur simultaneously in area of the primer coating defect: alkalization of corrosion

environment plus steel passivation; deposition on metal surface corrosion resistant phosphate film with calcium silicate admixtures. Вступ. Внаслідок техногенного забруднення довкілля зросли вимоги до протикорозійного захисту металоконструкцій з вуглецевої сталі. Особливої уваги заслуговує необхідність підвищення терміну служби лакофарбових покриттів, які експлуатуються у промисловій атмосфері. Перспективними в цьому плані є покриття на основі поліуретанової емалі, модифікованої перхлорвініловою смолою [1], які мають високі бар’єрні властивості. Однак, у випадку їх наскрізного пошкодження на сталі розвивається підплівкова корозія. Тому є потреба у розробці ефективного поліуретанового грунту з підвищеними захисними властивостями. Перспективними антикорозійними пігментами для таких грунтів можуть бути недорогі та екологічно безпечні фосфати цинку та заліза з функціональними мінеральними наповнювачами. Мета роботи – розробити ефективний інгібований грунт на поліуретановій основі з підвищеними протикорозійними властивостями для захисту сталі від атмосферної корозії. Матеріали та методи досліджень. Для приготування поліуретанових ґрунтувальних композицій використовували лапрол 1052, розчинник Р5 та поліізоціанатний твердник. Як модифікатор використовували перхлорвінілову смолу ПСХ-ЛС. Інгібувальним пігментом служила суміш фосфатів цинку та заліза (торгова марка Actirox 213). Для порівняння використовували хромоксидний пігмент. Наповнювачем вибрали воластоніт – природний силікат кальцію. Вивчали чотири варіанти ґрунтувальних композицій, які містили оксид хрому, фосфати цинку і заліза, воластоніт, а також суміш фосфатів з воластонітом за оптимальної об’ємної концентрації. Грунтувальні композиції перетирали у кульовому вібраційному млині. Підкладкою для нанесення покриттів слугували пластини маловуглецевої сталі (50х150х2 мм), які очищували піскоструменевим методом, обезжирювали розчинником і фарбували пневматичним розпилювачем. Товщину шару грунту на зразках витримували в межах 50...70 мкм. Після тверднення грунту до відлипання на нього наносили шар поліуретанового лаку товщиною 50-70 мкм. Для повної полімеризації покриттів зразки витримували 7 діб за кімнатної температури. Захисні властивості покриттів досліджували імпедансним методом. Вимірювання здійснювали при кімнатній температурі на приладі Р-5083. Досліджували суцільні покриття та зі штучно наведеними дефектами. Для цього в покриттях були зроблені наскрізні отвори Ø 1 мм. Корозійним середовищем слугував слабокислий розчин з рН ∼ 4,5 (3,18 мг/л сірчаної кислоти + 4,62 мг/л сульфату амонію + 3,20 мг/л сульфату натрію + 1,58 мг/л азотної кислоти + 2,13 мг/л нітрату натрію +8,48 мг/л хлориду натрію), який імітує дощові опади в промислових районах України. Корозійно-електрохімічні властивості сталі досліджували в слабокислому дощовому середовищі та у розчинах у ньому інгібувальних пігментів. Інгібовані розчини готували, додаючи в слабокисле середовище пігмент Actirox 213 в кількості 1 г/л та воластоніт в кількості 1...8 г/л. Розчини відстоювали протягом 48 годин і двічі фільтрували щоб усунути нерозчинну фракцію. Для досліджень використовували потенціостат IPCProM, насичений каломельний електрод порівняння і платиновий допоміжний. Поверхневий аналіз захисних плівок, утворених на маловуглецевій сталі після 24 годин витримки в інгібованих розчинах, досліджували на сканівному електронному мікроскопі EVO 40XVP із системою мікроаналізу INCA Energy 350. Результати досліджень та їх обговорення. Інгібувальні пігменти, дисперговані в ґрунтувальному шарі, сповільнюють підплівкову корозію металу [2]. Фосфатний інгібувальний пігмент після проникнення середовища крізь дефекти поліуретанового

І, мА/см

покриття до металу повільно гідролізується, спричинюючи утворення на анодних ділянках металу стійкої фосфатної плівки, а на катодних – осадження малорозчинних гідроксидів. Однак, інгібувальна дія фосфатних пігментів часто недостатня для ефективного захисту маловуглецевої сталі. Тому доцільно було розглянути можливість її підсилення шляхом додавання в поліуретанову ґрунтувальну композицію іншого антикорозійного компонента. В літературі відзначають позитивний вплив мінерального наповнювача – воластоніту на захисні властивості лакофарбових покриттів, який має лужну реакцію, що сприяє пасивації сталі під покриттям [3]. Спочатку вивчали корозію мало вуглецевої сталі у слабокислому дощовому середовищі з розчиненим фосфатним пігментом та воластонітом. Потенціодинамічними поляризаційними дослідженням встановлено, що в середовищі, інгібованому сумішшю фосфатів цинку і заліза та воластоніту, анодні та катодні струми на сталі є меншими, ніж у випадку інгібування кожним із цих компонентів окремо. При цьому струм корозії сталі за співвідношення у розчині між фосфатним пігментом та природним силікатом кальцію 1:4 є найменшим (рис. 1), а на поляризаційних кривих спостерігається поява плато пасивності. Імовірно, що за наявності у середовищі оптимальної кількості силікату кальцію потрібна менша кількість фосфату цинку і заліза для ефективної пасивації металу. Збільшення відносного вмісту воластоніту в інгібувальній суміші не призводить до суттєвого зменшення струму саморозчинення металу. Водночас надлишок силікату може погіршити технологічність поліуретанової композиції та утруднити її нанесення на поверхню металу способом розпилення. Електронномікроскопічні 1 дослідження маловуглецевої сталі після 24 годин витримки в 0,1 середовищі, інгібованому сумішшю фосфатного пігменту та воластоніту за співвідношення 1: 4, виявили 0,01 адсорбовані на її поверхні кристалоподібні агломерати (рис. 2). Мікрорентгеноспектральний аналіз 0,001 показав, що ці продукти корозії мають у своєму складі атоми цинку, 0,0001 кремнію, фосфору та кальцію. Найімовірніше, що ці поверхневі утворення швидше всього 0,00001 складаються з двох сполук – силікату 0 2 4 6 8 та фосфату, які утворюють механічну Відносний вміст воласт оніт у суміш. Однак постійна присутність у Рис. 1. Залежність густини струму цих утвореннях Si та P засвідчує про корозії маловуглецевої сталі від вмісту певну взаємодію між фосфатом цинку воластоніту по відношенню до вмісту і заліза та силікатом кальцію. У роботі фосфатного пігменту в інгібувальній суміші [4] таку взаємодію пояснюють (вміст фосфат-ного пігменту в корозійному хемосорбцією фосфат іонів на середовищі становить 1 г/л). поверхні кристалів силікату кальцію. У нашому випадку така хемосорбційна взаємодія може призвести до суттєвого підвищення захисних властивостей і корозійної тривкості поверхневої плівки на сталі.

R, кОм⋅см2

R, кОм

Для виявлення антикорозійного ефекту від уведення інгібувальних пігментів досліджували імпеданс поліуретанових покриттів (грунт + верхній шар) з наскрізними дефектами. Найбільший опір та відповідно вищий захисний ефект спостерігається в покриття, інгібованого сумішшю фосфату цинку і заліза та силікату кальцію (рис. 3). Поліуретанові композиції, що окремо містять фосфат цинку та силікат кальцію, мають гірші захисні властивості. Поєднання в поліуретановому покритті Рис. 2. Електронномікроскопічне фосфатного пігмента та силікату кальцію зобра-ження поверхні зумовлює ефект синергізму захисної дії за маловуглецевої сталі після 24 годин рахунок локального підлужнення середовища витримування в слабокислому в місці дефекту від часткового розчинення корозійному розчині, інгібованому воластоніту і поліпшення умов для суміш-шю фосфатного пігменту та пасивування поверхні сталі [3], а також силікату кальцію. внаслідок формування корозійностійкішої фосфатної плівки з участю іонів кальцію та цинку і заліза.

20 4 3

90 15

1 2 60 10

30 5 0

τ, діб5

діб

Рис. 3. Залежність питомого опору змінному струмові (частота 0,1 кГц) інгібованих покриттів з дефектами Ø 1 мм від часу витримки в середовищі слабокислого дощу : 1 – фосфат; 2 – воластоніт; 3 – оксид і 4 – фосфат + воластоніт В околі дефекту в неінгібованому покритті після витримки в слабокислому розчині корозія інтенсивніша. В покритті, модифікованому сумішшю фосфату цинку і заліза з воластонітом, продукти корозії поширюються лише на незначну частину дефекту. Часові залежності імпедансу (частота 0,1 кГц) непошкоджених інгібованих покриттів засвідчують стабільність їх бар’єрних характеристик під час випробувань у корозійному розчині протягом 365 діб. На даній базі випробувань усі розроблені покриття володіють приблизно співмірними захисними властивостями. Опір покриттів у середовищі слабокислого дощу знаходиться на рівні 15-20 МОм. Кращі параметри імпедансу спостерігаються для сумішей фосфатного пігмента та воластоніту.

R, МОм⋅см2

1000 1 2 3 4 5

100

1 100

1000

f, Гц 10000

Рис. 4. Частотні залежності опору змінному струмові покритттів з сумішшю фосфату цинку і заліза та воластоніту на початку (1), після 2 (2), 40 (3), 160 (4) і 300 (5) діб витримки в слабокислому дощовому розчині.

Нами встановлено чітко виражену обернено пропорційну залежність опору покриттів, інгібованих фосфатним пігментом і воластонітом, (рис. 3) від частоти струму, що свідчить про їх високі захисні властивості. Висновки. Виявлено, що поєднання комплексного фосфату цинку і заліза та силікату кальцію у складі поліуретанперхлорвінілового грунту багатократно підсилює його захисні властивості завдяки ефекту синергізму. Встановлено, що найефективніше інгібування корозії маловуглецевої сталі в робочому середовищі спостерігається за співвідношення мас фосфатного пігменту і воластоніту, рівному 1:4. Синергізм захисної дії суміші фосфатів цинку і заліза та воластоніту полягає в одночасному протіканні двох процесів: підлужнення корозійного середовища і пришвидшення пасивації сталі; осадження на металі корозійнотривкої комплексної фосфатної плівки з домішками силікату кальцію.

Список літератури: 1. Перхлорвинилполиуретановые пленкообразователи // Н.Н. Ласковенко, С.И. Омельченко, В.П. Привалко и другие // Лакокрасочные материалы и их применение.– 1992.– №6.– С.14–17. 2. Leidheizer H., Jr. Mechanism of corrosion inhibition with special attention to inhibitors in organic coatings // Journal of Coatings Technology. – 1981. – 53. – P. 29-39. 3. Hare C.H. Mechanisms of corrosion protection with surface-treated wollastonite pigments. Paint & Coatings Industry // March, 1998. – P. 74-82. 4. Calcium–phosphorus interactions at a nano-structured silicate surface // Southam D.C., Lewis T.W., McFarlane A.J. and others. – Journal of Colloid and Interface Science. – 2008. – V.319, N 2. – Р. 489–497. ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ ЗНОШУВАННЯ ХРОМОВМІСНИХ ПОКРИТТІВ ЗА УМОВ ГРАНИЧНОГО МАЩЕННЯ Пашечко М.І., Богун Л.И., Лєнік К.С., Яворська М.М. (Люблінський політехнічний інститут, Національний університет "Львівська політехніка", м. Люблін, м. Львів, Польща, Україна) For the surface strengthening of slide-valves in lifting-transport mechanisms in production factories, diffusive saturation by chromium requiring utilization of waste products is used. For this purpose it is important to find alternative methods of carrying out coating of surfaces. One of the perspective methods of solving this problem is to carry out eutectic

coatings of Fe−Mn−C−B−Si−Ni−Cr system on the surface of steel products. The optimum use of probed friction pairs in the range of specific loadings of 1−5 MPa has been established for limiting lubrication. For friction knots working at the specific loadings up to 2.5÷2.75 MPa, the optimum friction pair is cast-iron and eutectic coatings of Fe−Mn−C−B−Si−Ni−Cr system, obtained by electrical-welding method on steel 45. However, for specific loading condition higher than 2.75 MPa, the optimum friction pair consists of chromium-coatings and cast-iron. Для поверхневого зміцнення золотників у підйомно-транспортних механізмах на виробництві широко використовують дифузійне насичення хромом [1-4]. Це призводить до потреби утилізації відходів виробництва. Крім того, використання хромування є процесом, який супроводжується виділенням токсичних речовин, що створює екологічну небезпеку виробництва [5-6]. Тому важливим завданням є знайти альтернативні методи зміцнення покриттів, які б забезпечили необхідну зносотривкість та інші експлуатаційні характеристики виробів. Одним з перспективних методів вирішення цієї проблеми є нанесення на поверхню стальних деталей евтектичних покриттів системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr, які володіють високими триботехнічними характеристиками у порівнянні із серійними покриттями одержаними із інших порошкових сплавів, як в умовах граничного мащення так і під час тертя без мастила [7-8]. Метою досліджень було встановлення впливу питомого навантаження на кінетику зношування хромовмісних покриттів: хромоване покриття на сталі 40Х, евтектичне покриття системи Fe–Mn–B–C–Si–Ni–Cr на сталі 40Х та сталі 45. В якості контртіла використали чавун СЧ 30. Хромовані покриття отримали за технологією електролітичного хромування сталі 40Х. Товщина шару після насичення становила 20 мкм. Евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr наносили методом електродугового наплавлення з використанням порошкових електродів на сталі 45 та 40Х. Для наплавлення порошковим дротом використовували ручне електродугове зварювання. Після наплавлення товщина шару становила 3-5 мм. Хімічний склад наплавленого шару залежить від складу шихти і стрічки електрода [9]. Дослідження на зношування проводились на машині тертя СМТ-1 за схемою тертя “ диск - колодка”. Для моделювання реальних умов експлуатації в якості тіла служили диски з нанесеними досліджуваними покриттями, контртіло — колодка, виготовлена з чавуну марки СЧ30. Змащування проводилося шляхом занурення одного з тіл пари тертя в контейнер з мастилом АС-8. Дослідження проводились при різних питомих навантаженнях 1, 3 та 5 МПа, зі швидкістю 0,15 м/с, часі випробувань – 4 год. Номінальна площа контакту становила 243 мм2. Зносостійкість зразків визначали ваговим методом з використанням аналітичної прецизійної ваги з точністю до 0,1 мг. За зміною втрати маси визначали вагове зношування покриттів Δm за різних питомих навантажень. Точність вимірювань становила ± 5 %. Втрата маси пари тертя хромоване покриття, нанесене на сталь 40Х – чавун СЧ30 після 4 годин випробувань за середнім значенням для питомих навантажень 1 та 5 МПа є практично однаковою і становить 0,098–0,093 г (рис. 1). Після тертя за умови питомого навантаження 3 МПа величина зношування є в 2,2 рази менша за величину зношування за інших питомих навантажень. Характер зношування є лінійним.

Втрата маси, -3 ∆m⋅10 кг

0,1 0,075 0,05 0,025 0 0

1 1 МПа

2 Час, год 3 МПа

5 МПа

Рис. 1. Втрати маси пар тертя (хромовані покриття – чавун СЧ30) за умов граничного мащення Вагове зношування пари тертя, евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni– Cr нанесені електродуговим способом з використанням порошкових електродів на сталь 40 Х — чавун СЧ30, після 4 годин випробувань є найменшим за питомого навантаженнях 3 МПа і становить 0,073 г (рис. 2). Найбільшою втратою маси характеризується пара тертя після випробувань за питомого навантаження 5 МПа і становить 0,25 г. За умови питомого навантаження 3 МПа величина зношування пар тертя становить 0,15 г. Характер зношування є лінійним, що притаманно композиційним матеріалам.

Рис. 2. Втрата маси пар тертя (евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr нанесені електродуговим методом з використанням порошкових електродів на сталь 40 Х — чавун СЧ30) за умов граничного мащення Вагове зношування пари тертя, евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni– Cr нанесені електродуговим методом з використанням порошкових електродів на сталь 45 – чавун СЧ30, після 4 годин випробувань є найменшим за питомого навантаженнях 1МПа і становить 0,04 г (рис. 3). Найбільшою втратою маси характеризується пара 21

тертя після випробувань за питомого навантаження 5 МПа і становить 0,41 г. За умови питомого навантаження 1 МПа величина зношування пар тертя є в 2 рази меншою за величину зношування за 3 МПа ( 0,07 г ) та ~ в 10 разів меншою за питомих навантаження 5 МПа. Характер зношування є лінійним, що притаманно композиційним матеріалам (рис. 3).

Рис. 3. Втрата маси пар тертя (евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr нанесені на сталь 45 — чавун СЧ30) за умов граничного мащення За величинами втрати маси визначали інтенсивність зношування пар тертя хромоване покриття — чавун СЧ30 з врахуванням номінальної площі контакту та шляху тертя.

І=

∆W , S 0l

(3.1)

де: ∆W – втрата маси, кг; S 0 – номінальна площа контакту, м2; l – шлях тертя, м. Інтенсивність зношування для пар тертя хромовані покриття – чавун СЧ30, які випробовувались за питомих навантажень 1 та 5 МПа після чотирьох годин тертя практично не відрізняється (рис.4). Після випробувань за питомого навантаження 3 МПа інтенсивність зношування є в 2 рази меншою.

Інтенсивність І, 10-4,кг м-2 м-1

12 9 6 3 0 0

1МПа

2 Час,год 3МПа

5МПа

Рис. 4. Вплив питомого навантаження на інтенсивність зношування покриття пар тертя (хромоване покриття — чавун СЧ30) за умов граничного мащення

Інтенсивність зношування пар тертя евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si– Ni–Cr нанесені на сталь 40Х — чавун СЧ30 представлена на рисунку 5. Найбільшою є інтенсивність зношування для пар тертя після випробовувань за питомого навантаження 5 МПа і становить 4,82·10-4 кг·м-2·м-1, а після випробувань за питомого навантаження 3 МПа є найменшою —1,39·10-4 кг·м-2·м-1.

Інтенсивність -4 -2 -1 І,10 , кг м м

40 30 20 10 0 0

Час,год 1МПа 3МПа

5МПа

Рис. 5. Вплив питомого навантаження на інтенсивність зношування покриття пар тертя (евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr нанесені на сталь 40 Х — чавун СЧ30) Інтенсивність зношування пар тертя евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si– Ni–Cr нанесених на сталь 45 — чавун СЧ30 є найменшою після випробовувались за питомого навантаження 1 та 3 МПа і становить відповідно 0,69·10-4 та 1,34·10-4 кг·м2 -1 ·м (рис. 6). Після випробувань за питомого навантаження 5 МПа є більшою в 7 разів. (7,8·10-4 кг·м-2·м-1).

Інтенсивність -4, -2 -1 І, 10 кг м м

40 30 20 10 0 0

1 1МПа

2 Час,год 3МПа

5МПа

Рис. 6. Вплив питомого навантаження на інтенсивність зношування покриття пар тертя (евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr нанесені на сталь 45 — чавун СЧ30) Доволі складно описується ділянка зношування для досліджуваних пар тертя в період притирання (рис. 4–-6). Величина інтенсивності зношування в період притирання для пар тертя евтектичне покриття, нанесене на сталі 40Х-чавун СЧ30 є в 3 рази більшою ніж для пар тертя хромоване покриття-чавун СЧ30.

Аналізуючи інтенсивність зношування в області притирання для пар тертя евтектичне покриття, нанесене на сталь 45-чавун СЧ30 слід відзначити, що під час тертя за питомого навантаження 1 та 3 МПа є подібною до такої, що є в парах тертя хромовані покриття-чавун СЧ30. Проте величина інтенсивності зношування у парах тертя евтектичне покриття на сталі 45-чавун СЧ30 за умови випробувань 1 МПа показало, що трибоспряження не вимагають додаткової операції притирання перед встановлюванням у вузли тертя. Очевидно така залежність інтенсивності зношування в період притирання пов’язана з характером зміни шорсткості поверхні, на що вказують дані авторів [10], які досліджували пари тертя за участю чавунів. З метою порівняння інтенсивності зношування трьох досліджуваних покриттів в парах з контртілом (чавун СЧ 30) розрахували інтенсивність зношування пар тертя від номінальної площі контакту та часу випробувань за таким рівнянням

І=

∆W , S 0τ

(3.2)

де: ∆W – втрата маси, кг; S 0 – номінальна площа контакту, м2; τ – час тертя, год. Встановлено, що практично у всьому інтервалі випробувань пар тертя евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr, нанесені на сталь 40Х методом електродугового наплавлення мають найбільшу інтенсивність зношування порівняно з вихідним хромованим покриттям (рис. 7). За умови досягнення питомого навантаження 2,5 – 2,75 МПа інтенсивність зношування пар тертя евтектичні покриття на сталі 45 та хромовані покриття по чавуну СЧ30 докорінно змінюється (рис. 7). Інтенсивність зношування пари тертя евтектичне покриття – чавун за питомого навантаження 1 МПа в 2,8 разів менша за інтенсивність зношування пари тертя хромоване покриття – чавун. За питомого навантаження 3 МПа інтенсивність зношування двох конкуруючих пар тертя практично однакові і складають 0,05 та 0,07 г. Проте за питомого навантаження 5 МПа інтенсивність зношування пари тертя евтектичне покриття-чавун в 4,2 рази більша за інтенсивність зношування пари тертя хромоване покриття-чавун.

Інтенсивність І, кг м-2 год-1

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1

Питоме навантаження, МПа

Рис 7. Вплив питомого навантаження на інтенсивність зношування пар тертя хромовмісні покриття – чавун СЧ30. 1 – хромоване покриття;2 – евтектичне покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr нанесене на сталь 45;3 - евтектичне покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr нанесене на сталь 40Х 24

Слід зауважити що за всіх випробувань втрата маси покриттів практично не змінювалася, тому основна роль у встановленні оптимальних режимів використання пар тертя належить зносостійкості контртіл, які виготовлені з сірих чавунів СЧ30. ВИСНОВКИ. 1. Встановлено оптимізацію використання досліджуваних пар тертя в інтервалі питомих навантажень 1-5 МПа за умов граничного мащення. Для вузлів тертя, які працюють при питомих навантаженнях до 2,5÷2,75 МПа ефективніше використовувати пари тертя евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr, нанесених на сталь 45 методом електродугового наплавлення–чавун. Проте за умови роботи при питомих навантаженнях вищих за 2,75 МПа доцільніше використовувати пари тертя хромовані покриття-чавун. Перспективним напрямком розвитку наступних досліджень є покращення трибологічних властивостей поверхонь контртіл, або підбір інших сучасних покриттів, які б зменшували інтенсивність зношування в парах з чавунами СЧ30. 2. Аналіз зносостійкості пар тертя в період притирання показав, що для більшості пар тертя необхідно проводити притирання деталей вузлів тертя в околі 2 годин, окрім пар тертя евтектичні покриття системи Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr, нанесених на сталь 45 методом електродугового наплавлення-чавун СЧ 30 за умови питомого навантаження 1 МПа. Список літератури: 1. Справочник. Гальванические покрытия в машиностроении /Под ред. М. А. Шлугера. - М.: Машиностроение, 1985. - Т.1. - с.119121. 2. Иванова Н.Д., Иванов С.В., Болдырев Е.И. Соединения фтора в гальванотехнике. - Киев. Наукова думка, 1986. - с.91-97. 3. Иванова Н.Д., Иванов С.В., Болдырев Е.И. Справочник гальванотехника. Фторсодержащие элетролиты и растворы. - Киев.: Наукова думка, 1993. - с.39-47, 148-151. 4. Справочник. Неорганические соединения хрома. - Л.: Химия, 1981. - с.9-1. 5. Правила приймання виробничих стічних вод у Київську міську каналізацію. К.: Київська міська рада народних депутатів, 1993. – 18 с. 6. Измайлова Д.Р., Войтович В.Б., Куролан Н.С. Ионообменный метод очистки промышленных стоков гальванических цехов // Водоснабжение и сантехника. – 1980. №4. – С. 7. Чернець М., Пашечко М., Невчас А. Методи прогнозування та підвищення зносостійкості триботехнічних систем ковзання. Т.2 Поверхневе зміцнення конструкційних матеріалів трибосистем ковзання. В 3–х томах. — Дрогобич: Коло. 2001. — 512 с. 8. Пашечко М. І., Богун Л. І., Яворська М. М. Дослідження мікроструктури та поверхні тертя евтектичних композиційних матеріалів на основі заліза. // Металознавство та обробка металів. — Київ. — 2006. — №. — С. 47 — 51. 9. Петров С. В. Методы радикального повышения качества газотермических покрытий. // Оборудование и инструменты. — 2004. — № 12. — С. 30-33. 10. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов / И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Под ред. Д.Г. Громаковского; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000. 268 с.

ОЦЕНКА РАССЕЯНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МЕТОДОМ СТАТИСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ Петрова И.М., 2Гриб В.В. (1ИМАШ РАН, 2МАДИ(ГТУ), г.Москва, Россия)

The numerical analysis of the influence of the design, technological and service factors stability on the longevity scatter under high cycle fatigue was carried out. The possibility of the estimation of the separate factors influence degree on the longevity scatter was shown. An example of the longevity distribution function of the protective spindle of the broaching mill is presented. В настоящее время развитие техники и технологий заключается в создании высокопроизводительных сложных систем, отказы которых приводят к большим материальным потерям. Как отмечено в / 1 /, исчерпание проектных ресурсов сложных технических систем (СТС) и в ряде случаев недостаточно обоснованное продление их ресурса, приводящее эти системы к выходу в область нерасчетных параметров эксплуатации, может быть причиной того, что они станут основными источниками опасности. Совокупный ущерб от аварийных ситуаций, связанных с отказом данных систем может оказаться более значимым, чем единичные ущербы от отказов уникальных систем. Отказы СТС в большинстве случаев обусловлены одновременным действием различных факторов, или их редких сочетаний, соответствующих конкретным условиям эксплуатации. Поэтому актуальным является исследование и проведение анализа конструктивных, технологических, эксплуатационных факторов, влияющих на отказы сложных систем по разным критериям, например, прочность, износ, и др. Так как СТС проектируются с требуемым запасом прочности, очень важно оценить границы рссеяния долговечности СТС и влияние на рассеяние долговечности различных параметров. В данной работе с использованием метода статистических испытаний (метод Монте-Карло) проведен анализ рассеяния долговечности при динамическом многоцикловом нагружении в зависимости от стабильности конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. При многоцикловом динамическом нагружении в случае кривой усталости, записанной в виде m m (1) σ ai N i = σ −1 N 0 при σ ai < σ −1

= ∞ при σ ai ≥ σ −1 вычисление функции распределения долговечности в соответствии с /2./ проводится по корректированной линейной гипотезе с использованием формулы

aσ N N = ε ∑σ t m

сум

−1д

p m

(2)

ai i

Где а р - корректированная сумма относительных долговечностей, определяемая по формуле

= σ a max

ξ − 0,5σ

a max

− 0,5σ

−1д

Величина ξ характеризует форму спектра нагружения, действующего в эксплуатации и определяется по алгоритму, изложенному в /2/. При расчете по формуле ( 2) предполагается, что значения показателя наклона m и точки перелома кривой усталости N 0 являются детерминированными, а предел выносливости σ -1д и характеристики нагруженности являются случайными.

Для более точного анализа рассеяния долговечности, с учетом того, что все параметры, входящие в формулу ( 2 ) имеют случаный характер, был использован метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). Суть метода статистических испытаний заключается в выборе случайных значений величин предела выносливости σ -1д , показателя наклона m, точки перелома кривой усталости N 0 , и параметра характеризующего вариацию случайного процесса нагружения ε и подстановке их в формулу ( 2). В результате расчета получают ряд случайных значений суммарной долговечности, N сум , который при достаточно большом числе реализаций позволяет определить путем статистической обработки результатов среднее значение долговечности N сум и её рассеяние. Исходными данными для расчета являются: 1. Параметры, определяющие кривую выносливости детали: σ -1д , S σ-1д – среднее значение и среднее квадратическое отклонение предела выносливости; lgN 0 , S lgN0 или N 0 , S N0 – среднее значение и среднее квадратическое отклонение величины долговечности, соответствующей точке перелома кривой усталости; m, S m – среднее значение и среднее квадратическое отклонение показателя наклона кривой усталости. 2. Параметры, определяющие условия нагруженности детали: Распределение амплитуд напряжений, действующих на деталь, заданное в виде: - таблицы значений σ ai и соответствущих им значений чисел циклов в эксплуатации n i , или их относительного значения t i = n i / N сум . - непрерывного закона распределения. Параметры функции распределения амплитуд напряжений также являются случайными величинами. Случайные вариации распределения амплитуд описываются выражением σ ai = ͞σ ai . ε , где ε нормально распределенная случайная величина со средним значением ε = 1 и средним квадратическим отклонением S ε Можно принять, что случайные значения величин σ -1д , lgN 0, m, ε соответствуют нормальному закону распределения, тогда их величины можно определить из выражений: σ -1д = σ -1д + u p S σ-1д lgN 0 = lgN 0 + u p S lgN0 m = m + up Sm ε = ε + up Sε где u p – квантиль нормального распределения, соответствующая вероятности Р. В качестве примера проведена оценка функции распределения долговечности предохранительного шпинделя прошивного стана. Практически для деталей и элементов конструкций таких больших размеров функцию распределения долговечности получить невозможно, поэтому метод статистических испытаний в этом случае может быть весьма полезен. Данные для расчета получены Л.В.Коноваловым (ВНИИМЕТМАШ). Характеристики сопротивления усталости были определены расчетом по ГОСТ 25.504 «Расчеты и испытания на прочность, Методы расчета характеристик сопротивления усталости» τ -1д = 44МПа ; S τ-1д =0,36; lgN 0 = 106, S lgN0 = 0,24; m = 10, S m = 0,8 Средние квадратические отклонения S lgN0 и S m взяты по рекомендациям /3/

В эксплуатации в предохранительном шпинделе прошивного стана действуют напряжения кручения. Исходная форма распределения амплитуд напряжений представлена в таблице Таблица 1. i 1 τ ai , 55 МПа ti 0,017392

2 48,2

3 41,2

4 33,4

5 27,5

6 20,6

7 13,8

0,026088

0,060870

0,13043

0,16522

0,34783

0,25217

ε = 1, S ε =0,1. Число реализаций счета n можно задавать любым числом, в нашем случае было принято число реализаций n = 100. По полученному ряду значений N сум была построена функция распределения долговечностей, представленная на рис. 1 линией 1. На том же рисунке линией 2 показаны результаты расчета, полученные по корректированной линейной гипотезе (формула (1)). Из рис. 1 следует, что результаты расчета, полученные методом статистических испытаний имеют несколько большее рассеяние. Представляет интерес проведение анализа влияния на рассеяние долговечностей параметров, определяющих стабильность характеристик сопротивления усталости S τ1д , S lgN0 ; S m и характеристик нагруженности S ε . Расчет функции распределения ресурса методом статистических испытаний при условии, что один из параметров S τ1д , S lgN0 ; S m , S ε равен 0 позволяет оценить степень влияния параметров на рассеяние долговечности. Результаты данного расчета представлены на рис. 2, где линия 1 – расчет с учетом рассеяния всех параметров; 2 - S m , = 0; 3 - S lgN0 ; =0; 4 - S ε = 0; 5 - S τ1д =0. Из 2 следует, что наибольшее влияние на рассеяние долговечности оказывает рассеяние пределов выносливости и характеристик нагруженности.

Рис.1 Функция распределения долговечности предохранительного шпинделя прошивного стана. 1 – расчет методом статистистических испытаний; 2 – расчет по корректированной линейной гипотезе. 28

Рис.2. Влияние параметров кривых усталости на рассеяние долговечности предохранительного шпинделя прошивного стана Список литературы: 1. А.М. Лепихин, Н.А.Махутов, В.В.Москвичев, А.П.Черняев Вероятностный риск- анализ конструкций технических систем. : Новосибирск, Наука, 2003. 173с. 2. Расчеты деталей машин на выносливость в вероятностном аспекте, Методические указания.Ред. А.П.Гусенков, И.М.Петрова, И.В.Гадолина, //М.: МЦНТИ. 1991, 85с. 3. Гребеник В.М. Усталостная прочность и долговечность металлургического оборудования. :М. Машиностроение. 1969, 256с. НОРМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА И ИХ РОЛЬ В ОБЕСПЕЧЕНИИ КАЧЕСТВА ОБУЧЕНИЯ Плешкан Ф. И., Рушика И. Д., Маринеску О.В. (ТУМ, Медицинский университет, г.Кишинёв, Молдова) In work it is shown, that in connection with information growth in a century of scientific and technical revolution within the limits of curriculums it is necessary for teachers to choose volume of the information for each lecture proceeding from ability of students to master the limited volume of new knowledge Научно – технический прогресс характерен для цивилизованных стран увеличением объема научной информации в геометрической прогрессии. В тоже время часы, планируемые для изучения фундаментальных наук, как известно, не только не увеличиваются, но имеют устойчивую тенденцию к уменьшению. Практика обучения, к сожалению, не имеет научно-практических рекомендаций по отбору и селекции информации на основе количественных и качественных критериев. В результате учебные планы и программы обучения по специальностям в высших учебных заведениях оказываются перегруженными излишней информацией., Это не соответствует психофизиологическим возможностям студентов, что приводит не только к резкому снижению успеваемости, но и к ухудшению здоровья обучаемых . По нашему мнению, разработка оптимального содержания учебных планов и учебных программ по дисциплинам может быть осуществлена путем выявления, измерения и преобразования основных параметров учебного материала, которые в 29

реальной степени влияют на качество обучения тогда, когда они соответствуют индивидуальным возможностям студентов. Наиболее важными из параметров учебного материала являются следующие : 1. Количество учебного материала (обозначим N o ). Под количеством учебного материала (N o ) будем понимать количество понятий (восприятий, представлений), которые определяют информационное содержание одной академической лекции продолжительностью 90 мин. (Т = 90 мин) Количество учебной информации можно считать оптимальным, если оно N может быть изложено в ритме ( R = 0 ), доступном для понимания большинства из T присутствующих студентов (≈ 90 %).Учебная информация, излагаемая преподавателем, усваивается тогда, когда в результате объяснения у слушателей появляются ассоциативные представления на основе сравнения новых знаний с предшествующим опытом. Опыт преподавания инженерной графики и других дисциплин многими преподавателями в течение более 30 лет показывает, что студенты технического университета с начальной графической подготовкой в рамках школьной программы на уровне 5÷7 балов(3-4 баллов при 5 бальной системе) способны за одну лекцию усвоить учебный материал, содержащий 15÷30 понятий ( N 0 = 15 ÷ 30 ) 2. Логическая структура учебного материала (S). Научная информация может быть систематизирована и отобрана для учебного процесса путем логической структуризации, которая осуществляется методом разложения общего понятия (оно, как правило, входит в название темы) на составляющие компоненты (понятия, восприятия и представления) на основе классифицирующих факторов. Составляющие компоненты (понятия, восприятия и представления) по сравнению с общим понятием имеют меньший объем и большее конкретное содержание. В результате разложения формируется логическая структура лекции в виде «ветви дерева» (Рис. 1) , в которой на первом уровне (цифра 1) находится основное понятие, на втором уровне находятся восприятия (точки 1.1, 1.2, 1.3),которые означают практические умения, формируемые на основе предыдущих знаний. На третьем уровне разложения (точки 1.1.1., 1.1.2, 1.2.1) находятся представления, означающие конкретные задачи, которые надо решать, чтобы сформировать Рис.1. Схема разло- необходимые практические умения. Таким образом, жения основных понятий структурная логическая схема лекции построенная в на восприятия и практи- виде ветви дерева наглядно иллюстрирует, что надо ческие умения выучить (понятия I и II уровней), какие практически умения сформировать ( II уровень) и какие задачи надо решать (III уровень). Так выглядит общая схема разложения общего понятия на составляющие элементы, которая может варьироваться (изменятся) в зависимости от числа часов, запланированных на изучение данной темы и от специфики специальности 3. Показатель полноты рассматриваемой информации (Р) или степень 1 абстрагирования ( η = ) меняются когда общее понятие, имеющее наибольшую P абстрактность ( η = 0,1 ÷ 0,2 ) разлагается на составляющие элементы с меньшим

объемом и большим конкретным содержанием. При этом вектор абстрагирования направлен от общего к конкретному (на нижних уровнях разложения η = 0,8 ÷ 1 ). Специфика учебных дисциплин инженерного профиля состоит в том, что абстрагирующие свойства объектов передаются через различные формы представления информации, в которых коэффициент абстрагирования η принимает следующие значения (cм. Табл.1) Таблица.1. Изменение степени абстрагирования в зависимости от формы информации N Формы представления информации 1 η= д/o P 1 Натуральные объекты (макеты, детали, узлы) 0,8÷1 2 Аксонометрические проекции 0,7÷0,8 3 Ортогональные проекции (эпюры Монже) 0,6÷0,4 4 Схемы, тексты, формулы, графики 0,3÷0,1 4. Показатель сложности учебного материала. Понятие сложности (обозначим его буквой С) является одной из его важнейших характеристик, которая в решающей степени влияет на качество обучения. Большинство преподавателей рассматривают это понятие субъективно, увязывая его с индивидуальными возможностями студентов (такие увязки характерны для понятия «трудность»). В педагогической литературе понятие «сложность» рассматривается как объективная категория. Большинство авторов [3,4,5] подчеркивают зависимость этого понятия от количества информации (показатель N 0 ) и степени его абстрагирования (обратно – пропорциональная зависимость). Таким образом, математическая формула N сложности учебного материала выглядит, как C = 0 = N 0 P .

Из этой простой формулы вытекает очень простой дидактический вывод: для уменьшения сложности учебного материала и соответственно для улучшения качества его усвоения необходимо уменьшать его количество (путем отбора самого необходимого), уменьшать его абстрагирующие свойства путем введения наглядных изображений, макетов, реальных деталей, узлов и т. д. 5. Развивающий показатель. Рассматривается как число практических умений, которые необходимо сформировать на основе изучаемых знаний. Это число определяется при разложении основного понятия на составляющие элементы и равно числу восприятий, получаемых от разложения основного понятия (это элементы, находящиеся на 2 – 3 уровне разложения). В инженерной графике, как показывает структурный анализ по каждой теме, число практических умений, необходимых для формирования на одном занятии равно 2 – 4 . 6. Проблемный показатель учебного материала определяет число задач, которые надо решать по каждой теме, чтобы сформировать необходимые практические умения. Из педагогической практики установлено, что для формирования одного практического умения необходимо решить 2 – 4 задачи. В структурной схеме разложения эти элементы находятся на последнем уровне разложения (3 – 4 уровни). 7. Показатель материального обеспечения учебного материала показывает отношение между имеющимися наглядными учебными пособиями и необходимыми. Материальное наглядное обеспечение имеет исключительно важное значение в

понимании и усвоении учебного материала не только потому, что он иллюстрирует теоретический материал. Учебная информация усваивается легче потому, что иллюстрирование её наглядным материалом уменьшает её абстрагирующие свойства. В соответствии с теорией поэтапного формирования умственных действий [6], процесс усвоения разворачивается в 4 этапа: 1) Ориентировочный (ориентировка в заданных понятиях); 2) Этап материальных действий; 3) Этап громкой речи (этап пространственных представлений); 4) Этап речи “про себя” (умственные действия). Таким образом, начало умственных действий осуществляется через этап материальных действий, которые затем переходят в этап пространственных представлений. В случаях, когда теоретический материал не сопровождается наглядными средствами (макеты, плакаты, реальные технические изделия), теоретическое мышление практически блокируется (в мозгу не возникают ассоциативные связи между новым и старым материалом, из – за отсутствия объектов для сравнения). Из всего сказанного следует, что для улучшения качества обучения ,в учебном материале необходимо выделить основные параметры и привести их в соответствие с психофизическими возможностями студентов (см. табл. 2) Таблица 2. Нормативные параметры учебного материала по графике и рекомендуемые их числовые значения N Наименование Обознач Смысловое значение п/п показателя ение 1. Количественн N 0 Определяет число понятий (восприятия и ый показатель представления), которые определяют содержание одной лекции 2. Структура S Иллюстрирует, на какие составляющие лекции элементы (понятия, восприятия и представления), можно разносить общее понятие (как правило, это название темы) и каковы их логические связи

Полнота P представления

Показатель сложности

инженерной Числовое значение 15≤ N0 ≥30 S = N0

Показывает полноту пространственных P = 0,1 ÷ форм предметов, которые отражаются в 1 различных источниках предоставляемой информации (натуральные объекты, наглядные чертежи, схемы, тексты) Отражает сложность учебного материала, C ≥ N 0 как отношение количества учебной информации к его полноте N0 представления: C = = N0 P

Продолжение табл. 1 5. Формирующи F 0 й показатель 6. Проблемный показатель

7. Материальное обеспечение лекции

Показывает число практических умений, которые необходимо сформировать на основе знаний одной лекции Показывает число задач, проблем, которые необходимо решить, чтобы сформировать необходимые практические умения Отношение между имеющимися наглядными материалами и необходимыми

F0 = 2 ÷ 5

Pr = 4 ÷ 8

A T =0 1

В таком случае, в практике обучения создаются объективные предпосылки для организации процесса усвоения знаний в соответствии с закономерностями процесса познания. Список литературы: 1. P. Todos, A. Chiciuc şi a.“Armonizarea învăţămîntului ingineresc, la rigorile Procesului Bologna.” Chişinău – UTM 2005 - 100 p. 2. D. Patraşcu, şi a “standarte şi standartizare în învăţămînt”.Chişinău, 2006.-85 p. 3.. Patraşcu “Tehnologii educaţionale”. Chişinău, 2005.-67 p. 4. С. И. Архангельский “Лекции по научной организации учебного процесса в высшей школе”. М. Высшая школа, 1976.-351 с. 5.С. И. Архангельский, В. Р. Мизанцев “Модель понятия и определения количества учебной информации”. М. 1969. 200 с. 6. П.Я.Гальперин “К теории программированного обучения”.М.: Знание, 1967 – 44 с. ОДНОСТУПЕНЧАТОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА РАЗМЕРНЫХ СВЯЗЕЙ Польский Е.А., Филькин Д.М., Никонов О.А. (БГТУ, ЗАО УК БМЗ, г.Брянск, Россия) The dimensional analysis allows to study dimensional communications in designs of cars. Working out of techniques of one-stage maintenance of demanded accuracy of functional parametres, and also the account of the subsequent operation and definition of optimum durability of work of separate details is perspective. Размерный анализ является важным этапом в процессе подготовки производства к выпуску новой продукции. Он позволяет обеспечить требуемую точность функциональных параметров изделий. При этом размерный анализ является связующим звеном между конструкторскими и технологическими работами. При проектировании устанавливаются и закладываются в конструкцию взаимосвязи между параметрами качества изделия с одной стороны и эксплуатационными характеристиками и параметрами самой конструкции с другой. Задачей технолога является реализация требований конструктора при изготовлении машины с учетом критерия минимальной себестоимость. В настоящее время последовательность проведения размерного анализа осуществляется в два этапа [2, 3, 8]. На первом этапе конструктор определяет основные габаритные и номинальные размеры элементарных соединений с учетом обеспечения

требований по прочности, жесткости и надежности; при разработке рабочего проекта устанавливает значение требуемой точности (квалитет) и величину посадок (поля допусков) на функциональные размеры (определяющие работоспособность узла); формируя чертежи деталей сборки, задает вспомогательные размеры для определения размерных характеристик всех конструктивных элементов детали с установлением их точностных характеристик и с уточнением параметров соединений (значения верхнего и нижнего отклонений) на основе расчета сборочных размерных цепей. На этом же этапе определяют метод обеспечения точности замыкающего звена. На втором этапе для выбранной последовательности переходов в операциях и технологических баз технолог проводит размерно-точностной анализ с целью определения (подтверждения достижения точности) межоперационных размеров, припусков и размеров заготовки. Для проверки достижимой точности также выполняется расчет суммарной погрешности обработки. В настоящее время постоянно происходит повышение требований к качеству проектирования при одновременной необходимости ускорения темпов выполнения этих работ. В результате появляется необходимость параллельной разработки конструкторской и технологической документации, проведения других мероприятий конструкторско-технологической подготовки производства. Жесткое планирование выполнения проектных работ приводит к еще более тесному взаимодействию конструкторов и технологов, созданию единых конструкторско-технологических отделов. Все это создает предпосылки к реализации принципа одноступенчатого проектирования – технологическое обеспечение требуемых функциональных показателей машин на этапе проектирования технологического процесса механической и упрочняюще-отделочной обработок. Принцип одноступенчатого проектирования для обеспечения точности конструкций предполагает управление точностью непосредственно элементами разрабатываемых технологических процессов изготовления и сборки, а также при разработке эксплуатационной документации. Это особенно актуально при проектировании машин в мелкосерийном и единичном производстве, так как в этом случае обычно не разрабатывается весь комплекс документации, предусмотренный ЕСКД, а сама разработка проектов (несложных) осуществляется силами одного - двух инженеров. При эксплуатации размерные связи не остаются постоянными [3, 4]. На машину будут воздействовать внешние и внутренние факторы, которые приводят к потере точности. Такие воздействия необходимо учитывать для комплексного обеспечения требуемой долговечности, поэтому для расчетных размерных цепей необходимо выделить еще одну группу размеров – эксплуатационные размеры. Они описывают дополнительные размерные связи, возникающие при эксплуатации изделия. Включение эксплуатационных размеров в конструкторские размерные цепи, позволяет обеспечивать требуемую точность функциональных параметров в течение заданного срока службы изделия. На рис. 1 изображены несколько дополнительных эксплуатационных звеньев размерной цепи, формирующей осевой зазор, необходимый для нормального вращения зубчатого колеса механизма регулирования частоты вращения коленчатого вала судового дизеля ДБ71, производимого ЗАО УК БМЗ. Так в процессе сборки при затяжке фиксирующей гайки возникают усилия, приводящие к определенной величине контактных деформаций. Также в процессе эксплуатации имеет место изнашивание торцов блока-шестерни и оси (незначительные с левой стороны и более существенные справа).

Рис. 1. Конструкторская эксплуатационными звеньями.

размерная

цепь,

включенными

нее

Каждый составляющий конструкторский размер, формируется в процессе изготовления деталей: либо непосредственно при получении заготовки, либо при ее последующей обработке (чаще всего механической со снятием припусков). Для этого детали определенным образом ориентируются относительно баз станков. При этом конструкторский размер получается различными методами: совмещением баз, единства баз или последовательной схемы баз [1,]. Эти размеры можно дополнить. При проектировании технологического процесса определяются параметры операционных размеров, припусков, а также при необходимости размеры заготовки. Погрешность выполнения операционных размеров (равная или меньшая допуска) связана с наличием элементарных погрешностей обработки. Эти элементарные составляющие можно выделить в третью группу размеров и на их базе построить еще одну новую схему расчета. Зависимости для определения элементарных погрешностей рассчитываемой технологической системы можно найти в соответствующей литературе [4]. В общем случае, в размерном анализе участвуют размеры, которые определяют положение одних деталей относительно других (элементов технологической системы) или относительное положение различных поверхностей одной и той же детали (рис. 2). В реальности эти размеры нельзя получить идеально точными, т.к. при обработке всегда имеют место технологические погрешности. В результате размер будет находиться в определенном диапазоне значений, называемом допуском. Чем точнее размер, тем меньше допуск.

Рис. 2. Формирование реальных размеров деталей машин 35

Модель формирования реальных размеров в ходе проектирования и эксплуатации может быть представлена в следующем виде: A = ∑ S , Аизг = ∑ S + ∑ ∆ изг , Aфакт = ∑ S + ∑ ∆ изг + ∑ I экс , где A, А изг , A факт –конструкторские размеры; ΣS – система идеальных технологических размеров, определяемая схемами базирования на технологических операциях в процессе изготовления детали ; ΣΔ изг – элементарные погрешности изготовления; ΣIэкс – погрешности, появляющиеся при эксплуатации машины. Можно легко проследить связь описанных выше типов размеров и построить общую расчетную схему. В результате появляется возможность одноступенчатого выполнения размерного анализа, обеспечивающего требуемую точность всех функциональных размеров в течение заданного срока эксплуатации изделия. n

T∆ = ∑ ciTSi + ∑ c jTизг j + ∑ ck kвнутk kвнешk kTэк + ∑ c p kвнут p kвнеш p kдp kTэк p , k

где с – коэффициенты передаточного отношения; T s , T изг – допуски конструкторских размеров и элементарных погрешностей обработки; k внут , k внеш , k д , k Tэк – коэффициенты, формирующие допуски эксплуатационных размеров, соответственно для внутренних и внешних факторов, долговечности, точности расчетной схемы, используемой для определения параметров эксплуатационных свойств. При определении допусков следует использовать метод экономически обоснованных допусков, суть которого сводится к обеспечению минимальной себестоимости изготовления всего комплекта составляющих размеров. Для определения оптимальной долговечности деталей машин также должна учитываться их себестоимость: C yi = i kVi , Tм где С i – совокупность затрат на i-ю деталь (узел) машины за ее срок службы T м ; k Vi – коэффициент учитывающий возможное изменение интенсивности использования машины. Задача оптимизации долговечности машин сводится к обеспечению минимальных затрат на каждый i-й элемент за период времени, равный установленному сроку службы машины: yi = f (Ci ) → min при наличии ограничений и yi < Cисхi Ri ∈ {M ij ; Pij ; Tij ; K ij }, j = 1...n где R i – необходимое ресурсное обеспечение жизненного цикла i-го элемента машины; M ij , P ij , T ij , K ij – материалы, технологическое оборудование, технологическая оснастка и персонал требуемой профессии и квалификации, необходимые для реализации j-го варианта конструкторско-технологического решения i-го элемента машины, соответственно. Составляющие С i , k Vi и T м связаны между собой неоднозначной зависимостью, вид которой определяется соотношением срока службы машины T м и долговечностью T р рассматриваемой i-й детали ( Tp ≈ Tм , Tp < Tм или Tp > Tм ). Проведение традиционного размерного анализа позволяется добиться требуемой точности при изготовлении детали. Однако без учета эксплуатационных процессов нельзя обеспечить точность изделия в течение заданной долговечности, поэтому важным при проведении размерного анализа конструкций машин представляется учет возможности износа и деформаций (контактных, тепловых, статических) составляющие 36

звенья и влияние этих и других эксплуатационных явлений на точность исходного (замыкающего) звена. Предложенная модель обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным выполнением размерного анализа в два этапа. В модели одноступенчатого размерного анализа обеспечение заданной точности осуществляется комплексным расчетом размерных связей с учетом обеспечения требуемой работоспособности узла. При этом расчет точности функциональных размеров отдельных конструктивных элементов деталей проводиться с анализом отклонений формы и расположения контактирующих поверхностей, изменения размеров при эксплуатации (износ, контактные деформации и др.), а проектирование операционных размеров увязывается с типом применяемого оборудования (универсальное, копировальное, с ЧПУ и др.). Непосредственно управление точностью изделия осуществляется на основе конструкторско-технологических решений: выбор особенностей конструкции, расчет точности замыкающего звена, подбор материалов деталей с соответствующими эксплуатационными характеристиками, выбор методов и условий обработки деталей изделия (тип и точность станков, применяемые приспособления, инструмент, последовательность выполнения операций и переходов, типы баз и др.). Все это повышает качество проектирования машины и, прежде всего, надежность обеспечения их требуемой долговечности. Список литературы: 1. Базров, Б.М. Расчет точности машин на ЭВМ/ Б.М. Базров. – М.: Машиностроение, 1984. – 256c.;2. Бондаренко, С.Г. Размерный анализ конструкций: справочник/ С.Г. Бондаренко, О.Н. Чередников, В.П. Губий, Т.М. Игнатцев, – Киев : Тэхника, 1989. – 150 с.; 3. Дунаев, П.Ф. Расчет допусков размеров/ П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. – М. : Машиностроение, 2001. 304 с.; 4. Качество машин: справочник: в 2 т./ А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич [и др.]. – М. : Машиностроение, 1995. – Т. 1. – 256 с. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЗУБЧАТЫХ МУФТ Польченко В.В., Сапаров Ф.А. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Рассматриваются некоторые конструкторские, технологические и эксплуатационные способы повышения долговечности зубчатых муфт. Важнейшим в вопросе повышения долговечности зубчатых муфт является установление видов разрушения зубьев. На основании исследований видов разрушения и условий их возникновения разработана классификация основных видов износа зубьев зубчатых муфт, которая на стадии проектирования, после установления основных параметров эксплуатации определяет ведущий вид износа и предусматривает мероприятия по его минимизации [1]. Долговечность зубчатой муфты зависит от износа зубьев. Учитывая переменность нагрузки на зубьях муфты в пределах контактной зоны и возвратнопоступательное скольжение, линейный износ h зуба за один оборот муфты можно определить по зависимости [2], преобразованной к виду

h=2

Kи HB

ϕk

ϕ ∫ Ρai (ϕi )L i (ϕi )dϕi ,

где P ai – давление, зависящее от угла положения зуба; L –путь трения; НВ – твердость материала зуба; K u – экспериментальный коэффициент, учитывающий микрогеометрию контактирующих тел, условия смазки, напряженное состояние материала; γ - показатель степени зависимости износа от давления и твердости зубьев; ϕ k - угол зоны контакта зубьев; ϕ i – угол положения зуба. Основным фактором, определяющим износ, является давление на зубьях. В результате анализа распределения нагрузки между зубьями установлено, что давление на зубьях в значительной мере зависит от деформаций изгиба, контактного сжатия и перемещения, обусловленного упругой деформацией прилегающей к зубу части обода [3]. Перемещениями, вызванными упругой деформацией прилегающей к зубу части обода можно управлять оптимальной конструкцией ступицы, снижая при этом давление на зубьях и повышая долговечность муфты. Эксперимент по исследованию распределения нагрузки между зубьями муфты, имеющих различную конфигурацию обода показал, что изменением жесткости обода можно увеличить число зубьев, передающих нагрузку до 40%, без снижения их изгибной прочности. Благоприятное распределение нагрузки между зубьями муфты, может быть достигнуто также уменьшением ширины зуба втулки и увеличением расстояния между зубчатыми венцами втулок. Выбор прямой и обратной пары – важная задача, которую приходится решать конструктору при определении конструктивных параметров зубчатых муфт и физикомеханических свойств материалов зубчатых втулок и зубчатых обойм. Техническими условиями многих изготовителей зубчатых муфт не предусматривается химико-термическая упрочняющая обработка основных элементов конструкции зубчатых муфт – зубчатых обойм и втулок. Считается, что незакаленные обоймы и втулки быстрее притираются и при этом создается оптимальный контакт зубьев. Наши исследования показывают, что большинство зубчатых муфт работают в режиме схватывания. Это указывает на актуальность создания прямой или обратной пары трения в зубчатых муфтах. В случае прямой пары трения по большей поверхности зуба обоймы скользит более твердый зуб втулки, имеющий кромочный контакт. А в случае обратной пары трения мягкий зуб втулки скользит по более твердому зубу обоймы (Рис. 1). Опыт эксплуатации машин, лабораторные испытания показывают, что обратные пары трения более стойки против заедания, а при возникновении заедания имеют меньшее повреждение поверхностей. Для создания обратной пары трения зубьев обоймы втулки необходимо зубья обоймы подвергать термоупрочняющей обработке. Это приводит к следующим преимуществам: меньшая опасность повреждения зубьев обоймы схватыванием, более быстрая приработка зуба втулки. имеющего меньшую поверхность и, как следствие, устранение кромочного контакта, благодаря созданию оптимальной поверхности зуба. Последнее обстоятельство может приводить к возникновению жидкостного трения.

Рис. 1. Прямая (а) и обратная (б) пара трения в зубчатой муфте: 1 – зуб обоймы; 2 – зуб втулки. Преимущества обратной пары трения зубьев в зубчатой муфте очевидны. Особенно эти преимущества проявляются в муфтах, работающих со значительными перегрузками В процессах изнашивания важную роль играют состояние и свойства тонкого поверхностного слоя деталей машин, от которых зависит характер образования и разрушения вторичных структур. В распоряжении технологов имеется большой арсенал методов и способов создания поверхностного слоя с заданными свойствами. Наиболее технологичным для зубьев зубчатых муфт может быть дробеструйный наклёп. Повышение твердости, прочности и активизации поверхностного слоя при наклепе способствует установление динамического равновесия разрушения и восстановления вторичных структур. А это оказывает существенное влияние на расширение диапазона нагрузок, при которых происходит нормальный окислительный износ. Одним из основных эксплуатационных методов повышения долговечности зубчатых муфт является применение смазочных материалов по физическим и химическим свойствам соответствующих условиям работы зубчатых муфт. Параметры трения между зубьями муфты не обеспечивают создания устойчивого масляного клина. Поэтому для снижения износа в процессе трения должны непрерывно создаваться разделительные вторичные структуры, экранирующие непосредственное взаимодействие твердых тел. Максимальный эффект функционального назначения смазочной среды достигается при применении масел с присадками. При этом возникает возможность управления процессами трения износа, создание устойчивого протекания процессов. Проведенные эксперименты показали, что присутствие ПАВ в смазочной среде снижает износ зубьев. Самые хорошие противозадирные и противоизносные свойства показали присадки с хлором. Хлорные присадки образуют на трущихся поверхностях металлов пленки хлоридов. Они также образуются при температуре примерно 150°С, что соответствует температуре на площадке контакта зубьев. Пленки хлоридов железа характеризуются пластинчатой структурой, что обеспечивает малое сопротивление сдвига и низкий коэффициент трения. Список литературы: 1. Польченко В.В., Михайлов А.Н. Износ в зубчатых муфтах. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: сб. научных трудов.

– Донецк: ДонГТУ, 1997. Вып. – с. 131-135. 2. Крагельский И.В. Трение и износ. – М.: Машиностроение, 1968. 3. Польченко В.В., Соловей А.В. Распределение нагрузки между зубьями зубчатой муфты. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 1998. Вып. 5 – с. 177-181. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И КОНКУРЕНТНОСПОСОБНОСТИ РОССИЙСКИХ ВОДОК Прейс В.В., Шпаков П.П. (ТулГУ, ООО «Первый Купажный завод», г.Тула, Россия) Some aspects of a problem of maintenance of quality and competitiveness Russian vodka on an example of one of the leading manufacturers of likero-vodka production are considered. Сегодняшнее состояние российского рынка водок характеризуется изобилием и разнообразием ликероводочной продукции, жесткой конкуренцией между российскими и зарубежными производителями, что требует от производителей поиска новых, эффективных технологий, позволяющих обеспечить высокое качество и конкурентноспособность продукта, а производственный процесс сделать гибким, динамичным и высокотехнологичным. Решение поставленных задач возможно на основе реализации комплекса мероприятий по четырем основным направлениям: 1. Обеспечение высокого уровня качества исходного сырья и готовой водочной продукции на основе внедрения современных методов инструментального контроля и управления качеством. 2. Разработка и внедрение принципиально новых технологий приготовления водочных купажей и высокопроизводительного автоматизированного технологического оборудования. 3. Разработка и освоение выпуска новой продукции (рецептур), в том числе в оригинальной таре и упаковке. 4. Повышение квалификации кадров по новым направлениям развития техники и технологии; разработка и совершенствование программ профессионального обучения и аттестации сотрудников. Рассмотрим некоторые аспекты проблемы обеспечения качества и конкурентноспособности российских водок на примере ООО «Первый Купажный Завод», входящего в состав ЗАО «Русский алкоголь». «Первый Купажный Завод» является динамично развивающимся предприятием, выпускающим разнообразную ликероводочную продукцию. В 2006 году известные в России брэнды: водки «Маруся», «Журавли», «Журавли особая», «Калинов Луг» стали лауреатами всероссийского конкурса по Программе «100 лучших товаров России» и были удостоены диплома «Новинка года». В 2007 году водки «Журавли», «Журавли на рябине» и «Маруся» были признаны продуктами «повышенной экологической чистоты». Последние два года ООО «Первый Купажный Завод» входит в десятку крупнейших производителей алкогольной продукции в России по рейтингу Национальной Алкогольной Ассоциации (НАА). Для производства водок и другой ликероводочной продукции на заводе используется только спирт «Люкс», изготавливаемый из зерновых культур, в основном, из пшеницы. Постоянный контроль качества спирта на соответствие требованиям

ГОСТ обеспечивается органолептическим методом (на основе дегустации каждой партии) и аналитическими методами на основе лабораторных испытаний. Особую роль в обеспечении качества продукции играет вода, используемая для приготовления высококачественных и элитных сортов водок, устойчивых при хранении. Вода придает особенную мягкость и эксклюзивность вкусу русской водке. Вода должна обладать низкой минерализацией, отсутствием взвешенных частиц и низким содержанием органических примесей. Таким требованиям в полной мере удовлетворяет вода, прошедшая несколько ступеней очистки и обработанная с помощью технологии обратного осмоса. Совместно с представителями специализированной фирмы специалистами завода была создана и введена в эксплуатацию индивидуальная автоматическая система водоподготовки, включающая механическую очистку, стадии обезжелезивания, дехлорирования угольными фильтрами, умягчения, обратного осмоса. Установка работает в автоматическом режиме с функцией корректировки воды по солевому составу. Благодаря этому технологический участок не только подготавливает воду для спиртовых напитков, но и может производить питьевую воду первой категории, разливая её в пластиковые бутыли емкостью 18,9 л. Обеспечить высокое качество исходного сырья и готовой продукции заводу позволяет современное лабораторное оборудование и квалифицированные специалисты службы качества, которые с помощью объективных физико-химических методов анализа оценивают качество выпускаемой продукции по аналитическим показателям, строго следят за их соответствием действующим стандартам и рецептурам. Службой качества проводится постоянный жесткий контроль поступающего сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции. Особое внимание уделяется подбору поставщиков спирта и качеству самого спирта. Также регулярно ведется контроль качества воды, ионный состав которой влияет на конечный продукт. Несмотря на сложность современного инструментального контрольного оборудования, его внедрение осуществлялось и осуществляется быстро. В 2007 году химиками службы качества были освоены новые методы анализов ликероводочной продукции (определение массовой концентрации сахара, массовой концентрации общего экстракта, массовой концентрации кислот в пересчете на лимонную). За последние годы лабораторное и аналитическое оборудование службы качества претерпело существенное обновление. Был приобретен ряд новых современных приборов: дистиллятор Gibertini (Италия), позволяющий значительно ускорять процесс перегонки продукции по сравнении с обычными перегоночными устройствами; прибор Densimat, предназначенный для определения объемного содержания спирта, температуры жидкости и общего сухого остатка; многофункциональный титратор 794 Basic Titrino (Швейцария); газовый хроматограф «Кристалл 2000м». Так как большую объемную часть водки занимает вода, контроль даже следовых примесей в исправленной воде является необходимым фактором для получения высококачественной продукции. Для анализа массовой концентрации анионов и катионов в воде и в водке по ГОСТ Р 51821-2001 планируется приобретение ионного хроматографа швейцарской фирмы «Metrohm» с кондукторометрическим детектором, позволяющем определять весьма низкие концентрации примесей (до 0,1 мг/л). В целом, иерархическая система управления качеством включает в себя сложную компоненту современной нормативной документации (ГОСТов, ТУ, стандартов серии ИСО 9000, концепции всеобщего управления качеством), применяет современные методологические подходы (информационная поддержка, статистическая оценка и т.д.), средства инструментального контроля и управления процессом. На

данный момент на предприятии идет внедрение системы менеджмента качества ИСО 9000, позволяющая поддерживать стабильное качество выпускаемой продукции в соответствии с требованиями международных стандартов. Совместно со специалистами ООО «НПП «Технофильтр» и институтом ВНИИПБТ специалистами ООО «Первый Купажный Завод» впервые среди российских ликероводочных заводов был внедрен новый способ очистки сортировки на основе углей, полученных из скорлупы кокосовых орехов, с концентрацией серебра на поверхности 0,4-0,5 %. Данные угли отличаются высокой твердостью (более 97 %) и большой площадью поверхности (более 1000 м2/г). Конструкция фильтроэлемента и использование угля с содержанием серебра для производства водки запатентовано ООО «НПП «Технофильтр» как «Способ серебряной фильтрации». Благодаря внедрению этого способа, в технологии изготовления водки появились новые возможности, в частности, возможность управления качеством продукта. Например, изменяя скорость обработки сортировки, можно получать водку различную по своим органолептическим характеристикам. Появилась возможность периодической работы, поскольку в любой момент можно остановить процесс, а когда потребуется, снова продолжить, и все это без потери времени и дорогостоящего сырья. Также стало возможным производить за одну смену необходимый объем купажа, дать ему время ассимилироваться и «отдохнуть». Но основным преимуществом серебряной фильтрации стало повышение качества органолептических показателей продукта, подтвержденное многочисленными наградами на выставках и специализированных дегустациях. С 2004 года в технологическом отделении успешно эксплуатируется экспериментальная установка непрерывного действия «Ручей». Установка конструктивно выполнена в виде единой технологической линии, состоящей из следующих функциональных модулей: купажного модуля, предназначенного для приготовления сортировки заданной крепости и состоящего из инжекторного смесителя и двух подающих магистралей – спиртовой и водной; модуля обработки сортировки по технологии серебряной фильтрации; шкафа системы управления с местным операторским пультом управления. Для приготовления сортировки купажисту достаточно задать на пульт технологической линии объем и крепость купажа. Установка непрерывного действия «Ручей» обладает рядом существенных преимуществ: - является гораздо более производительным методом приготовления сортировки по сравнению с другими известными методами; - позволяет объединить в единый автоматизированный технологический процесс купажирование и фильтрацию с обеспечением высокой стабильности потока жидкости через фильтры; - позволяет получить гомогенную смесь (полученная на данной установке сортировка обладает исключительными органолептическими свойствами, которые невозможно получить на других, в том числе и на потоковых вихревых смесителях); - не требует наличия значительных по площади производственных помещений с купажными емкостями (одна установка «Ручей» производительностью 500 дал/час размером 1,43×0,97×1,92 м заменяет 10 классических угольных колонн); - является существенно менее пожароопасным методом, поскольку перекачка спиртосодержащих жидкостей полностью происходит в герметичных и заполненных трубопроводах; - позволяет значительно снизить безвозвратные потери спирта за счет герметичности процесса.

Непосредственно перед процессом розлива проводят еще одно контрольное фильтрование водки, которое называется полирующей фильтрацией. В последние два года заводом была проведена существенная реконструкция цеха розлива, обновлен парк оборудования на основе современных высокопроизводительных линий, в том числе и роторного типа, как отечественного, так и зарубежного производства, что позволило не только увеличить объем производства, но и выпускать новые эксклюзивные виды водок: «Журавли» с укупоркой алюминиевым колпаком диаметром 22 мм; «Маруся» с Т-образной пробкой и полиламинатным колпаком; «Горилки»; «Калинов Луг» в бутылках емкостью от 0,25 л до 0,7 л. Существенно уменьшилась доля ручного труда за счет автоматизации и механизации технологических процессов. Отдельное направление деятельности завода в рассматриваемом направлении – выпуск водок и ликероводочной продукции в ПЭТФ-таре: бутылках объемом 0,05 л и 0,2 л; фляжках объемом 0,2 л и 0,5 л. Еще в 2000-2001 гг. по инициативе завода были проведены исследования по применению ПЭТФ-сырья для розлива спиртосодержащей продукции. Совместно со специалистами ВНИИПБТ были проверены образцы ПЭТФтары и выдано техническое задание производителям сырья. Производство ПЭТФ-тары осуществляется непосредственно на заводе, при этом на каждом этапе производится жесткий контроль качества. За все время работы не было ни одной рекламации по качеству, несмотря на строгий контроль со стороны внешних проверяющих организаций. Развивая направления освоения новых видов продукции и современного оборудования, специалисты завода совместно с сотрудниками кафедры «Технологические системы пищевых и перерабатывающих производств» Тульского государственного университета ведут научно-исследовательские и опытноконструкторские работы по разработке технологии и созданию опытноэкспериментального образца автоматизированной линии для упаковки элитных водок в индивидуальную гофрокартонную тару [1], по модернизации действующих роторных линий розлива, направленные на ликвидацию ручного труда в производстве водок в ПЭТФ-таре [2] и повышению производительности роторных линий [3]. Дополнительным условием обеспечения высокого уровня качества является подготовка кадров и высокая степень их ответственности за процесс производства. В соответствии с концепцией всеобщего управления качества определена общая и конкретная ответственность работников в опросе обеспечения высокого качества выпускаемой продукции. На предприятии разработана и целенаправленно осуществляется программа по обучению, повышению квалификации и аттестации персонала. Предприятие тесно сотрудничает с профильной кафедрой «Технологические системы пищевой и перерабатывающей промышленности» Тульского государственного университета. Ежегодно на своей базе завод проводит производственную практику студентов, лучшие из которых в дальнейшем пополняют ряды специалистов завода. Пришедшие всего два года назад выпускники кафедры занимают ответственные должности: главного механика, заместителя начальника производства, ведущего инженера-технолога и т.д. Исполнительный директор завода второй год является председателем Государственной экзаменационной комиссии при кафедре по защитам выпускных квалификационных работ (бакалаврских и дипломных) по специальности «Машины и аппараты пищевых производств», регулярно проводит встречи и семинары со

студентами, которые позволяют сформировать у будущих специалистов современный подход к решению проблемы обеспечения качества продукции. Таким образом, комплексное решение вопросов сырьевой политики, разработка и внедрение принципиально новых технологий и современного оборудования, освоение выпуска нового ассортимента продукции, повышение квалификации кадров по новым направлениям развития техники и технологии, внедрение современных методов контроля и менеджмента качества позволяет заводу обеспечивать ежегодный рост объемов производства водок и другой ликероводочной продукции, конкурентноспособной на рынке России и даже за её пределами. Список литературы. 1. Прейс В.В., Шпаков П.П. Автоматизация упаковки элитной ликероводочной продукции в индивидуальную гофрокартонную тару // Сб. труд. XIV Междунар. научно-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века» в г.Севастополе.– Донецк: ДонНТУ, 2007. С. 205-209. 2. Голубенко В.В., Прейс В.В., Шпаков П.П. Модернизация линии розлива и оформления водок в сувенирную ПЭТФтару // Сб. труд. Междунар. конф. «Автоматизация: проблемы и решения (АПИР-12)».– Тула: ТулГУ, 2007.- С. 112-115. 3. Голубенко В.В., Голубенко Е.С., Прейс В.В., Шпаков П.П. Расчет и анализ цикловой производительности ротора розлива водок // Известия ТулГУ. Технические науки.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2008.- Вып. 1. С. 30-34. КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ХИМИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ Приседский В.В., Волкова Е.И., Мнускина И.В. (ДонНТУ, г.Донецк, Украина) The method of development and carrying out a course work by first-year engineering students is presented. General principles and peculiarities of calculation of the data for this work – determination of kinetic and thermodynamic parameters for a chemical reaction in a gaseous phase are reviewed. Для студентов первого курса химических инженерных специальностей специальностей, как правило, планируется выполнение курсовой работы по общей химии, предполагающей выполнение определенного объема экспериментальной работы. Такой вид учебной деятельности способствует закреплению знаний по изучаемому курсу, знакомит студентов с основными приемами обработки полученной информации. В ведущих вузах Украины и СНГ, таких как МГУ им. М.В.Ломоносова или Киевский университет им. Тараса Шевченко, с этой курсовой работы начинается дальнейший индивидуальный цикл научной работы студента. В то же время во всех вузах СНГ большие проблемы связаны с оснащением химических кафедр необходимыми приборами и достаточным количеством реактивов. В этих условиях представляет интерес такая организация курсовой работы, когда экспериментальные результаты приводятся как исходные данные – задание на курсовую работу. Подобный подход достаточно обоснован, так как не исключает сложную и трудоемкую часть работы по обработке большого массива экспериментальных данных и помогает обеспечить формирование целостного представления об основных разделах курса общей химии. Целью разработанной нами курсовой работы [1] является расчет кинетических и термодинамических параметров гомогенной реакции, а исходными данными –

«экспериментальные данные» по временной зависимости концентрации вещества в реакционной смеси и составу по достижении равновесия. 1. Расчет исходных данных для курсовой работы При формировании массива исходных данных для курсовой работы были выбраны пять реакций в газовой фазе, представленные в табл.1. Выбор именно этих реакций обусловлен наличием надежных сведений по их кинетическим и термодинамическим параметрам, а также тем, что они описываются уравнениями гомогенной кинетики как первого, так и второго и третьего порядков. Кроме того, для них возможно найти удобные диапазоны температур, в пределах которых концентрации реагентов изменяются в достаточно широком интервале (что удобно при изучении кинетики) за времена, исчисляемые секундами и минутами [2]. Это позволяет моделировать реально протекающий в лабораторных условиях кинетический эксперимент. Немаловажно, что в этих же температурных интервалах константы равновесия также изменяются в достаточной степени, чтобы дать материал для расчета термодинамических параметров реакции. Исходными данными были результаты воображаемых кинетических опытов, проведенных в изобарных условиях при пяти разных температурах и при стехиометрическом соотношении реагентов (для реакций (2) и (5)). Для получения массива исходных данных рассчитывали «экспериментальные точки» на кинетической кривой. Для этого пользовались интегральными уравнениями гомогенной кинетики.

№ 1 2 3 4 5

Реакции С 2 Н 5 Br (г) → C 2 H 4(г) + HBr (г) Н 2(г) + J 2(г) → 2HJ (г) 2HJ (г) → Н 2(г) + J 2(г) 2NO 2(г) → 2NO (г) + O 2(г) 2NO (г) + Cl 2(г) → 2NOCl (г)

Порядок

Таблица 1. Изучаемые реакции, их кинетические и термодинамические параметры

Параметры уравнения Аррениуса А ЕА, кДж/моль 13 -1 218 7,2⋅10 с

Термодинамические свойства

∆Н° 298 ,

∆S° 298 ,

кДж 78,6

Дж/К 130,6

2 2 2

1,6⋅1011 л/(моль⋅с) 9,2⋅1010 л/(моль⋅с) 9,4⋅109 л/(моль⋅с)

165,5 186,4 112,6

-10,36 10,36 112,96

21,4 -21,4 145,2

4,6⋅103 л2/(моль2⋅с)

15,5

-75,56

-116

Для реакции (1) первого порядка дифференциальное кинетическое уравнение имеет вид dc = − kc . dτ Величины констант скорости при различных температурах вычисляли по уравнению Аррениуса с использованием приведенных в табл.1 кинетических парамтеров: энергии активации E А и предэкспоненциального множителя А: k = A exp(-E А /RT). Начальное значение концентрации исходного вещества с о подбирали так, чтобы общее давление при протекании реакции было близким к атмосферному.

Для определения равновесных концентраций веществ величину константы равновесия при указанных значениях температур находили из уравнения изобары химической реакции: ∆GTo = ∆H To − T ⋅ ∆S TO = − RT ln K p . При вычислении энергии Гиббса реакции считали, что энтальпия и энтропия реакции слабо зависят от температуры, поэтому для расчетов использовали табличные значения энтальпий и энтропий при 298 К. По рассчитанным значениям К р находили равновесные значения степени превращения α, а затем и равновесные концентрации участников реакции. Для этого необходимо сначала выразить К р через α. C 2 H 5 Br → C 2 H 4 + HBr число молей n в текущий момент реакции, моль суммарное моль

число

молей,

текущие парциальные давления рi = Xi⋅P , атм

(1 − α)n 0

αn 0

(1)

αn 0

(1 − α)n 0 + αn 0 + αn 0 = (1 + α)n 0 (1 − α ) ⋅ P (1 + α )

α ⋅P

α ⋅ сP

(1 + α )

Отсюда Kp =

α 2 ⋅P 1−α 2

α=

Kp Kp + P

Результаты расчетов исходных данных одного из вариантов для реакции (1) представлены в качестве примера в табл.2. Четыре других варианта исходных данных для этой реакции были получены варьированием температуры изотермических опытов и начальных концентраций реагентов. Аналогично по пять разных вариантов были рассчитаны и для каждой из других изучаемых реакций – всего 25 вариантов. Интегральные кинетические уравнения, необходимые для этих расчетов, различаются для реакций разного порядка. Дифференциальное кинетическое уравнение для реакции второго порядка (реакции (2) – (4)) имеет вид dc = − kc 2 . dτ После разделения переменных и интегрирования обеих частей уравнения для начального условия с τ = 0 = с о его интегральное уравнение можно записать так 1 . с= 1 + kτ co

Таблица 2. Вариант. Экспериментальные данные изучения кинетики и равновесий реакции C 2 H5 Br → C 2 H 4 + HBr. Начальные условия: с(C 2 H5 Br) = 0,0160 моль/л при τ = 0. Содержание бромоводорода с(HBr),моль/л, Время в указанный момент времени при температуре, °С, и давлении, атм , мин 400°С 410°С 420°С 430°С 440°С 450°С 0,884 атм 0,897 атм 0,910 атм 0,923 атм 0,936 атм 0,949 атм 0 0 0 0 0 0 0 2 0,000081 0,000143 0,000247 0,000419 0,000694 0,001122 5 0,000201 0,000352 0,000602 0,001006 0,001623 0,002518 10 0,000397 0,000688 0,001160 0,001886 0,002917 0,004244 15 0,000589 0,001010 0,001675 0,002654 0,003947 0,005426 20 0,000774 0,001318 0,002151 0,003327 0,004771 0,006236 25 0,000956 0,001612 0,002592 0,003914 0,005426 0,006791 30 0,001132 0,001893 0,002999 0,004428 0,005948 40 0,001473 0,002418 0,003724 0,005270 0,006696 50 0,001797 0,002899 0,004344 0,005914 60 0,002105 0,003338 0,004874 0,006405 После дости0,00769 0,00774 0,00778 0,00782 0,00784 0,00787 жения равно -весия Для реакции третьего порядка (реакция (5)) имеем: dc = − kc 3 dτ и интегральное уравнение, необходимое для расчета кинетической кривой, принимает вид: c=

1 2kτ + c 0− 2

Разумеется, необходимо, учитывать специфику каждой реакции при расчетах равновесных концентраций через константу равновесия. Например, для реакции (4) 2NO 2(г) → 2NO (г) + O 2(г) α3 ⋅ P Kp = 2(1 − α ) 2 ⋅ [1 + (1 / 2)α ] 2. Задание и порядок выполнения курсовой работы Задание на выполнение курсовой работы сформулировано следующим образом. Исходными данными для курсовой работы являются результаты экспериментального изучения изотермической кинетики и равновесий реакции, протекающей при постоянном давлении в газовой фазе. Необходимо провести обработку экспериментальных данных и рассчитать: неизвестные концентрации исходных веществ и продуктов в реакционной смеси; порядок реакции; энергию активации и предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса; константы равновесия при указанных температурах; изменения энтальпии и энтропии в реакции (допуская, что можно пренебречь их зависимостью от температуры). Рекомендуется следующий порядок выполнения работы. 1. Рассчитать концентрации всех веществ в реакционной смеси в разные моменты времени. 47

2. Построить на графике кинетические кривые – зависимости концентраций реагентов и продуктов от времени. 3. Выбрав одну из температур, определить графически скорость реакции в начальный момент времени, а также не менее чем в четырех других моментах времени. Найти порядок реакции из наклона экспериментальной зависимости скорости v от концентрации c в координатах lgv – lgc. Проанализировать, относится ли найденное значение к общему порядку реакции или к порядку по одному из реагентов. Оценить погрешность определения. 4. Определить графически начальные скорости в опытах при других температурах (альтернативно, можно определить скорости при разных температурах и в другой момент времени, но в любом случае необходимо определить концентрации реагентов в этот момент). Рассчитать константы скорости k. 5. Нанести полученные данные на аррениусовский график lgk – 103/T , определить графически величину энергии активации и рассчитать предэкспоненциальный множитель. 6. Рассчитать величины констант равновесия при разных температурах. Что можно сказать о различии К р и К с в этом случае? 7. Построить на графике температурную зависимость константы равновесия в координатах lgK р – 103/T и определить термодинамические параметры реакции: изменение энтальпии ∆Н и энтропии ∆S. Сопровождается ли реакция выделением или поглощением тепла, увеличением или снижением беспорядка? Сделать выводы. Список литературы: 1. Приседский В.В., Волкова Е.И., Мнускина И.В.. Курсовая работа по общей химии // – Донецк: Друк-Инфо, 2007. – 54 с. 2. Приседский В.В., Виноградов В.М., Ожерельев Д.И., Семыкин В.С. Курс общей химии в примерах. Ч.1 // Киев, ИСДО,1995. - 142 с. ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ НЕТРАДИЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ДЛЯ ВИДОБУТКУ КОРИСНИХ КОПАЛИН Прокопюк О.М., Маланчук Є.З., Боблях С.Р. (НУВГП, м.Рівне, Україна) Description of raw mineral-material base of the North-Western region of Ukraine is resulted in this work. Застосування методу свердловинного гідровидобутку для видобутку корисних копалин розглядається на прикладі Рівненсько-Волинського регіону. У Рівненській області нараховується більше 600 родовищ корисних копалин, які представлені 18 видами. На 1 січня 2006 року державним балансом запасів корисних копалин зареєстровано 242 родовища, з них 84 освоєно промисловістю і на їх базі функціонує 59 гірничих підприємств. На Рівненщині розташовані унікальні родовища базальтів. У смузі шириною 10…15 км, що простягається від м. Славута (Хмельницька обл.) на півдні до м. Кузнецовська на півночі (Рівненська обл.) розвідано 7 родовищ базальтів, з яких сьогодні розробляються 5, зокрема: Берестовецьке, Івано-Долинське та Великомирське в Костопільському та Рафалівське і Полицьке у Володимирецькому районах. Оцінені Державною комісією із запасів корисних копалин запаси базальтової сировини, придатної для виробництва буто-щебеневої продукції становлять 38 млн.м3, базальтового волокна і мінеральної вати – 400 млн. тонн.

На родовищах, що розробляються, базальти в основному використовуються для виробництва бутово-щебеневої продукції та бруківки. Наявність на Костопільських родовищах базальтових “стовпів” дозволяє здійснювати видобуток блоків і виготовляти з них різні архітектурно-будівельні вироби (пам’ятники, монументи, поліровану плитку, сходи та ін). Поряд з базальтами широке розповсюдження мають туфи – продукти виверження вулканів. Прогнозні ресурси туфової сировини на Рівненщині становлять сотні млн. тонн, тобто є практично невичерпними. Це нетрадиційні для регіону корисні копалини, які рекомендовано використовувати для підвищення родючості та дезактивації радіоактивно забруднених грунтів, в якості мінеральних домішок до кормів худобі та птиці, легких пористих наповнювачів теплозвукоізоляційних матеріалів [1]. За попередніми підрахунками Рівненської геологічної експедиції прогнозні ресурси цієї сировини в області перевищують 60 млн. тонн. Тривалий час туфи практично попиту не мали і при розробці родовищ базальтів йшли у відвали. Встановлено, що завдяки значному вмісту сорбентів (50…60%) туфи виявляють цінні сорбційні, селективні та катіонно-обмінні властивості і можуть використовуватись в якості: меліоранту при проведенні дезактивації грунтів у зоні радіоактивного забруднення; домішок до комбікормів з метою сорбції штучних радіонуклідів, виведення шлаків з організму тварин. Перспективи освоєння фосфатної сировини зернистого типу більш реальні у Північно-Західному регіоні України (Волинська, Рівненська, Хмельницька, Тернопільська і Львівська області), де прогнозні ресурси фосфоритів сеноманівського віку при глибинах залягання продуктивних горизонтів до 100 м оцінюються в 2480 млн. т [2]. Оцінені ресурси зернистих фосфоритів Рівненської області становлять 81,1 млн. тонн агроруди або 4,9 млн. тонн фосфору. Потреби України в природних агрорудах комплексної дії, якими виступають зернисті фосфорити, оцінюються в 13,9 млн. тонн на рік. Найбільш вивченим та підготовленим до промислової розробки є Милятинське родовище, яке розташоване в Острозькому районі. Балансові запаси родовища (категорія С 2 ) апробовані Державною комісією із запасів корисних копалин при Міністерстві екології та природних ресурсів України (протокол №531 від 29.08.2000 р.), які відповідають технічним умовам “Зернисті фосфорити для добрив”, за категорією С 2 у кількості 3594 тис. тонн агроруди або 247тис. тонн Р 2 О 5 . В межах Рафалівського міднорудного вузла в Рівненській області виявлені промислові родовища самородної міді. Прогнозні потреби України в міді на 2006…2010 роки відповідно становитимуть 159,3 і 171,5 тис. тонн, двадцять відсотків з яких забезпечуватимуться власним мідним брухтом, а решту у вигляді чорної міді доведеться завозити з сусідніх Росії та Польщі. На сьогодні Україна не має розвіданих запасів мідних руд, але перспективи виявлення їх є досить значними. Вони пов’язані з самородною мідною мінералізацією у траповій формації Волинського рудного району. Про поклади самородної міді на Волині і Поліссі геологи повідомляли й раніше. Свого часу польські геологи вважали досить привабливою ділянку поблизу сіл Великий і Малий Мидськ у Костопільському районі Рівненщини і протягом 1927-1937 років минулого століття проводили там дослідження. Рафалівський рудний вузел, який є одним із найбільш перспективних, розташований у західній частині Рівненської області [3].

Перспективність самородномідного зруденіня підтверджується великими об’ємами і широким площовим розвитком рудовмісних порід, наявністю декількох рудних горизонтів з встановленими промислово значними вмістами міді в рудах, самородним характером зруденіння, проявами супутньої мінералізації, екологічною безпекою переробки руди. У 2003 році були завершені пошуки міді на Південно-Рафалівській дільниці. За результатами геолого-економічної оцінки була виділена ділянка, площею 23,6 км2 з перспективними ресурсами (категорія Р 2 ) у кількості 761 тис. тонн. Нашим сусідам –полякам, які займають перше місце в Європі за видобутком міді, сульфідну руду доводиться видобувати шахтним методом із глибин 970...1200 м. Попутно з міддю поляки отримують ще і 500 кілограмів золота та 100 кілограмів платини та платиноїдів щорічно. Тому вірогідно, що при промисловому видобутку міді на Рівненщині Україна отримає ще й поліське золото, адже в окремих пробах виявилось понад один грам благородного металу на тонну породи. В останні роки рівненськими геологами поблизу села Рафалівка рівненської області вдалося розшукати поклади сульфідної міді, аналогічні польській, однак вони залягають на глибині лише 45...140 метрів, що з економічних та екологічних причин роблять їх привабливішими. Важливо і те, що суттєвої екологічної загрози навколишньому середовищу від видобутку мідної руди та її збагачення немає. Для її переробки використовується проста технологічна схема: подрібнення, промивання та гравітаційна обробка, під час якої більш важкі частинки металів осідають. Ця технологія вже розроблена і апробована в Інституті геотехнічної механіки НАН України. У силу вищевикладеного, на сьогоднішній день назріла необхідність розробки нетрадиційних способів видобутку корисних копалин (туфів, зернистих фосфоритів, міді в туфо та лавобрекчіях) у межах Північно-Західного і інших регіонів України, до яких в першу чергу можна віднести свердловинний гідровидобуток (СГВ), основними перевагами якого є можливість повної автоматизації процесу, виключення важкої небезпечної праці людини під землею, зменшення об’ємів і термінів вводу та освоєння промислових потужностей й зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. Суть методу свердловинного гідравлічного видобутку корисних копалин полягає у перетворенні їх на місці залягання в гідросуміш і відкачуванні на поверхню. Гідросуміш можна видавати на поверхню ерліфтом, гідроелеватором, зануреним насосом, протитиском подачі в поклад води. В порівнянні з відкритою розробкою, метод гідровидобутку має наступні переваги: при свердловинному гідровидобутку технологічний процес є одноопераційним, операції з видобутку та транспортування корисного компоненту здійснюються водою, що не порушує екологічну рівновагу ландшафту [4]. Свердловинний гідровидобуток – один з геотехнологічних методів видобутку, найбільш ефективний для розробки родовищ рихлих, слабозцементованих руд. Видобуток корисного компоненту ведеться через спеціально обладнані і підготовлені свердловини, причому видобувна свердловина є вскриваючою, підготовчою та нарізною, з якої ведеться очисне виймання корисного компонента. Один з варіантів технологічної схеми свердловинного гідровидобутку родовищ через здвоєні свердловини представлено на рис.1.

2 4

3 5

6 7

Рис.1. Гідравлічна схема свердловинного гідровидобутку: 1-карта намиву; 2видобувні свердловини; 3 - трубоукладач; 4-буровий станок; 5-водопровід; 6-насос; 7пульпопровід; 8- гідромонітор; 9-гідроелеватор. Методи руйнування масиву, в основному, залежать від його міцності. Відірвати частинки рихлих і слабозцементованих порід можна, створивши фільтраційний потік з необхідною величиною гідравлічного градієнту в пласті. Найбільш раціонально руйнувати зв’язні породи гідромоніторним струменем води. Інтенсифікація процесу руйнування можлива впливом вібрації, вибуху, хімічного чи мікробіологічного розпаду цементуючої речовини. Зруйнована порода подається до всмоктувача видатного пристрою чи самотічними потоками (при достатньому нахилі підошви камери), чи напірними потоками води, а потім подається на поверхню. Далі пульпа потрапляє на збагачувальну фабрику, де відбувається вилучення корисного компонента, а відходи виробництва скидаються у так звані хвостосховища. Основними перевагами свердловинного гідровидобутку порівнянно з традиційними відкритим і підземним способами є (табл.1): - зниження витрат на розробку родовищ у 2...3 рази; - мобільність технологічних комплексів; - відсутність важкої і небезпечної праці відбійника; - зведення до мінімуму негативного впливу на навколишнє природне середовище.

Таблиця 1. Порівняльна характеристика можливих способів розробки родовищ Позитивні фактори Спосіб розробки Негативні фактори - безпечність ведення робіт; добрі санітарно-гігієнічні умови роботи; проста організація робіт; - відсутнє відчуження значних площ земель; низька енергоємність; глибина розробки до 300м.

свердловинний гідровидобуток

- кліматичні умови; - висока продуктивність.

шахтний

- безпечність ведення робіт; добрі санітарно-гігієнічні умови роботи; висока продуктивність; низька собівартість; низькі втрати; проста організація робіт.

кар’єрний

- кліматичні умови; - втрати в ціликах.

високий рівень стояння ґрунтових вод; стійкість покриваючих порід; небезпечність ведення робіт; погані санітарно-гігієнічні умови роботи; висока собівартість; висока енергоємність; складна організація робіт. великі капітальні вкладення; кліматичні умови; рекультивація; високий рівень стояння ґрунтових вод; висока енергоємність; мала потужність пласта; відчуження значних площ. земель.

Основні параметри технічних засобів і показники свердловинного гідровидобутку складають: - глибина експлуатації – до 750 м; - діаметри експлуатаційних свердловин – 132...500 мм; - тиск робочої рідини – до 10 МПа; - витрати робочої рідини – 30...150 м3/год; - зовнішній діаметр видобувних пристроїв – 73; 89; 168; 273; 377 мм; - радіус розмиву – до 15 м; - об’єм видобувної маси з 1 п.м продуктивного горизонту – 100...300 м3. З економічної точки зору, розробка родовищ корисних копалин методом СГВ у 2...3 рази дешевша за кар’єрний та шахтний видобуток. Собівартість гідровидобутку корисних копалин методом СГВ складається з витрат на буріння та обладнання видобувних свердловин, на виробництво технологічної води, на основну та додаткову заробітну плату з нарахуваннями, на амортизацію споруд і обладнання, на електроенергію та цехові витрати, що наведено в табл.2.

Таблиця 2. Структура собівартості 1 туфу, видобутого методом СГВ, % Виробнича потужність підприємства, Статті витрат тис.т. 100 1000 Підготовка поверхні – – Буріння свердловин 50 31,6 Гідровидобуток: – – електроенергія 25 21,3 заробітна плата 11,5 12,6 витрати на утримання і експлуатацію 11 21,6 обладнання цехові витрати 2,5 12,9 Гідротранспорт – – Складування і відвантаження з карти – – Автотранспорт породи на фабрику – – Аналізуючи наведені в табл.2 дані, можна зробити висновок, що основними статтями витрат є витрати на гірничопідготовчі роботи, технологічну воду, заробітну плату і амортизацію. Таким чином, освоєння методу свердловинного гідровидобутку передбачає новий підхід до пошуків родовищ та оцінки прогнозних ресурсів загального мінерального потенціалу всіх територій. Це пов’язано з тим, що родовища, які на сьогодні розробляються тільки відкритим способом, а їх пошук обмежений глибинами в межах перших десяти метрів, при застосуванні методу свердловинного гідровидобутку можуть представляти промисловий інтерес навіть при заляганні на глибинах 200...300 м і більше, а введення в експлуатацію відомих і відкриття нових родовищ місцевої сировини: міді, зернистих фосфоритів, туфів дозволить технологічно удосконалити діючі гірничовидобувні підприємства, що призведе до підвищення економічної ефективності їх виробництва, якості і конкурентоспроможності готової продукції та залучення в гірничовидобувну галузь Рівненсько-Волинського регіону коштів з державного бюджету та від потенційних інвесторів. Список літератури: 1. Стець С.Є. Результати досліджень по визначенню основних показників видобутку туфів методом свердловинної гідротехнології / Стець С.Є., Маланчук З.Р., Мандзюк Р.В. // Вісник Національного університету водного господарства та природокористування. - Рівне: НУВГП. - Вип. № 4(32), Ч.1. - 2005. - С. 207 - 214. 2. Маланчук З. Р. Обгрунтування техніко-економічної доцільності гідровидобутку зернистих фосфоритів / Маланчук З. Р., Гурин В. А., Боблях С. Р. // Тези доповідей VІІІ промислової міжнар. наук. - практ. конф. Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах. - 2008. - С. 375 – 378. 3. Дослідження технологічних параметрів гідровидобутку розсипних родовищ / З. Р. Маланчук, С. Р. Боблях, Є. З. Маланчук, В. О. Козяр // Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2007. - Вип. № 4(40) .- С. 126 -131. 4. Маланчук З. Р. Научные основы скважинной гидротехнологии. – Ровно.-2002.- 372 с.

ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ Прокофьев А.Н. (БГТУ, г.Брянск, Россия) In article are considered questions of increasing of quality of threading details by technological methods. Одним из наиболее широко распространенных элементов деталей машин является резьба. В особенности это относится к крепежным деталям - винтам, болтам, шпилькам, гайкам, которые широко применяются в самых разнообразных отраслях промышленности. Функции резьбовых соединений весьма разнообразны. Они служат для соединения между собой отдельных деталей и узлов, арматуры, трубопроводов, передачи значительных осевых нагрузок и крутящих моментов, осуществления точнейших перемещений в механизмах. В состав многих современных машин входят винтовые механизмы или передачи. Их широкое распространение обусловлено рядом причин и, в первую очередь, теми очевидными преимуществами, которыми они обладают. С помощью винтовых передач просто осуществить преобразование вращательного движения в поступательное. Передачи с трением качения легко преобразуют поступательное движение во вращательное. Посредством винтового механизма достигается и очень большой выигрыш в силе, что используется в домкратах, механических прессах, зажимных устройствах и т.п. Анализ функционального назначения резьбовых соединений показал, что они применяются для: * увеличения передаваемого усилия, * передачи движения, * соединения различных деталей, * фиксации взаимного положения деталей, * создания неразъемного соединения. Надежность выполнения резьбовым соединением своего функционального назначения зависит от ряда эксплуатационных свойств. Все многообразие этих свойств можно выразить двумя качественными показателями резьбовых соединений: * прочность соединения для неподвижных резьбовых соединений, * износостойкость - для подвижных резьбовых соединений, обеспечиваемыми различными конструкторскими и технологическими методами, причем технологические зачастую более эффективны конструктивных решений. Прочность соединения обеспечивается стопорящими свойствами и их стабильностью, статической и усталостной прочностью. В значительной степени прочность резьбовых соединений определяется стопорящими свойствами соединения [1], которые характеризуются рядом показателей: * величиной усилия предварительной затяжки и ее обоснованностью, * точностью реализации этого усилия, * стабильностью затяжки соединения. Напряжение затяжки резьбового соединения, образовавшееся при сборке, снижается в процессе эксплуатации. Основными причинами, вызывающими его снижение, являются [2]: объемные пластические деформации в соединении, самоотвинчивание гаек и шпилек в условиях вибрационных нагрузок, самопроизвольное увеличение пластических микроконтактных деформаций на торце

гайки (винта) и в витках резьбы. В результате этого нарушается нормальная работа машин, в ряде случаев происходят поломки резьбовых деталей. Стабильность стопорящих свойств в процессе эксплуатации является необходимым условием качества резьбового соединения, которое может быть обеспечено выполнением комплекса конструкторско-технологических мероприятий. Основной причиной выхода из строя подвижных резьбовых соединений является износ по боковым поверхностям профиля резьбы. При повышенном износе резко возрастает зазор в резьбовом сопряжении, что приводит к нарушению точности пары, к возникновению при определенных условиях перекоса гайки относительно оси винта и, как следствие этого, к неравномерности нагрузки по виткам, что вызывает еще больший износ. Наиболее интенсивно при реверсивном движении будут изнашиваться периферийные витки гайки. Большое влияние на интенсивность изнашивания оказывает обеспечение площади контакта сопряжения (размер несущей поверхности витков), значения геометрических параметров и параметров состояния поверхностного слоя витков резьбы. Несовпадение углов профиля резьбы винта и гайки, особенно в начальный момент, уменьшает площадь контакта витков, повышает местные контактны давления, касательные напряжения, температуру трения, способствует ускоренному изнашиванию сопряжения. Эти свойства в значительной степени определяются [3] точностью соединения, шероховатостью боковых сторон профиля резьбы, физико-механическими свойствами поверхностного слоя, формируемыми на стадии изготовления резьбы. Обеспечение качественных параметров резьбы при изготовлении зависят как от свойств материала, так и от ряда технологических факторов, таких как метод и схема формообразования, конструкция и геометрия инструмента, режимы обработки. Исходя из этого, применяемая технология получения резьбовой детали должна стабильно обеспечивать комплекс ее геометрических параметров и параметров состояния поверхностного слоя, определяющих эксплуатационные показатели соединения исходя из его функционального назначения. Если существующие методы обработки наружных резьб позволяют стабильно обеспечивать высокие требования к качеству резьбы и производительности обработки, то при получении точных внутренних резьб они не всегда дают необходимые результаты. Общей проблемой при обработке внутренних резьб является достижение высокой точности (4Н и выше) и низкой шероховатости поверхности витков (Ra<2,5мкм). Так, нарезание метчиками не гарантирует стабильности получения точности; при этом шероховатость Ra>2,5 мкм, надежность метчиком, особенно в глухих отверстиях, недостаточна. Обработка резьбовыми резцами требует для точных резьб большого числа рабочих ходов, что снижает производительность. Бесстружечные метчики обеспечивают высокое качество резьб только для высокопластичных материалов. Таким образом, проблема обработки точных качественных резьб потребовала разработки новых технологий резьбообработки и конструкций инструментов для различных типов деталей, материалов и требований к параметрам резьбы. Исходя из вышеизложенного, на основе теоретических основ технологии машиностроения, функционального назначения точных резьбовых соединений разработана новая структурная схема проектирования оптимального варианта технологического процесса изготовления резьбовых отверстий [4], в которой выбор чистового метода формообразования резьбы производится с учетом сформированного комплекса эксплуатационных показателей резьбового соединения и типа производства. Для метода формообразования производится выбор станочного оборудования,

формообразующего инструмента (стандартного или, в случае его отсутствия, проектирование специального), технологической оснастки, режимов обработки и выполняется анализ точности обработки резьбы, позволяющий жестко увязать требования по точности к оборудованию, инструменту и оснастке и допуски на точность резьбового отверстия в единую систему. Для точных внутренних резьб разработаны новые методы формообразования, которые перечислены ниже. Для деталей типа "гайка" разработаны: 1.Технология обработки и конструкция комбинированных метчиков с углом на длине режущей части и винтовым затылованием по профилю резьбы (из быстрорежущей стали и оснащенных твердосплавными пластинками) для резьб М6...М36 в материалах средней пластичности при обработке их как на универсальном оборудовании, так и на автоматах. Конструктивные и геометрические особенности метчика позволяют получить на калибрующей части бочкообразную форму зуба, что исключает подрезание профиля калибрующими витками, способствует уменьшению шероховатости по боковым сторонам профиля. Такие метчики обеспечивают шероховатость резьбы Ra до 1,25 мкм и точность 4Н. 2. Технология обработки и конструкция комбинированных метчиков-протяжек для резьб диаметром свыше 40 мм с крупным шагом в различных материалах при обработке их на универсальных токарных станках в условиях мелкосерийного и серийного производства. За счет наличия в конструкции режущей и режущедеформирующей секции таким метчиков-протяжкой можно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ra=0,5...0,8 мкм. 3.Технология обработки и конструкция круглых многониточных резцов для резьб диаметром свыше 24 мм в различным материалах при обработке их на токарных станках с ЧПУ в условиях серийного производства. Резец имеет комбинированную схему резания, позволяющую производить обработку за 3-4 рабочих хода, при этом обеспечивать стабильно точность по среднему диаметру в пределах 0,01...0,02 мм, шероховатость боковых сторон профиля Ra до 1,25 мкм. Для деталей типа "корпус" разработаны: 1.Технология и конструкция одинарных комбинированных метчиков для резьб М6...М36 с шагом до 2,5 мм в корпусах из алюминиевых и магниевых сплавов для серийного и массового производства при обработке на агрегатных станках и сверлильных станках с ЧПУ. Наличие в конструкции метчика режущих и деформирующих зубьев позволяет стабильно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ra до 0,32 мкм. 2.Технологию и конструкцию комплектных комбинированных метчиков из двух штук для резьб диаметром 24...52 мм с шагом более 2,5 мм в различных материалах средней и низкой пластичности при обработке на многоцелевых станках с ЧПУ, универсальных сверлильных станках. При определении общей погрешности обработки резьбового отверстия необходимо проведение разграничения влияния составляющих погрешностей в зависимости от технологического метода обработки: при вращающейся заготовке и при вращающемся инструменте. С этой целью на ПЭВМ разработана программа определения точности резьбы в гайках на токарных станках с ЧПУ специальными многониточными резьбовыми резцами. При разработке использована графическая система AutoCAD с встроенным языком AutoLISP. Программа предусматривает анализ погрешностей технологической системы, расчет диаметральной компенсации этих погрешностей и сравнении с допуском среднего диаметра. Если условие выполняется, то проектируется режущий инструмент (многониточный резьбовой резец) с

разработкой рабочего чертежа. Если условие не выполняется, то производится ужесточение допусков на исполнительные размеры режущего инструмента, на точность расположения базовых поверхностей вспомогательного инструмента, после чего повторно проверяется условие. Такой системный подход позволяет на основе анализа на стадии проектирования и оснащения технологического процесса выявить условия гарантированного обеспечения требуемой точности обработки, определить оптимальные технические требования на параметры точности элементов технологической системы для конкретных условий обработки. Высокий эффект с точки зрения повышения прочности неразъемных резьбовых соединений дает применение гладкорезьбовых соединений в корпусных деталях их легких сплавов, т.е. соединений, полученных ввертыванием шпильки в гладкое цилиндрическое отверстие. Данный метод изготовления резьбовых соединений позволяет, наряду с простой технологией изготовления, добиться существенных преимуществ по сравнению с традиционными способами посадок шпилек в корпусные детали, а именно - надежными стопорящими свойствами как в статике, так и их стабильностью после воздействия циклических нагрузок. Это определяется технологией их изготовления посредством пластического деформирования и переносом пластических деформаций из эксплуатации в технологию. Актуальной проблемой машиностроения в настоящее время является также повышение качества резьбовых изделий с крупным шагом, к которым относятся ходовые винты скольжения и качения и ряд других изделий, работающих в сложных условиях эксплуатации. С целью повышения износостойкости винтов и гаек с промежуточными телами качения (шариковинтовые передачи) необходима оптимизация формы винтовых канавок. Во многом качество изготовленной резьбы определяется точностью резьбообрабатывающего инструмента. Для повышения износостойкости деталей после предварительного формирования винтовой поверхности их подвергают термической обработке, после которой следуют операции чистовой обработки. На этих операциях окончательно формируются размеры и качество винтовых поверхностей. Однако при термической обработке изделий с винтовыми канавками возникают деформации, которые впоследствии необходимо устранить на чистовых операциях технологического процесса или вводить дополнительные операции. Все это увеличивает трудоемкость и себестоимость изготовления деталей. Применяя электромеханическую обработку можно придать требуемым участкам винтовой поверхности необходимые физико-механические и геометрические свойства, исключить дополнительные чистовые операции и термическую обработку. Список литературы: 1. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, 1990.- 368с. 2. Прокофьев А.Н., Стешков А.Е. Научные основы обработки высокоточных внутренних резьб/ Машиностроение и техносфера на рубеже ХХI века.-Донецк, ДонГТУ, 1999.-с.299-301. 3. Суслов А.Г., Прокофьев А.Н., Лексиков В.П. Повышение надежности и долговечности резьбовых соединений/ Надежность механических систем. - Самара, 1996.- с.240-241. 4. Прокофьев А.Н. Технологическое обеспечение точности внутренних резьб/ Проблемы повышения качества машиностроительной продукции. - Брянск, 1998.- с.135-136.

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ И АНАЛИЗ КЛАСТЕРНОЙ СТРУКТУРЫ В ДВУКОМПОНЕНТНОМ КОМПОЗИТЕ Рогачёв Е.А., Суриков В.И. (ОмГТУ, г. Омск, Россия) In work the computer model intended for modelling of processes of structurization and the analysis of cluster structure of composite materials is offered. The software product consists of two parts incorporated in a uniform environment. Entrance parameters for the first part of model are the size of a cellular field (a three-dimensional file), concentration of filling material in a composite, limiting concentration of filling material, thickness of an interphase layer, for the second part of model? The cellular field representing a threedimensional file from zero and units. Values of a threshold percolation, and also fractal dimensions for bidimentional and three-dimensional model of various structures are received. В решении проблемы создания новых материалов с заданными свойствами важную роль играет разработка методов моделирования и анализа их структуры. Одними из методов, получивших широкое распространение в последние годы, являются методы, основанные на моделях клеточных автоматов [1-2]. Причины тому − относительная простота моделей и возможность визуального наблюдения эволюции моделируемой системы. Особый интерес представляет моделирование структуры композиционных материалов, в том числе полимерных. Этот класс материалов успешно конкурирует и вытесняет многие традиционные материалы в самых различных областях техники. С другой стороны, наполненные полимерные материалы, являющиеся разновидностью композиционных материалов, характеризуются существенной гетерогенностью, в частности, наличием межфазного слоя. С целью моделирования процессов структурообразования в композиционных материалах и анализа их кластерной структуры разработана компьютерная модель. Этот программный продукт состоит из двух частей, объединенных в единую оболочку. Первая часть, написанная на языке Fortran PowerStation 4.0, предназначена для моделирования процесса перемешивания частиц наполнителя с учетом агрегатного состояния матрицы композита. Основная суть математической модели изложена в работах [3, 4]. Наполненный полимерный материал представляется в виде трехмерного клеточного поля, которое в свою очередь разбивается на блоки Марголуса. В работе [1] представлены алгоритмы процессов струтурообразования в полимерных композиционных материалах. Входными параметрами для этой части модели являются размер клеточного поля (трехмерный массив), моделируемого основу вещества композита, концентрация – доля наполнителя в композите, предельная концентрация, толщина межфазного слоя. Результатом работы данной части модели является клеточное поле, представляющее собой трехмерный массив из нулей и единиц. Ноль показывает наличие в данном месте вещества только частицы матрицы, а единица – частицы наполнителя. Вторая часть модели реализована на языке С++. Эта часть программы предназначена для анализа кластерной структуры композиционного материала. Ключевыми моментами в программе являются поиск кластеров и оценка некоторых перколяционных параметров вещества. Под кластером подразумевается совокупность элементов наполнителя, соприкасающихся друг с другом в клеточном поле гранями. Алгоритм поиска кластеров, используемый в данной программе, основан на алгоритме «Хошена-Копельмана» [2]. В настоящей программе этот алгоритм существенно усложнен с целью применения его для обработки трехмерного массива, что позволило

достичь приемлемой скорости работы программы. Особенностью программы является использование двумерного вектора Coord типа coord(x,y,z). Он содержит информацию о кластерах. Это динамический массив, номер строки которого соответствует номеру кластера, а каждый элемент столбца массива – переменная, хранящая информацию о координатах элемента кластера. Введение этого элемента в программу существенно облегчает написание функций расчета перколяционных характеристик вещества, таких как s - число заполненных ячеек (размер кластера), общее число кластеров, Ns - число кластеров размера s, ns - относительное число занятых кластеров. Кроме того, в программе осуществляется нахождение среднего размера кластеров, а также поиск «сквозного» или «соединяющего» кластера. Появление соединяющего кластера ведет к качественному скачку свойств образца и является важной характеристикой структуры вещества. Определение «порога перколяции» (концентрации частиц наполнителя, при котором появляется «соединяющий путь» или «сквозной кластер») также возможно с помощью данной компьютерной модели. В данной модели реализовано также определение Р∞ - вероятность того, что занятая ячейка принадлежит бесконечному кластеру. Заполнение трехмерного массива данных в компьютерной модели происходит двумя способами. Первый – как уже отмечалось выше, с помощью специального алгоритма «перемешивания» частиц вещества методом клеточных автоматов – «клеточная структура», а второй - путем случайного вбрасывания элементов наполнителя в матрицу (случайное заполнение массива цифрами 0 и 1) – «случайная структура». Это позволяет провести сравнительный анализ перколяционных характеристик моделируемого вещества и хаотично заполненного массива данных, что дает возможность сделать вывод о работоспособности выбранной модели. В ходе расчетов были получены значения порога перколяции Pc для двумерной и трехмерной модели двух структур – случайной и клеточной. Для этого, меняя размерность кубической и квадратной решетки, отмечались значения концентрации частиц наполнителя, при которых появлялся соединяющий кластер. По этим данным определялось среднее значение концентрации для каждого размера решетки. Полученные результаты при максимальном значении размера решетки (Lmax=128 для квадратной решетки, Lmax = 64 – для кубической) для «случайной структуры» близки к теоретическим значениям [2]: Pc(d=2) = 0,591 (Pc(d=2) теор = 0,5927), Pc(d=3)=0,328 (Pc(d=3) теор = 0,3117). В случае «клеточной структуры» полученные значения порога перколяции несколько превышают значения порога перколяции случайной структуры, что подтверждалось последующими расчетами других величин в зависимости их от концентрации наполнителя вблизи Pc. Полученные значения: Pc(d=2) = 0,6025; Pc(d=3) = 0,371. Здесь d –размерность пространства. В последние годы для описания разветвленных объектов, в том числе и фрактальной структуры, в рамках фрактальной геометрии используется понятие фрактальной размерности d f . На рис. 1 приведена зависимость массы (число элементов в соединяющем кластере) от размера решетки L в логарифмическом масштабе для двумерной и трехмерной решетки для двух типов структур. Из рисунка видно, что зависимости носят линейный характер, что позволяет оценить фрактальную размерность. Значения d f приведены в таблице.

11,1

Ln(M)

10,1

y = 2,8547x - 1,538 R2 = 0,9999

9,1 y = 2,395x - 0,4148

8,1

R2 = 0,9998

7,1

y = 1,9088x - 0,4456

6,1

Клеточная струтура, d=3 Случайная структура, d=3 Клеточная струтура, d=2

R2 = 0,9997

5,1

Ln(L)

4,1 2,5

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

3,7

3,9

4,1

Рис.1. Зависимость массы соединяющего кластера от размера решетки Таблица 1.Фрактальная размерность d f Структура d=2

d=3

«Случайная»

1,913

2,855

«Клеточная»

1,908

2,395

Как следует из таблицы, и для двухмерной, и для трехмерной решетки значения фрактальной размерности для «клеточной» структуры меньше, чем для «случайной». Из этого можно сделать вывод, о том, что в композите со случайной структурой «плотность» соединяющих кластеров выше, чем в композите с «клеточной структурой», полученной моделированием процесса перемешивания частиц наполнителя с учетом агрегатного состояния матрицы композита методом клеточных автоматов. Таким образом, в данной работе показана возможность моделирования структурообразующих процессов и анализа кластерной структуры. Список литературы: 1. Тоффоли Т., Марголус Н. Машины клеточных автоматов. − М.: Мир, 1991. − 280 с. 2. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. − М.: Мир, 1990. − Ч. 2. − 400 с. 3. А.В. Горяга, И.А. Кузнецов, Вал. И. Суриков и др. Моделирование структурообразующих процессов в наполненных полимерах. // Материаловедение. - 1999.- № 5.- С. 8-12. 4. Федорук В.А., Рогачев Е.А., Суриков В.И., Трехмерная модель структурных процессов в композиционных материалах на основе клеточных автоматов. // Композиционные материалы в промышленности: Материалы Двадцать восьмой международной конференции. - г. Ялта, Крым, 2008. – С. 440-442.

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ В УКРАИНЕ ЗА СЧЕТ ИНТЕГРАЦИИ ОЧНОЙ И ДИСТАНЦИОННОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ Руденко Л.В. (ДонНТУ, Донецк, Украина) The paper considers two forms of the model of distant learning: internal and distant learning. Methods of improving quality of education in Ukraine due to integration of internal and distant learning, which will allow students and teachers to constantly interact with each other by means of special informational and pedagogical technologies of designing the educational process, forms of control, methods of communication as well as special organizational and administrative measures. На данном этапе развития информационных и коммуникационных технологий закладывается фундамент для развития глобальной системы дистанционного обучения, помогающей людям создавать открытую информационную среду. Новые информационные технологии позволяют преподавателям и учащимся взаимодействовать на расстоянии, обеспечивая непосредственную и интерактивную коммуникацию между ними, которая всегда была определяющей в системе очного обучения и являлась ее неоспоримым преимуществом. Думается, что для Украины является весьма актуальным интеграция очной и дистанционной формы обучения, поскольку данная модель позволяет индивидуализировать учебный процесс, адаптируя его под нужды студента в соответствии с полученным им ранее опытом и его интересами, что улучшает качество учебного процесса и способствует повышению конкурентоспособности вуза на рынке образовательных услуг. Модель интеграции очного и дистанционного обучения наиболее приемлема для высших учебных заведений и широко используется в разных странах. При наличии реальной возможности для сочетания обеих форм обучения эту модель можно использовать в двух вариантах: базовое обучение ведется в очной форме, базовое обучение ведется в дистанционной форме. Использование того или иного варианта в практике обучения зависит от конкретной ситуации. Первый вариант предпочтителен для очного обучения в образовательных учреждениях, а второй – для системы дополнительного профессионального образования, повышения квалификации или заочного обучения при прохождении непродолжительного курса в стенах учебного заведения. При наличии заранее разработанного проекта всего курса и плана распределения учебного материала между очной и дистанционной формами обучения преподавателю остается решить, каким учащимся нужно порекомендовать специальные задания и дополнительный материал, размещенные на сайте. В этом случае необходимо разработать индивидуальные планы каждого учащегося, составленные совместно с преподавателем или самостоятельно по отдельным разделам, темам или по всему курсу с указанием сроков выполнения и форм отчетности. Здесь же размещается личный «портфель» учащегося, в котором содержатся отобранные им по разным признакам работы (наиболее успешные, неудачные, спорные, по интересам и т.д.), а также его комментарии, сделанные по ходу выполнения. Эта личная страница должна быть закрыта паролем, а доступ к ней может осуществляться только с согласия автора. На том же сайте курса должна быть создана библиотека, представляющая в соответствии с разделами и темами программы курса дополнительные пояснения и примеры для отстающих учащихся; дополнительные материалы для углубленного изучения разделов курса продвинутыми учащимися; ссылки на дополнительные

источники информации; задания для учащихся разных категорий; задания для малых групп, предусматривающие самостоятельную проработку материала, подготовку различных творческих заданий во внеурочное время, которые будут обсуждать на очных семинарах. В эту бибилиотеку желательно включить медиатеку, содержащую ссылки на рекомендуемые средства мультимедиа, которые учащиеся смогут использовать в своих творческих работах. Для того чтобы студенты могли общаться друг с другом, на том же сайте организуются форум и чат-комната, дабы учащиеся имели возможность в удобное для них время проработать конкретные вопросы в малых группах и вынести их на всеобщее обсуждение либо в очной форме, либо в дистанционной (на форуме) в зависимости от предмета дискусси и замысла педагога. Преподаватель также может участвовать как в чатах, так и в форумах, чтобы в любой момент помочь учащимсчя советом или изложить свою точку зрения и т.д. Он такой же учасник процесса обучения, который вместе со всеми думает для решением проблемы. Также на сайте должен размещаться и блок управления учебным процессом, включающий график выполнения индивидуальных заданий в соответствии с планом самостоятельной или групповой работы каждого участника, а также график выполнения групповых заданий и важная оперативная информация для преподавателкй и учащихся. На этом же сайте могут размещаться ответы преподавателя на самые типичные вопросы и методические рекомендации по выполнению заданий. Консультации с преподавателем могут проводиться индивидуально (по электронной почте) или коллективно на форуме, если интересующий вопрос нельзя по каким-то причинам вынести на очное обсуждение. Для эффективной организации учебного процесса в соответствии с данными моделями обучения необходимо выбрать соответствующее програмное средство оболочку. Рассмотрим первый вариант. В соответствии с концепцией гуманистической педагогики, на очных занятиях учащимся предлагается проблемное изложение наиболее сложного и нового материала, требующего непосредственного участия педагога. Аудиторные занятия предусматривают проведение различных дискуссий, «мозгового штурма», а также работу в малых группах сотрудничества, то есть всю ту деятельность, которая требует непосредственнного контакта на разных уровнях. В этом варианте модели обучения контрольные работы и зачеты принимаются только очно, а дистнционная форма используется лишь для промежуточного тестирования с помощью специальных программ, позволяющих определить уровень сформированности того или иного навыка. Защита проектов, если это предусматривается проводится очно, но с предоставлением всех необходимых материалов на сайте. Лабораторные и практические работы, требующие сложного оборудования и совместных усилий группы участников, также проводятся в очной форме. В предложенном проекте преподаватель сам определяет, какую деятельность целесообразно организовать очно, при его непосредственном участии, а какую – в дистанционной форме под его наблюдением или при его виртуальном участии. Таким образом, в зависимости от сложности темы, раздела, уровня подготовленности учащихся, в той или иной степени удается разгрузить аудиторное занятие для творческой работы, требующей совместных усилий преподавателя и учащихся при их непосредственном контакте. Необходимо подчеркнуть, что предлагаемый вариант модели дистанционного обучения не следует смешивать с использованием интернет-технологий в системе обного обучения. Одно другого не исключает. Но, говоря об интеграции дистанционной и очной форм обучения, имеется в виду обязательное участие

преподавтеля и в дистанционном обучении, которое представляет собой тот же учебный процесс, но в виртуальной форме. Такая интеграция, помимо создания оптимальных условий для формирования необходимых навыков в соответствии с собственными возможностями, временем и усердием каждого, позволяет учащимся предварительно обдумать их с партерами и преподавателем, поделиться своими сомнениями и высказать свое мнение, что неосуществимо на очных занятиях из-за дефицита времени. У студента появляется возможность поразмышлять ,что является основой формирования критического мышления при личностно ориентированом подходе. Домашние задания при таком подходе не сводятся к формальному выполнению управжнений, изучению параграфов и т.д., поскольку он нацелены на поиск решения комплекса проблемных задач. Они должны побуждать к размышлениям и активизировать процесс мышления. Общение в сети должно стать таким же естественным процессом, только во внеурочное время, как и непосредственное контактирование на занятиях. Рассмотрим второй вариант. В этом варианте основой является именно дистанционная форма, а очная ее дополняет. Поэтому здесь также возможны варианты. Учебник, традиционный или электроный, и учебно-методическую литературу учащийся получает по почте. Это так называемый «кейс», которым пользуются учащиеся при самостоятельном выполнении заданий преподавателя. На сайте вуза размещаются все те материалы, которые были указаны в предыдущем варианте, и при необходимости – индивидуальные планы участников курса. Все дополнительные материалы, задания, инструкции, рекомендации, которые не вошли в «кейс», разрабатываются в сетевом варианте и размещаются в используемой оболочке на сайте образовательного учреждения. В этом слусае учащиеся занимаются полностью по сетевому варианту: получают необходимые консультации от преподавателя, работают в малых группах сотрудничества по соответствующим заданиям, обсуждают необходимые вопросы через форум или в чате, максимально используя возможности интернет-технологий. Вместе с тем, учащиеся участвуют в очной сессии, во время которой они занимаются в соответствии с разработанной преподавателем и учебной частью программой. Во время очной сессии изучаются наиболее сложные проблемы, читаются обзорные лекции, проводятся семинары (дискуссии, рактические работы) и защита проектов. Как правило, эта сессия приурочивается к концу курса, чтобы по ее завершении учащиеся смогли сдать зачеты и квалификационные экзамены. Важно, чтобы очная сессия не сводилась к семинарам, построенным по принципу «вопрос-ответ», обзорным лекциям и зачетам. Прежде всего, ее должна отличать проблемная направленность обучения. Формирование интеллектуальных умений критического мышления – одна из главных целей всей системы обучения. Именно такое обучение в рамках рекомендукмой концепции может считаться развивающим интеллект и нравственные устои личности. Думается, что интеграция очных и дистанционных форм обучения открывает новые возможности в совершенствовании украинской образовательной системы, что позволит студентам и преподавателям постоянно взаимодействовать друг с другом с помощью особых информационных и педагогических технологий построения учебного процесса, форм контроля, методов коммуникаций, а также специальных организационно-административных мероприятий. Предложеныые методы обучения улучшат как качество учебного процесса, так и увеличат набора студентов в условиях демографического кризиса.

Список литературы: 1. Агапонов С.В. Средства дистанционного обучения. Методика, технология, инструментарий/Авторы: Агапонов С.В., Джалиашвили З.О., Кречман Д.Л., Никифоров И.С., Черносова :Е.С., Юрков А.В./ Под ред. З.О. Джалиашвили. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 336с. 2. Кревский И.Г. Информационнообразовательная среда открытого образования и развитие дистанционного обучения // Высшее образование сегодня, 2003, №8, С.14-19. 3. Теория и практика дистанционного обучения/Е.С. Полат, М.Ю. Бухаркина, М.В.Моисеева. Под ред. Е. С. Полат. – М.: Академия, 2004. – 416с. 4. Щенников С.А. Открытое дистанционное образование. – М.: Наука, 2002. – 527 с. 5. Хуторской А.В. Педагогическая инноватика: методология, теория, практика. Научное издание. – М.: Изд-во УНЦ ДО, 2005. – 222с. О НЕОБХОДИМОСТИ ВНЕСЕНИЯ ДОПОЛНЕНИЙ В ГОСТ 21495 -76 Рушика И.Д., Тока А.В.,Мартынюк Н.П (Тенический университет Молдовы,г. Кишинев, Молдова) Necessity of entering of concept arrangement base in section of classification of bases to destination in the GOST 21495-76 is proved Вопросам базирования в машиностроении уделяется большое внимание. От схем базирования зависит достигаемая точность (требуемый квалитет) обработки и себестоимость изделия. При не совмещении технологических и конструкторских баз для достижения требуемого квалитета точности конструкторского размера технолог вынужден перерассчитывать конструкторские размеры на технологические и ужесточать допуск на один из конструкторских размеров связывающий технологическую базу с другой конструкторской базой от которой проставлены другие конструкторские размеры в процессе их выполнения. В большинстве учебников/1-4/ приводится схема базирования призматической детали, которая приведена на рис 1 ,где показывается, что если не совпадает конструкторская и технологическая база ,то для обеспечения требуемой точности размера Вк приходится вводить в технологию новый технологический размер Ст и вследствие необходимости перерасчета размеров приходится ужесточать допуск на размер Ак , связанный с технологической базой .К.

Рис. 1 Схема обработки ступени N при :а) совпадении конструкторской и технологичесой базы ; б) не совпадении конструкторской и технологичесой базы 64

Маталин [1] в 1985 году обратил внимание, что с целью обеспечения требуемой точности размеров, не связанных с технологической базой(размера Вк), без ужесточения допуска на размер Ак, связанного с технологической базой, можно использовать настроечную базу М, для одновременной обработки поверхностей М и N. Автор также дает определения настроечной база и проверочной базы. Если сравнить определение настроечной база данное автором /1/с ГОСТом 21495-76 ,то мы не найдем в ГОСТе определения настроечной и проверочной базы. В литературе приводится достаточное количество примеров, где настроечная (наладочная) база используется для обеспечения размеров с большими допусками. Ниже мы приводим несколько схем (рис. 2 и 3) взятых из [4-5], где в качестве наладочной базы используюется поверхности инструмента 1 обрабатывающая поверхность М, которая связана размером Ак с технологической базой К. В качестве налодочной базы в данных схемах берется точка режущего лезвия инструмента формирующего поверхность М, связанную с технологической базой

Рис.2. Деталь а)с конструкторскими размерами и наладка б) с наладочными размерами

Рис.3 Детали а) и б) с конструкторскими Акi и с наладочными размерами Анi

Остальные инструменты 2 и 3 налаживаются на наладочные размеры Анi от инструмента 1,обрабатывающего поверхность М ,связанную с технологической базой. Если эти инструменты 2 и 3 настроить от технологической базы К,то расчеты показывают, что обеспечить конструкторские размеры Вк ,Вк1 ,Вк2 с заданными допусками невозможно без многократной обработки поверхности М связанной с технологической базой К. .Многократная обработка поверхности М требуется для обеспечения размера Ак с допуском уменьшенным в два и более раза по сравнению с допуском указнным на чертеже.Об этом говорят и авторы /1-4/ Понятно ,что в процессе резания происходит износ инструментов ,причем этот износ не всегда равный по величине на различных инструментах используемых в данной наладке. Следовательно, различный износ инструментов будет сказываться на погрешности изготовления размеров Вк ,Вк1 ,Вк2 . Но это-прогнозируемая погрешность . При использовании технологических баз, как правило, предполагается, что технологические базы практически не изнашиваются . Хотя ,как правило для массового производства приходится рассчитывать износ установочных элементов /6/ с целью их замены через определенное количество установок. Следовательно, при выборе в качестве технологической базы для наладки поверхность другого инструмента ,то можно рассчитать долю погрешности, которая будет вносится за счет износа инструмента. С другой стороны при выборе технологических баз, как правило ,принимается ,что эти поверхности абсолютно жесткие Прогибы установочных элементов баз берутся нулевыми. Если рассматривать инструменты с определенным сечением ,то они могут прогибаться под действием сил резания. Естественно ,что при чистовых работах ,когда формируются размеры с малыми допусками , прогибы инструмента практически сведены к минимальным величинам . И возможно по аналогии с технологическими базами ,принять величины прогиба практически нулевыми. Наладочный размер рассчитывается в зависимомсти от конструкторского размера и откладывается от технологической базы. В рассматриваемых примерах, роль технологической базы играет не поверхность обрабатываемой поверхности М ,а вершина инструмента 1, которая будет формировать поверхность М ,которая связана с технологической базой К. В процессе обработки вершина инструмента совмещается с поверхностью обрабатываемой поверхности и эта поверхность, как бы становится технологической базой для выполнения конструкторских размеров Вк ,Вк1 ,Вк2 . Наладочная база нужна на станках позволяющих производить одновременную обработку поверхностей большим количеством инструментов в одной наладке . При последовательной обработке поверхностей различными инструментами наладочная база на наш взглят не нужна.С этой целью в современных станках используется принцип ощупывания обработанной боверхности и задание размеров для обработки от реально найденной обработанной поверхности М. Исходя из выше приведенных примеров и расчетов считаем, что в ГОСТе 21495-76 необходимо внести дополнение в части технологических баз. Помимо трех баз- установочной, направляющей и упорной- внести еще одну –наладочную базу. Соответственно ,надо продумать над научным определнием этой базы. Данное дополнение позволит производственникам обеспечивать конструкторские размеры , не связанные с технологической базой, с большими допусками и следовательно с меньшими затратами на механическую обработку.

Список литературы: 1. Маталин А. А. Технология машиностроения:Учебник для машиностроительных вузов по специальности "Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты".-Л.:Машиностроение, Ленинградское отдние,1985.-496 с. 2. Основы технологии машиностроения: /Под ред.В.С.Корсакова Изд.- 3-е, перераб и доп. Учебник для вузов.- М.: Машиностроение,1977.–416 с. 3. Егоров М.Е., Дементьев В.И., Дмитриев В.Л. Технология машиностроения.-М: Высшая школа, 1976.-534 с. 4. Технология машиностроения:В 2 т. Т.1. Основы технологии машиностроения Учебник для вузов / В.М.Бурцев, А.С.Васильев, А.М.Дальский и др.; Под ред. А.М.Дальского-М:Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана,1999.-564с., 5. Справочник технолога-машиностроителя, в 2-х томах. Т.1. /Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К. Мещерякова.- 4-е изд. перераб. и доп. - М.:Машиностроение, 1985.-656 с. 6. Станочные приспособления :Справочник .И 2-х т. /Ред.совет: Б.Н.Вырдашкин (пред) и др..М.:Машиностроение,1984.– Т.1 / Под ред Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984.-592 с. ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНОЙ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Рыскулов А.А., Андрикевич В.В., Балейко А.В., Кравченко В.И., Михайлова Л.В. (УМЦ «Промагромаш» ОАО «Белкард», г. Гродно, Беларусь) The features of the adhesiveness and tribotechnical characteristics of the composite coatings formed on metallic substructures by a gas-flame and fluidized method are investigated. It is displayed, that updating of polyamide templates nanodimensional particles of geosilicates allows receiving protecting coatings with high parameters of the service characteristics on both technologies. Введение. Основными причинами выхода из строя деталей машин и механизмов являются процессы изнашивания и коррозии, поэтому необходимость применения защитных покрытий очевидна. Существенным аспектом применения покрытий является экономический: покрытия, сформированные из материалов иностранного производства и с применением сложной технологии, обладают требуемыми функциональными характеристиками, но являются достаточно дорогостоящими, поэтому существует необходимость разработки эффективных технологии нанесения функциональных покрытий на основе отечественных материалов [1-4]. В современном машиностроении для формирования и восстановления поверхностей деталей трения и защиты их от коррозионно-механического изнашивания все более широкое применение находят полимерные материалы благодаря сочетанию высоких показателей триботехнических, физико-химических, деформационнопрочностных характеристик [5]. Наиболее распространенными технологиями нанесения покрытий на основе полимерных матриц являются: растворная, осаждение из псевдоожиженного слоя, ротационная и напыление из суспензий с последующим отверждением. В силу различных ограничений, обусловленных требованиями к экологической безопасности процесса, размерным фактором и условиями реализации, данные технологии практически не применяют при ремонте и восстановлении автотракторной техники и сельскохозяйственного оборудования. Одним из перспективных способов является газопламенное напыление покрытий, которое производится на установках типа УПН-4Л, УПН-6-63, ТЕНА-П. Технология

газопламенного нанесения покрытия основана на распылении полимерного компонента или композиционного материала устройством подачи установки. Расплавление полимерной основы осуществляют теплотой сжигания газообразной горючей смеси «кислород – горючий газ» (ацетилен, пропан-бутан и т.п.). После прогрева детали пламенем горелки осуществляют подачу порошка из бункера в зону горения. Расплавленные частицы ускоряются потоком газовой среды, переносятся и, взаимодействуя с предварительно подготовленной подложкой, закрепляются на ней, охлаждаются, образуя твердое покрытие [2, 4]. Высокие скорости охлаждения или суперохлаждения (106 Kс-l) частиц могут привести к образованию необычных аморфных и метастабильных фаз, несвойственных для материалов, получаемых по другим технологиям. Метод газопламенного напыления обладает рядом преимуществ: - возможностью нанесения покрытий на изделия из практически любого материала, т.к. нет существенных температурных деформаций или интенсивных механических воздействий и необходимости в использовании материалов с особыми свойствами (электропроводность, магнитная проницаемость) подложки; - отсутствием ограничений по размеру обрабатываемых изделий; - возможностью нанесения слоев значительной толщины (от 0,05 до 8 мм); - получением покрытий с повышенной прочностью сцепления с основой; - несложной конструкцией технологического оборудования, его низкой стоимостью, компактностью и мобильностью; - простотой технологических операций напыления, относительно небольшой трудоемкостью, высокой производительностью процесса нанесения функционального покрытия. При напылении наиболее распространенным полуфабрикатом являются порошки. Это связано с неограниченными возможностями варьирования их состава для достижения заданных параметров характеристик служебных свойств покрытий. Полимерные материалы в исходном виде сравнительно редко применяют для получения газопламенных покрытий с комплексом повышенных характеристик. Для достижения высокой износостойкости, несущей способности и др. показателей в состав полимерной матрицы вводят функциональные наполнители и модификаторы [6, 7]. К числу эффективных модификаторов относят дисперсные частицы природных силикатов – глин, трепела, а также карбонатов, сульфатов и т.п. Введение в состав полимерной матрицы минерального наполнителя позволяет достичь синергического эффекта. Считают, что повышение прочностных характеристик материалов при введении геомодификаторов обусловлено их активным действием на структурное упорядочение полимерной матрицы, увеличивающим степень кристалличности и формирующим квазикристаллические области в части связующего в граничном слое [1]. Предполагают, что в периферии наночастицы формируется упорядоченный переходной слой достаточно больших размеров, обусловленный действием слабых электромагнитных полей, генерируемых наночастицей вследствие наличия у нее нескомпенсированного заряда, который оказывает воздействие, главным образом, на области связующего, прилегающие к частице. Силикатсодержащие модификаторы существенно изменяют характер трибохимических превращений в зоне металлополимерного контакта, что обуславливает изменение показателей износостойкости и коэффициента трения при эксплуатации без смазки [1]. Цель данного исследования состояла в определении влияния допинговых добавок геомодификаторов на триботехнические и адгезионные характеристики полимерных

покрытий на основе термопластичных матриц, сформированных методом газопламенного напыления. Методы исследования. Объектом исследований являются газопламенные покрытия на основе термопластичного полиамида ПА11, выпускаемого под торговой маркой «Rilsan», и ПА6, производимого на ОАО «Гроднохимволокно». Напыление покрытий производили при помощи установки ТЕНА-П. Подготовка металлических подложек из углеродистых сталей 45 и 08кп заключалась в предварительной очистке от загрязнений, обезжиривании и создании дополнительной шероховатости поверхности, необходимой для получения прочного и качественного покрытия, путем пескоструйной обработки и фосфатирования [2, 3]. Известно, что покрытия, полученные газопламенным напылением, могут иметь существенные различия в структуре и показателях служебных характеристик зависимости от режимов процесса формирования и состава горючей смеси [4]. Расстояние от горелки до обрабатываемой поверхности составляло 150 – 180 мм. Дисперсность полимерных частиц в композиции не превышала 250-315 мкм, частиц модификаторов – 250 мкм. Исследованию подвергли покрытия, сформированные из порошков ПА6 и ПА11 без наполнителей, и порошка ПА6, модифицированного трепелом и кремнем с содержанием каждого 0,1 мас. %, 0,2 мас. %, 0,3 мас. %, 0,4 мас. %, 0,5 мас. %. Триботехнические параметры оценивали по схеме «пальчик-диск» на машине трения типа ПД-1А при скорости скольжения V=0,3 м/с и нагрузке р=4,0 МПа. Прочность сцепления композиционного полимерного покрытия с металлической подложкой оценивали по прочности при ударе груза массой 1000 г с определенной высоты. Зарядовое состояние модификаторов исследовали методом термостимулированных токов (ТСТ). Результаты и обсуждение. Результаты триботехнических испытаний покрытий представлены на рис. 1-3, из которых следует, что покрытие из ПА11 обладает значительно большим коэффициентом трения, чем покрытие из ПА6. Кроме того, разброс значений коэффициента трения для покрытия из ПА11 составляет от 0,3 до 0,44, в то время как для покрытия на основе ПА6 – от 0,23 до 0,33 при различном модифицировании. Полученные данные свидетельствуют о заметном изменении триботехнических характеристик: наименьший коэффициент трения имеет покрытие с содержанием трепела 0,2 мас. %. При модифицировании кремнем наименьший коэффициент трения имеет покрытие из полиамида 6 с содержанием минерала 0,3 мас. %. Данный эффект, вероятно, объясняется наличием различных надмолекулярных структур, формируемых благодаря нескомпенсированному заряду природных силикатов. Данными ТСТ-анализа подтверждается наличие собственного заряда у кремня и трепела, возникновение которого происходит в диапазоне температур, при которых производится процесс напыления. Таким образом, при плавлении частиц порошка возникают электрические поля, формируется упорядоченный переходной слой достаточно больших размеров в периферии наночастицы, происходит структурное упорядочение полимерной матрицы и увеличивается степень кристалличности в аморфной части связующего.

Рис. 1. Зависимость коэффициента трения от содержания наполнителя. Нагрузка р = 4 МПа, скорость скольжения υ = 0,3 м/с

Рис. 2. Зависимость коэффициента трения от содержания наполнителя. Нагрузка р = 4 МПа, скорость скольжения υ = 0,3 м/с

Рис. 3. Триботехнические характеристики газопламенных покрытий. Подготовка поверхности – дробеструйная обработка. Нагрузка р = 2 МПа, скорость скольжения υ = 0,5 м/с

Важным фактором при эксплуатации трибосопряжения являются показатели адгезионной прочности полимерного покрытия со стальной подложкой. Газотермические покрытия имеют преимущество по сравнению с покрытиями, сформированными по другим технологиям (рис.4).

Рис. 4. Адгезионная прочность покрытий, сформированных по различным технологиям

Рис. 5. Адгезионная прочность композиционных газопламенных покрытий на основе ПА6. Фосфатированная подложка

Известно, что прочность адгезионного соединения покрытия с металлической основой и частиц друг с другом в покрытии во многом зависит от степени деформирования и разрушения частиц при ударе о поверхность основы или предыдущего слоя покрытия. Сцепление покрытия с основой определяется площадью контакта частицы с напыляемой поверхностью. Чем она больше, тем более высокий вклад механической составляющей в прочность сцепления покрытия с подложкой. Кроме того, сила ажэдгезии также зависит от топографии напыляемой поверхности, т.к. частицы расплава формируют покрытие вследствие их механического сцепления с микровыступами подложки и в местах разрушения оксидных пленок. Предварительно протравленные (фосфатированные) металлические подложки обеспечивают якорное сцепление, а механические методы подготовки – клиновое зацепление покрытия на микровыступах поверхности. Важным аспектом формирования газопламенных покрытий на основе полимерных термопластичных матриц является возможность регулирования параметров межфазного взаимодействия компонентов непосредственно в процессе напыления, благодаря специфическому действию совокупных технологических факторов. Благодаря повышенным температурам, развивающимся в газовом потоке, происходит ряд физико-химических процессов, приводящих к изменению активности частиц полимерной матрицы и функционального модификатора. Кратковременное действие газового потока обуславливает плавление полимерной частицы и частичное окисление поверхностных слоев вследствие действия кислородсодержащих продуктов (влаги, оксидов металлов, остатков катализатора). Увеличение содержания полярных оксидных групп в поверхностном слое единичной частицы приводит к активации адсорбционного взаимодействия на границе раздела ансамблей частиц и твердой подложки и увеличению адгезионной прочности. Одновременно повышенные температуры газового потока вызывают трансформирование и активизацию дисперсных частиц наполнителей. Например, при термичной обработке частиц слоистых силикатов (глин, слюд) протекают процессы дегидратации и дегидроксилации [1], приводящие к расслоению полуфабриката и образованию наноразмерных пластинчатых частиц с высокой активностью в процессах адсорбционного взаимодействия с полимерной матрицей. Одновременное 71

транспортирование активированных полимерных и низкомолекулярных компонентов газовым потоком способствует формированию композиционного материала с повышенными параметрами служебных характеристик – адгезионной прочности, износостойкости, защитной способности. При введении в состав исходной смеси для получения композиционного покрытия олигомерных или низкомолекулярных компонентов, образующих в процессе сублимации или термолиза защитную газовую среду, удается снизить вероятность протекания глубоких термоокислительных и термодеструкционных процессов на поверхности расплавленной полимерной частицы и обеспечить получение покрытия высокого качества. В качестве компонентов подобного механизма действия эффективны олигомерные полиолефиновые или фторсодержащие воски (парафины), являющиеся побочным продуктом синтеза или переработки промышленных полимеров, терморазлагающиеся соединения типа муравьинокислых (формиатов), щавелевокислых (оксалатов) солей поливалентных металлов (Fe, Co, Ni, Zn, Cu) и карбоновых кислот, а также другие соединения металлов (карбонилы, карбонаты и т.п.). В этом случае возможно получение металлсодержащих нанокомпозиционных покрытий с регулируемыми параметрами коррозионной стойкости, электропроводности, магнитной проницаемости и т.п. [1]. Несомненным достоинством газопламенной технологии нанесения композиционных покрытий на полимерных матрицах является возможность формирования многослойных структур, включающих слои различного состава и функционального назначения путем совмещения нескольких распылительных устройств или последовательного нанесения слоев разного состава из одного распылительного устройства. Выбор технологии формирования функционального покрытия конкретного назначения определяется конструкцией узла, требованиями эксплуатации, условиями осуществления процесса. Разработанные составы и технологии композиционных покрытий на основе алифатических полиамидов (ПА6, ПА11, смесей ПА6+ПА11 и др.) использованы при изготовлении восстановлении карданных валов для автотракторной техники, выпускаемых ОАО «Белкард». Практический опыт эксплуатации карданных валов с полимерным композиционным покрытием шлицевого соединения свидетельствует о высокой эффективности использования технологии газопламенного напыления. Новые составы композиционных покрытий на полимерных матрицах защищены серией патентов на изделия РФ, РБ и Украины [8]. Заключение. Технология газопламенного напыления представляет собой перспективный метод, обеспечивающий возможность управления характеристиками формируемых покрытий на основе полимерных композиционных материалов в процессе нанесения путем интенсификации процесса смешивания компонентов, сообщения дополнительной энергии частицам (нагрев, ускорение), активации подложки и частиц (нагрев), увеличения площади поверхности частиц (уменьшение размера частиц). В процессе газопламенного напыления возможно формирование композиционных покрытий с заданным градиентом показателей служебных характеристик, в т.ч. многослойных. Список литературы: 1. Авдейчик, С.В. Полимер-силикатные машиностроительные материалы: физико-химия, технология, применение / С.В. Авдейчик и [др.]; под ред. В.А. Струка, В.Я.Щербы. – Минск: Тэхналогiя. – 2007. – 431 с. 2. Газотермическое напыление: учеб. пособие / под общей ред. Л.Х.Балдаева. –

М.: Маркет ДС, 2007. – 344 с. 3. Куприянов, И.Л. Газотермические покрытия с повышенной прочностью сцепления. / И.Л. Куприянов, М.А. Геллер – Мн.: Навука і тэхніка, 1990. – 176 с. 4. Белоцерковский, М.А. Разработка рекомендаций по газопламенному напылению покрытий из вторичных полимеров / М.А. Белоцерковский, А.В. Федаравичус // Сб. науч. трудов под ред. С.А.Астапчика, П.А.Витязя // Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения – Мн.: Технопринт, ПГУ, 2001. – с. 255-258. 5. Кербер, М.Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие / М.Л.Кербер [и др.]; под ред. А.А.Берлина. – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с. 6. Авдейчик, С.В. К механизму действия ультрадисперсных модификаторов полимеров / С.В. Авдейчик, В.А. Лиопо, В.А. Струк, // Вестник ГрГУ. Сер. 2. – 2003. - №1 (19). с.52-62. 7. Охлопкова, А.А. Пластики, наполненные ультрадисперсными неорганическими соединениями. / А.А. Охлопкова, А.В. Виноградов, Л.С. Пинчук. − Гомель: ИММС НАНБ. − 1999. − 164 с. 8. Кравченко, В.И. Промышленность региона: проблемы и перспективы инновационного развития / В.И. Кравченко [и др.] – Гродно: ГГАУ, 2008. – 420 с.

НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЕ ФТОРСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ Рыскулов А.А., Овчинников Е.В., Кравченко В.И., Костюкович Г.А., Авдейчик С.В., Цветников А.К., Горбацевич Г.Н. (УМЦ «Промагромаш» ОАО «Белкард», г. Гродно, Беларусь) Classification fluorine of the containing protection wear processes trybo systems is developed. The analysis of mechanisms аgainst deterioration and antifriction action fluorine of components various molecular weight, technology of synthesis and application is carried out. The general signs protections influences fluorine of the containing components in trybo systems the various structure, caused to similarity of a chemical structure are established. Введение. Концепция ингибитора изнашивания трибосистем, предложенная впервые в [1], относится к числу наиболее плодотворных в триботехнике общего и специального назначения. Развитие представлений о механизме коррозионномеханического изнашивания узлов трения в активных средах для металлополимерных систем [2] позволило сформулировать представления об ингибиторе изнашивания, в качестве которого могут выступать компоненты трибосистемы, введенные извне или образующиеся в процессе ее функционирования, способствующие подавлению неблагоприятного цикла трибохимических реакций [3]. Важным аспектом концепции коррозионно-механического изнашивания трибосистем является формирование циклов физико-химических реакций, в которых образуются продукты различного состава, строения и механизма действия, оказывающие катализирующее или ингибирующее влияние на кинетику изнашивания [2]. Установление структуры определяющего цикла и механизма его функционирования позволяет предложить эффективные методы практического управления наиболее благоприятным процессом с целью образования продуктов

трибохимических реакций, оптимизирующих триботехнические параметры узла трения [3]. В настоящее время разработана многочисленная номенклатура эффективных ингибиторов изнашивания различного состава, строения, агрегатного состояния, механизма действия. К ним относят ставшие классическими смазочные материалы (СМ) и смазочно-охлаждающие технологические среды (СОТС) с присадками, формирующими разделительные слои в зоне фрикционного контакта, триботехнические композиционные материалы (КМ) на металлических, полимерных, металлополимерных, керамических и смесевых матрицах, покрытия, формируемые на рабочих поверхностях методами химических, вакуумных, механо- (трибо-) химических и др. технологий, газовые среды заданного состава [4−8]. Предпринятая в [2, 3] попытка классифицирования ингибиторов изнашивания металлополимерных систем с использованием категорий таксономии свидетельствует о многообразии применяемых в триботехнике средств борьбы с изнашиванием и наличии перспективных направлений развития этой важнейшей области современной триботехники. Особую перспективу имеют ингибиторы изнашивания, разработанные с применением наноматериалов и нанотехнологий, обеспечивающих достижение синергических эффектов, не реализуемых при традиционных методологических подходах при решении задач повышения эксплуатационного ресурса трибосистем машин, механизмов, технологического оборудования, спецтехники [4]. К числу эффективных ингибиторов изнашивания относятся фторсодержащие компоненты различной молекулярной массы, применяемые в системах «металлметалл» и «металл-полимер» в виде деталей их композиционных материалов (подшипников скольжения, уплотнений, сепараторов и др.), присадок к пластичным смазкам и смазочным маслам, тонкопленочных покрытий, нанесенных из растворов, суспензий, активной газовой фазы, полимер-олигомерных смесей [6-8]. При большом многообразии фторсодержащих ингибиторов изнашивания, различающихся по составу, структуре, молекулярной массе, технологии получения и методам практического применения, существуют общие закономерности их противоизносного и антифрикционного действия, обусловленные специфическими особенностями химического строения. Установление механизмов реализации этих закономерностей в различных условиях контактного взаимодействия компонентов трибосистем, отличающихся по составу, структуре и свойствам, представляет существенный научный и практический интерес при создании эффективных методов повышения износостойкости узлов трения. Методика исследований. Исследовали металлополимерные системы, включающие металлический и полимерный компоненты, изготовленные из металлических (ст. 45, медь М-1, алюминий А00) и полимерных (полиамида 6, политетрафторэтилена, полиэтилена низкого давления, сополимера формальдегида с диоксоланом) материалов в состоянии промышленной поставки. В качестве ингибиторов изнашивания использовали фторсодержащие компоненты в виде высокомолекулярных (ПТФЭ), олигомерных («Эпилам», «Фолеокс»), полимеролигомерных (ультрадисперсный политетрафторэтилен «Форум»), низкомолекулярных (фториды металлов) соединений, производимые в различных организациях стран СНГ. Анализ кинетики физико-химических процессов в модельных и реальных трибосистемах осуществляли с применением общепринятых методик (ИК- и ЭПРспектроскопии, ДТА, ТСТ-спектроскопии, рентгеноструктурного исследования и т. д.).

Методика применения фторингибиторов изнашивания (ФИ) соответствовала рекомендациям разработчиков и определялась конструктивными особенностями и составом трибосистемы. Результаты и обсуждение. Несмотря на общность химического строения механизм ингибирующего действия фторсодержащих компонентов существенно зависит от молекулярной массы и технологии их введения в зону фрикционного контакта (рис. 1). Рассмотрим механизмы действия наиболее характерных видов ФИ. Противоизносное и антифрикционное действие полимерных продуктов (политетрафторэтилена и его аналогов) обусловлено, прежде всего, особенностями молекулярного строения цепи и надмолекулярного строения матрицы, обусловливающими сравнительно низкое сопротивление тангенциальному сдвигу и возможность пластического деформирования под действием нормальных нагрузок [6, 10]. Трибосистемы, в которых использован компонент, изготовленный из политетрафторэтилена (ПТФЭ), характеризуются стабильными параметрами характеристик при невысоких нагрузочно-скоростных режимах эксплуатации, в т. ч. при реверсивном характере перемещения элементов пары трения. Известно, что изделиям из политетрафторэтилена и его аналогов присущи сравнительно низкая износостойкость и хладотекучесть, что существенно сужает диапазон их практического применения в трибосистемах. Характерной особенностью механизма ингибирующего действия ПТФЭ является снижение интенсивности термоокислительных и термодеструкционных механизмов коррозионно-механического изнашивания трибосистемы вследствие их локализации в тонких приповерхностных слоях полимерного изделия или в механически закрепленном в микронеровностях металлического контртела слое, сформированном из частиц, введенных в состав смазочного материала [6, 10]. Вместе с тем, низкая способность продуктов изнашивания ПТФЭ к взаимодействию с металлическим контртелом (адсорбционному, хемосорбционному, адгезионному) не позволяет сформировать устойчивый разделительный слой в зоне фрикционного контакта, выполняющий функции ингибитора изнашивания в течение длительного периода контактного взаимодействия компонентов трибосистемы. Поэтому изделия из ПТФЭ характеризуются повышенным износом как при эксплуатации без подвода внешней смазки, так и при трении в присутствии нефтяных или синтетических масел. Характерной особенностью механизма изнашивания фторопластовых элементов при трении по металлическим контртелам является образование сравнительно крупных фрагментов продуктов износа, имеющих вид тонких пленок с низкой адгезией к поверхности сопряженного вала, а также интенсивное разрушение его поверхностного слоя под действием радикальных и низкомолекулярных продуктов трибокрекинга. Коррозионно-механический механизм изнашивания пары трения «ПТФЭ-металл» проявляется и при использовании смазочного материала вследствие низкой смачиваемости поверхности и отсутствия устойчивого адсорбированного слоя на контактных поверхностях обоих компонентов трибосистемы [2].

Рис. 1. Классификация фторсодержащих ингибиторов изнашивания Данные особенности эксплуатации узлов трения с компонентами, изготовленными из ПТФЭ, существенно снижают нагрузочно-скоростной диапазон их применения в машиностроении [6, 10]. Более высокой износостойкостью обладают изделия (например, сальниковые уплотнения), изготовленные из нитей и тканей на основе ПТФЭ, что обусловлено изменением условий контактного взаимодействия и увеличением показателей деформационно-прочностных характеристик вследствие ориентационных явлений, реализуемых в процессе получения полимерных полуфабрикатов [10]. Эффект повышения износостойкости проявляется в большей мере в полуфабрикатах, пропитанных суспензиями сухих смазок – графита, дисульфида молибдена, высокодисперсного порошкообразного политетрафторэтилена. Сухие частицы смазок, локализованные в ячейках тканого, нетканого или плетеного изделия, формируют на поверхности сопряженного контртела устойчивую разделительную пленку, способную к знакопеременному переносу и многоцикловому передеформированию. Благодаря сочетанию ячеистой макроструктуры уплотнительного элемента и подвижного смазочного компонента реализуется синергический эффект обеспечения необходимых

деформационно-прочностных, теплофизических и триботехнических характеристик. Ингибиторы изнашивания, изготовленные из тканых, нетканых и плетенных полуфабрикатов на основе нитей из ПТФЭ, являются эффективными уплотнительными материалами, применяемыми в конструкциях запорной арматуры повышенной надежности [10]. Особый эффект их применения наблюдается при использовании в качестве сухих смазок полимер-олигомерных продуктов полученных по технологии термогазодинамического синтеза (ТГД-синтеза) [11]. Разработанная в [11] технология ТГД-синтеза позволяет получать высокомолекулярные фторсодержащие продукты, состав которых определяется термодинамическими режимами проведения процесса. Как показано в [11], а также нашими исследованиями [12], полученный продукт представляет термодинамически равновесную систему, состоящую из полимерных и олигомерных компонентов, являющихся продуктами полимеризации исходного мономера – тетрафторэтилена и термического распада блочных полуфабрикатов. Наличие в продуктах ТГД-синтеза набора фракций различной молекулярной массы способствует их совместимости как с олигомерной, так и с полимерной матрицами и обеспечивает образованию композитов с повышенными показателями деформационно-прочностных, адгезионных и триботехнических характеристик. Так, модифицирование промышленно выпускаемого политетрафторэтилена марки Ф-4ПН относительно небольшими количествами продуктов ТГД-синтеза (0,5-5,0 мас.%) существенно увеличивает показатели прочности при растяжении и износостойкости при снижении коэффициента трения изделия из полимер-олигомерного композита по металлическому контртелу без подвода внешней смазки. Эффект модифицирующего действия, вероятно, обусловлен пластифицированием олигомерными фракциями поверхностных слоев исходных частиц ПТФЭ, облегчающим их взаимодействие при повышенных температурах монолитизации (350-380 оС) и фторированного блочного полуфабриката. Высокомолекулярная фракция продуктов ТГД-синтеза 3, сосредоточенная на границе раздела единичных частиц 5, приводит к армированию переходного слоя 4 между ними и образованию в объеме композита в процессе формования пространственной сетки упрочненных структур. Кроме того, олигомерные компоненты модификатора, диффундируя в поверхностные слои частиц ПТФЭ, способствуют образованию малодефектных областей в объеме композита после его монолитизации (рис. 2). Модифицирование ПТФЭ компонентами различного состава, природы, дисперсности обусловливают существенное увеличение износостойкости (до 600 и более раз) полимерного изделия при значительном увеличении коэффициента трения сопряжения и активации абразивного изнашивания контртела твердофазными частицами. Как правило, формирующийся в зоне фрикционного контакта разделительный слой и в этом случае характеризуется нестабильной структурой и недостаточной эффективностью ингибирующего действия. Механизм модифицирующего действия компонентов различного состава, строения и дисперсности, введенных в состав политетрафторэтилена, сводится к созданию механических препятствий процессам деформирования и разрушения полимерной матрицы под действием контактных, механических и тепловых нагрузок. Снижение интенсивности трибохимических превращений, приводящих к разрушению полимерного компонента трибосистемы, может быть достигнуто путем управления параметрами надмолекулярной и фазовой структуры композита.

Рис. 2. Схема формирования фторингибитора (ФИ) в виде композита на основе политетрафторэтилена: а – из немодифицированных частиц; б – из частиц, модифицированных продуктами ТГД-синтеза политетрафторэтилена. 1 – частица ПТФЭ; 2 – микродефект; 3 – высокодисперсная частица ПТФЭ; 4 – модифицированный граничный слой; 5 – граница контакта единичных частиц Дисперсные частицы модификаторов оказывают влияние на размеры и количество сферолитных образований, причем, активные частицы способствуют формированию более прочных структур с высокой степенью упорядочения [6, 13]. Волокнообразные наполнители и модификаторы обусловливают увеличение устойчивости матрицы ПТФЭ к передеформированию и разрушению, главным образом, из-за стерических препятствий. Характерной особенностью модифицирующего действия компонентов различного состава и дисперсности является низкий уровень адгезионного взаимодействия на границе раздела «матрица-наполнитель» вследствие отсутствия у ПТФЭ вязкотекучего состояния, характерного для других термопластов, и низкой поверхностной энергии, препятствующей формированию граничного слоя с повышенной прочностью. Вследствие этого армирующее влияние высокопрочных наполнителей в матрице ПТФЭ практически не реализуется и многие параметры деформационно-прочностных характеристик композитов заметно уступают параметрам исходного связующего [6, 14] (рис. 3). В ряде исследований отмечено, что активизация поверхности наполнителя путем энергетического воздействия, аппретирования или плазмохимической обработки способствует увеличению прочности граничного слоя и повышению деформационнопрочностных и триботехнических характеристик композиционных материалов [6, 13, 14]. Однако, эффективность действия подобного рода технологического модифицирования недостаточно высока при сравнительно сложной технологии реализации на промышленных предприятиях. Кроме того, анализ экспериментальных данных по использованию механизма формирования граничных слоев в наполненных композитах на основе ПТФЭ, свидетельствует о том, что он носит преимущественно гипотетический характер без прямых доказательств изменения энергии межфазного взаимодействия в результате определенного вида модифицирования. Например, утверждение об эффективности плазмохимической обработки поверхностного слоя углеродных волокон (УВ) в среде фторсодержащих продуктов деструкции [15], не достаточно убедительно подтверждено экспериментально, а наблюдаемый эффект упрочнения композита с модифицированным волокном, по-видимому, в большой степени обусловлен образованием в процессе деструкции низкоразмерных полимерных частиц, выполняющих функцию армирующего компонента в граничном слое матрицы ПТФЭ.

Рис. 3. Зависимость показателя прочности при растяжении композитов на основе ПТФЭ от содержания углеродного немодифицированного волокна (УВ) Одним из наиболее вероятных механизмов повышения деформационнопрочностных и триботехнических характеристик композитов на основе ПТФЭ, наполненных УВ, модифицированных плазмохимическим методом, является развитие рельефа и увеличение вклада механической составляющей в упрочнение граничного слоя. Подтверждением этому предположению является повышение параметра деформационно-прочностных и триботехнических характеристик композитов, содержащих одинаковое количество фрагментов УВ, полученных по аналогичной технологии диспергирования, после механохимического активирования (МА) смеси компонентов на стадии их подготовки и переработки в изделия методом холодного прессования с последующим горячим спеканием в открытых и замкнутых формах (технология ВС) [16]. Независимо от применяемой технологии удается достичь заметного увеличения как показателя прочности при растяжении, так и износостойкости, в т. ч. при высоких степенях наполнения (35-40 %), при которых традиционными технологиями не удается получить материалы с высокими параметрами служебных характеристик (табл. 1).

Содержание наполнителя,%

Таблица 1. Физико-механические и триботехнические характеристики высоконаполненных композитов на основе политетрафторэтилена, полученных с применением технологий МА и термообработки в условиях ВС Интенсивность Прочность при Прочность при изнашивания, 10%-ной Плотность, кг/м3 растяжении, МПа 3 мм /Н*м деформации, МПа спекание спекание спекание в спекание спекание спекание спекание спекание в своб. в своб. в в своб. в в своб. в состоянии условиях состоянии условиях состоянии условиях состоянии условиях ВС ВС ВС ВС 25 3,65*10-7 2,44*10-7 22,9 32,8 33,3 40,9 1800 1870 30 3,54*10-7 2,35*10-7 20,9 31,9 26,7 39,6 1770 1860 35 ** 1,48*10-7 14,1 19,6 19,1 39,8 1560 1630 **- катастрофический износ Существенный эффект повышения деформационно-прочностных характеристик и износостойкости композитов на основе ПТФЭ наблюдается при введении в состав N,N'-бис-имидов дикарбоновых кислот, способных формировать пространственную сетку, армирующую полимерную матрицу [17]. Однако, при этом существенно увеличивается коэффициент трения материала по металлическому контртелу.

Эффективными ингибиторами изнашивания трибосистем являются фторсодержащие покрытия, сформированные из полимерных, полимер-олигомерных и олигомерных компонентов из растворов, суспензий, активной газовой фазы, ротапринтным методом [7-9, 18-21]. Применение полимерных фторсодержащих компонентов в качестве покрытий на деталях трения, формируемых из активной газовой фазы продуктов деструкции ПТФЭ в вакууме [19-21], по механизму ингибирующего действия аналогично действию блочных изделий. Осажденный на рабочих поверхностях слой из продуктов рекомбинации низкомолекулярных радикальных фракций и продуктов термолиза полимерного полуфабриката выполняет функцию антифрикционного компонента, уменьшающего интенсивность адгезионного взаимодействия элементов пары трения любого состава, и, как следствие, интенсивность термоокислительного, адгезионного и усталостного механизмов изнашивания. Считают, что плазмохимический метод позволяет сформировать тонкие слои фторсодержащего ингибитора в результате рекомбинации макрорадикальных продуктов термической деструкции и протекания процессов реполимеризации [19-21]. На наш взгляд, эта гипотеза требует уточнения, так как анализ особенностей структуры пленок, полученных по технологии плазмохимического осаждения, свидетельствует об образовании нанокомпозиционных слоев, включающих компоненты различной молекулярной массы и строения. В [20-21] указано на наличие в пленках «элементов надмолекулярной структуры» полимерной матрицы. Характерным признаком формирующейся структуры является образование «уже на начальных стадиях, при малых значениях эффективной толщины … устойчивых частиц полимера» с размерами до 3 мкм» [21]. Сравнительный анализ морфологии пленок, сформированных осаждением продуктов деструкции ПТФЭ из активной газовой фазы и натиранием частиц, полученных ТГД-синтезом, на твердую подложку, свидетельствует об их подобии, как морфологии, так и механизму ингибирующего действия (рис. 4).

Рис. 4. Характерный вид тонких пленок фторингибиторов, сформированных из продуктов термодеструкции политетрафторэтилена в вакууме (а) [21] и ротапринтным методом (б, в, г). Подложки: монокристалл кремния (а), слюда (б) – данные [11], силикатное стекло (в, г). Поле сканирования 10×10 мкм Основным механизмом противоизносного действия тонких пленок ПТФЭ, полученных из активной газовой фазы, является снижение интенсивности адгезионного взаимодействия компонентов трибосистемы. Учитывая небольшую толщину пленок фторсодержащего ингибитора на деталях узла трения и сравнительно небольшую износостойкость, их наиболее целесообразно применять в качестве приработочных покрытий при обработке элементов трибосистем с небольшим эксплуатационным ресурсом или эксплуатируемых при относительно низких нагрузочно-скоростных

режимах. Например, при нанесении тонких фторсодержащих покрытий на уплотнительные элементы из резин, благодаря комплексному ингибирующему действию, снижается набухание в рабочих средах и увеличение износостойкости [20, 21]. Применение фторсодержащих олигомеров с молекулярной массой до 6 тыс. ед. позволяет расширить диапазон использования ингибиторов этого класса в системах «металл-полимер» и «металл-металл». Наличие в составе олигомерной макромолекулы («Эпилам», «Фолеокс) различных полярных и неполярных функциональных групп (OH, -COOH, -NH2, -COOMe, -CF3 и др.) интенсифицирует процессы адсорбционного и хемосорбционного взаимодействия в зоне фрикционного контакта. Это позволяет повысить устойчивость разделительного слоя и управлять параметрами фрикционного взаимодействия компонентов трибосистем различного состава. Фторсодержащие олигомеры эффективны и как самостоятельные ингибиторы изнашивания трибосистем, и как функциональные модификаторы, например, повышающие устойчивость масляной пленки на поверхностях трения или увеличивающие межфазное взаимодействие в композитах на основе ПТФЭ, наполненных малоактивными функциональными модификаторами (углеродным, арамидным, базальтовым волокном, графитом и др.). Особенностью механизма ингибирующего действия фторсодержащих олигомеров (ФСО) является их адсорбция на ювенильных поверхностях фрикционного контакта микронеровностей. Это способствует снижению вероятности их адгезионного взаимодействия с образованием мостиков сварки. Фрагменты олигомерной пленки, сформированной на поверхностях трения, обладают свойствами многофункционального ингибитора изнашивания трибосистемы благодаря способности к хемосорбции, знакопеременному массопереносу в процессе трения и хемосорбционному взаимодействию с ювенильными участками пятен фактического контакта. Благодаря наличию полярных групп фторсодержащие олигомеры эффективны для трибосистем различного состава, в т. ч. металлополимерных и прецизионных. Вместе с тем, полярное строение макромолекул ФСО увеличивает силу межмолекулярного взаимодействия, что существенно повышает усилие тангенционального сдвига в тонких слоях ингибитора изнашивания и негативно влияет на триботехнические параметры малонагруженных, низкоскоростных и прецизионных систем. Кроме того, тонкопленочные ингибиторы изнашивания, сформированные из ФСО по растворной или ротапринтной технологиям, обладают низким эксплуатационным ресурсом вследствие толщины, не превышающей величины зазора в трибосопряжении (1-10 мкм) и поэтому используются, главным образом, как приработочные. Ингибирующий эффект противоизносного действия тонких пленок фторсодержащих олигомеров усиливается при введении в их состав низкоразмерных частиц оксидов, металлов, сухих смазок, силикатов и т. п. [18]. Это обусловлено повышением нагрузочной способности композиционных разделительных слоев и реализацией в зоне фрикционного контакта знакопеременного переноса частиц модификатора. Олигомерные макромолекулы в этом случае способствуют закреплению низкоразмерных частиц введенных компонентов на нагруженных участках контакта и образованию устойчивого антифрикционного и противоизносного композиционного покрытия. При использовании наноразмерных модификаторов существенную роль играют процессы структурирования олигомерной матрицы под действием собственного нескомпенсированного заряда, благодаря чему повышается прочность композита и его устойчивость к знакопеременным воздействиям. Фторсодержащие полярные

олигомеры способствуют также упрочнению поверхностных слоев контактирующих элементов трибосистемы благодаря «залечиванию» низкоразмерных дефектов [18]. Высокоэффективными ингибиторами изнашивания комплексного механизма действия являются полимер-олигомерные компоненты, образованные в результате термолиза политетрафторэтилена в среде газообразных продуктов термодеструкции, называемые продуктами ТГД-синтеза (рис. 5) [11]. Наличие в составе продуктов ТГДсинтеза полимерных и олигомерных компонентов, находящихся в термодинамическом равновесии, обусловливает возможность образование разделительной композиционной пленки в зоне фрикционного контакта, обладающей низким сопротивлением сдвигу, способностью к многократному передеформированию без разрушения и знакопеременному переносу на поверхности трения практически любого состава и строения. Эффект комплексного ингибирующего действия продуктов ТГД-синтеза обусловлены сочетанием набора олигомерных фракций различной массы, полярности и зарядовой активности и высокомолекулярной (низкоразмерной) фракции, обеспечивающей армирование и повышение нагрузочной способности разделительного слоя. Особенностью полимер-олигомерных продуктов термодеструкции ПТФЭ является их термодинамическая устойчивость и совместимость с полимерными, олигомерными и низкомолекулярными компонентами. Это позволяет использовать продукты ТГД-синтеза как функциональный модификатор со свойствами ингибитора изнашивания при создании композиционных материалов триботехнического назначения, их переработке в изделия, нанесении покрытий на поверхности деталей трения, создании смазок, смазочно-охлаждающих и технологических сред. Эффект комплексного ингибирующего действия полимер-олигомерных смесей фторсодержащих компонентов увеличивается при введении в их состав низкоразмерных частиц металлов, оксидов, силикатов и т. п. Например, при введении наночастиц металлов в процессе фрикционного взаимодействия формируется нанокомпозиционная металлополимерная разделительная пленка, обладающая высокой износостойкостью и проводимостью. Композиционные материалы, сформированные с применением металлополимерных фторсодержащих продуктов, в виде изделий или смазок могут быть использованы в скользящих контактах электрических систем [11, 12].

Рис. 5. Износостойкость узлов трения двигателя автомобиля при смазывании моторными маслами SAE10W-30+продукты ТГД-синтеза (1) и SAE10W-30 (2) [11]

Фторсодержащие компоненты различной молекулярной массы и дисперсности являются эффективными присадками смазочных масел, пластичных смазок, смазочноохлаждающих и технологических сред, используемых как в процессах изготовления элементов узлов трения, так и их эксплуатации в различных нагрузочно-скоростных условиях нагружения. Традиционным фторсодержащим модификатором смазок являются частицы ПТФЭ различной дисперсности, которые образуют в зоне контакта разделительную пленку, препятствующую процессам схватывания и глубинного разрушения на пятнах фактического контакта. Роль жидкофазной среды в таких материалах сводится к транспортированию ингибирующих компонентов в зону фрикционного взаимодействия и теплоотводу от нагруженных участков. Важным аспектом эффективного действия смазок с дисперсными частицами ПТФЭ является обеспечение стабильных реологических характеристик и предотвращение явления синерезиса или осаждения высокомолекулярных компонентов. При использовании в качестве модификаторов смазочных материалов олигомерных компонентов существенно повышаются показатели их реологических и деформационных характеристик, однако ингибирующий противоизносный эффект выражен в меньшей степени по сравнению с высокомолекулярными компонентами. Поэтому наиболее эффективны дисперсные частицы фторсодержащих полимеров, размер которых соизмерим с параметрами микрошероховатостей контактных поверхностей. Низкомолекулярные фторсодержащие соединения оказывают ингибирующее противоизносное действие при введении их в качестве модификаторов компонентов триботехнических материалов, которые используют для изготовления деталей узлов трения, покрытий, смазок. Фторированные углеродные дисперсные и волокнистые наполнители (фторированный техуглерод и фторированное углеродное волокно) способствуют упрочнению композитов на основе политетрафторэтилена [10] и других полимерных и олигомерных матриц (полиамидных, эпоксидных, полиэфирных и др.). Формирование в результате обработки поверхностного слоя с привитыми атомами фтора увеличивает смачиваемость наполнителей растворами, расплавами полимерных и олигомерных матриц и прочность границы раздела «матрица-наполнитель». Прививка атомов фтора к поверхностному слою частиц различного состава и дисперсности может быть осуществлена химическим, механохимических, трибохимическим способом при использовании низкомолекулярных, олигомерных, полимер-олигомерных и полимерных компонентов. Для получения фторированных композитов в промышленных масштабах могут быть использованы технологические установки барабанного, лопастного, ударного механизма действия (шаровые мельницы, дисмембраторы и дезинтеграторы, якорные и лопастные смесители, вальцы и т. п.). Использование фторированных компонентов, активированных в результате механического или трибохимического воздействия, существенно повышает показатели прочностных и триботехнических характеристик композитов на основе политетрафторэтилена [6] и сшивающихся олигомеров. На основании анализа особенностей механизма ингибирующего действия фторсодержащих полимерных, олигомерных и полимер-олигомерных компонентов разработаны материалы и методы повышения износостойкости трибосистем, применяемых в машиностроении, в т. ч. при создании технологического оборудования, автомобильных агрегатов повышенного ресурса, герметизирующих устройств, применяемых в трубопроводах высокого и низкого давления, компрессорах для получения сжатых и сжиженных газов. Разработана гамма триботехнических и герметизирующих материалов на основе политетрафторэтилена и алифатических

полиамидов («Герметум», «Герметекс», САМ и т. п.), составы композиционных покрытий для элементов трибосистем и способы их нанесения, смазочные и амортизирующие среды для высоконагруженных узлов трения и динамических устройств. Новые материалы и технологии их формирования и переработки защищены более чем 40 патентами на изобретение РБ, РФ и Украины и использованы при промышленном выпуске автомобильных амортизаторов, карданных валов, запорной арматуры. Разработана нормативная документация, регламентирующая применение новых материалов на основе фторсодержащих компонентов в машиностроении. Выводы. Общность химического строения низкомолекулярных, олигомерных, полимер-олигомерных и полимерных компонентов, состоящая в наличии в составе молекул атомов фтора, обусловливает единство механизмов их ингибирующего действия в трибосистемах различного состава и строения. Общим является формирование композиционного разделительного слоя или в зоне фрикционного контакта, или на границе раздела «молекулярная матрица-наполнитель», который препятствует процессам изнашивания компонентов трибосистемы. Механизм проявления ингибирующего действия фторсодержащего ингибитора определяется его составом и особенностями применения в системе в виде композиционного материала или его компонентов, в виде покрытий, смазок. При различных вариантах введения в состав малоизнашивающейся трибосистемы фторсодержащие ингибиторы различного состава и молекулярной массы препятствуют формированию неблагоприятных циклов трибохимических реакций, в которых превалирующую роль играют процессы образования активных радикальных продуктов и диспергирования поверхностного слоя металлического контртела, окислительные процессы, интенсифицируемые локальными взаимодействиями на пятнах фактического контакта, коррозионные процессы, обусловленные взаимодействием продуктов трибохимических реакций металлического и полимерного компонентов. Выбор типа фторсодержащего ингибитора изнашивания обусловлен особенностями конструкции трибосистемы, условиями ее эксплуатации и требованиями к ее эксплуатационному ресурсу. Список литературы: 1. Прейс, Г.А. Электрохимические явления при трении металлов /Г.А. Прейс, А.Г. Дзюб //Трение и износ, 1980. Т. 2, № 1. – с. 217-235. 2. Струк, В.А. Трибохимическая концепция создания антифрикционных материалов на основе многотоннажно выпускаемых полимерных связующих. Дисс. … д-ра техн. наук: 05.02.01. – Гомель, 1988. – 240 с. 3. Гольдаде, В.А. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем /В.А. Гольдаде, В.А. Струк, С.С. Песецкий. – М.: Химия, 1993. – 240 с. 4. Авдейчик, С.В. Трибохимические технологии функциональных композиционных материалов. ч.1, ч. 2. /С.В. Авдейчик, и [др.]; под ред. В.А. Струка, Ф.Г. Ловшенко. – Гродно: ГГАУ, 2007, 2008. – 320 с., 399 с. 5. Присевок, А.Ф. Теоретические и технологические основы формирования газотермических водородостойких покрытий. Дисс. … д-ра техн. наук. – Минск: 1998. – 322 с. 6. Охлопкова, А.А. Физико-химические принципы создания триботехнических материалов на основе полимеров и ультрадисперсных керамик. Дисс. … д-ра техн. наук. – Якутск, 2000. – 269 с. 7. Овчинников, Е.В. Структура и свойства триботехнических покрытий на основе растворов фторсодержащих олигомеров. Дисс. … канд. техн. наук. – Гродно, 1997. – 124 с. 8. Бойко, Ю.С. Технологические особенности формирования композиционных тонкопленочных покрытий на основе фторсодержащих полимеров и олигомеров. Дисс. … канд. техн. наук. – Гродно, 1998. –

127 с. 9. Напреев, И.С. Управление трибохимическими характеристиками подшипниковых узлов методом эпиламирования. Дисс. … канд. техн. наук. – Гомель, 1998. – 111 с. 10. Сиренко, Г.А. Антифрикционные карбопластики. – К.: Техника, 1985. − 195 с. 11. Металлополимерные нанокомпозиты (получение, свойства, применение) /В.М. Бузник, В.М. Фомин, А.П. Алхимов и [др.]. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. – 260 с. 12. Кравченко, В.И. Промышленность региона: проблемы и перспективы инновационного развития / В.И. Кравченко и [др.]. – Гродно: ГГАУ, 2008. – 420 с. 13. Горбацевич, Г.Н. Структура и технология углеродных герметизирующих материалов для статических и подвижных уплотнений. Дисс. … канд. техн. наук. – Гродно, 2002. – 138 с. 14. Гракович, П.Н. Применение фторопластового композита Флувис в поршневых компрессорах /П.Н. Гракович и [др.]. //Материалы. Технологии. Инструмент. - № 3, 2005. – с. 33-36. 15. Серафимович, В.В. Влияние плазмохимической обработки углеграфитовых волокон в среде фторорганических газов на их физикомеханические свойства /Поликомтриб-2007. Тезисы докл. Межд. научно-техн. конф. – Гомель: ИММС НАН Б, 2007. – с. 186-187. 16. Патент BY 9396C1. Cпособ изготовления изделия из композиционного материала на основе вязкого полимера (примеры) /В.А. Струк, Г.А. Костюкович, В.И. Кравченко и [др.] № а20040491; заявл. 31.05.2004, опубл. 30.06.2007, приоритет 30.12.2005. 17. Биран, В.В. Создание и исследование композиционных антифрикционных материалов на основе N,N'-бис-имидов и модифицированных полиамидов. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. – Минск, 1983. – 16 с. 18. Овчинников, Е.В. Тонкие пленки фторсодержащих олигомеров (Е.В. Овчинников, В.А. Струк, В.А. Губанов. – Гродно, ГГАУ, 2007. – 326 с. 19. Рогачев, А.В. Кинетические и физико-химические закономерности процессов тепло- и массопереноса при формировании тонкопленочных металлополимерных систем в вакууме. Дисс. … д-ра хим. наук. – М.: 1998. – 364 с. 20. Новые ресурсосберегающие технологии и композиционные материалы /Ф.Г. Ловшенко, Ф.И. Пантелеенко, А.В. Рогачев и [др.]. – М.: Энергоатомиздат; Гомель: БелГУТ, 2004. – 519 с. 21. Нанокомпозиционные машиностроительные материалы: опыт разработки и применения /С.В. Авдейчик и [др.]; под ред. В.А. Струка. – Гродно: ГрГУ, 2006 – 403 с. ПОЛУЧЕНИЕ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ Рыскулов А.А., Сорокин В.Г., Кравченко В.И., Струк В.А. (УМЦ «Промагромаш» ОАО «Белкард», г. Гродно, Беларусь) The mechanism dispersion half-finished products weed tetra fluorine ethylene under the influence of the concentrated power streams is investigated. Possibility of formation polymer-oligomeres of mixes of products destruction and the secondary polymerizations which structure depends on technological conditions of carrying out of process dispersion is shown. Введение. В концепции малоизнашивающейся трибосистемы, способной генерировать в процессе контактного взаимодействия компонентов (полимерных, металлических, силикатных и др.) продукты, выполняющие функции ингибиторов изнашивания, важнейшая роль отведена разделительному слою, представляющему собой композиционный материала, структура, состав и триботехнические характеристики которого существенно отличаются от характеристик исходных материалов, использованных для изготовления элементов трибосопряжения [1; 2].

Трибохимические превращения компонентов обусловливают образование разделительных материалов различного элементного и фазового состава, причем, даже многоэлементные металлические и полимерные компоненты трансформируются под действием контактных процессов, приводящих к образованию оксидных, структурированных, металлсодержащих и др. соединений [1]. С формальной точки зрения в любой трибосистеме в любых неравновесных условиях контактного взаимодействия в результате протекания процессов самоорганизации [1] образуются разделительные слои, которые по своим параметрам (толщине, структуре, расположению и т. п.) можно отнести к пленкам, подобным по механизму ингибирующего действия структурам, формируемым с помощью специальных технологических воздействий: распыления, осаждения из газовой фазы, растворов, ротапринтного нанесения, электролитического осаждения из растворов и т. п. [2]. Пленочные структуры относятся к числу наиболее распространенных ингибиторов изнашивания трибосистем различного состава и конструктивного исполнения, в т. ч. прецизионных и эксплуатируемых в вакууме [2]. Фторсодержащие пленочные ингибиторы по комплексу триботехнических, антикоррозионных и теплофизических характеристик заметно превосходят антикоррозионные и противоизносные пленки на основе слоистых материалов (солей поливалентных металлов и жирных кислот, халькогенидов, графита, дисульфида молибдена, глинистых минералов и др.) и поэтому нашли применение в узлах трения с повышенным эксплуатационным ресурсом и надежностью. В настоящее время разработан ряд технологий формирования ингибирующих изнашивание пленок фторсодержащих компонентов: осаждением из активной газовой фазы продуктов термодеструкции политетрафторэтилена, обработкой поверхностей трения растворами фторсодержащих олигомеров или суспензиями политетрафторэтилена, использованием растворов фторсодержащих продуктов в сверхкритическом СО2, ротапринтным нанесением, плазменным напылением и обработкой полуфабриката в среде полимеризующихся газов [3-7]. Выбор технологического варианта нанесения тонких фторсодержащих пленок на детали узла трения основан на многофакторном анализе, учитывающем экономические, эксплуатационные, экологические и ресурсные аспекты. При всем разнообразии технологий и относительной сложности аппаратного оформления методы нанесения тонкопленочных фторсодержащих покрытий, основанные на применении высокоэнергетических потоков (тепловых, электромагнитных, ионизирующих и их сочетаний), занимают особое место в номенклатуре эффективных методов решения проблем современной триботехники. Существуют различные теоретические подходы к описанию кинетических закономерностей процесса формирования тонких пленок из фторсодержащих компонентов на твердых подложках. Одной из превалирующих гипотез является реполимеризация на активных центрах металлических или неметаллических подложек низкомолекулярных продуктов деструкции, образованных в результате разрушения макромолекулы полимерных или олигомерных фторсодержащих полуфабрикатов высокоэнергетическими потоками [3; 4; 7-14]. Считают, что при воздействии на мишень из полимерного или олигомерного материала концентрированного потока энергии (электронов, ионов, лазерного излучения, тепловой энергии) происходит диспергирование и образование летучих продуктов, которые поступают на поверхность подложки и образуют покрытие в результате протекания реакций вторичной полимеризации [3]. Варианты технологий формирования покрытий на металлических [4], углеродных [12], силикатных,

полимерных и др. подложках с дополнительным активированием газообразной среды или обрабатываемого изделия принципиально не отличаются по механизму реализации. Вместе с тем, в ряде литературных источников отмечается, что процессы полимеризации (в т. ч. вторичной) весьма чувствительны к термодинамическим параметрам проведения синтеза – температуре, давлению, активности катализатора, условиями теплоотвода и т. п. Исходя из представлений о процессе высокоэнергетического диспергирования полимерных и олигомерных молекул как неравновесном процессе с перманентно изменяющимися параметрами [3; 4; 8-10], трудно ожидать преимущественного протекания вторичных полимеризационных реакций на твердых подложках сравнительно сложного фазового и химического состава с образованием с достаточной скоростью полимерного покрытия. Особенно актуален этот аспект для фторсодержащих полимерных покрытий, так как синтез политетрафторэтилена (как и его аналогов) требует тщательного соблюдения и строгого контролирования всех параметров синтеза [11]. Анализ структуры покрытий, формируемых на различных подложках, свидетельствует о наличии крупных фрагментов, которые не могут быть образованы в результате реполимеризации газообразных продуктов деструкции [5]. В ряде работ [5; 11] указано, что в процессе концентрированного энергетического воздействия на полимерный полуфабрикат (ПТФЭ) образуются высокодисперсные частицы диспергирования исходного материала. Например, в [5] отмечено, что «… при больших плотностях концентрированного потока энергии, действующего на исходный полимер, возможно образование летучих фрагментов, имеющих высокую молекулярную массу». При термическом воздействии на блоки ПТФЭ наблюдали образование высокодисперсного порошка, « … не в результате повторной полимеризации мономера (тетрафторэтилена), а за счет выноса в газовую фазу и конденсации более крупных обрывков полимерных молекул» [7; 8]. Таким образом, литературные источники свидетельствуют об отсутствии единичных устоявшихся представлений о механизме диспергирования полимерных материалов, прежде всего, политетрафторэтилена, высокоэнергетическими потоками, что затрудняет разработку эффективной технологии получения функциональных материалов на их основе, в том числе тонких покрытий для элементов узлов трения машин, механизмов и технологического оборудования. Методика исследований. Для исследований использовали полимерные термопластичные материалы – политетрафторэтилен марки Ф-4, полиэтилен низкого давления (ПЭНД) и ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ) марки «Форум» в состоянии промышленной поставки. Покрытия на твердых подложках из силикатного стекла, стали 45, меди М-1 формировали по технологиям осаждения из активной газовой фазы продуктов деструкции, изложенной в [5] и ротапринтным методом. Сравнительные исследования проводили с тонкими пленками олигомера марки Ф-1 («Фолеокс»), полученными окунанием подложки в 2 % раствор во фреоне. Анализ состава пленок проводили с использованием ИК-спектроскопии, ДТА и атомной силовой микроскопии с применением общепринятых методик. Результаты и обсуждение. Анализ фазовой структуры и морфологии пленок, полученных при высокоэнергетическом воздействии на полимерный полуфабрикат, свидетельствует об их специфическом строении (рис. 1). Пленки на твердой подложке (кристалл кремния, резина, сталь 45) включают характерные фрагменты неправильной геометрической формы как при использовании одного полимерного компонента

(ПТФЭ), так и их механических смесей (ПТФЭ+ПУ). Подобное строение имеет слои, сформированные из активной газовой фазы на поверхности углеграфитовых волокон [12].

а б в г Рис. 1. Характерный вид тонкопленочного покрытия из политетрафторэтилена (а) и композиционных материалов «политетрафторэтилен-полиуретан» при соотношении 1:2 (б), 1:1 (в), 2:1 (г) на монокристалле кремния (а) и резиновой подложке (б-г). Данные работы [5] Характерным отличием тонкопленочных покрытий, полученных электроннолучевым диспергированием и термическим вакуумным напылением производных циклических полиолефинов – полициклогексадиена (ПЦГД), сополимера стирола с циклогексадиеном (СЦГД), согласно [10] является наличие капельной фазы, образованной отвердевшими частицами расплава исходного порошка олигомера (рис.2).

а б Рис. 2. Морфология пленок политетрафторэтилена (ПТФЭ) (а) и сополимера стирола с циклогексадиеном (СЦГД) (б), полученных в сверхкритическом СО2 (а) и электронно-лучевым диспергированием (б); а – данные работы [13], б – данные работы [10] Ротапринтные пленки, сформированные из частиц ультрадисперсного политетрафторэтилена на подложке из стали 45 или силикатного стекла включают фрагменты неправильной геометрической формы с размером до 1-3 мкм (рис. 3).

Рис. 3. Структура ротапринтных пленок на основе политетрафторэтилена на поверхности слюды (а) и силикатного стекла (б, в, г) исходных (а, б) и термообработанных при 393 К (в) и 523 К (г); а – данные работы [7]. Поле сканирования 25×25 мкм

Строение и состав пленок, полученных с использованием концентрированных энергетических потоков в различных технологических установках, практически идентичны строению и составу использованных полимерных и олигомерных полуфабрикатов. В ИК-спектрах пленок, полученных диспергированием ПТФЭ, СЦГД, ПЭНД и др. высокомолекулярных компонентов, отмечены несущественные отличия, свидетельствующие об отсутствии глубоких превращений по механизмам радикальных реакций, характерных при взаимодействии активных фрагментов механо-, термодеструкции при диспергировании, смешении, вальцевании и др. распространенных технологических процессах (рис. 4). Необходимо отметить, что некоторые превращения в структуре и составе пленок, наблюдаемые в ИК-спектрах, обусловлены процессами окисления, дегидрирования, дебромирования и др. процессами, как правило, сопутствующими разрушению макрообразцов при различных видах технологического воздействия на полимерный полуфабрикат, однако вклад этих превращений незначителен.

1500

3500 1000

3000 500

2500

2000

Рис. 4. ИК-спектры политетрафторэтилена (ПТФЭ) (а), продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена (УПТФЭ) (а), ЭЛД-пленок сополимера стирола ОСЦГД (б, 1), сополимера стирола ОСЦГД и политетрафторэтилена в соотношении 1:1 (б, 2); а – данные работы [7], б – данные работы [10] Отмеченные общие признаки пленочных структур, полученных с применением энергетических потоков различных видов (тепловых, электронных, лазерных и т. п.) свидетельствуют о существовании превалирующего механизма формирования во всех рассмотренных технологиях. Наиболее вероятным механизмом диспергирования полимерных полуфабрикатов под действием высокоэнергетических потоков является разрушение поверхностных слоев образцов по наиболее напряженным областям с образованием фрагментов неправильной формы и молекулярной массой, аналогичной массе исходного полимера. Движущей силой процесса диспергирования служат низкомолекулярные продукты деструкции полимерных макромолекул, образующиеся в приповерхностном слое образца, содержащем дефекты структуры различного строения, обусловленные технологией синтеза и изготовления полуфабрикатов, используемых в качестве сырьевых источников для получения пленок на различных подложках.

Экспериментальным подтверждением выдвинутого механизма диспергирования является характерная топография поверхности полимерных полуфабрикатов, подвергнутых высокоэнергетическому воздействию различной природы и интенсивности (рис. 5).

×3000 в

×2000 ×720 ×1000 г д е Рис. 5. Топография поверхностного слоя образца политетрафторэтилена (ПТФЭ) исходного (а), термообработанного при 673 К (б), после обработки потоком ионов кислорода (г), аргона (д), азота (д, е); а, б – данные работы [7]; в, г, д, е – данные работы [5] Образующиеся в процессе диспергирования низкомолекулярные и олигомерные продукты деструкции различной молекулярной массы при сочетании определенных термодинамических условий (температуры, давления, количества и активности центров полимеризации на подложках и т. п.) способны к процессам реполимеризации и конденсации. Для политетрафторэтилена наиболее характерные продукты имеют массу от 106,5 (CF3) до 462,4 (C6F11) [7]. Поэтому формирующаяся на твердой подложке пленка является полимер-олигомерным продуктом, в котором соотношение полимерной и олигомерной фаз зависит от технологических режимов проведения процесса. Важным обстоятельством, способствующим реполимеризации низкомолекулярных и олигомерных продуктов деструкции, является наличие остаточных количеств катализаторов в исходном полуфабрикате, а также активных центров различного строения в поверхностных слоях подложек. Вместе с тем, ранее отмеченные особенности полимеризации мономеров, в частности, условия полимеризации тетрафторэтилена, позволяют предположить, что вклад этих процессов в образование пленочных структур высокоэнергетическим воздействиям незначителен, а присутствующие в составе пленок олигомерные фракции, очевидно, являются результатом конденсации, а не реполимеризации продуктов деструкции. Подтверждением предложенному механизму диспергирования полимерных полуфабрикатов высокоэнергетическими потоками является состав и структура продуктов термогазодинамического синтеза (ТГД-синтеза) политетрафторэтилена, называемых ультрадисперсным политетрафторэтиленом (УПТФЭ). О полифрикционном составе частиц УПТФЭ свидетельствуют результаты ДТА (рис. 6), ИК-спектроскопии и АСМ (рис. 3). Наличие эндоэффектов при температурах 333-475 К обусловлено процессами плавления и сублимации полимерных фракций различной молекулярной массы, которые при термическом воздействии удаляются с поверхности

покрытия и выявляют фрагменты полимерных термически устойчивых фракций (рис. 3). В пользу предложенного механизма деструкции политетрафторэтилена под действием высокоэнергетических потоков свидетельствует строение высокодисперсных частиц УПТФЭ, представляющих собой нанофазные структуры, состоящие из полимерного ядра и олигомерного окружения, полученных по разработанным промышленным технологиям [7].

Рис. 6. Кривые ДТА различных термогазодинамического синтеза «Форум»

проб

промышленных

продуктов

Таким образом, общим механизмом диспергирования полимерных полуфабрикатов концентрированными потоками энергии является образование высокодисперсных (в т. ч. наноразмерных) полимерных частиц вследствие разрушения блока газообразными низкомолекулярными и олигомерными продуктами. При осаждении продуктов диспергирования на твердых подложках различного состава и строения формируется нанофазное композиционное покрытие, структура которого определяется технологическими режимами проведения процесса. Изменяя параметры энергетического воздействия, можно регулировать состав и полимерную массу продуктов диспергирования в соответствии с функциональным назначением формируемого тонкопленочного покрытия. Подобие механизмов диспергирования обусловливает подобие фазового состава, строения и структуры получаемых продуктов в виде тонкопленочных покрытий, порошков, модифицированных изделий и компонентов, применяемых в технологии полимерных материалов и в триботехнике [5, 11]. Заключение. Общим механизмом диспергирования полимерных полуфабрикатов концентрированными потоками энергии является образование смеси дисперсных полимерных и олигомерных частиц в результате разрушения блока газообразными продуктами деструкции макромолекулы. Состав полимер-олигомерной смеси и соотношение фракций различной молекулярной массы зависят от технологических режимов проведения процесса, изменяя которые можно получить преимущественно низкомолекулярные, олигомерные или полимерные продукты для различного функционального назначения – для нанесения покрытий, аппретирующих, в т. ч. гидрофобизирующих составов, модифицирования наполнителей композиционных материалов.

Список литературы: 1. Струк, В.А. Трибохимическая концепция создания антифрикционных материалов на основе многотоннажно выпускаемых полимерных связующих. Дис. … д-ра техн. наук: 05.02.01./ В.А. Струк. – Гомель, 1988. – 240 с. 2. Гольдаде, В.А. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем / В.А. Гольдаде, В.А. Струк, С.С. Песецкий. – М.: Химия, 1993. – 240 с. 3. Рогачев, А.В. Морфология покрытий политетрафторэтилена, формируемых из активной газовой фазы, и ее изменения после термообработки / А.В. Рогачев [и др.] // Журнал прикладной химии, 2006. – Е. 79. - № 7. – С. 1217-1219. 4. Красовский, А.М. Получение тонких пленок распылением полимеров в вакууме / А.М. Красовский, Е.М. Толстопятов. – Минск: Наука и техника, 1986. – 180 с. 5. Нанокомпозиционные машиностроительные материалы: опыт разработки и применение / С.В. Авдейчик [и др.]; под ред. В.А. Струка. – Гродно, 2006. – 403 с. 6. Овчинников, Е.В. Тонкие пленки фторсодержащих олигомеров / Е.В. Овчинников, В.А. Струк, В.А. Губанов. – Гродно, ГГАУ, 2007. – 326 с. 7. Бузник, В.М. Металлополимерные нанокомпозиты (получение, свойства, применение) / В.М. Бузник [и др.]. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. – 260 с. 8. Бузник, В.М. Диспергирование политетрафторэтилена для рационального использование материала / В.М. Бузник, А.К. Цветников, Л.А. Матвеенко // Химия в интересах устойчивого развития. − 1996. − № 4. – С. 489-495. 9. Толстопятов, Е.М. Анализ электрофизических процессов при нанесении тонких пленок электроннолучевой абляцией полимеров / Е.М. Толстопятов // Материалы. Технологии. Инструмент. − 2008. – Т. 13, № 4. – С. 67-76. 10. Чапланова, Ж.Д. Формирование тонкопленочных покрытий из активной газовой фазы циклических полиолефинов / Ж.Д. Чапланова [и др.] // Материалы. Технологии. Инструмент. − 2008. – Т. 13, № 3. – С. 61-66. 11. Коробов, М.С. Наночастицы на поверхности ультрадисперсного политетрафторэтилена. Дис. … канд. хим. наук: 02.00.01 – неорганическая химия. / М.С. Коробов // – М.: 2004. – 165 с. 12. Гракович, П.Н. Применение фторопластового композита Флувис в поршневых компрессорах /П.Н. Гракович и [др.]. // Материалы. Технологии. Инструмент. − 2005. − № 3. – С. 33-36. 13. Никитин, Л.Н. Сверхкритический диоксид углерода как активная среда для химических процессов с участием фторполимеров / Л.Н. Никитин [и др.] // Рос. хим. ж., 2008. – Т. LII, № 3. – С. 56-65. 14. Назаров, В.Г. Фторированные резины с улучшенными триботехническими свойствами / В.Г. Назаров, В.П. Столяров, В.А. Баранов, Л.А. Евлампиева // Рос. хим. ж., 2008. – Т. LII, № 3. – С. 45-55. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ С ПОДВЕСНОЙ ЛЕНТОЙ Рытов М.Ю., Казаков Ю.М., Ерохин Д.В. (БГТУ, г. Брянск, Российская Федерация) In article the approach to creation of the automated system of parametrical designing of essentially new, highly effective and economic kind of industrial transport – tape conveyors with a pendant tape is considered. Экономическая эффективность современного машиностроительного предприятия во многом определяется конкурентоспособностью, которая достигается за счет всемерного сокращения сроков и стоимости технической подготовки производства и качественного совершенствования разрабатываемых проектов. Очевидно, что решение этих проблем в значительной мере связано с применением систем

автоматизированного проектирования в процессе технической подготовки производства. Использование универсальных систем для автоматизации проектирования является одним из наиболее распространенных путей совершенствования технической подготовки производства, но не единственным. Однако, в дальнейшем в целях их более широкого использования, они развивались в сторону большей универсальности, при этом их При этом основное достоинство систем заключаетсяь в эффективности процесса проектирования конкретных узко-специальных объектов. Выходом из сложившегося положения является применение автоматизированных объектно - ориентированных систем проектирования, представляющих собой САD - системы, адаптированные к конкретной предметной области с помощью программно-методических модулей. При использовании таких систем инженерная деятельность претерпевает качественные изменения: специалист вводит в систему проектирования данные технического задания и наблюдает за процессом генерации проекта, принимая принципиальные решения путем их выбора из вариантов, предлагаемых компьютером. В работе был рассмотрен подобный подход к автоматизации проектирования принципиально нового вида промышленного транспорта – ленточных конвейеров с подвесной лентой различного назначения, исполнения и типоразмеров, которые фактически являются гибридом обычного типового роликого конвейера и рельсового транспорта. Подобные конвейеры можно разделить на три типа: горизонтальные, слабонаклонные и горизонтально-наклонные. Однако в зависимости от заказа, любой из трех видов конвейеров может иметь длину от нескольких до сотен метров и различную ширину ленты. Поэтому основной проблемой, возникающей при постоянной сменяемости типоразмеров объектов проектирования, является минимизация трудоемкости проектирования, конструкторской подготовки методами автоматизированного проектирования. Как показал анализ, при проектировании ленточных конвейеров с подвесной лентой с помощью современных САПР наиболее эффективными являются методы автоматизации проектирования, принадлежащие к классу типового вариантного проектирования. Существующие системы автоматизированного проектирования конвейеров не дают возможности автоматически получать конструкторские чертежи проектируемого конвейера в результате своей работы, а лишь реализуют алгоритм, который представляет собой автоматизированный расчет ленточного конвейера. Целью такого расчета является выбор ширины ленты, тяговый расчет и определение мощности привода, выбор конвейерной ленты по критерию прочности. Был предложен подход к созданию автоматизированной системы проектирования ленточных конвейеров с подвесной лентой на основе параметризации, которая в последние года достаточно широко используется при выполнении проектноконструкторских работ в машиностроении. Под параметризацией в этом случае понимается многократное использование конструкторского чертежа изделия с возможностью изменения его основных параметров. При изменении основных параметров автоматически происходит изменение всех связанных с ним математическими или логическими выражениями остальных параметров чертежа. За основу берётся уже существующий проект и производится его корректировка — вводятся новые элементы, изменяются размеры, какие-то части изделия заменяются.

Эта процедура была реализована в системе параметрического проектирования TFLEX CAD, которая была выбрана в качестве базы для разработки автоматизированной системы параметрического проектирования ленточных конвейеров с подвесной лентой. Исходя из особенностей конструкции конвейера с подвесной лентой автоматизированная система для его проектирования должна обеспечивать: 1. Все виды расчетов (геометрический, проверочный и тяговый) конструкций всех трех типов конвейеров. 2. Получение комплекта конструкторской документации на проектируемый тип конвейера, которая включает чертеж общего вида, чертежи сборочных единиц, спецификации и деталировочные чертежи. 3. Технико-экономическую оценку спроектированного варианта конструкции конвейера с подвесной лентой на основе расчета массы ленточного конвейера. 4. Хранение ранее спроектированных вариантов конструкций и возможность их редактирования. Одним из главных требований к разрабатываемой системе было определение условия, обеспечивающее в автоматизированном режиме при изменении исходных данных на проектирование получение комплекта конструкторской документации, включающей чертеж общего вида, спецификации, сборочные и деталировочные чертежи. Общая структурно - функциональная схема автоматизированной системы, представлена в виде совокупности расчетных, проектных модулей и различных видов информационных ресурсов, обеспечивающих эти виды процедур. Модуль выбора конструктивной схемы. С помощью этого модуля в соответствии с типом трассы конвейера, заданным в техническом задании на проектирование, выбираются допустимые варианты схем конвейера с подвесной лентой трех типов - горизонтального, слабонаклонного или горизонтально – наклонного. Каждый из допустимых вариантов схемы конвейера сопровождается описанием области применения и характеристикой транспортируемого груза. Помимо этого, представлены интервалы возможной производительности и длины, а также максимальный угол наклона конвейера выбранного типа. Модуль ввода исходных данных для расчета. Этот модуль предназначен для формирования исходной информации на проектирование конвейера. В качестве исходных данных на проектирование конвейера с подвесной лентой рассматриваются схема трассы, длина и характерные точки на схеме трассы ленточного конвейера, плановая производительность, скорость транспортирования, характеристика транспортируемого груза, наименование груза, шаг расстановки подвесок, масса одной подвески, массы вращающихся частей барабана, температура окружающей среды и частота вращения ротора электродвигателя . Модуль расчета конструктивных элементов конвейера. Этот модуль обеспечивает все виды расчетов (геометрический, тяговый и проверочный) выбранной схемы конвейера. Он сформирован на основе алгоритма расчета ленточного конвейера и включает базы данных цилиндрических редукторов, электродвигателей, барабанов конвейерных станций и типов резинотканевых лент. Информация баз данных, входящих в состав модуля, используется при формировании результатов расчетов, т.е. программа сопоставляет полученные значения с типовыми рядами, заложенными в базе данных, и выводит согласованные со стандартизованными значения рассчитанных параметров.

После завершения работы модуля предоставляется возможность просмотреть полученные результаты. В том случае, если результаты полностью удовлетворяют требованиям пользователя, происходит их экспорт в файл параметров (рис.1).

Рис. 1. Просмотр результатов расчета Модуль документирования. Модуль предназначен для обеспечения работы пользователя с комплектами конструкторской документации, разрабатываемыми с помощью автоматизированной системы параметрического проектирования конвейеров с подвесной лентой. Данный модуль позволяет создать новый комплект документации и сохранить его после окончания работы в отдельном каталоге-архиве конструкторской документации. Кроме того, модуль документирования дает возможность выполнять редактирование, переименование и удаление комплектов конструкторской документации, хранящейся в архиве. Модуль построения параметрической модели элементов конвейера. Модуль разработан с использованием средств системы T-FLEX CAD и включает формирование параметрических чертежей деталей, сборочных узлов, чертежа общего вида конвейера с подвесной лентой, моделей в виде стандартных и оригинальных деталей, а также необходимых спецификации. Основными параметрами, используемыми при пересчете модели общего вида конвейера, являются диаметр барабана и ширина ленты конвейера. Эти параметры импортируются из модуля расчета конструктивных элементов конвейера. Параметры, принимаемые конструктивно, задаются пользователем в редакторе переменных модели общего вида конвейера. К таким параметрам относятся: диаметры резьбы на крепежных элементах M; номер швеллера стоек конвейера Num; число стоек конвейера Nst; число стоек в секции N; длина секции става Ln; параметры уголка опоры Num_ugol; 95

диаметр трубы направляющей Dtr; толщина листовых элементов H1; толщина ленты Hl; ширина крепежных пазов B; параметры подшипников Bp; количество роликовых подвесок n_rol. Модуль укрупненной оценки технико-экономических показателей конвейера. Данный модуль позволяет оценить затраты и основные техникоэкономические показатели принятой конструкции конвейера. Модуль получения деталировочных чертежей и спецификаций. Данный модуль предназначен для получения полного комплекта конструкторской документации на проектируемый конвейер, кроме того, он позволяет, в случае необходимости, получить отдельные чертежи элементов конструкции конвейера. Все названные модули, за исключением модуля построения параметрической модели конвейера, разработаны в среде объектно-ориентированного программирования Delphi. Разработанная автоматизированная система параметрического проектирования ленточных конвейеров с подвесной лентой дает возможность получать конструкторскую документацию на типовые конструкции, в которых при проектировании структура не меняется. Но наряду с этим в системе предусмотрена возможность внесения изменений в конструкцию типового изделия, на основе которой построена параметрическая модель. Эти изменения могут касаться как изменения конструкции деталей и узлов, входящих в сборку, так и изменения её структуры – добавления или удаления деталей-фрагментов, входящих в сборочный чертеж. Для этого в автоматизированной системе параметрического проектирования предусмотрены модули, обеспечивающие наладку системы под новый вариант конструкции. Кроме того, в автоматизированной системе параметрического проектирования ленточных конвейеров с подвесной лентой заложена возможность редактирования существующих и создания новых параметрических моделей конструкций изделий. На основе новых параметрических моделей возможно осуществить процесс проектирования нового изделия. Алгоритмы, заложенные в модули документооборота, описания сборочных чертежей, укрупненной технико-экономической оценки и получения деталировки, являются универсальными. Таким образом, предложенный подход создания систем автоматизированного проектирования на основе развития существующих промышленных систем и интеграции их с разработанными проектирующими модулями может быть использован при автоматизации проектирования различных видов изделий машиностроительного профиля. ПОВЫШЕНИЕ ДОСТУПА К БАЗАМ ДАННЫХ МАШИНОСТОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Самировски Ежи Тадеушович (Политехника Светокшиска. г. Кельце. Польша) Содержание. Поскольку внутренние инструменты системы управления базами данных (СУБД) не отвечают всем требованиям поиска в распределенных базам данных машиностроительного производства, создана инвариантная поисковая машина (ИПМ) как средство улучшения доступа. В статьии представлены предпосылки сщздания ИПМ и пример ей примериерия. 1. Классификация систем управления базами двнных

Технология функционирования системы управления базами данных (СУБД) включает процессы сбора информации от ее источников, передачи в узлы (звенья) системы, обработки по заданным алгоритмам и выдачи пользователям в соответствии с их запросами (заявками). Класифилация моделей СУБД приведена на рис. 1 Реляционных систем управления базами данных, Если рассматривать СУБД систем автоматизации с точки зрения моделей организации данных (рис.1.), то на сегодняшний день наибольшее распространение среди СУБД получила концепция реляционных систем управления базами данных, т.е. баз данных, в которых данные подчинены строгой иерархической структуре, связке (реляции)[66]. Реляционное представление (или модель) данных, обладает некоторыми неоспоримыми преимуществами[91].: • предоставляет средства описания данных на основе только их естественной структуры, • образует надежную основу для решения проблем порождаемости, избыточности и согласованности отношений. • дает возможность более четко оценить область действия и логические ограничения существующих систем форматированных данных, а также сравнить достоинства (с логической точки зрения) разных представлений данных в одной системе. В качестве унифицированного языкового средства доступа к реляционным базам данных используется язык Structure Query Language (SQL). Реляционный подход имеет широкое применение среди разработчиков CAD/CAMсистем, поскольку удовлетворяет многим требованиям их полнофункционального информационного обеспечения. Особенно четко эта тенденция просматривается в СУБД, содержащих информацию о параметрах режущего инструмента, мерительном и вспомогательном инструменте, складских СУБД и др. Объектноориентированные базы данных Наряду с реляционной моделью, развиваются принципы объектноРис.1. Класификация моделей СУБД. ориентированного подхода к

разработке СУБД Эти продукты зарекомендовали себя в ряде важных областей, таких как промышленность программного обеспечения, телекоммуникации, мультимедиа, управляющие информационные системы, а также CAD/CAM. Несмотря на наличие ряда проблем, в том числе, трудностей со стандартизацией, ООСУБД имеют широкие перспективы развития и могут успешно применяться для решения многих проблем информационного обеспечения систем автоматизации. Примером такой системы является российская разработка КОМПАС-5 [3], имеющая в своем арсенале CADподсистему. Объектно-реляционные базы данных Объекто-реляционный подход к созданию систем управления базами данных позволяет обеспечить наиболее оптимальное сочетание двух рассмотренных выше способов организации данных, используя реляционную парадигму представления данных и расширяя ее объектными технологиями. Зволюционный подход к расширению языка SQL-3 заложил основу для развития реляционных платформ баз данных в направлении объектно-реляционной модели СУБД. Такой подход применим и для СУБД в CAD/CAM/CAE/CIM-системах, поскольку он обогащает их новыми структурными и функциональными возможностями. 2. Анализ программных средств повышения эффективности доступа к базам данных распределенного машиностроительного производства Для выбора наиболее оптимального стандарта SQL для реализации доступа в CAD/CAM системах необходимо рассмотреть наиболее типичные программные продукты в области СУБД, и, в первую очередь, – реляционных систем баз данных как самой распространенной платформы для СУБД в CAD/CAM системах. Все стандарты SQL для дифференцированного подхода к стандартизации SQL-диалектов явно определяют три уровня соответствия программных продуктов спецификациям стандарта: 1. Entry (Low) – начальный; 2. Intermediate - промежуточный; 3. Full – полный. Учитывая это, проведен сравнительный анализ нескольких известных платформ СУБД. Наиболее оптимальным стандартом SQL для применения в CAD/CAM системмах является ANSI SQL/92. Несмотря на поддержку большинством производителей СУБД стандарта SQL, существует проблема масштабирования данных между базами данных. Она имеет комплексный характер и обусловлена рядом следующих факторов. Во - первых, на масштабировании данных сказываются особенности конкретных инструментальных сред для проектирования и создание SQL-серверов, такие, как спецификация (класс) сервера и платформа, на которую он ориентирован, Во - вторых, важную роль в переносимости данных с одной платформы на другую играет соответствие SQL-диалекта того или иного сервера стандарту SQL ANSI. Наконец, в-третьих, на масштабируемость данных влияют некоторые особенности конкретной платформы, не связанные напрямую с ее SQL-диалектом такие как: 1. Поддержка кодовой страницы страны пользователя. 2. Организация индексирования и реиндексирования таблиц 3. Организация доступа к данным, перенесенным из другой базы, возможна ситуация, при которой некоторые средства создания SQL-серверов не имеют необходимого разработчику драйвера для подключения и управления данными другого формата.

4.Наличие механизмов, позволяющих организовать связь баз данных на сервере и программных клиентских модулей - не все SQL-сервера совместимы с инструментальными средствами создания клиентских частей клиент/серверных структур, Таким образом, для комплексного решения проблемы масштабирования, необходим программный продукт, способный, с одной стороны, снять несоответствия стандартов SQL-серверов, а с другой - имеющий в своем активе инструментарий для организации связи в клиент/серверные системах. В качестве таких средств используют разные программные продукты и технологии, в том числе: Open Database Connectivity (ODBC) Objects Linked and Embedded DataBase (OLE DB). Поскольку требования унификации доступа, надежности, ориентированности на работу прежде всего с реляционными локальными и глобальными СУБД являются критичными для CAD/CAM систем, при выборе между этими технологиями ориентация в первую очередь на ODBC является предпочтительной. 3 . Поисковая машина как инвариантное средство повышения доступа к базам данных технологическиь процессов машиностроительного производства. Под инвариантной поисковой машиной (ИПМ) понимается программнотехнологическое решение, обладающее большой степенью инвариантности по отношению к форматам используемых баз данных и позволяющие обеспечить пользователю удобный интерфейс составления запроса, поиска и представления искомой информации. В понятие “инвариантность” поисковой машины вкладывается, с одной стороны, прозрачность для пользователя функционирования поисковых механизмов ИПМ, а с другой – изначальная ориентация программы на широкое использование в качестве встраиваемого компонента в проектируемые и готовые системы для использования, в том числе, и в неявном режиме. ИПМ рассматривается как средство приоритетного эффективного поиска в машиностроительных базах данных. Примером является поиск режущего инструмента по заданным геометрическим и прочностным характеристикам, необходимого для постановки изделия в опытное производство. На основе рассмотренных выше результатов анализа структур и моделей представления данных, а также учитывая языковые средства доступа к БД при разработке ИПМ соблюдались следующие принципиальные требования: 1. Разрабатываемая ИПМ должна обеспечивать совместимость с существующими промышленными СУБД в области форматов и стандартов представления данных и поддерживать возможность поиска информации по запросу как на локальной машине, так и на серверах в компьютерной сети предприятия. По этой причине ИПМ должна ориентироваться на реляционную модель баз данных, поддерживать язык запросов SQL 92, а также включать в свою структуру механизм BDE для физического подключения к разнородным базам данных. 2. Структура ИПМ должна предусматривать механизмы гибкой настройки поиска, такие как поиск некоторых параметров по определенному пользователем значению, стандартным значениям и по заданному диапазону. 3. Поисковые алгоритмы ИПМ должны быть ориентированы на максимальную рационализацию приоритетов поиска в обозначенном пространстве информационных узлов предприятия, ориентируясь как на внутренние программные механизмы, так и на явные конфигурационные указания конечного пользователя. Интерфейс ИПМ должен быть полнофункциональным, законченным, эргономичным и интуитивно понятным. Укрупненная структура ИПМ представленна на рис. 2.

4. Практическое применение инвариантной поисковой машины на этапе технологической подготовки опытного производства . Для предметного рассмотрения применения виртуальной поисковой машины на этапе технологической подготовки производства в цехе и принципов функционирования ИПМ в условиях распределенности информационных источников обратимся к схеме ее функционирования (рис.3). Механизм работы ИПМ в этой структуре следующий: 1. Принятие запроса от пользователя. 2. Определение маршрута выполнения поиска на основе файла конфигурации и динамической оптимизации. 3. Выбор и подключение BDE-драйвера первой базы данных в маршруте. 4. Поиск инструмента по заданным параметрам (или диапазону параметров). 5. В случае неудачи с 1-ой базой данных, поиск повторяется по всем оставшимся источника 6. В случае удачи, система выводит данные о найденном инструменте и предлагает забронировать его для станка и цеха. 7. Если инструмент не найден, ИПМ позволяет заказать инструмент на изготовление в том же окне результатов поиска. В качестве узлов поиска могут выступать: 1. Локальная цеховая база данных по инструменту, имеющемуся в распоряжении цеха 2. Общезаводская складская база данных, права на доступ к которой имеет технолог цеха. 3. Распределенная информационная среда по режущему инструменту завода со многими узлами поиска в цехах.

Рис. 2. Укрупненная структура ИПМ. 100

Среди практических аспектов применения ИПМ следует отметить следующее: 1. В случае необходимости структура ее функционирования может быть динамически изменена: 2. Для нескольких рабочих мест, оснащенных ИПМ (например, 2 цеха механообработки) возможно совместное использование узлов поиска (например, заводские складские сервера).

Рис.3. Применение ИПМ на производстве на этапе технологической подготовки производства на цеховом уровне. Список литературы: 1. Hector Garcia –Molina, Jeffrey D.Ullman, Jennifer Widom. Systemy baz danych. Pełny wykład. WNT.Warszawa. 2006. 2. Гречишников В.А., Маслов А.Р., Ю.М.Соломенцев, А.Г. Схиртладзе. Инструментальное обеспечение аитоматизрованного производства. М.: Станкин 2000. 3. Митин С.В. Тарасов А.Н. КОМПАС –К3 – для Windows: еще одна ступенька вверх. САПР и графика. №11 -М.: КомпьютерПресс 1998. – 26с. 4. Вайсберг А.В. Концепции применения объектноориентированных баз данных // Доклады международной конференции «Информационные средства и технологии» 20-22 октября 1998 г., том 2. – М.: Станкин. – с. 127 – 132. 5. Водянников Д.В., Ковшов Е.Е. Универсальные поисковые системы для эффективной работы с гетерогенными данными. Технология транспортных и строительных систем. Сборник тезисов выступлений научно-практической конференции. –Пенза 1998, - 20 с.

101

ВЛИЯНИЕ СОТС НА СИЛЫ РЕЗАНИЯ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ Сахби Зантур., Богуславский В.А., Демин В.П. (ДонНТУ, Донецк, Украина) The application of the cutting fluid at processing of different stuffs by cutting usually changes nature of processes descending in a cutting zone. These changes concern not only condition of surface layer, but also value of components of force of cutting. It specially is well visible at processing of special stuffs, that is resulted in the present activity. Механические свойства обрабатываемого материала оказывают влияние на составляющие силы резания в зависимости от объема деформированного материала и образования стружки. Увеличение прочности и твердости обрабатываемого материала увеличивает угол скольжения θ, что уменьшает усадку стружки KL. Вследствие этого сокращается работа деформации материала и образования стружки, а, значит и составляющие силы резания. С другой стороны, увеличение прочности и твердости увеличивает напряжения в плоскости скольжения, и вызывает увеличение работы на деформацию металла и на образование стружки, а также увеличивает силы резания. Поэтому увеличение прочности и твердости обрабатываемого материала может вызвать как увеличение так и уменьшение составляющих сил Pz, Py и Px. Если с увеличением прочности материала усадка стружки KL уменьшается незначительно, то силы Pz, Py и Px существенно увеличиваются. Если увеличение прочности сопровождается значительным уменьшением усадки стружки KL, то силы Pz, Py и Px уменьшаются. При этом, характеристика механической прочности обрабатываемого материала различного химического состава не может всегда служить объективным параметром оценки сил резания. Влияние смазочно-охлаждающих жидкостей на составляющие силы резания связано с уменьшением среднего коэффициента трения и силы трения на рабочих поверхностях инструмента. Вследствие улучшения условий образования стружки, составляющие силы резания должны уменьшаться при применении смазочноохлаждающих жидкостей. При этом, горизонтальные составляющие сокращаются больше. Жидкости, обладающие поверхностно-активными свойствами, эффективнее уменьшают коэффициент трения и поэтому более эффективные для процесса обработки резанием. Применение поверхностно-активных жидкостей больше уменьшает силу РZ . Эффективность применения поверхностно-активных жидкостей уменьшается при увеличении подачи и скорости резания. При увеличении подачи увеличиваются нормальные напряжения контакта, которые вызывают местные разрывы смазочного слоя и возникновение участков сухого трения между рабочими поверхностями инструмента и стружкой. При толщине срезаемого слоя до 0,04 мм активный керосин уменьшает силу Pz на 40% по сравнению с работой на сухо. Но при увеличении толщины срезаемого слоя до 0,2 мм величина силы Pz уменьшается всего на 15%. При увеличении скорости резания затрудняется проникновение жидкости в зону контакта трущихся элементов (рабочие поверхности инструмента и стружки) и значительно возрастает температура резания, которая вызывает разрушение образованной смазочной пленки. Вот почему, увеличение скорости резания уменьшает эффективность СОЖ. [1]. Как показывают эксперименты, при обработке труднообрабатываемых материалов зависимость составляющих силы резания от режимов резания имеет тот же

102

характер, что и при обработке обычных сталей (например сталь 45). Однако значения этих сил – более высокие (см. рис. 1 и 2).

Рис.1. Влияние различных СОТС на составляющие силы резания при токарной обработке стали ЭИ-654 твердосплавным инструментом BK8 (S=0,1мм/об ; t=1мм; γ=150; φ=450).

Рис. 2. Влияние различных СОТС на составляющие силы резания при токарной обработке жаропрочного сплава на основе никеля ЭП-487 твердосплавным инструментом BK8 (S=0,1мм/об ; t=1мм; γ=150; φ=450).

Таким образом, при обработке жаропрочной стали, тангенциальная составляющая силы резания Pz примерно в 1,5 раза имеет большее значение, чем при обработке стали 45, а при обработке жаропрочного сплава на основе никеля – в 2 раза больше чем при обработке стали 45. Как видно из графиков рис. 1 и 2 различные смазочно-охлаждающие жидкости практически не влияют на величину составляющих силы резания при обработке резанием труднообрабатываемых материалов. На рис. 3 …6 приведены кривые зависимости шероховатость обработанной поверхности от скорости, подачи и глубины резания при обработке различных материалов. При точении жаропрочной стали ЭИ654, жаропрочного сплава на никелевой основе ЭИ487 и титанового сплава ОТ4- изменения скорости резания почти не сказываются на изменении шероховатости поверхности. Полученные отдельные выпады являются результатом рассеивания опытных точек. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей иногда уменьшает высоту микронеровностей обработанной поверхности нержавеющих и жаропрочных сталей в зоне низких скоростей резания и сдвигает вправо ниспадающую часть кривой H=f(V)

103

что объясняется снижением температуры резания и связанное с этим смещение области наростообразования.

Рис.3. Зависимость шероховатости поверхности от Рис.4. Зависимость шероховатости подачи при точении сплава ЭП487 резцами ВК8 поверхности от подачи при точении стали ЭИ654 резцами ВК8

Зависимость шерохоРис.5. Зависимость шероховатости поверхности от Рис.6. скорости резания при точении стали ЭИ654 ватости поверхности от подачи при точении сплава ОТ-4 резцами резцами ВК8 ВК8 Зависимость шероховатости поверхности от подачи и глубины резания при обработке нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов такая же, как и при обработке обычных сталей. В процессе работы было проведено большое количество экспериментов по установлению влияния новых смазочно-охлаждающих жидкостей - эмульсий НГЛ-2О5 и СДМ'у - на шероховатость обработанной поверхности и величины сил резания. Однако, сколько-нибудь значительного преимущества этих жидкостей перед эмульсией Э-2 выявить не удалось. Список литературы: 1. Латышев В.Н. Исследование физических сторон действия смазочно-охлаждающих жидкостей в процессе резания различных металлов / борник: Вопросы применения СОЖ при резании металлов. Иваново 1965 – 109с./. 2. Режимы резания труднообрабатываемых материалов. Справочник. Гурьевич Я.Л., Горохов М.В., Захаров В.И. и др. 2-е изд., М. Машиностроение, 1986, 240 с., ил. 3. А. М. Тихонцов, С. И. Чухно, А. Н. Коробочка. Тепловые процессы при механической обработке металлов резанием: 1992. – 288 104

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ Сахно К.Н. (АГТУ, г. Астрахань, Россия) The principles of professional responsibility of each executor and independence of created information bases are put into the creating system of production preparation using software. Shipbuilding as the most complicated and volumetric machine-building production is taken as an example of the system creation. В создаваемой системе подготовки производства с использованием программных средств (ПС) заложены принципы профессиональной ответственности каждого исполнителя и независимости создаваемых информационных баз. В качестве примера рассматривается создание системы в судостроении [1] как наиболее сложном и объемном машиностроительном производстве [2]. В современном судостроении только корпусные работы являются творческим процессом, т.е. совмещают в себе проектирование, изготовление и постройку. Для облегчения этого процесса созданы различные программы на международном уровне. Остальные работы представляют собой сборочные процессы из готовых изделий (монтажные работы). Для выполнения этих работ необходимо иметь эти готовые изделия, которые обеспечиваются на монтаж тремя потоками: 1. Материалы 2. Покупные изделия 3. Изделия, изготовленные на собственном предприятии, вне судна – изделия машиностроительной части (МСЧ). Материалы обеспечиваются отделом материально-технического снабжения (ОМТС), а покупные изделия отделом внешней кооперации (ОВК). По изделиям МСЧ технический отдел готовит необходимую документацию, и разрабатываются технологии. Если предприятие уже существует, то на нем имеются какие-то технологии, оборудование, складские подразделения и персонал. В этом случае ОМТС покупались и привозились материалы, имеются связи; то же самое по ОВК; а также изготавливались изделия МСЧ, т.е. имеется некоторое оборудование в цехах и освоенные технологии. Такая ситуация существует даже если в определенное время на предприятии нет заказов. Длинное вступление сделано для того, чтобы показать, что справочники баз, созданные в ОМТС, ОВК и в группе маршрутных технологий МСЧ не связаны и не зависят от заказов, которые будут строиться в дальнейшем. При введении в компьютеры базы строящегося заказа (монтажной базы), т.е. спецификаций монтажных чертежей, ни ОВК, ни ОМТС, ни бюро МСЧ не участвуют в этой работе самостоятельно. Все их действия со своими справочниками происходят только по необходимости, возникшей при вводе монтажной базы, в связи с тем, что вводимых в монтажную базу изделий или материалов не оказалось в справочниках ОМТС, ОВК или бюро МСЧ. Такая ситуация не означает, что надо обязательно вводить эти изделия и материалы в справочники. Сначала надо определить, нельзя ли обойтись материалами и изделиями, имеющимися в справочниках. Это делается специальной комиссией возглавляемой главным инженером. Таким образом, осуществляется унификация. Введенная таким образом база монтажных чертежей, а также имеющиеся справочники материалов покупных изделий и изделий МСЧ, являются совершенно самостоятельными базами, которые поддерживаются в рабочем состоянии отдельными подразделениями или работниками. Распечатки этих баз не являются документами, по

105

которым проводятся работы на судне или производится заказ материалов и изделий. Однако при таком распределении обязанностей каждый будет заниматься на своем персональном компьютере своим делом, а именно: - конструкторы, работая с проектом, вводят в компьютер спецификации монтажных чертежей, т.е. создают монтажную базу строящегося судна; - работники бюро МСЧ работают с чертежами изделий МСЧ, изготавливаемых на своем предприятии; при этом не важно, имеется ли в обозначении чертежей этого изделия номер какого-то проекта или они являются обезличенными. Вводят в компьютер все входящие чертежи этого изделия, а также материалы, необходимые для его изготовления и определяют маршрут изготовления этого изделия до того момента, когда оно попадет на склад комплектации или на судно. В справочнике МСЧ не должно быть информации о цехе, который будет монтировать это изделие; - работники ОМТС вводят в компьютер данные по различным поставщикам материалов, ценам, минимальным объемам поставки и др. (склады, исполнители); - работники ОВК то же, что и ОМТС. После формирования указанных баз необходимо выпустить ведомости и другие документы по строительству судна или для заказа материалов и комплектующих. В связи с большими объемами и разнопрофильностью работ, проводимых в одних и тех же районах судна, перед строительством разрабатывают графики постройки, как отдельного заказа, так и всей работы предприятия. В результате этих графиков по одному и тому же чертежу могут выполняться работы в разное время постройки и разными монтажными цехами. Работы, указанные графике называется технологическими комплектами (техкомплектами). После выделения в спецификациях монтажных чертежей позиций, относящихся к разным техкомплектам, можно формировать их состав. При этом в разных монтажных чертежах могут оказаться изделия и материалы, необходимые для выполнения работ по одному техкомплекту. Поэтому все строки спецификаций монтажных чертежей должны иметь обозначение принадлежности к конкретному техкомплекту. Получив такую информацию, плановые службы предприятия могут контролировать работу технических служб, ОМТС и ОВК по обеспечению подготовки производства. Теперь рассмотрим, какие ведомости необходимо получить при наличии имеющихся баз. Для выполнения работ на судне кроме монтажного чертежа исполнителю необходимо дать материалы и изделия, т.е. необходима ведомость комплектации, в которой указаны позиции чертежей, наименования, количество и где взять. Другая информация, например: кто поставщик или сколько стали пошло на изготовление кронштейна монтажнику не нужна. Если позиция чертежа, наименование и количество – данные однозначные, то «где взять» - более сложная задача. Номер склада достаточен только для материалов и покупных изделий. Изделия МСЧ изготавливаются в цехах предприятия, значит, эти работы тоже планируются. Причем некоторые детали к изделиям МСЧ изготавливаются в монтажных цехах, т.е. если не спланировать изготовление этих деталей заранее, то невозможно произвести и монтаж изделий, т.к. их просто не изготовят. Чтобы навести порядок в изготовлении изделий МСЧ, выпускают маршрутно-технологические ведомости их изготовления, сгруппированные таким образом, чтобы изделия по ним были изготовлены к конкретному этапу строительства. Для этого в ведомостях комплектации техкомплектов у деталей МСЧ необходимо указать позицию ведомости МСЧ. Формирование ведомостей производится из двух баз. В базе монтажных чертежей из обозначенной группы

106

чертежей выбираются изделия с кодом поставки «3», т.е. изделия МСЧ. Выбираются обозначение чертежа изделия, или наименование и количество, затем одинаковые изделия суммируются. В справочнике изделий МСЧ находится изделие с таким же обозначением; собираются все входящие в него изделия и материалы, и количество этих составных деталей и материалов умножается на количество изделий, выбранных из монтажной базы, и так с каждым изделием. Только после того как будут сформированы все маршрутно-технологические ведомости изделий МСЧ – можно создать ведомость материалов и ведомость покупных изделий на весь заказ. Необходимо отметить еще один момент. Такая организация выпуска документации позволяет и требует выпускать или штамповать документы на конкретный заказ серии. Это дисциплинирует исполнителей, наводит жесткий порядок строительства заказа. При этой системе невозможно откорректировать монтажный чертеж без корректировки ведомостей МСЧ, материалов и покупных изделий. Программа всегда правильно покажет, корректировка каких строк, в каких ведомостях необходима. Если же работы по этим ведомостям уже выполнены, то надо возвратиться к необходимости проведения в монтажном чертеже корректировки, а затем решать вопросы с выдачей новых материалов, покупных изделий и дополнительной трудоемкости, а также судьбу уже сделанных заготовок или изделий. Вернемся к формированию техкомплектов. Для удобства постройки судна предприятие строитель разрабатывает технологический график постройки судна и на его основе группирует работы и под них изделия и материалы. Принципы создания техкомплектов заключаются в том, что перечисленную в них работу можно начать и закончить, не дожидаясь выполнения работ по другим техкомплектам, и после выполнения работы открывается возможность выполнить работы по другим техкомплектам. Перед началом работ подразделение, выполняющее работы, получает необходимые материалы и изделия, а по окончании работ по техкомплекту получает отчет, т.е. оплату труда. Выполнение некоторых техкомплектов надо привязать к платежам заказчика. При такой организации из проектной документации нужны только чертежи с указанием позиций, роль же спецификации играет состав техкомплекта, который формируется на основании монтажной базы. Только организовав такую систему выпуска документации можно приступать к автоматизации системы планирования и учета строительства заказов. Для этого необходимы годовые (квартальные, месячные) графики строительства заказов на предприятии, т.е. не просто технологические графики строительства, а графики, привязанные к конкретному времени: месяцу, кварталу, году. Эти графики формируются по трудоемкости техкомплектов так, чтобы в конкретном временном периоде было запланировано выполнение техкомплектов, дающих максимальную загрузку всех подразделений по специальностям. Выходом этой работы является перечень техкомплектов разных заказов. Имея в памяти компьютеров трудоемкость выполнения каждого техкомплекта, исполнителей, материалы, покупные изделия и изделия МСЧ, можно получить номенклатурный план для каждого подразделения предприятия. Техотделу – какие ведомости и чертежи должны быть откорректированы, и на какие заказы подтверждена годность; ОМТС и ОВК – какие материалы и покупные изделия, в каком количестве и на какие заказы должны быть обеспечены; строителям – какие изделия МСЧ должны быть готовы; производственным подразделениям – какие работы должны быть выполнены, где и в каком количестве взять комплектующие; ОТК (отдел технического контроля) – какие работы и у каких подразделений необходимо будет принять.

107

Далее можно создавать программы контроля выполнения. Проанализировав в конце месяца наличие материалов и изделий на складах и в цехе комплектации, можно не поднимая отчета цехов о выполнении техкомплектов предположить, что часть из них не выполнена. Сравнив их с отчётом ОТК, можно выявить кто не прав, ведь выполнение любого техкомплекта обязательно подтверждается работником ОТК для возможности его оплаты. Дополнительная справочная информация. Все справочники являются самостоятельными документами, не привязанными к заказам и проектам. Справочник материалов формируется из позиций, имеющих в коде поставки спецификации монтажной базы 1; справочник поставляемых изделий – из позиций, с кодом 2; справочник изделий МСЧ формируется из изделий с кодом поставки 3. Проектная документация – информация необходимая для основной базы: 1. Номер заказа 2. Проект (номер и наименование) 3. Номер документа (по разделам строительства: корпус, электрика, трубы и т.п.) 4. Порядковый номер позиции или номер строки 5. Чертеж, обозначение 6. Наименование 7. Код материала 8. Единицы измерения 9. Количество 10. Поставка (материал, покупное изделие или изделие, требующее изготовления - МСЧ) 11. Принадлежность к конкретному техкомплекту 12. Цех или участок, которому нужно это изделие или материал (т.е. цехпотребитель). Подчеркнутые пункты (3, 4, 8-10) являются обязательными; 5, 6 и 7 проверяются на заполнение одного из них. Остальные пункты заполняются дополнительно работниками предприятия. Порядковый номер (4) не может повторяться в одном номере документа (3). Справочник изделий МСЧ группируется по чертежам (обозначениям) готовых изделий (нулевой уровень), у которых указан цех или участок изготовитель этого изделия. Если чертеж не сборочный (состоит из одной детали), то в следующем первом уровне этого изделия указывается материал, из которого она изготавливается и количество этого материала для этой детали. Если чертеж сборочный, то вводятся строки чертежей и обозначений первого уровня этого изделия с указанием их количества. Все перечисленные в составе первого уровня чертежи и обозначения должны находиться в справочнике и на правах изделия, даже если их не было в монтажной базе, т.е. в нулевом уровне со своим первым уровнем и так далее. Данные по материалам и покупным изделиям, указанным в составе первого уровня берутся из справочника материалов или покупных изделий. Таким образом, в справочнике МСЧ достаточно иметь только первый уровень раскрытия состава сборочной единицы. В заключение необходимо отметить, что создаваемая система подготовки технической документации с использованием программных средств повышает эффективность работы, как отдельных структурных подразделений, так и предприятия в целом. В системе применена оригинальная структура записи состава сборочных изделий.

108

Список литературы: 1. Технология судостроения: уч. для вузов; под общ. ред. А.Д. Гармашева. – СПб: Профессия, 2003. – 342 с., ил. 2. Суслов А.Г., Дальский А.М. Научные основы технологии машиностроения. – М.: Машиностроение, 2002. – 864 с. АССОЦИАЦИЯ МЕХАНИКОВ "АССОМ" КАК ФОРМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ С ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ Седуш В.Я., Аввакумов С.И., Сотников А.Л. (ДонНТУ, г. Донецк, Украины, avvak@mech.dgtu.donetsk.ua) Одной из форм взаимодействия высших учебных заведений с промышленными предприятиями является совместное создание профессиональных ассоциаций и союзов. Донецкий национальный технический университет имеет в этом десятилетний опыт, на базе университета действуют Международный союз машиностроителей, Ассоциация механиков "АссоМ" и др. объединения. В статье рассматривается опыт работы Ассоциации механиков "АссоМ". Введение. В современных условиях выпускник вуза, чтобы отвечать реальным потребностям рынка труда должен обладать знаниями для работы в определенной сфере, основными приемами навигационного поиска и самостоятельной обработки полученной информации, а также самостоятельно формировать рациональные подходы к изучению обновляющейся информации и организации творческой проектной работы. Таким образом, процесс подготовки высококвалифицированного специалиста должен начинаться в период обучения в вузе и продолжатся после его окончания и в течение всего периода трудовой деятельности специалиста. Эти задачи ложатся на плечи, как самого будущего специалиста, так вуза и работодателя. Работодатель, специалист и студент должны, а во многих случаях так оно и есть, оценивать обучение, в том числе дополнительное, не как раздражающую необходимость, а как возможность сформировать (получить) качества, соответствующие насущным требованиям, обучиться специфике практической работы и отраслевым этическим стандартам. Для работодателя важно, чтобы выпускник вуза – специалист, обладал устойчивым набором знаний и навыков, и основным требованием к нему является – способность дополнительно обучаться и быстро воспринимать, анализировать новую информацию. Студенты вузов помимо базовых знаний, должны обладать специальными (профессиональными или практическими) знаниями: уметь пользоваться разнообразными программными и техническими средствами (современными программными комплексами, приборами и системами, инструментами, станками и т.д.), владеть иностранными языками и т.п. Для налаживания сотрудничества с предприятиями и организациями, направленного на повышение квалификационного уровня студентов и выпускников Государственного высшего учебного заведения "Донецкий национальный технический университет" (ДонНТУ), на базе университета в 2001 году создана Ассоциация механиков "АссоМ" (далее Ассоциация), деятельность которой осуществляется на общественных началах. Инициаторами создания Ассоциации выступили, с одной стороны - коллектив преподавателей кафедры "Механическое оборудование заводов черной металлургии" (МОЗЧМ) ДонНТУ , с другой стороны - выпускники кафедры различных лет, занимающих в настоящее время руководящие должности различного уровня на ведущих промышленных предприятия региона. Участие в работе Ассоциации

109

принимают ОАО "Донецкий металлургический завод", ОАО "Донецкий электрометаллургический завод", ОАО "Новокраматорский машиностроительный завод", ОАО "Донецкий металлопрокатный завод", СВЦ "ЭКСПОДОНБАСС", СП "Фукс Мастила Україна" и др. предприятия и организации региона и Украины в целом. Ассоциация сотрудничает с металлургическим, машиностроительными, энергетическими, транспортными строительными предприятиями и организациями Украины и др. стран СНГ и Европейского союза. Цели и задачи Ассоциации. Одними из основных целями создания Ассоциации являются: повышение качества подготовки студентов ДонНТУ в соответствии с современными требованиями и повышение квалификации выпускников университета инженерно-технических работников предприятий и организаций региона и Украины в целом. Достижение поставленных целей осуществляется следующими направлениями деятельности (задачами) Ассоциации: - информационное обеспечение членов Ассоциации и широкого круга специалистов по отраслевым вопросам; организация и проведение конференций, специализированных семинаров, выставок; - улучшение практической подготовки будущих специалистов; организация учебных курсов с целью повышения квалификации инженерно-технических работников предприятий и организаций; - создание на базе университета отраслевых лабораторий, а на базе промышленных предприятий и организаций филиалов кафедр; - совместные научно-технические исследования и разработки членов Ассоциации; внедрение передовых технологий и материалов на предприятиях. В рамках работы Ассоциации ежегодно проводится ряд Международных научно-технических конференций и блиц - выставок по различным отраслевым направлениям, а также научно-практические и учебные семинары для специалистов промышленных предприятий. Совместно с ведущими отраслевыми предприятиями, проводятся курсы обучения специалистов по программам: "Вибродиагностика и балансировка роторных машин", "Техническое обслуживание и диагностика промышленного оборудования", "Ремонт и восстановление промышленного оборудования" и "Монтаж оборудования и механосборочные работы". Программа курсов обучения включает проведение теоретических и практических занятий, в том числе на базе промышленных предприятий и организаций, передачу методических материалов. По окончании курсов выдается сертификат ДонНТУ о прохождении соответствующего курса обучения. Ассоциацией выпускаются ежеквартальные научно-технические и производственные журналы "Металлургические процессы и оборудование" и "Вибрация машин: измерение, снижение, защита". Журналы распространяются на различных конференциях, выставках и семинарах, в том числе проводимых Ассоциацией, а также по подписке по Украине и др. странам СНГ и Европейского союза. Участники конференций, выставок и семинаров – сотрудники и преподаватели различных вузов, специалисты, руководители ремонтных и эксплуатационных служб промышленных предприятий (технические директора, главные механики, механики и начальники технических служб и цехов, инженеры); научно-производственные, научно-исследовательские и проектные организации, и коммерческие предприятия. Будущие специалисты (студенты) - активные участники всех мероприятий Ассоциации. Более подробно с деятельностью Ассоциации можно ознакомиться на Интернет-

110

сайте: http://assom.donntu.edu.ua/. Совместная деятельность в рамках Ассоциации работодателей, специалистов производства, работников университета за прошедшие восемь лет была полезной и интересной. Она позволяла и позволяет постоянно адаптировать подготовку специалистов к требованиям производства. Результаты работы Ассоциации. Повышение квалификации, участие в конференциях и семинарах, проводимых Ассоциацией, прошли порядка 1000 студентов различных вузов Украины и специалистов таких предприятий, как ГП "Восточный ГОК", ГП "Чернобыльская атомная электростанция", ЗАО "Донецксталь – металлургический завод", ЗАО "Макеевский металлургический завод", ОАО "Донецкий электрометаллургический завод", ЗАО "Украинский графит", МНУ ОАО "Укрнафта", ОАО "Алчевсккокс" ОАО "Донецкий металлургический завод", ОАО "Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича", ОАО "Миттал Стил Кривой Рог", ОАО "Монастырищенский ордена Трудового Красного Знамени машиностроительный завод", ОАО "Ясиновский коксохимический завод", ООО СП "Востокуглемаш", СП "Полтавская газонефтяная компания", ЗАО "Крымский титан", ДП "Укртрансгаз" и др. В рамках договоренностей членов Ассоциации практическая подготовка студентов ДонНТУ ведется на базовых предприятиях – потенциальных работодателей выпускников. Например, на 4-м курсе студенты кафедры МОЗЧМ ДонНТУ имеют возможность один день в неделю в течение 8-го семестра работать на промышленном предприятии. У них формируется активная жизненная и профессиональная позиция, мотивация к освоению получаемых знаний, и, соответственно, растет квалификация. Ожидаемыми результатами работы Ассоциации является развитие новых направлений работы и повышение качества работы по существующим направлениям, в частности в настоящее время Ассоциация работает над возрождением СПКБ (Студенческое проектно-конструкторское бюро) и созданием научноисследовательского центра "Вибрация машин: измерение, снижение, защита" на базе ДонНТУ. В жизни многих выпускников, преподавателей и сотрудников университета работа в СПКБ стало важным этапом в овладении профессией, фактическим началом инженерной и научной деятельности. Реальное курсовое и дипломное проектирование, участие в выполнении проектно-конструкторских работ по научно-исследовательской тематике вуза способствовало повышению квалификации будущих инженеров и позволяло после окончания вуза с первых дней полноценно заниматься инженерной деятельностью (авторы основываются на собственном опыте). Такая форма интеграции образования, производства и науки диктовалась потребностями производства, высокими темпами развития науки и техники в начале 60-х годов ХХ века. Создание научно-исследовательского центра "Вибрация машин: измерение, снижение, защита" в сотрудничестве с украинскими и российскими ведущими отраслевыми предприятиями и организациями позволит продолжить формирование и расширение материальной базы университета современными программными и техническими средствами, учебными стендами и методической литературой. Проведение лабораторных и практических занятий, выполнение курсовых и дипломных проектов на базе центра позволит значительно повысить уровень подготовки будущих специалистов, овладеть навыками работы с образцами современных инструментов и оборудования. Выводы. Опыт работы Ассоциации подтвердил эффективность такой формы взаимодействия университета с промышленностью, как совместное создание профессиональных объединений. Такая форма взаимодействия позволяет

111

активизировать процессы интеграции и решения наболевших проблем образования и производства путем привлечения опыта участников – членов Ассоциации. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ СОТС ДЛЯ ИНСТРУМЕНТОВ С ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ Сидорова Е. В., Михайлов А. Н. (ДонНТУ, Донецк, Украина) Dans le but d’améliorer la qualité d’usinage des métaux par les outils avec les revêtements ioniques de plasma dans cet article on propose la méthode de l’élaboration des fluides de coupe fonctionnement orientés. В настоящее время при обработке материалов резанием широко применяются инструменты с ионно-плазменными (ИП) покрытиями. Эти покрытия обеспечивают множество функциональных свойств инструмента, тем самым улучшая техникоэкономические показатели процесса резания. Однако не существует идеального покрытия, которое могло бы решить все проблемы, возникающие при обработке. Поэтому процесс резания интенсифицируют различными способами. Одним из наиболее распространенных и эффективных способов является применение смазочноохлаждающих технологических средств (СОТС). Во всех промышленно развитых странах одними из основных приоритетов СОТС являются не только технологическая эффективность, но и экологическая безопасность, простота утилизации и минимизация расхода СОТС. Необходимым является разработка новых функциональноориентированных СОТС для инструментов с ИП покрытиями, которые повышали бы качество обработки, посредством восполнения тех свойств, которые не обеспечивает покрытие, а также были разработаны в зависимости от их функциональных особенностей и от особенностей обрабатываемого изделия. Это позволит избежать неоправданного перерасхода СОТС, использования в их составе веществ, в том числе и вредных веществ, наличие которых существенно не влияет на повышение эффективности обработки. Таким образом, можно значительно повысить техникоэкономические показатели обработки по сравнению с применением традиционных СОТС. Целью данной работы является повышение качества обработки инструментами с ИП покрытиями посредством применения функционально-ориентированных СОТС. Для этого проводится анализ функциональных особенностей инструментальных покрытий, а также предлагается метод создания новых функциональноориентированных СОТС для инструментов с ИП покрытиями. Основными свойствами инструментальных покрытий являются высокая теплостойкость и твёрдость, низкий коэффициент трения и низкая химическая реакционная способность. Рассмотрим эти характеристики более подробно. Высокая теплостойкость. За счёт пластической деформации, а также трения в зонах инструмент-стружка, инструмент-деталь, при резании выделяется большое количество тепла. Поэтому покрытие должно обладать высокой теплостойкостью, чтобы препятствовать проникновению тепла в тело инструмента. Однако, максимальная температура, которую может выдержать инструмент с покрытием, соответствует не его температуре плавления, а температуре окисления (температура, при которой за счёт взаимодействия кислорода и покрытия, последнее теряет свои свойства). Если покрытие обладает низкой теплопроводностью, то на него постоянно будет воздействовать высокое тепловое давление. В обратном случае – тепло будет

112

поступать в тело инструмента, выдерживающее меньшие температуры, что приведёт к его размягчению и деформированию, а в конечном итоге, к отслаиванию покрытия. Высокая твёрдость. Высокая твёрдость покрытий обеспечивает высокую износостойкость инструмента. Однако, с повышением температуры твёрдость понижается. Низкий коэффициент трения. При низком коэффициенте трения стружка легче скользит по инструменту, что во многом улучшает процесс резания. При этом выделяется меньшее количество тепла, ниже значения сил адгезии, которые способствуют прилипанию частиц обрабатываемого материал к инструменту, требуется меньшая мощность шпинделя станка. Низкая химическая реакционная способность. Чтобы избежать явлений абсорбции и диффузии между химически совместимыми материалами инструмента и обрабатываемой поверхности, используют покрытия с низкой химической реакционной способностью. Структура, параметры и требования, предъявляемые к инструментальным покрытиям, представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Структура, параметры и требования, предъявляемые к инструментальным покрытиям [1] Наиболее распространенные покрытия – это карбид титана, нитрид титана, карбонитрид титана и алюминий (табл. 1). Каждое из этих покрытий обеспечивает инструменту улучшение некоторых свойств (износостойкость, сопротивление окислению, трению и т. д.). [2] Таблица. 1. Сравнение свойств некоторых покрытий [2] материал сопротивление химическая теплостойкость износостойкость покрытия трению стойкость TiC + +++++ +++ + TiN +++ +++ +++++ +++ Ti(C,N) ++ ++ ++++ ++ Al 2 O 3 +++++ ++++ ++ +++++ HfN ++++ +++ ++++ ++++ + - указывает на наиболее низкое значение параметра +++++ - указывает на наиболее высокое значение параметра

113

Одно из наиболее эффективных направлений совершенствования технологии синтеза многофункциональных покрытий связано с разработкой технологий получения многослойно-композиционных покрытий с нано метрической толщиной каждого из слоев на основе одинарных, двойных и тройных соединений тугоплавких металлов. Использование изделий с подобными покрытиями позволяет эффективно решить целый ряд задач для широкой гаммы проблем машиностроения. [3] Однако не существует такого покрытия, которое в максимальной степени обеспечило высокую теплостойкость и твёрдость, низкий коэффициент трения и химическую реакционную способность. При выборе покрытия руководствуются особенностями обрабатываемого изделия, а также предполагаемыми причинами износа инструмента. Одним из способов повышения эффективности обработки металлов резанием инструментами с ИП является применение СОТС. Роль СОТС в металлообработке непрерывно возрастает, причем особенно в последние годы. Связано это с резким расширением применения новых, как правило, труднообрабатываемых, материалов, с ужесточением требований к качеству поверхности и точности обработанных деталей, а также с увеличением роли и места автоматизированного оборудования в производстве. На данном этапе развития технологии машиностроения применение эффективных СОТС является одним из важнейших резервов повышения производительности труда и улучшения качества продукции. [4] Для повышения эффективности обработки металлов резанием инструментами с ИП покрытиями необходимо, чтобы СОТС восполняла те функциональные свойства покрытия, которые не обеспечиваются в должной степени для данного вида обработки. Изучения требуют не только свойства СОТС и их влияние на процесс обработки, но, а также, способ их подачи. Различают следующие виды подачи СОТС: струёй под высоким давлением, минимальная подача или обработка всухую. В зависимости от условий обработки тот или иной способ может благоприятно или отрицательно сказываться на процесс резания. Функционально-ориентированное проектирование заключается в формировании технологических воздействий и свойств изделия в зависимости от особенностей эксплуатации функциональных элементов изделия. При этом обеспечивается возможность полной адаптации изделия к особенностям его эксплуатации, а также выполнения заданного, требуемого или предельного эксплуатационного потенциала изделия в технологической системе. [5] С целью разработки функционально-ориентированных СОТС для инструментов с ИП покрытиями была разработана принципиальная схема, представленная на рисунке 2. Каждое обрабатываемое изделие характеризуется формой, видом материала, требуемыми качеством и точностью, предъявляемыми к нему. В зависимости от этого выбирают вид обработки и определяют условия, при которых обработка будет эффективной. Для обеспечения условий эффективной обработки выбирают рациональные режимы резания, подбирают инструмент и инструментальные покрытия с заданными свойствами. Зная комплекс условий, которые необходимы для обеспечения эффективной обработки, а также часть обеспечивающих параметров (режимы резания, свойства инструментов и инструментальных покрытий) и выполнив логическое вычитание, можно определить неизвестный обеспечивающий параметр, представленный в виде свойств и способа подачи СОТС, на основании чего разрабатывается химический состав СОТС. В качестве оптимизирующего параметра определяющего выбор СОТС выступает стойкость инструмента.

114

Рис. 2. Принципиальная схема разработки функционально-ориентированных СОТС для инструментов с ИП покрытиями Процесс создания функционально-ориентированных СОТС требует постоянного совершенствования, так как не в полном объёме разработаны принципы их создания. Необходимо проводить большие исследования в области изучения эксплуатационных и функциональных свойств СОТС. Заключение. Создание новых СОТС на основе принципиальной схемы разработки функционально-ориентированных СОТС для инструментов с ИП покрытиями позволяет существенно повысить технико-экономические показатели обработки металлов резанием. Список литературы: 1. Rech J. Contribution à la compréhension des modes d’actions tribologiques et thermiques des revêtements en usinage. Thèse présentée pour obtenir le grade de docteur : procédés de fabrication. – Paris, 2002. - 275 p. 2. Bagur А. Matériaux pour outils de coupe // Techniques de l’ingénieur : les bases documentaires techniques et scientifiques [en ligne]. – июль 2006 [просмотрено 31 мая 2009]. Доступно в Web <http://www.techniques-ingenieur.fr/book/bm7080/materiaux-pour-outils-decoupe.html>. 3. Техническое предложение НПП Булат. Вакуумное ионно-плазменное упрочнение и нанесение декоративных покрытий на инструмент [просмотрено 31 мая 2009]. Доступно в Web <http://www.bulatsteel.ru>. 4. Латышев В. Н. Трибология резания металлов. - Иваново: Иван.гос.ун-т, 2001. – Ч. 7. - 42 с. 5. Михайлов А. Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий машиностроения. – Донецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с. 6. Boutin Y. L'usinage à grande vitesse : les matériaux d'outils de coupe // Sup-Métal : supplément travail des métaux du magazine Circuit industriel [en ligne]. – октябрь/ноябрь 2005 [просмотрено 31 мая 2009]. Доступно в Web <http://www.magazinemci.com/supmetal/articles/2005/10/oct4206.htm>. 115

ДЕМПФИРУЮЩИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЦИНК–АЛЮМИНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗМЕРА КРИСТАЛЛИТОВ Скворцов А.И., Кузнецов Г.П., Кондратов В.М. (ВятГУ, г. Киров, Россия) Characteristics of damping ability, mechanical properties of alloys on the basis of zinc–aluminium appropriate to high-temperature area of stratification of a α-phase are investigated grain structure, depending on structure of an alloy and ways of processing (training, ageing, thermomechanical processing). The conclusion about a direction of the further development of the carried out researches is made. Введение Монотектоидный сплав системы цинк–алюминий и сплавы, близкие к нему по составу, относятся к сверхпластичным. Известно, что сверхпластичность связана с мелкозернистостью [1, 2]. Известно также, что в сплавах алюминия цинк является сильным упрочнителем. Представляет интерес исследование кристаллической структуры, характеристик внутреннего трения и механических свойств сплавов на основе цинк–алюминий, в том числе и после пластической деформации при температурах, выше температуры монотектоидного превращения, с последующей закалкой. Это является целью настоящей работы. Материал и методика исследования Исследовали сплавы на основе цинк–алюминий с содержанием алюминия 23–63 масс. %, выплавленные в открытой тигельной печи и разлитые в металлическую форму. Сплавы изучали в трех состояниях, интересных с точки зрения их демпфирующей способности: после закалки от температуры, выше температуры монотектоидного превращения (от 300 °С), после последующего низкотемпературного стабилизирующего старения (при 90 °С), а также после термомеханической обработки. Термомеханическая обработка заключалась в деформации отливок из сплава Zn– 39%Al методом гидроэкструзии при 320–350 °С с последующим охлаждением в воде. Структуру изучали методом просвечивания фольг на электронном микроскопе ЭММА2. Амплитудную зависимость внутреннего трения изучали методом затухающих крутильных колебаний при комнатной температуре и частоте 15±3 Гц. Рентгеноструктурный анализ проводили на установке ДРОН-3М в Со-излучении. Результаты и их обсуждение Закаленное состояние. С увеличением доли алюминия в исследуемом интервале его содержаний измельчается зерно, увеличивается твердость, ослабевает внутреннее трение закаленных сплавов. Причина изменения свойств связана со структурными изменениями, в частности, с фазовыми превращениями. Основные виды фазовых превращений в сплавах Zn–Al, претерпевающих расслоение α′-твердого раствора, которые происходят в результате закалки от 300 °С, можно проанализировать, рассматривая микроструктуру сплава Zn–49%Al. В этом сплаве выше температуры монотектоидного превращения существует, согласно диаграмме состояния сплавов Zn–Al, интервал температур, в котором происходит расслоение α′-фазы на α 1 - и α2 -фазы. Нагрев до 300 °С приводит к образованию при этой температуре преимущественно пластинчатой структуры, состоящей из α1 -фазы (богатой Al) и α2 -фазы (богатой Zn). Охлаждение до комнатной температуры при закалке приводит к монотектоидному превращению α2 -фазы. При этом α1 -фаза, т.к. она сильно обогащена Al, при закалке частично или полностью не распадается.

116

Известно [3], что остаточная после закалки ГЦК-фаза (α′-, α 1 -фазы) обладает относительно слабым внутренним трением, но более высокой твердостью по сравнению с монотектоидом. Поэтому при увеличении содержания алюминия в сплаве, внутреннее трение ослабевает из-за увеличения, как показали результаты рентгеноструктурного анализа [3], содержания α1 -фазы, несмотря на измельчение зерна. В данном случае имеет место обратная связь между внутренним трением и прочностью (твердостью). Старение. Согласно данным электронномикроскопических исследований, зеренная структура мало меняется при низкотемпературном старении. Однако свойства при этом меняются. Увеличение твердости в результате старения при 90 °С происходит преимущественно из-за дисперсионного упрочнения, о чем свидетельствует ослабление внутреннего трения. Если бы преимущественным процессом был распад остаточной α 1 -фазы, то это сопровождалось бы усилением внутреннего трения. В данном случае имеет место тенденция к упрочнению с увеличением содержания алюминия. Это указывает на то, что процессы дисперсионного упрочнения протекают преимущественно в ГЦК-фазах, т.к. с увеличением содержания алюминия их доля увеличивается. Характер связи между прочностью (пределом текучести, твердостью) и пластичностью (относительным удлинением) сплавов Zn–Al при увеличении содержания алюминия, имеющий место после закалки [3], сохраняется и после последующего низкотемпературного старения. Термомеханическая обработка. Из таблицы видно, что внутреннее трение сплава Zn–39%Al усиливается с увеличением степени пластической деформации. Усилению внутреннего трения сплава при увеличении степени пластической деформации при гидроэкструзии (с последующий закалкой в воде) соответствует, вопервых, увеличение дисперсности структурных составляющих, т.е. увеличение площади межфазных и межзеренных границ (по данным электронномикроскопических исследований), во-вторых, – увеличение степени тетрагональности β-фазы (что следует из результатов рентгеноструктурного анализа). Первое соотношение соответствует результатам работы [3], в которой дисперсность структурных составляющих регулировалась термической обработкой. Таблица 1. Прирост логарифмического декремента ∆δ (γ=5⋅10–5), степени тетрагональности β-фазы c/a и дисперстности α- и β-фаз (d ср – средний диаметр зерна) сплава Zn–39%Al при увеличении степени пластической деформации ε при гидроэкструзии Параметры ε, % 12 43 0,6 ∆δ, % d ср , нм α-фаза 25 20 60 40 β-фаза ∆с/а 4⋅10–4 Выводы 1. Закаленное от 300 °С состояние сплавов на основе Zn–Al характеризуется тем, что увеличение содержания алюминия в сплаве ведет к уменьшению размера зерна, увеличению содержания остаточной при комнатной температуре α1 -фазы, что сопровождается повышением твердости, ослаблением низкоамплитудного внутреннего трения.

117

Последующее низкотемпературное стабилизирующее старение (при 90 °С) ослабляет низкоамплитудное внутреннее трение и повышает твердость преимущественно из-за дисперсионного упрочнения. После этого вида термической обработки, как и после закалки, связь характеристик прочности с характеристиками внутреннего трения и пластичности – обратная. 2. Увеличение степени пластической деформации сплавов цинк–алюминий при термомеханической обработке (гидроэкструзии при 320–350 °С с последующим охлаждением в воде) сопровождается усилением низкоамплитудного внутреннего трения, в основном, вследствие увеличения метастабильности структуры сплава: происходящего путем измельчения зеренной структуры и, возможно, путем увеличения степени тетрагональности β-фазы. 3. Величина зерна фазовых составляющих в сплавах на основе цинк–алюминий в зависимости от использованных способов термической и термомеханической обработок может изменяться в широком диапазоне: от примерно 20 нм до микронных размеров. 4. Развитие проведенных исследований видится в использовании более эффективных деформационных воздействий на сплавы, в оптимизации при таких воздействиях состава сплава и способов термической обработки. Список литературы: 1. Бочвар А.А., Свидерская З.А. Явление сверхпластичности в сплавах цинка с алюминием // Известия АН СССР, ОТН. – 1945. – № 9. – С. 821-824. 2. Кайбышев О.А. Сверхпластичность металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1975. – 280 с. 3. Скворцов А.И. Создание высокодемпфирующих сплавов на основе железа, цинк–алюминий и основ технологии их термической обработки. – Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. док. техн. наук. – Екатеринбург: УГТУ, 1995. – 38 с. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ОБРАЗОВАНИИ Смирнов О.М., Рыбинская Т.А., Шаповалов Р.Г. (ОАО «Тагмет», ТТИ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) In job the functions and opportunities of application of computer modeling in educational process are considered. The structure of computer system used in education is resulted. The basic approaches to realization of educational process with the help of computer engineering are examined. Прежде всего, стоит выяснить, какая роль отводится компьютеру при рассмотрении инновационного подхода в образовании. При использовании компьютерного моделирования имеется возможность рассмотрения как реального мира, так и его абстрактной модели, так же без особых усилий можно одновременно продемонстрировать полет брошенного под углом к горизонту тела и показать в виде векторов действующие на него силы, при обычном подходе данный процесс может быть затруднительным. Для качественного теоретического изложения материала с ориентацией на определённую аудиторию студентов должны создаваться соответствующие электронные учебники, как правило, построенные на базе виртуальных лабораторий, к которым можно отнести следующие: отечественная Model Vision Studium (http://www.exponenta.ru), и зарубежные Simulink, Modelus, xyZET (http://www.colos.ec-lyon.fr). К примеру, в университетах можно рекомендовать создавать лабораторные работы при помощи пакета Model Vision Studium.

118

Компьютерное моделирование в образовании используется при изучении и систематизации теоретических знаний, приобретение навыков практической работы с использованием информационных технологий. Материал должен быть представлен в форме с использованием новых инновационных, компьютерных, психологических и телекоммуникационных технологий, применяемых с целью достижения максимального эффекта обучения. Немаловажную роль в подготовке компьютерного моделирования играет психологический аспект, поскольку любой процесс образования представляет собой прежде всего философскую науку, помогающую добиться лучших результатов в процессе общения студента с компьютером. Следует указать, что материал с этих позиций следует готовить очень тщательно. Поскольку единственной причиной, по которой человек либо полностью прекращает изучение предмета либо у него возникает множество трудностей в процессе обучения, является то, что он не понимает, о чём идёт речь или просто не в состоянии учиться – это пропущенное слово или фрагмент информации, значение которой ему не ясно. Следующим критерием, влияющим на качество образования, является способность человека к восприятию информации, а также к количеству информации. Здесь необходимо применять метод называемый метод «суггестопедии». Смысл этого метода заключается в том, что лучше всего усваивается информация, воспринимаемая боковым зрением. Поле зрения человека составляет 180°, причём чёткое цветное зрение расположено только в центре, а на периферии, т. е. на участке бокового зрения чёткого цветного восприятия нет, но зато полем бокового зрения чётко фиксируется любое движение, что необходимо учитывать при разработке средств компьютерного моделирования в обучении. Также установлено, что время, в течение которого возможно эффективное восприятие и запоминание информации человеком, составляет 30 мин, после истечения это времени рекомендован перерыв в течение 15 мин. Одна сессия компьютерного воздействия не должна превышать указанного времени. Также здесь желательно учитывать и некоторые из методик нейролингвистического программирования (НЛП), в области использования модальностей и стратегий внутреннего опыта. Если материал излагается в модальности определённого индивидуума, ему намного проще понять и принять материал, существуют методики построения моделей образования при воздействии на группу обучаемых, что повышает качество обучения. Из методик НЛП вытекает канальность мышления, в то время когда человек перестаёт воспринимать визуальную информацию с экрана монитора, он переходит к обработке полученной порции информации и та часть информации, которая попадет в момент обработки полученной информации, будет пропущена. Известно, что в подавляющем большинстве случаев это составляет формулу 7±2 (7 основных единиц информации ±2 дополнительных). Можно отметить, что женщины в основном визуалисты, а мужчины кинестетики, что на практике соответствует 90% случаев. Компьютерная система в обучении должна включать концептуальную, справочную, иллюстративную, тренажерную части, а также иметь дружественный интерфейс. Основными компонентами здесь являются следующие: 1) электронный учебник-экзаменатор, который необходим для самостоятельного изучения теоретического материала с контролем усвоения материала курса, позволяющий работать по индивидуальной образовательной программе; 2) электронный интерактивный справочник, обеспечивающий студенту в любое время (при проработке теоретического материала) возможность получить необходимую справочную информацию в компактной доступной форме, а также обязательно содержащий в своём составе словарь технических терминов,

119

использующихся при изложении учебного материала. Может выполняться как отдельный компонент, так и быть встроенным в основную учебную систему; 3) электронный лабораторный практикум, который имитирует процессы, происходящие в изучаемых реальных объектах, или моделирует эксперимент, не осуществимый в реальных условиях. При этом тренажер имитирует не только реальную установку, но и объекты исследования, а также условия проведения эксперимента; 4) предметная компьютерная тестирующая система, предназначенная для отслеживания действий студента с ведением электронного журнала успеваемости (особенно при дистанционном обучении) и дающая возможность преподавателю видеть общую картину процесса обучения и в случае необходимости производить коррекцию; 5) база данных для контроля процесса обучения, которая адаптируется к специфике образования и используется для анализа и хранения, данных процесса обучения и построена по системе «клиент–сервер»; 6) система дистанционного обучения, основанная на процессе получения знаний и умений с помощью специализированной среды, созданной с применением инновационных информационных технологий с целью обеспечения обмена учебной информацией на расстоянии. При использовании компьютерного моделирования в образовании становятся возможными следующие подходы к образованию: 1) индивидуализация – это система многоуровневой подготовки специалистов, базирующаяся на индивидуальных особенностях обучающихся. Она позволяет избежать ориентации на «средний» уровень подготовки и предоставляет возможность каждому обучающемуся максимально раскрыть свои способности с целью получения соответствующего этим способностям образования. Индивидуализация может осуществляться по: – содержанию – обучающийся имеет возможность корректировать направленность получаемого образования. Эту возможность он получает в случае применения программ обучения по индивидуальным планам, в рамках целевой подготовки, при использовании элективных дисциплин, а также развитием деятельности научных сообществ слушателей; – объёму учебного материала – это позволяет в зависимости от уровня подготовленности, более глубоко изучать предмет в познавательных, научных или прикладных целях. Здесь также могут быть использованы индивидуальные планы работы, договора о целевой подготовке, элективные дисциплины, работа в научном обществе. Этому служит введение многоуровневой системы подготовки специалистов – системы среднего и высшего образования, бакалавриата, магистратуры. Для достижения этих целей должно проводиться снижение доли обязательных занятий и увеличение самостоятельных, применяться специальные технологии, такие, например, как «План Келлера», основанный на предоставления студентам материала относительно малыми порциями, причем выполнение контрольной работы по соответствующему разделу происходит после того, как студент считает себя готовым к ней и если справляется с ней, успешно переходит к следующей порции материала. Важным в этом методе является то, что за непрохождение раздела никаких явных наказаний не налагается, но прохождение ступеней поощряется. Такая индивидуальность обучения по времени и объёму даёт возможность студентам более глубоко изучить предмет; – времени усвоения, допуская изменение в определённых пределах регламента изучения определённого объёма учебного материала в соответствии с темпераментом и

120

способностями обучающегося. Такая система обучения по времени используется при некоторых формах заочного и очного обучения. Активизация учебно-познавательной деятельности достигается за счёт повышения уровня учебной мотивации, которая, в свою очередь, имеет место при максимально возможном приближении темпа, направленности и других аспектов организации учебного процесса к индивидуальным стремлениям и возможностям обучающегося; 2) гибкость процесса обучения – сочетание деления на специальности и специализации, причём более конкретное, в соответствии с запросами заказчиков образовательного процесса и с учетом пожеланий обучающихся. Гибкость образовательного процесса должна предусматривать возможность оперативного изменения его направленности в процессе обучения. Варианты программы подготовки должны появляться и изменяться уже в процессе обучения, учитывая изменения, происходящие на рынке труда, что позволяет снизить инерционность системы высшего образования, а обучающимся предоставляет возможность выбора профессии в широком спектре вариантов её направленности, а также в соответствии с развитием профессиональных интересов. Этот принцип реализуется при работе вуза по подготовке специалистов по прямым договорам и связям, получившей название целевой подготовки. При заключении договоров уточняются требования заказчика к выпускнику, корректируется направленность теоретического обучения, содержание и формы практики и т.д.; 3) элективность – предоставление слушателям максимально возможной самостоятельности выбора образовательных маршрутов – элективных курсов, и получением на этой основе уникального набора знаний или нескольких смежных специальностей, отвечающих индивидуальным способностям обучающихся, специфике планируемой ими будущей профессиональной деятельности или просто познавательным интересам. Следует отметить, что этот принцип частично получил своё воплощение в современных государственных образовательных стандартах РФ; 4) контекстный подход – подчинение содержания и логики изучения учебного материала, исключительно интересам будущей профессиональной деятельности, в результате чего обучение приобретает осознанный, предметный, контекстный характер, способствуя усилению познавательного интереса и познавательной активности; 5) развитие сотрудничества – практическое осознание необходимости перехода на принципы доверия, взаимопомощи, взаимной ответственности обучающихся и преподавательского состава вуза в деле подготовки специалиста, реализация на практике принципов педагогики сотрудничества, Оказание обучающимся помощи в организации их учебной деятельности в сочетании с сохранением требовательности к её результативности, развитие уважения, доверия к обучающемуся, с предоставлением ему возможности для проявления самостоятельности, инициативы и индивидуальной ответственности за результат. В основе всех современных педагогических теорий и технологий так или иначе лежит решение проблемы активизации учебной деятельности в вузах. Большинство из них направлено на преодоление давно ставших привычными и трудноразрешимыми таких проблем высшей школы, как необходимость развития мышления, познавательной активности, познавательного интереса, введение в обучение эмоциональноличностного контекста профессиональной деятельности. При этом все методы активного обучения в качестве средств достижения поставленных целей используют те или иные инструменты из числа методов активного обучения.

121

В числе комплексных средств, в наибольшей степени реализующих указанные принципы организации учебного процесса, можно назвать модульно-рейтинговые системы. Частично принципы реализуются при увеличении числа практических занятий, реализации программ индивидуальной подготовки, введении модульных систем, элективных курсов и др. Компьютерное моделирование обучения является средством, специально разрабатываемом для использования в учебном процессе. Оно классифицируется по следующим признакам: по характеру дисциплины, по типу моделирования и по типу ПО. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕД ГАЗОТЕРМИЧЕСКИМ НАПЫЛЕНИЕМ Сокоров И.О., Спиридонов Н.В., Пилецкая Л.И. (БНТУ, г. Минск, Республика Беларусь) The mathematical model of dependence an adhesive strength of coverage with a basis from parameters of a surface roughness is developed. The given model has allowed to define parameters of roughness (Ra 40 microns; Rp 80 microns; Rmax 100 microns), provided an adhesive strength not less than 65 MPa. Conditions of preparation of a surface and geometry of an edge tool with an insertion from cubic nitrite of boron, providing optimum parameters of roughness (speed of shearing V = 7 m / mines are defined at diameter sputtering surfaces of 50 mm, feeding S = 0,75 mm / about, radius at cutter tip R в = 0,2 mm, principal and supplementary angles in plot ϕ = 40 °, ϕ 1 = 20 °, γ=-5 °). Results of experimental researches of agency of parameters of roughness on an adhesive strength of a coverage with a basis are adequate to mathematical model and definition of conditions of shearing have proved. Предварительная обработка поверхности основы является важным фактором для обеспечения прочного сцепления напыленного слоя с материалом основы. Необходимое условие для этого – подготовка поверхности основного материала путем удаления загрязнений и активации поверхности основы. К технологическим приемам активации относятся: повышение шероховатости поверхности, деформирование поверхности основы для создания напряженного состояния, предварительный нагрев изделия [1]. Существенное влияние на взаимодействие материалов при газотермическом напылении оказывает шероховатость основы. При подготовке поверхности основы для газотермического напыления необходимо учитывать физико-механические свойства поверхности и условия напыления. Так, при напылении частиц с низкой скоростью, увеличение шероховатости ведет к росту прочности сцепления их с основой и увеличению коэффициента напыления. Достигнув максимального значения, прочность сцепления начинает уменьшаться. При напылении высокоскоростных частиц увеличение высоты микронеровностей поверхности основы незначительно влияет на их взаимодействие в зоне контакта. С увеличением шероховатости наблюдаются закономерности: 1) уменьшается удельная площадь поверхности основы; 2) уменьшается концентрация микровыступов; 3) растет пластическая деформация вершин микровыступов при напылении; 4) ухудшаются условия взаимодействия во впадинах; 5) при микронеровностях, соизмеримых с размерами напыляемых частиц и больших, роль микровыступов в

122

образовании связи невелика [2]. Наиболее сильно влияние шероховатостей поверхности основы на образование прочного соединения при небольшой пластической деформации основы. Таким образом, при подготовке поверхности основы для газотермического напыления с целью получения прочного соединения основы с покрытием, учитывая перечисленные закономерности, необходимо определять метод и режимы подготовки поверхности с учетом условий работы детали, напыляемого материала и материала основы. Прочность сцепления покрытий достигает максимальных значений при Rz/d = 0,75 (Rz – параметр шероховатости, мкм, d – диаметр частиц напыляемого материала, мкм). Наиболее высокая прочность сцепления отмечена при напылении порошком фракции 80 – 100 мкм [3]. Как было отмечено ранее, наклеп поверхностного слоя основы оказывает большое влияние на адгезию частиц при газотермическом напылении. Наклеп материала связан с увеличением в нем плотности структурных дефектов. Это приводит к повышению внутренней энергии основы и, следовательно, к уменьшению энергии активации реакции взаимодействия, а это повышает прочность образующихся связей. В материалах с небольшой плотностью дислокаций предварительное увеличение пластической деформации приводит к увеличению числа дислокаций и, в конечном счете, к росту числа активных центров взаимодействия. На этом этапе растет прочность сцепления покрытия с основой. Но дальнейшее повышение плотности дислокаций может привести к уменьшению числа активных центров, а, следовательно, и уменьшению прочности сцепления напыленного покрытия с основой. Это объясняется тем, что движение дислокаций при приложении такого же давления со стороны напыляемой частицы будет тормозиться предварительно созданными дефектами структуры, и в результате этого, количество дислокаций, выходящие на контактную поверхность, уменьшится. Плотность дислокаций в материале основы, влияющая на количество активных центров, зависит от физико-механических свойств материала и условий напыления, прежде всего давления и температуры в контакте, скорости деформации. Для очистки и активации используют механическое, химическое и термическое воздействие. Механическое воздействие подразделяется на три вида: обработка поверхности заготовки струей газа (обдув); струей жидкости; твердым материалом, который может быть компактным (резец, ролик) или дискретным (щетки, зерна абразивного круга, частицы абразива). Химическое воздействие осуществляют органические и неорганические (кислотные, щелочные, солевые) реагенты. При термическом воздействии используют нагретый газ (неподвижный и движущийся), ионизированный газ, излучение (инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый диапазоны), лазер [1]. Благодаря ряду особенностей, прежде всего, высокой производительности, простоте аппаратурного оформления при достигаемом качестве обработки, механические методы подготовки поверхности получили широкое распространение. Наиболее распространенные из них (нарезание резьбы, струйно-абразивная обработка, иглофрезерование) связаны с ударным воздействием на материал основы и с образованием поверхности скола. Во всех случаях целью механического воздействия на основу является создание наклепа приповерхностных слоев и определенного рельефа поверхности.

123

Наиболее производительным и экономичным видом струйно-абразивной обработки поверхности металла является способ дробеструйной обработки [4]. На процесс дробеструйной обработки влияет вид абразивного материала, форма, размеры, требования, предъявляемые к свойствам покрытий. В качестве абразивных материалов для дробеструйной обработки используют стальную и чугунную крошку, корунд, карбид кремния, кварцевый песок. Стальная крошка должна быть твердой (7500 МПа), остроугольной, свободной от ржавчины. Наилучшее качество поверхности получается при давлении сжатого воздуха 0,6 МПа. Другим способом абразивной подготовки поверхности является очистка металлическими щетками, при которой снимается слой 0,5 – 2,0 мм и обеспечивается высокое качество поверхности с шероховатостью 10 – 50 мкм [5]. Удаление загрязнений, получение требуемой шероховатости поверхности и ее нагрев до 200 – 300 °С достигается погружением заготовки в псевдосжиженный слой абразива [6]. При напылении покрытий необходимо обеспечивать равномерное заполнение углублений. Так, например, напыление порошка на пилообразную резьбу необходимо производить не перпендикулярно оси вала, а под острым углом. Кроме нарезки резьбы обработку поверхности можно производить насечкой вручную или с помощью пневматического зубила. Одним из способов подготовки поверхности, который не снижает усталостной прочности поверхности, является накатка. При подготовке к напылению наружных цилиндрических поверхностей незакаленных заготовок из материала, твердость которого не превышает 35 HRC, часто применяют косую сетчатую накатку [7]. При такой обработке прочность сцепления напыленного покрытия с основным металлом при испытаниях на сдвиг резко возрастает, достигая 100 МПа. При выполнении накатки целесообразно применять оправку, обеспечивающую одновременное воздействие на обрабатываемую поверхность двух роликов, расположенных в одной плоскости с двух сторон заготовки. С помощью ролика фрезеруются треугольные зубья с закругленными вершинами и впадинами, расположенными под углом 30° к его оси и направленными у одного ролика вправо, у другого влево. Ролики изготавливают из стали У10А, после термообработки они должны иметь твердость 60 – 62 HRC. Окружная скорость заготовки при накатывании должна быть 3 – 4 м/мин. Врезание роликов на полную глубину накатки осуществляют за 1 – 2 оборота заготовки без включения продольной подачи. Накатывание проводят за один проход с продольной подачей 0,5 – 1,0 мм/об [8]. Наряду с механическими воздействиями при подготовке поверхности основы к напылению используют химические и термические способы. Химические способы подготовки поверхности позволяют получать необходимую шероховатость и устранять загрязнения поверхности заготовки [8]. Термическая подготовка газовыми разрядами и ионной бомбардировкой проводится в вакууме и позволяет очистить и активировать поверхность заготовки путем нагрева [9]. В соответствие с требованиями к подготовке поверхности (ГОСТ 9.304-87, ГОСТ 28844-90, ГОСТ 28302-89) в качестве параметров шероховатости, влияющих на прочность сцепления, были выбраны Ra, Rp, Rmax. В таблице 1 приведены уровни факторов и их кодированные значения, соответствующие полнофакторному эксперименту, а в таблице 2 – матрица планирования и результаты эксперимента.

124

Таблица 1. Уровни варьирования компонентов Обозначение в Уровни кодированных Ra переменных Основной X0 40 Интервал Xi 10 варьирования Верхний X i =+1 50 Нижний X i =-1 30

Факторы Rp

Rmax

135

80 40

100 170

Таблица 2. Матрица планирования эксперимента и результаты функции отклика № Матрица планирования в Матрица планирования в Функции опыта кодированных значениях натуральных значениях, мкм Отклика X1 X2 X3 Ra Rp Rmax Y 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 30,0 40,0 100,0 44,7 2 + 50,0 40,0 100,0 45,8 3 + 30,0 80,0 100,0 39,8 4 + + 50,0 80,0 100,0 43,2 5 + 30,0 40,0 170,0 49,5 6 + + 50,0 40,0 170,0 49,2 7 + + 30,0 80,0 170,0 55,5 8 + + + 50,0 80,0 170,0 49 Y – прочность сцепления, МПа. С учетом значимости коэффициентов регрессии с 95 %-ой вероятностью по критерию Стьюдента математическая модель имеет вид Y=14,94463X1+0,8497X2+0,15046X3-0,14589X3+0,00921X1X2-0,0016 X1X30,00053X2X3; Установлено, что модель адекватна при 5 %-ом уровне значимости по критерию Фишера. Графическое изображение влияния факторов и их оптимизация представлены на рисунках 1, 2. Оптимальные параметры шероховатости определялись при помощи пакета MathCAD при поиске максимального значения функции Y в зависимости от переменных X1; X2; X3, в результате расчетов максимальное значение (79,477 МПа) функция отклика достигает при X1=40; X2=80; X3=100.

125

Pareto Chart of Standardized Effects; Variable: Прочность сцепления (Y) 2**(3-0) design; MS Residual=,0032967 DV: Прочность сцепления (Y)

(1)Ra (X1)

584,7241

(2)Rp (X2)

440,9975

(3)Rmax(X3)

-416,165

90,74384

1by2

1by3

2by3

-27,5025

-18,2044

p=,05 Effect Estimate (Absolute Value)

Рис. 1. Диаграмма Парето

Рис. 2. График зависимости прочности сцепления от параметров шероховатости

126

Для определения режимов резания, обеспечивающих шероховатости необходимо совместно решить уравнения [10, 11]: Ra = 0,01

S 0,65 (90 + γ )1,9 V 0,5 Râ0,6

Rmax = 0,04

, мкм; Rp = 0,01

S 0,5 (90 + γ )

S 0,65 (90 + γ ) V 0,5 Râ0,25

эти

параметры

, мкм;

, мкм,

V 0,5 Râ0,4

где V – скорость резания, м/мин; S – подача, мм/об; R в – радиус при вершине резца, мм; γ – передний угол, град. Параметры шероховатости исходной поверхности, обуславливающие максимальную прочность сцепления покрытия с основой (сталь 45), обеспечиваются следующими режимами обработки и геометрией режущего инструмента со вставкой из гексанита: скорость резания V = 6 – 8 м/мин при диаметре напыляемой поверхности 50 мм, подача S = 0,75 мм/об, радиус при вершине резца R в = 0,1 – 0,2 мм, глубина резания t = 0,4 – 0,7 мм, главный и вспомогательный углы в плане ϕ = 40°, ϕ 1 = 20°, γ = -5°. Расчет режимов резания производился при помощи пакета программ MathCAD. Результаты испытания прочности сцепления в зависимости от шероховатости поверхности и вида обработки приведены на рисунке 3. Анализируя результаты экспериментальных исследований, следует отметить, что, шероховатость поверхности существенно влияет на прочность сцепления [1, 12, 13]. σ сц , МПа 65

σ сц , МПа 70

55 1

50 0

а)

50 Ra, мкм б)

50 Ra, мкм

Рис. 3. Зависимость прочности сцепления покрытия с основой от шероховатости поверхности при газопламенном напылении: а) без смещения вершины резца; б) смещение вершины резца на 3,5 мм. 1 – композиция № 1, 2 – композиция № 2 – напыление до оптимизации на рекомендованных режимах (S=1 об/мин, V=9,42 м/мин); 3 – композиция № 1, 4 – композиция № 2 – напыление после оптимизации на рассчитанных режимах (S=0,75 об/мин, V=7,07 м/мин). Максимальная прочность сцепления для всех композиций обеспечивается при параметре шероховатости 35 – 45 мкм. На прочность сцепления влияет также способ обеспечения оптимальной шероховатости. При той же шероховатости прочность сцепления больше у образцов, подвергнутых лезвийной обработке при смещении

127

вершины резца относительно оси центров (рисунок 3, б). Очевидно, при обработке кроме шероховатости на прочность сцепления оказывает влияние повышение общепотенциальной энергии поверхности (наклеп), обеспечиваемое вибрацией резца при смещении его вершины. Кроме того, полученные экспериментальные результаты подтверждают правильность проведенной оптимизации параметров шероховатости поверхности на основе полученной математической модели, а также свидетельствуют о том, что рассчитанные режимы резания обеспечивают данные параметры [1]. На прочность сцепления оказывает большое влияние и состав композиций. Например, алюминиды, повышают температуру частиц при напылении за счет экзотермической реакции, а, следовательно, повышают и прочность сцепления [1]. Список литературы: 1. Спиридонов, Н.В. Повышение прочности газотермических покрытий активацией контактной зоны / Н.В. Спиридонов, И.О. Сокоров // Вестник ПГУ. Серия В. – 2008. – № 2. – С. 107-112. 2. Ивашко, B.C. Электротермическая технология нанесения защитных покрытий / B.C. Ивашко, И.Л. Куприянов, А.И. Шевцов . – Мн.: Навука i тэхшка, 1996. – 375 с. 3. Кудинов, В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование / В.В. Кудинов, Г.В. Бобров. – М.: Металлургия, 1992. – 432 с. 4. Борисов, Ю.С. Получение и структура газотермических покрытий на основе Ni-Cr-B-Si сплавов / Ю.С. Борисов, И.И. Горбатов, В.Р. Калиновский [и др.] // Порошковая металлургия. – 1988. – №6. – С. 61 – 65. 5. Степанов, Н.М. Статистическая обработка результатов испытаний / Н.М. Степанов. – М.: Машиностроение, 1972. – 215с. 6. Ворошнин, Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов / Л.Г. Ворошнин. – Минск: Беларусь, 1981. – 134 с. 7. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник. В 3 т. / под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Металлургия. – 1983. – Т.2. – 367 с. 8. Кривоногов, Г.С. Сопротивляемость резонансным колебаниям сталей титановых и алюминиевых сплавов лопаток компрессора / Г.С. Кривоногов [и др.] // Рассеяние энергии при колебаниях механических систем. – Киев: Науковая думка, 1970. – С. 394 – 422. 9. Кузнецов, В.Д. Физика твердого тела / В.Д. Кузнецов. – Томск: Полиграфист, 1947. – 544с. 10. Рыжов, Э.В. О прочности сцепления покрытия, наносимого напылением, со стальной основой / Э.В. Рыжов, А.Ф. Чистопьян, В.С. Харченков // Вестник машиностроения, 1973. – №12. – С.32 – 35. 11. Рыжов, Э.В. Исследование тангенциальной прочности адгезионных связей покрытий / Э.В. Рыжов, В.С. Харченков [и др.] // Стандартизация и унификация средств и методов испытания на трение и износостойкость: тез докл. на Всесоюзной науч.-техн. конференции. – М., 1975. – т. III. – С. 67 – 69. 12. Спиридонов, Н.В. Исследование физико-механических свойств газотермических покрытий для восстановления шеек прессовых валов бумагоделательных машин / Н.В. Спиридонов, И.О. Сокоров, А.С. Володько // Машиностроение: Республиканский межведомственный сборник научных трудов: в 2 т. / под ред. Б.М. Хрусталева. – Минск, 2005. – Вып. 21., Т. 2. – С. 129 – 134. 13. Спиридонов, Н.В. Физико-математическая модель изнашивания газотермических покрытий на опорных поверхностях прессовых валов в условиях фреттинг-коррозии / Н.В. Спиридонов, И.О. Сокоров, Л.И. Пилецкая // Машиностроение: Республиканский межведомственный сборник научных трудов / под ред. Б.М. Хрусталева. – Минск, 2007. – Вып. 22. – С. 174 – 178.

128

СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ПОЛИМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ЛАЗЕРНОМУ МОДИФИЦИРОВАНИЮ Сорокин В.Г., Эйсымонт Е.И., Костюкович Г.А., Рыскулов А.А. (УМЦ «Промагромаш» ОАО «Белкард», г. Гродно, Беларусь) Influence of short pulse laser radiation on parametres of structural characteristics of polymeric half-finished products of various structure is investigated. It is shown, that laser radiation with energy of 0,6-6,0 J causes change of topography of a surface, durability and power characteristics of film samples. Введение. Применение лазерного излучения (ЛИ) в качестве модифицирующего фактора на структуру и физико-механические характеристики полуфабрикатов из металлических и полимерных материалов рассматривается с середины прошлого века [1-4]. В данной области достигнут существенный прогресс при создании различных устройств сохранения информации, антифрикционных материалов, адгезивов. Однако в большинстве публикаций основное внимание уделено процессам структурирования, абляции, изменения оптических характеристик, повышения физико-механических характеристик полимерных и металлических материалов [1; 3-10]. В настоящее время нет устоявшейся теории, однозначно описывающей структурные изменения, протекающие в тонких поверхностных слоях полуфабрикатов различного строения, состава и технологии получения, под действием лазерного излучения. Очевидно, что в значительной степени это обусловлено различными методическими условиями обработки образцов, различающихся длиной импульса ЛИ, энергией импульса, углом падения пучка ЛИ на подложку, геометрическими параметрами образцов и т. д. Поэтому, имеющиеся в литературных источниках сведения часто не коррелируют c установленными эффектами изменения топографии поверхностных слоёв обработанных образцов, параметров надмолекулярной структуры, упрочнения и др. [1-11]. Например, в [3] основным фактором изменения параметров надмолекулярной структуры под действием ЛИ считают термическую деградацию частиц различных примесей, которые присутствуют в полимерных полуфабрикатах. В работе [6], авторами установлен факт образования упорядоченных структур в объёме некристаллического полимерного образца под действием короткоимпульсного излучения. В ряде работ отмечено характерное изменение топографии поверхности полимерных полуфабрикатов, подвергнутых воздействию ЛИ, которое характеризуется формированием специфического рельефа, геометрические параметры которого зависят от условий обработки [3; 11; 14]. Очевидно, что наблюдаемые эффекты трансформирования структуры и физикомеханических характеристик полимерных полуфабрикатов, обусловлены, прежде всего, изменением энергетического состояния полимерных макромолекул и компонентов, входящих в состав технических полуфабрикатов, т. к. известно, что, даже при относительно небольших энергетических потоках (с точки зрения промышленных технологий и применяемых в машиностроении геометрических параметров комплектующих), возможно изменение состояния полимерных и олигомерных макромолекул, приводящее к структурированию, деструкции, абляции и надмолекулярному упорядочению [10-14]. Это обстоятельство обусловливает необходимость системного изучения механизма модифицирующего действия ЛИ на полимерные полуфабрикаты различного состава, строения и технологии получения,

129

т. к. в связи с интенсивным развитием технологической базы этот вид функциональной обработки может быть эффективно использован в процессах подготовки компонентов при получении композиционных материалов с целью повышения их деформационнопрочностных характеристик, для активации поверхности полуфабрикатов в виде плёнок и блочных заготовок для нанесения покрытий и управления триботехническими параметрами, для формирования электрофизического состояния с заданным временем релаксации полимерных и композиционных изделий, применяемых в герметизирующих, триботехнических системах и практике имплантирования и т. п. Особые преимущества методу лазерного модифицирования дают возможность управления параметрами излучения (энергией и продолжительностью импульса, длиной волны) и локального воздействия на поверхность изделия или полуфабриката с минимальными энергетическими потерями. Кроме того, небольшая продолжительность импульса ЛИ и возможность регулирования геометрических параметров потока обусловливают возможность подачи значительных порций энергии на локальный участок полуфабриката, не вызывая образование макродефектов, обусловленных плавлением, горением, абляцией и др. процессами, характерными для традиционных видов технологических энергетических воздействий. Цель настоящей работы состояла в оценке возможности применения короткоимпульсного лазерного излучения (ЛИ) для модифицирования плёночных полуфабрикатов из различных термопластичных материалов. Методика исследований. Для проведения исследований использовали плёночные полуфабрикаты в состоянии промышленной поставки толщиной от 120 до 200 мкм, полученные методами экструзии с раздувом или экструзии через плоскощелевую головку из полиэтилена низкого давления (ПЭНД), полиэтилена высокого давления (ПЭВД), полипропилена (ПП), полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Перед обработкой ЛИ плёночные образцы очищали от механических загрязнений путем обработки этиловым спиртом. Для модифицирования образцов из полимерных материалов использовали лазерные установки «Квант-15» и ГОР-100N, генерирующие лазерное излучение с длиной волны λ 0 =10,06 мкм, λ 0 =0,69342 мкм и длительностью импульса 1,2-2∙10-6 с. Количество импульсов при обработке варьировали от 1 до 10. В качестве подложек, на которых размещали плёночные образцы, использовали как светорассеивающие (отражающие), так и светопоглощающие материалы. Энергия однократного импульса составляла 0,6-6 Дж. В качестве критерия для оценки зарядового состояния образца полимерного материала использовали термостимулированные токи (ТСТ), возникающие в образце при его нагревании и изменяющие свои значения при воздействии внешних факторов, в частности, лазерного излучения. Метод термостимулированной деполяризации (ТСД) состоит в измерении термостимулированного тока электретного образца. Нагревание образцов с постоянной скоростью 10о С/мин, фиксирование значений термостимулированного тока при разных значениях температуры осуществляли с помощью прибора термостимулированных токов ST-1. Прибор, управляющая и обрабатывающая программы разработаны ОДО «Микротестмашины» (г. Гомель). Исследования морфологии поверхностных слоёв плёночных образцов осуществляли с помощью оптического комплекса, включающего микроскоп и программу по обработке изображения Autoscan Areas и методом атомной силовой микроскопии (АСМ). Структурные изменения в полимерной матрице после воздействия лазерного излучения определяли методом ИК-спектроскопии НПВО с помощью ИК-Фурье спектрофотометра Tensor 27.

130

Результаты и обсуждение. Соблюдение гарантированных надмолекулярных параметров полимерных матриц является весьма сложной задачей [15], поэтому большинство промышленных полимерных материалов имеют достаточный разброс показателей служебных характеристик, обусловленный, в том числе, различием в строении и содержании надмолекулярных структур в объеме полимерных матриц. Например, износостойкость политетрафторэтилена, полиамида и др. полимерных материалов весьма существенно зависит от соотношения упорядоченной (кристаллической) и неупорядоченной фаз, которое существенным образом изменяется даже в пределах одной партии материала в зависимости от технологических параметров её переработки – температуры, времени выдержки, времени и интенсивности теплоотвода от оформляющих элементов формы, температуры термообработки готовых изделий и т. п. Поэтому важнейшей задачей практического полимерного материаловедения является обеспечение стабильных показателей служебных характеристик промышленных материалов с помощью сравнительно простых технологических приёмов, основанных на управлении процессами формирования надмолекулярной структуры энергетическими потоками различной природы и интенсивности. При модифицировании поверхностных слоёв полимерных плёнок (ПЭНД, ПЭВД, ПП, ПЭТФ) короткоимпульсным излучением рубинового лазера ГОР-100N, работающего в режиме свободной генерации с длительностью импульса τ=1,2 мс и с длиной волны λ=0,69342 мкм, установлены характерные изменения структуры, топографии и строения полимерных материалов. Исследование физико-химических характеристик плёнок свидетельствует о существенном влиянии плотности мощности облучения на показатели предела прочности при растяжении и относительного удлинения (рис. 1). Эффект упрочнения особенно значим для плёнки ПЭТФ, находящейся в некристаллическом состоянии вследствие технологических особенностей получения. Обращает на себя внимание немонотонность зависимости σ р =f(P), что свидетельствует о специфической перестройке надмолекулярной структуры материалов под действием лазерного излучения.

Рис. 1. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении от плотности мощности лазерного излучения для плёночных образцов из ПЭТФ (1), ПЭВД (2), ПП (3) ИК-спектроскопические исследования подтверждают факт изменения структуры исследуемых материалов. В ИК-спектрах облучённых ЛИ образцов ПЭВД появляются новые полосы поглощения в области 600-800, 1600-1750 см-1 и наблюдается

131

перераспределение интенсивностей полос в области 1360 см-1, характеризующих соотношение кристаллической и некристаллической фаз. Данные предположения подтверждаются исследованием морфологии поверхности полимерных образцов, подвергнутых лазерному воздействию различной мощности. С ростом суммарной дозы облучения наблюдается увеличение числа характерных конусообразных фрагментов на поверхности образца, вероятно, обусловленных процессами перекристаллизации под действием энергии лазерного пучка. Учитывая, что подводимая мощность излучения сравнительно невелика и не превышает 3,5 Вт/см2, а время обработки не более 1,2 мс, можно предположить, что процессов глубокой деструкции с уносом некристаллической составляющей с поверхностного слоя, подобных [10], не происходит, а изменение рельефа обусловлено образованием локальных квазикристаллических образований в результате изменения энергетического состояния макромолекул. В пользу этого предположения свидетельствует факт сглаживания рельефа при превышении плотности мощности 4,5 Вт/см2, что, вероятно, обусловлено тепловым разрушением кристаллических неровностей по механизму плавления. Размеры образований на поверхности облученных плёнок находятся в пределах 30-40 нм по сечению и 10-150 нм по высоте (рис. 2).

Рис. 2. Характерная морфология поверхности пленочного образца из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) исходная (б) и после однократного воздействия лазерного излучения энергией 30 Дж (в) и 2 Дж (а) Аналогичные изменения топографии поверхности плёночных образцов наблюдаются и при их обработке источником лазерного излучения «Квант-15» с длиной волны λ=10,06 мкм и продолжительностью импульса 2∙10-6 с. Характерный вид плёнок ПЭТФ, обработанных различной дозой ЛИ, представлен на рис. 3, 4. Обращает на себя внимание факт активного влияния типа подложки, на которой располагали обрабатываемые образцы, на характеристики топографии. На светоотражающей подложке одинаковая доза ЛИ вызывает существенно меньшее изменение параметров топографии поверхности (рис. 2), чем светопоглощающей (рис. 3). Этот эффект, вероятно, обусловлен особенностями процессов перераспределения энергии ЛИ в плёночном образце: светоотражающая подложка приводит к практически полному отражению потока и эффективность его влияния на процесс структурирования существенно ниже, чем при облучении на светопоглощающей подложке. В последнем случае, практически вся энергия падающего потока перераспределяется между макромолекулами образца, вызывая изменение их пространственной ориентации.

132

Как показано в [6], воздействие ЛИ может обусловить формирование упорядоченных («квазикристаллических») областей даже в образце полиметилметакрилата (ПММА). Причём размеры этих областей достаточно велики и определяются методом ренгено-структурного анализа. Нам представляется более обоснованными представления авторов работы [5; 6] о механизме упорядочения макромолекул в полимерных матрицах, основанное на возникновении акустических волн под действием короткоимпульсного ЛИ. Спорной, и, на наш взгляд, не доказанной является гипотеза, предложенная в [3], согласно которой предполагается наличие в объёме полимерного полуфабриката значительного числа загрязнений («пыли», по терминологии авторов) и низкомолекулярных продуктов синтеза. Очевидно, если предположить, что загрязнения действительно присутствует в достаточно больших количествах в полимерных полуфабрикатах (что вызывает сомнение, т. к. современные технологии синтеза предполагают тщательную очистку компонентов в реакционном объёме, т.к. наличие загрязнений может привести к нарушению реакций полимеризации и образованию полидисперсного продукта), то они имеют преимущественно неорганическую природу (преимущественно силикатные частицы), и не могут разложиться до газообразного состояния, обусловливающего «вспучивание» поверхностного слоя образца, в силу своей высокой термостойкости, достигающей значений 973 К и выше [16].

Ra=10,7,Rq=15,0

д е Рис. 3. Топография поверхности слоя плёнки полиэтилентерефталата (ПЭТФ) исходной (а) и однократно обработанной лазерным излучением с напряжением накала 500 в (б), 600 в (в), 700 в (г), 800 в (д), 900 в (е). Поле сканирования 25×25 мкм. Светопоглощающая подложка

133

Содержание значительных количеств низкомолекулярных фракций в промышленных плёнках также маловероятно, т. к. современные технологии их получения основаны на удалении этих продуктов на различных стадиях, т. к. они могут вызывать неблагоприятное воздействие на состав продуктов, в т. ч. пищевого назначения, которые упаковывают в изделия из плёночных полуфабрикатов. Интенсивное энергетическое воздействие на плёночные образцы вызывает не только изменение пространственного расположения макромолекул, но и их зарядового состояния. Предпосылками изменения зарядового состояния полимерного образца при лазерном воздействии могут быть протекание локализованных процессов деструкции наиболее напряжённых участков макромолекулы с образованием макрорадикальных продуктов, формирование ловушек носителей зарядов благодаря очистке поверхностных слоёв образцов от загрязнений и адсорбированных газообразных и жидкофазных продуктов окружающей среды, протекания процессов вторичного синтеза между компонентами поверхностного слоя и компонентами полимерного образца (в т. ч. с макрорадикальными продуктами), которые могут обусловить образование полярных групп (например, −С=О, −ОН).

д е Рис. 4. Характерный вид поверхности пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), обработанной многоимпульсным лазерным излучением с частотой 10 Гц при напряжении накала U=500 в (а, б), 600 в (в, г), 700 в (д, е); б, в, г – трехмерное изображение. Поле сканирования 25×25 мкм

134

Изменение зарядового состояния полимерных полуфабрикатов после ЛИ может быть эффективно использовано в технологии композитов, в процессах нанесения функциональных слоёв на полуфабрикат, при создании компонентов трибосистем и в ряде других практических приложениях. Например, известно, что зарядовое состояние частиц наполнителя приводит к упрочнению полимерных композитов благодаря формированию граничного квазикристаллического слоя [16; 17], а управление его параметрами представляет собой эффективное направление повышения триботехнических параметров трибосистем (эндопротезов) [17]. На рис. 5 представлена типичная зависимость значений термостимулированных токов I от температуры для немодифицированного образца полиэтилена. Спектр ТСТ исходного полиэтилена характеризуется тремя интенсивными пиками в области 1755ºС; 80-113ºС; 195-219ºС. Согласно данных [17] электретный заряд в полимерном образце образуется в результате захвата носителей заряда структурными ловушками, локализованными в зонах несовершенства структуры полимера и на поверхностях раздела «полимер-металлическая частица». Наличие в образцах металлических частиц в образцах обусловлено тем, что в приэлектродных слоях возможно образование металлсодержащих соединений, в частности, солей карбоновых кислот, которые в дальнейшем разлагаются с выделением металлических частиц. Наличие I пика в области 17-55ºС, очевидно связано с удалением влаги, содержащейся в полимерной пленке вследствие адсорбции из окружающей среды. Наличие второго пика в спектре в области 80-113ºС вероятно обусловлено процессом фазового перехода I рода – плавлением кристаллической части образца полиэтилена и высвобождением носителей заряда из структурных ловушек и, как следствие, увеличением значений термостимулированного тока. Третий пик в области 195ºС и выше по-видимому связан с появлением дополнительных носителей зарядов вследствие протекания окислительных процессов, происходящих в полиэтилене при повышенных температурах.

Рис. 6. Зависимость величины термостимулированных токов I от Рис. 5. Зависимость величины температуры Т в образце ПЭВД, термостимулированных токов I от подвергнутом однократной обработке температуры Т в исходном образце ПЭВД лазерным излучением с энергией Е~0,6 Дж. 1 – светоотражающая, 2 – светопоглощающая подложка, 3 – исходный образец Однократная обработка лазерным излучением полимерного образца, находящегося на светопоглощающей подложке (графит), при малых энергиях облучения (Е~0,6 Дж) приводит к заметному изменению спектра ТСТ в изучаемом 135

диапазоне температур (рис. 6) Значение величины термостимулированных токов в исследованной области температур увеличивается в ~2 раза. В спектре появляются дополнительные пики термостимулированных токов в области температур 55ºС-80ºС; 84ºС-95ºС; 95ºС-100ºС. Появление дополнительных пиков в спектре ТСТ очевидно свидетельствует об образовании дополнительных носителей зарядов при воздействии лазерного излучения. Это обусловлено процессами деструкции макромолекул полимера, интенсификацией окислительных процессов в поверхностных слоях полимерного образца под воздействием лазерного излучения. Это предположение подтверждается тем, что начало третьего пика ТСТ при воздействии лазерного излучения смещается в область 130ºС и является более интенсивным по сравнению с исходным спектром ТСТ для полиэтилена (см. рис. 5). Обработка образца полиэтилена лазерным излучением на светоотражающей подложке (бумаге) приводит к образованию подобного спектра ТСТ. Однако необходимо отметить образование серии интенсивных пиков в области температур 140185ºС, что может свидетельствовать о структурных изменениях в матрице полимера под действием лазерного излучения. Значения величины тока в области температур от 60-180ºС в 2,5-3 раза выше для образца полиэтилена, облученного на светоотражающей подложке, чем для аналогичного образца, облученного на светопоглощающей подложке, при прочих равных условиях. Увеличение количества обработок полимерного образца, расположенного на светопоглощающей подложке, до 10 раз приводит к увеличению значений термостимулированных токов в 1,5-2 раза и появлению достаточно интенсивного пика в спектре ТСТ в области 120-180ºС. Многократное воздействие лазерного излучения на полимерный образец, расположенный на светорассеивающей подложке, приводит к уменьшению значений термостимулированных токов в области 17-115ºС. В области температур 116-195ºС наблюдается инверсия знака термостимулированного тока, абсолютные значения термостимулированного тока ~2 раза меньше, чем при однократном воздействии на полимерный образец, для данного типа подложки (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость величины термостимулированных токов I от температуры Т в образце ПЭВД, подвергнутого многократной обработке лазерным излучением (10 имп.). 1 – светопоглощающая, 2 – светоотражающая подложка, 3 – исходный образец

Рис. 8. Зависимость величины термостимулированного тока I от температуры Т в образце ПЭВД, обработанном однократным импульсом лазерного излучения с энергией 5 Дж. 1 – светопоглощающая, 2 – светоотражающая подложка, 3 – исходный образец

Увеличение значений энергии облучения лазерного излучения до 5 Дж при облучении полимера на светопоглощающей подложке приводит к вырождению пиков 136

термостимулированных токов в области от 17ºC до 80ºС (рис. 7). В спектре в области 87-90ºС наблюдается выраженный пик и малоинтенсивный пик ТСТ в области 115ºС140ºС и достаточно интенсивный ток в области от 180ºС и выше (рис. 8). Значения величины термостимулированных токов, наблюдаемых при выбранных режимах облучения, увеличились в 3-5 раз по сравнению со значениями термостимулированных токов, наблюдаемых в образце, модифицированном лазерным излучением при Е=0,6 Дж (рис. 6). Обработка образца полиэтилена лазерным излучением энергией Е=5 Дж на светорассеивающей бумажной подложке приводит к увеличению значений пика ТСТ в области 60-120ºС, появлению хорошо выраженного пика ТСТ при 163ºС (рис. 8). Десятикратное облучение образца полиэтилена, размещенного на светопоглощающей графитовой подложке, приводит к вырождению пиков ТСТ в области 20-120ºС и появлению серии пиков ТСТ в области 180ºС-200ºС (рис. 9). Многократное воздействие (10 раз) на полимерный образец на светорассеивающей подложке уменьшает интенсивность пиков ТСТ в указанных диапазонах, причем пик ТСТ при 163ºС становится размытым и находится в диапазоне от 120ºС до 180ºС.

Рис. 9. Зависимость величины термостимулированного тока I от температуры Т в образце ПЭВД, обработанном многократным импульсным лазерным излучением с суммарной энергией 5 Дж.: 1 – светопоглощающая, 2 – светоотражающая подложка, 3 – исходный образец Таким образом, управляя технологическими параметрами обработки лазерным излучением полимерных полуфабрикатов можно изменять показатели различных характеристик: структурных, деформационно–прочностных, электрофизических и др. Применение лазерных технологий в композиционном полимерном материаловедении и триботехнике позволяет направленно и изменять кинетику межфазных процессов с целью формирования структуры заданного состава и строения. Выводы. Анализ литературных источников и результаты проведенных исследований свидетельствует о перспективности использования лазерного излучения в технологиях формирования функциональных материалов и систем. Лазерное излучение оказывает комплексное воздействие на полимерные полуфабрикаты, изменяя его структуру, деформационно-прочностные и электрофизические характеристики. Вероятно, синергическое действие лазерного излучения обусловлено изменением энергетических параметров полимерных макромолекул, которое вызывает вторичные процессы структурных превращений, изменяющих параметры служебных характеристик.

137

Список литературы: 1. Саид-Галиев, Э.Е. Модификация полимеров и композитов под действием СО 2 -лазера. Обзор. / Э.Е. Саид-Галиев, Л.Н. Никитин // Механика композитных материалов. − 1992, № 6. – С. 723 – 734. 2. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. / Под ред. Д.М. Поута и [др.] – М.: Машиностроение. − 1987. – 424 с. 3. Тишков, Н.И. Изменения надмолекулярной структуры полимеров под действием лазерного излучения. / Н.И. Тишков [и др.] // Материалы. Технологии. Инструменты. Т.9, N 2, 2004. – С. 68 -72. 4. YehJ. T.C. Laser ablation of polymers / T.C. YehJ. // J. Vac. Sci. Tehnal., A4 (1986), N 3. Pt. 1, h.h. 653-658. 5. Иванов, А.Ю. Акустическая эмиссия в ходе формирования новых фаз при лазерной обработке материалов. / А.Ю. Иванов. // Вестник ГрГУ, сер.2, N 2, 2006. – с.81-85. 6. Васильев, С.В. Изменения структуры полиметилметакрилата при облучении миллисекундными лазерными импульсами. / С.В. Васильев [и др.] // Квантовая электроника, Т. 25, N 19, 1998. – с.1025-1027. 7. Лиопо, В.А. Изменения кристаллической структуры металлов под воздействием лазерного излучения / В.А. Лиопо [и др.] // Взаимодействие излучений с твердым телом. Мат. 6-й межд. конф. – Мн.: ИЦ БГУ, 2005. – С. 53 – 57. 8. Лиопо, В.А. Влияние лазерного облучения на структуру металлов / В.А. Лиопо [и др.] // Взаимодействие излучений с твердым телом. Мат. 6-й межд. конф. – Мн.: ИЦ БГУ, 2003. – С. 3 – 7. 9. Chumakov, A.N. Dependence of structural changes of monoatomic metals on the regime of their laser treating. / A.N. Chumakov [and oth.] // Inviting lectures on the IV Yugoslaw-Belarussian symp. Belgrade. − 2002. – P. 129 – 130. 10. Красовский, А.М. Получение тонких пленок распылением полимеров в вакууме. / А.М. Красовский, Е.М. Толстопятов – Мн.: Наука и техника. − 1989. – 181 с. 11. Авдейчик, С.В. Морфология полимерных материалов после высокоэнергетической обработки./ С.В. Авдейчик, В.В. Гаврилова, С.А. Плескач. // Вестник ГрГУ, 2007. №4. С. 31 – 45. 12. Корецкая, Л.С. Атмосферостойкость полимерных материалов. /Л.С. Корецкая. – Минск.: Навука i тэхнiка, 1993. – 206 с. 13. Овчинников, Е.В. Тонкие пленки фторсодержащих олигомеров /Е.В. Овчинников, В.А. Струк, В.А. Губанов. – Гродно: ГГАУ, 2007. – 326 с. 14. Ионин, А.А.Селективная по частоте поверхностная обработка полимерных материалов излучением СО 2 –лазера. / А.А. Ионин [и др.]. // Квантовая электроника. − 1999. − Т. 24, N 8. - С. 764 -767. 15. Савкин, В.Г. Роль структурной трибомеханики в создании композиционных самосмазывающихся материалов. Автореф. дисс. докт. техн. наук. /В.Г. Савкин. – М.: 1984. – 35 с. 16. Полимер-силикатные машиностроительные материалы: физико-химия, технология, применение / С.В. Авдейчик и [др.]; под ред. В.А. Струка, В.Я. Щербы. – Минск: Тэхналогiя, 2007. – 431 с. 17. Пинчук, Л.С. Электретные материалы в машиностроении. / Л.С. Пинчук, В.А. Гольдаде. – Гомель: ИММС НАН Б, 1998. – 288с. ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО МОДАЛЬНОГО АНАЛИЗА МИКРОСТРУКТУР Степаненко Д.А., Юрчик Е.Н. (БНТУ, г. Минск, Беларусь) The article presents design of the system for non-contact dynamic analysis of microstructures based on the use of focused ultrasonic transducers and silicon as a structural material. Method of calculating phase velocities of ultrasonic waves in single-crystal silicon is described. Для контроля качества и механических характеристик микроэлектромеханических систем (МЭМС) важной задачей является исследование их динамических свойств, 138

которое предпочтительно должно выполняться бесконтактным способом. Известен способ бесконтактного анализа собственных колебаний микроструктур, основанный на возбуждении колебаний с помощью акустической радиационной силы, создаваемой парой фокусирующих ультразвуковых преобразователей, и исследовании реакции структуры с помощью сканирующего лазерного доплеровского виброметра [1-2]. В случае, когда преобразователи возбуждаются высокочастотными электрическими сигналами с частотами f и f+Δf, различающимися на величину Δf<<f, и имеют общую фокальную область, на объект, находящийся в этой области, воздействует низкочастотная радиационная сила с частотой Δf. Как правило, величина f составляет несколько МГц, а частота Δf – несколько десятков кГц. При этом размер фокальной области составляет порядка нескольких миллиметров. В то же время многие структуры МЭМС имеют собственные частоты порядка нескольких МГц и для возбуждения колебаний с такой частотой необходимо использовать преобразователи с резонансной частотой до нескольких ГГц. Преобразователи с такой частотой используются в акустической микроскопии и имеют разрешающую способность (размер фокальной области) до 1 мкм, что потенциально позволяет исследовать структуры с очень малыми размерами, используемые в МЭМС. Основным элементом акустического микроскопа является акустическая линза, которая может изготавливаться из монокристаллического кремния методом изотропного травления [3-4]. Таким образом, представляется возможным создание интегрированной системы для бесконтактного модального анализа микроструктур, основанной на использовании фокусирующих преобразователей типа применяемых в акустической микроскопии и кремния в качестве структурного материала. Концептуальная схема такой системы приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Плоские ультразвуковые волны создаются с помощью пленочных пьезоэлектрических преобразователей 1, нанесенных на боковые поверхности пирамидальных углублений 2, полученных на передней стороне подложки методом анизотропного травления. С обратной стороны подложки путем анизотропного травления выполнено сквозное пирамидальное отверстие 3, на боковых гранях которого методом изотропного травления формируются сферические углубления 4, выполняющие фокусировку ультразвуковых волн на поверхности исследуемой структуры 5. Наличие в подложке сквозного отверстия позволяет осуществлять сканирование поверхности исследуемого объекта с помощью луча лазера. При этом сканирование может производиться с помощью интегрированного МЭМС-зеркала 6,

139

которое отклоняет луч лазера, исходящий из оптического волокна 7 и отраженный от металлизированной грани 8. Учитывая, что кремний является анизотропным материалом, скорость распространения ультразвуковых волн в нем зависит от направления и при расчете фокусного расстояния акустических линз из кремния необходимо принимать во внимание эту зависимость. Далее рассматривается задача расчета фазовой скорости акустических волн в монокристалле кремния для кристаллографического направления <111>, однако приведенная методика расчета может быть без труда использована для других направлений в кристалле. Для описания процесса распространения акустических волн в направлении <111> необходимо определить компоненты тензора модулей упругости Cijkl в системе координат, для которой одна из координатных осей, например, ось z, совпадает с этим направлением. В качестве исходных данных можно использовать тот факт, что для кубических кристаллов в системе координат, оси которой совпадают с осями симметрии кристалла четвертого порядка, тензор модулей упругости имеет три независимых компонента и может быть представлен в виде матрицы следующего вида [5]: 0 0 0   C11 C12 C12   0 0 0   C12 C11 C12 C C12 C11 0 0 0   12  0 0 C 44 0 0   0  0 0 0 0 C 44 0    0 0 0 0 0 C 44   Тензор коэффициентов упругости может быть представлен в виде матрицы,

обратной по отношению к C, то есть S = C −1 . Матрица S будет иметь структуру, аналогичную структуре матрицы C. Элементы матрицы S будут определяться формулами S11 = 1 E , S 44 = 1 G , S12 = − ν E , где E – модуль продольной упругости, G – модуль сдвиговой упругости, ν – коэффициент Пуассона. Величины E, G и ν для кремниевой подложки с кристаллографической ориентацией (001) принимают согласно работе [6] следующие значения: E = 130.2 ГПа , G = 79.4 ГПа , ν = 0.279 . С учетом этих значений можно вычислить компоненты тензора коэффициентов упругости для данной ориентации подложки, а затем путем обращения соответствующей этому тензору матрицы определить компоненты тензора модулей упругости. Рассмотрим преобразование системы координат, состоящее в повороте вокруг оси z на угол ϕ1 = 135° по часовой стрелке с последующим поворотом вокруг оси y ′ на угол ϕ 2 = 54°44′ . При таком преобразовании ось z ′′ новой системы координат совмещается с направлением <111>, ось y ′′ – с направлением < 110 > , а ось x′′ – с направлением < 11 2 > . Матрица преобразования системы координат имеет вид

140

 cos ϕ 2 0 sin ϕ 2  cos ϕ1 − sin ϕ1 0     1 0  sin ϕ1 cos ϕ1 0  a= 0  − sin ϕ 0 cos ϕ  0 0 1  2 2   Матрица тензора модулей упругости в новой системе координат может быть определена по формуле ~ C = ACAT , где A – матрица, связанная с матрицей a преобразования системы координат соотношением [5] 2 2 2   a11 2a11a12 2a13a11 2a12 a13 a12 a13   2 2 2   a21 2a21a22 2a22 a23 2a23a21 a22 a23   2 2 2 2a33a31 2a31a32 2a32 a33 a32 a33 a31   A= a a a22 a32 a23a33 a22 a33 + a23a32 a23a31 + a21a33 a21a32 + a22 a31    21 31  a11a31 a12 a32 a13a33 a12 a33 + a13a32 a13a31 + a11a33 a11a32 + a12 a31   a a  21 11 a22 a12 a23a13 a12 a23 + a13a22 a13a21 + a11a23 a11a22 + a12 a21  Рассчитав матрицу тензора модулей упругости, можно определить скорости распространения волн для направления <111>. Плоская волна, нормаль к волновому фронту которой характеризуется вектором n , описывается уравнением ГринаКристоффеля [7]: (Γ − ρc 2 I )u = 0 , где ρ – плотность среды, c – фазовая скорость волны, I – единичная матрица, u – вектор колебательного смещения частиц. Компоненты матрицы Γ определяются формулой Γij = Cijkl nk nl . По повторяющимся в различной вариантности индексам (k и l) выполняется суммирование (соглашение Эйнштейна о суммировании). Уравнение Грина-Кристоффеля имеет нетривиальное (отличное от нуля) решение при условии det(Γ − ρc 2 I ) = 0 . Это условие выполняется лишь для определенных значений фазовой скорости ci , связанных с собственными значениями γ i матрицы Γ зависимостью ci = γ i ρ , i = 1,2,3 . В общем случае при заданной ориентации нормали n матрица Γ имеет три несовпадающих собственных значения, соответствующих фазовым скоростям трех волн с различной поляризацией. Эти волны называют изонормальными, так как направление их распространения описывается общей нормалью. Собственные векторы матрицы Γ ортогональны и описывают направления поляризации изонормальных волн. 141

В общем случае направления поляризации всех волн отличны от направления нормали. В направлениях, соответствующих кристаллографическим осям могут распространяться чистые волны, для которых направление поляризации совпадает с направлением распространения (продольные волны) или ортогонально ему (поперечные волны). Скорости чистых поперечных волн могут быть как различными, так и совпадать. В первом случае волна с произвольной поляризацией поперечной составляющей расщепляется в кристалле на две волны, имеющие взаимно ортогональную поляризацию и распространяющиеся с различными скоростями. Во втором случае в кристалле могут распространяться без расщепления поперечные волны любой поляризации. Расчет с использованием приведенных выше зависимостей с помощью программы MathCad показал, что в направлении <111> в монокристалле кремния может распространяться чистая продольная волна со скоростью cl = 9419.2 м / с и чистая поперечная волна произвольной поляризации со скоростью ct = 4435.9 м / с . Фокусное расстояние акустических линз, используемых в системе согласно рисунку 1, может быть определено по формуле R , F= 1 − c2 c1 где R – радиус кривизны линзы, c1 – скорость звука в материале линзы, c2 – скорость звука в иммерсионной жидкости, обеспечивающей акустический контакт между линзами и исследуемой структурой. В случае использования в качестве иммерсионной жидкости воды ( c2 = 1540 м / с ) фокусное расстояние может быть определено по формуле F = 1.196 ⋅ R . Описанная методика расчета фазовых скоростей ультразвуковых волн в монокристаллах кремния может быть полезна при расчете других устройств, например, ультразвуковых сепараторов и кремниевых концентраторов для ультразвуковых хирургических инструментов. Список литературы: 1. Huber T.M., Hagemeyer S.D., Ofstad E.T., Fatemi M., Kinnick R.R., Greenleaf J.F. Noncontact modal excitation of small structures using ultrasound radiation force. Online: http://physics.gac.edu/~Huber/Presentations/sem_2007_june/ 400_hub.pdf. 2. International application published under PCT WO 2006/069005 A2, IPC G01H 17/00. Vibroacoustic system for vibration testing / T.M. Huber, J.F. Greenleaf, M. Fatemi-Booshehri. – International application number PCT/US2005/045964; international filing date 16.12.2005; international publication date 29.06.2006; priority 20.12.2004 US 60/637883. 3. Hashimoto H., Tanaka S., Sato K., Ishikawa I., Kato S., Chubachi N. Chemical isotropic etching of single-crystal silicon for acoustic lens of scanning acoustic microscope // Japanese Journal of Applied Physics. Vol. 32. 1993. Pp. 2543-2546. 4. United States Patent 5050137, IPC G10K 11/00, 11/30, H04R 17/00. Ultrasonic probe / K. Sato, H. Kanda, S. Kato et al. – Application No. 07/522928; filed 14.05.90; published 17.09.91; priority 13.04.88 JP 63-89059, 16.11.88 JP 63-287720. 5. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. – М.: Наука, 1965. – 780 с. 6. Kim J., Cho D., Muller R.S. Why is (111) silicon a better mechanical material for MEMS? // Transducers'01. Eurosensors XV: The 11th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators. Vol. 1. 2001. Pp. 662-665. 7. Распространение ультразвука в кристаллах // Ультразвук. Маленькая энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1979. – С. 292-297.

142

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМ ЗУБОМ ПОД НАРЕЗКУ НА ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРАХ Стрельников В.Н., Суков Г.С., Волошин А.И., Лесняк Г.А., Баглаенко Г.А., Нечепоренко И.Ю., Омельченко В.И., Донской Д.И. (ЗАОНКМЗ г. Краматорск,Украина) On the fundamentals machine-tool gearing the computer model of a circular-arc tooth of a bevel gear is developed. In CAD system the tooth contact by the main criterion of fluctuation of hard loaded gearing - a contact deflection in which other sources of an equating aberration of teeth from theoretically set shapes and positions is optimised. Adjustment of relative curvature of the teeth mating surfaces in environs of a contact point was carried out on two parameters: to diameter and the form (parabolic correction) of cutter head. Результатом научной организации производственных процессов служит повышение уровня производительности труда, снижение количества технологического оборудования и численности персонала, увеличение съема продукции с единицы производственной площади, замена морально устаревшего оборудования современными переналаживаемыми комплексами и обрабатывающими центрами. Так, например, на обрабатывающих центрах, резанием по управляющим программам, заготовки приобретают заданные конструктивные формы и размеры деталей машин, точность которых регламентирована паспортными характеристиками оборудования и техническими условиями на изготовление. При этом твердость материала может достигать 60 HRC, а шероховатость поверхностей после обработки R z ≥ 1, 6 м к м . Универсальные многокоординатные обрабатывающие центры позволяют выполнять высокоточную нарезку зубьев любой конфигурации, в том числе с поверхностной химико – термической обработкой. Как показывает производственный опыт ЗАО НКМЗ, продолжительность изготовления крупных зубчатых, шевронных и червячных колес на универсальных многокоординатных обрабатывающих центрах сокращается на (25 … 50) % в сравнении с традиционными методами производства, использующими зуборезные станки. Однако, отсутствие руководящих технических материалов, расчетных методик и управляющих программ для нарезки геометрически сложных поверхностей зубьев, затрудняет производство зубчатых колес с геометрически сложными поверхностями зубьев, в том числе конических с круговыми зубьями. Целью работы является создание компьютерной модели кругового зуба конического колеса с оптимизацией пятно контакта по основному критерию флуктуации тяжело нагруженного зубчатого зацепления – контактной деформации, к которой приведены другие источники отклонения зубьев от теоретически заданных форм и положений. В соответствии с геометрическими и прочностными расчетами строится трехмерная модель изделия - зубчатое колесо. Активные поверхности зубьев задаются координатами узловых точек, представляющих пересечения криволинейных координат, в CAD – системе выполняются графические отображения указанных поверхностей. В общем случае координаты узловых точек определяются методами дифференциальной геометрии [1], для чего необходимо аналитическое представление искомых поверхностей [2, 3, 4, 5, 6].  Уравнение производящей поверхности F шестерни и ее орта нормали e (F ) в неподвижной системе координат, а также уравнение зацепления производящей поверхности с шестерней 143

(

[

)

(

)

x (F ) = rF ctgα F − u F cos α F cos γ 1 + u F sin α F cos ϑ F − q F + ψ F +    + bF cos q F − ψ F − L cos γ 1 − ∆L1 sin γ 1 ;  y (F ) = u F sin α F sin ϑ F − q F + ψ F − bF sin q F − ψ F + ∆E1 ;   z (F ) = − rF ctgα F − u F cos α F sin γ 1 + u F sin α F cos ϑ F − q F + ψ F +   + bF cos q F − ψ F + ∆L1 cos γ 1 + L sin 2 γ 1 , 

(

) (

]

)

)]

(

[

) (

(1)

)

где rF - расчетный радиус резцовой головки; α F - угол профиля резцов; γ 1 - угол ножки зуба шестерни; u F и ϑ F - независимые параметры производящей поверхности F;

ψ F - параметр, определяющий положение производящей поверхности F в неподвижном пространстве; bF и q F - радиальная и угловая установки резцовой головки; L расчетное расстояние начальной точки контакта поверхностей зубьев шестерни и колеса, лежащей на общей образующей их начальных конусов, от общей вершины; ∆L1 , ∆E1 - соответствующие осевое и гипоидное смещения при настройке станка;

( )

)

e x(F ) = sin α F cos γ 1 + cos α F cos ϑ F − q F + ψ F sin γ 1 ;    ( ) F e y = cos α F sin ϑ F − q F + ψ F ;   e z(F ) = − sin α F sin γ 1 + cos α F cos ϑ F − q F + ψ F cos γ 1 ;

(

(2)

)

(

− u +  r ctgα − L sin γ − ∆L tgδ  cos α  sin ϑ − q + ψ + b sin α × F 1 1 b1  F F F F F F  F  F  (3) i F − sin δ b 1 1 × sin q F − ψ F + bF cos α F sin ϑ F − ∆E1 sin α F − cos α F tgδ b × 1 cos δ b

(

[

)

(

)]

× cos ϑ F − q F + ψ F = 0 , где δ b = δ 1 − γ 1 - угол конуса впадин; δ 1 - угол начального конуса; i F - передаточное 1 1 отношение цепи обкатки. Скорость относительного движения при зацеплении производящего колеса и нарезаемой шестерни

[

]

 (F )      V 1 = ω (F ) − ω (1) × r (1) − R (1) × ω (1) ,

(4)

  где r (1) - радиус – вектор точки контакта в неподвижной системе; R (1) - радиус – вектор, проведенный в некоторую точку линии действия вектора угловой скорости   шестерни ω (1) ; ω (F ) - вектор угловой скорости производящего колеса. Боковой поверхности зуба нарезаемой шестерни определяется представлением уравнений (1) в системе координат жестко связанных с шестерней. При этом  (F )  выполняется равенство (3) и с учетом значений (2) и (4) условие e (F ) × V 1 = 0. 144

Метод построения активных поверхностей зубьев на основе дифференциальной геометрии универсален, требует большого объема сложных расчетов. Модель конического колеса с круговыми зубьями можно построить в CADсистеме на базе станочного зацепления, учитывающего кинематику инструмента и заготовки, что существенно упрощает методику компьютерного моделирования. Для иллюстрации рассмотрим процесс компьютерного моделирования коническое колесо с круговым зубом со следующими характеристиками: средний нормальный модуль m n = 7.8 мм; число зубьев z = 23; средний угол наклона зуба b n =35°; осевая форма зуба по ГОСТ 19325-73; исходный контур ГОСТ 16202-81; коэффициент смещения x n = 0; коэффициент изменения толщины зуба x t = 0; угол делительного конуса d = 30°; угол конуса вершин da = 32°33’; номинальный диаметр зуборезной головки d a = 400 мм; внешнее конусное расстояние R e = 263 мм; ширина зубчатого венца b w = 88 мм; межосевой угол передачи S = 60°. В соответствии с расчетами относительного позиционирования заготовки и инструмента (рис. 1) моделируется процесс формообразования боковой поверхности

Рис.1. Схема относительного позиционирования заготовки и инструмента зуба (рис.2). При этом осуществляется коррекция главной кривизны боковой поверхности зуба, в продольном направлении зуба регулируется диаметр зуборезной головки или дуга окружности последней апроксимируется некоторой кривой, например, параболой. Подобная аппроксимация упрощает процесс оптимизации пятна контакта, а также повышает устойчивость заданной локализованной формы и его расположения на боковых поверхностях зубьев, против технологических погрешностей и деформаций несущих элементов конструкции.

145

Рис. 2. Моделирование формообразования боковой поверхности зуба путем симуляции процесса нарезания зубьев Фланкирование головки и ножки нарезаемого зуба предусматривает дополнительную коррекцию профиля режущей кромки инструмента. Это способствует устранению интерференции зубьев, оптимизирует локализацию пятна контакта, снижает склонность зубьев к заеданию под нагрузкой. Полученная модель инструмента поворачивается относительно оси люльки до врезания в заготовку. Совместным дискретным проворачиванием инструмента и заготовки симулируется выборка геометрически совмещенного массива модели и заготовки. Углы поворота заготовки и инструмента соответствуют станочному зацеплению. Варьирование передаточного отношения вращения заготовки и инструмента позволяет изменять форму зуба, при этом преимущественное изменение получает угол профиля зуба. Компьютерное моделирование обеспечивает выполнение всех корректур настройки зуборезного станка, в том числе: - смещение оси заготовки относительно оси люльки - изменяет длину образующей зуба; - гипоидное смещение; - наклон оси резцовой головки относительно оси люльки; - переменное движение обкатки путем введения переменной функции угла поворота инструмента вместо постоянного числа. Отображение впадины зуба колеса представляет некоторую совокупность поверхностей, размеры которых зависят от шага дискретного моделирования. Накладывая 146

на дискретные поверхности «сглаживающую» касательную поверхность путем размножения получим трехмерную модель конического колеса с круговым зубом (рис.3). Профиль зуба контролируется рядом замеров хорды в нормальном измерительном сечении на различной высоте зуба (рис. 4).

Рис. 3 Трехмерна модель конической шестерни с круговым зубом после модификации и фланкирования

Рис.4 Результаты замеров хорды кругового зуба в нормальном измерительном сечении

Симуляцией зубчатого зацепления с точечным контактом проверяется боковой зазор и отсутствие интерференции зубьев при вращении пары. По достижению положительного результата имитируется нагрузка и соответствующая контактная деформация зубьев. Устранение интерференции зубьев, кромочного контакта, а также оптимизация локализованного пятна контакта выполняется введением указанных выше корректур. При необходимости определяются деформации несущих элементов конструкции под нагрузкой, а затем учитываются в качестве дополнительных факторов при симуляции зубчатого зацепления и оптимизация локализованного пятна контакта (рис. 5). По скорректированной трехмерной компьютерной модели (рис. 3) в CAMсистеме генерируются управляющая программа черновой и чистовой обработки заготовки зубчатого колеса на обрабатывающем центре (рис. 6). Выводы. 1. Создана методика компьютерного моделирования изготовления конических зубчатых колес с круговым зубом на универсальных многокоординатных обрабатывающих центрах, доступная для широкого круга потребителей 2. В CADсистеме разработана модель конического зубчатого колеса с круговым зубом, со значительно более широкими возможностями устранения интерференции зубьев и кромочного контакта, а также оптимизации локализованного пятна контакта в режиме трехмерного моделирования. 3. Полученные результаты дают возможность высокоточной чистовой нарезки круговых зубьев после химико – термической обработки, при твердости материала до 60 HRC. 4. Как показывает производственный опыт, продолжительность изготовления крупных конических колес с круговыми зубьями, на универсальных многокоординатных обрабатывающих центрах сокращается до 50 %, в сравнении с аналогичным производством на традиционных зуборезных станках. 147

Рис. 5 Пара конических зубчатых колес после модификации и фланкирования круговых зубьев, а также оптимизации пятна контакта

Рис. 6 Симуляция процесса нарезания круговых зубьев конического колеса станком Ferrari S560.

5. Разработанная методика компьютерного моделирования изготовления конических зубчатых колес с круговым зубом на универсальных многокоординатных обрабатывающих центрах апробирована в производственных условиях ЗАО НКМЗ. Она позволила устранить трудоемкую слесарно - сборочную операцию подгонки и прикатки конической пары с круговыми зубьями, устранить дорогостоящую операцию шлифовки круговых зубьев, в значительной мере повысила качество и конкурентные свойства выпускаемой продукции. Список литературы. 1. Фиников С.П. Теория поверхностей. – М. - Л.: ОНТИ ГТТИ, 1934. – 204 с. 2. Шевелева Г.И. Теория формообразования и контакта движущихся тел. – М. – Изд. “Станкин”, 1999. – 494 с. 3. Кобатов Н.Ф., Лопато Г.А. Конические колеса с круговыми зубьями. – М. – Изд. «Машиностроение», 1966. – 300 с. 4. Литвин Ф.Л., Заостровский А.А. Определение исходных параметров и корректур для них при нарезании конических колес с круговыми зубьями // Теория передач в машинах. – М.: Изд. «Машиностроение», 1966. С. 5 – 24. 5. Litvin F. L., Qi Fan, Fuentes A. Computerized Design, Generation, and Simulation of Face - Milled Formate Cut Spiral Bevel gears. – Chicago: Universitu of Illinois at Chicago. – 2001. – 54. 6. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. – М.: Изд. «Наука», 1968. – 584 с. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ПРИ БЕЗОТКАЗНЫХ ИСПЫТАНИЯХ Стрельников П.В. (ИПММС НАН Украины, г.Киев, Украина) The method of an esimation of indexes of reliability are esteemed on the basis of the padding prior information of coefficient variation of the operative time on the bast of DNdistribution. Основным методом, который позволяет установить реальный уровень надежности объектов, представляется оценка показателей надежности объектов по

148

результатам испытаний (эксплуатации). При этом достоверность оценки показателей надежности определяется объемом статистических данных об отказах, который обеспечивается соответствующим количеством образцов, поставленных на испытания или находящихся под наблюдением, а также продолжительностью испытаний (наблюдений). На практике распространенной является ситуация, когда на испытания может быть представлена малая выборка изделий, которая не обеспечивает достаточного объема статистических данных об отказах, позволяющего в рамках строго вероятностного подхода оценить искомые показатели надежности. Минимальное число образцов, на основании которых возможен статистический анализ с принятием решений относительно какого-либо одного параметра, не может быть менее 4 [1]. В противном случае неизбежно имеет место систематическая ошибка (смещение) оценки, что может привести к неправильному осмысливанию результатов. Получение более достоверных оценок показателей надежности при испытании (наблюдении) малой выборки образцов может быть обеспечено при использовании дополнительной априорной информации. В частности, использование в качестве теоретических функций распределения наработки до отказа (на отказ) вероятностнофизических моделей отказов, например, диффузионных распределений, рекомендованных стандартами, позволяет успешно решать поставленную задачу. В данном случае весьма важной является априорная информация об оценке коэффициента вариации распределения наработки. Как известно, непосредственная экспериментальная оценка коэффициента вариации распределения отказов (распределения наработки до отказа) с заданной точностью требует статистических данных гораздо большего объема, чем для оценки средних показателей надежности, и поэтому, как правило, не представляется возможным получение необходимых данных. Установлено, что коэффициент вариации распределения отказов при диффузионном распределении совпадает с коэффициентом деградации (изменения определяющего параметра). Это предоставляет возможность оценки коэффициента вариации распределения отказов путем использования многочисленной информации о физических процессах деградации, обусловливающих отказы объектов. Коэффициент вариации, как обобщенная характеристика, является достаточно устойчивой характеристикой для типичных физических процессов деградации и в меньшей мере зависит от конструктивных тонкостей. Все это позволяет получать достаточно точные оценки коэффициентов вариации распределения отказов, используя информацию об аналогах. При этом аналогами являются не только идентичные объекты, но и конструктивно отличающиеся объекты, имеющие аналогичные физические процессы деградации, приводящие к возникновению отказов. В ряде стандартов приведены оценки коэффициентов вариации различных физических процессов, протекающих в объектах и приводящих к отказам. В настоящей работе рассматривается методика обработки результатов испытаний (эксплуатации) малой выборки объектов при отсутствии отказов. В качестве объектов рассматриваются технические системы, содержащие как механические, так и электронные элементы, приводящие к отказам системы. Для таких технических систем рекомендуется в качестве теоретической модели отказов использовать DN распределение. В данном случае решается задача оценки показателей безотказности систем по результатам испытаний (эксплуатации) в интервале ( 0, t и ), то есть определяются показатели безотказности до первого отказа (ресурса, если объекты не восстанавливаются).

149

В теории биномиальной схемы испытаний с остановкой в случае безотказных испытаний установлено (в частности, Клоппером и Пирсоном) [2], что значение нижней доверительной границы отсутствия отказа при испытании N образцов может быть оценена выражением: (1) P = (1 − β ) 1 / N , где β - односторонняя доверительная вероятность оценки вероятности безотказной работы системы (совокупности N образцов). Связь между односторонней доверительной вероятностью β и двусторонней q доверительными вероятностями следующая:

β=

1+ q . 2

(2)

Ниже представлена процедура оценки параметров закона распределения наработки до отказа ( DN -распределения). Вычисляют нижнюю границу вероятности отсутствия отказа за интервал испытаний (эксплуатации) t и , если на испытании (эксплуатации) находилось N образцов и отказ не зафиксирован, по формуле:

1− q  Р (t и ) =    2 

1/ N

(3)

где q - заданная доверительная вероятность оценки параметра масштаба µ . Определяют нижнюю доверительную границу параметра масштаба µ распределения для рассматриваемой схемы испытаний эксплуатации), решая уравнение:

 µ − tи P (t и ) = Φ   ν µ t и

  − exp 2  ν2  

DN-

(наблюдений в процессе

  µ + t и Φ −   ν µ t и

 ,  

(4)

где Φ (⋅) - функция нормированного нормального распределения. При установленных значениях P (t и ) и ν из последнего уравнения получают решение (оценку нижней доверительной границы параметра µ ) в следующем виде:

µ=

tи , х [1 − Р(t и ); ν ]

(5)

x [1 − P(t и ); ν ], равное относительной наработке (x = t и / µ ) , определяют из соответствующих таблиц DN -распределения по значениям F = 1 − P(t и ) и ν = ν или решая уравнение

где

значение

1− x   2   1+ x  F = Φ  + exp 2  Φ  − . ν   ν x  ν x 

µ , соответствующую доверительной вероятности q , ~ DN -распределения: получают выборочную среднюю оценку параметра µ Используя оценку

150

µ~ =

, x ( 1 − q; ν~ ) а также x (q ; ν~ )

(6)

где значение вычисляются аналогично x (1 − q ; ν~ ) , вышеприведенному. Оценку верхней доверительной границы параметра масштаба µ вычисляют по формуле: ~ x ( q; ν~ ) . µ =µ

~, µ , µ , ν~,ν ,ν ) DN -распределения, можно Определив оценки параметров ( µ вычислить все необходимые показатели надежности (среднюю наработку до отказа, гамма-процентную наработку, вероятность безотказной работы за заданный интервал наработки, остаточную наработку до отказа и т.д.). Список литературы: 1. Фишер Р. Статистические методы для исследователей. М.: Гостехиздат, 1958. – 396 с. 2. Судаков Р.С. Испытания систем: выбор объемов и продолжительности. – М.: Машиностроение, 1988. – 445 с. 3. Стрельников В.П., Федухин А.В. Оценка и прогнозирование надежности электронных элементов и систем. – К.: Логос, 2002. – 486 с. О ТОЧНОСТИ РАЗМЕРОВ ОТЛИВОК ИЗ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС Султанов Э.Ч. (А ГЭ У, Баку, Азербайджан) In clause questions of maintenance of accuracy of the sizes of the products received at processing of polymeric materials are considered. Comparison experimental and practical curves of distribution of the sizes of products after processing are made. It is established, that the curve distributions received settlement and experimental methods are close to each other. Using these data, it is possible to state an objective estimation of quality of technological process and to define quantity of possible marriage thus. Размеры изделия из пластмасс определяются размерами формующего инструмента и отклонениями от них размеров готовых изделий под влиянием различных факторов, из которых основным является усадка перерабатываемого материала. Сущность процесса формования заключается в придании нужной формы некоторому количеству материала определенной массы и объема, которые считаются неизменными, однако такое допущение не совсем точно. В действительности масса в процессе формования может изменяться вследствие потерь в виде летучих компонентов. Изменение же объема зависит от давления и температуры формования. К технологической усадке относят изменения формы и размеров изделия (по сравнению с теми же характеристиками инструмента), которые происходят при неизменной массе формуемого материала. Подробно эти вопросы рассмотрены в работе [1] на примерах прессованных деталей из реактопластов. Однако общие положения можно распространить и на литые пластмассовые детали из термопластов. Эти рекомендации относятся также к методам решения важных производственных задач, среди которых значительное место занимают задачи, связанные с выбором оптимальных соотношений между допусками на размеры пластмассовых деталей и соответствующих размеров форм, в которых изготавливается деталь [2, 3].

151

Если при комнатной температуре допуск на размер формы Р ф составляет величину δ ф , тогда возможный общий размер формы будет Р ф ± δ ф . Аналогичным образом размер готовой детали при заданном допуске будет Р д ± δ . При максимальном размере формы Р ф ± δ ф и минимальной усадке Sмин готовой детали его размер может составить величину Р д + δ . С другой стороны, размер детали Р д − δ может быть получен в том случае, если формуемый материал имеет максимальную усадку Sмакс , а форма выполнена с отрицательным допуском, т.е. Р ф − δ ф . В общем виде имеем: (Р ф + δ ф ) − (Р ф + δ ф )Sмин = Р д + δ ,

(1)

(Р ф − δ ф ) − (Р ф − δ ф )Sмакс = Р д − δ .

(2)

Если учесть, что δ ф Sмин

и δ ф Sмакс

можно пренебречь (их величина

незначительна), тогда уравнения получат следующий вид: Р ф + δ ф − Р ф Sмин = Р д + δ ,

(3)

Рф − δф − РфSмакс = Р д − δ ,

(4)

После их суммирования и введения средней усадки, получаем уравнение, связующее исходные размеры формы и детали со средней усадкой S : (5) Рф (1 − S ) = Р д , Если решить уравнения (3) и (4) относительно величин допусков, то получим соотношение: (6) δф = δ − Рф (Sмакс − Sмин ) / 2 , Эти уравнения непосредственно связывают размеры детали и формы и показывают, как по допуску на деталь δ рассчитать допуск на изготовление формы. В зависимости от точности изготовления формы и средней величины усадки S , допуск на деталь исходя из формулы (6) можно записать: (7) δ > Рф (Sмакс − Sмин ) / 2 , Если учесть износ литьевой формы, тогда можно записать в общем виде:

Рф ± (0,5 ÷ 0,6)δф

(8)

Износ формы зависит и от конфигурации деталей. В тех случаях, когда форма имеет сложную конфигурацию и подвижные части, контроль износа поверхностей приобретает важное значение. Целесообразно для его уменьшения применение различных смазок, в частности, хорошие результаты получены при использовании дисульфида молибдена. 152

Теоретическая кривая нормального распределения строится на основании опытных данных, которая отражает закономерности выборочной совокупности. Статистическими характеристиками являются средний размер Х и среднее квадратичное отклонение σ выборочной партии. По этим характеристикам определяется величина поля рассеивания исследуемого признака (параметра), находящаяся в пределах Х + 3σ < Х < Х − 3σ (т.е. Х ± 3σ ), при условии, что само рассеивание этого признака подчиняется нормальному закону, имеющему вид:

1 e σ 2π

−

( Χi − Χ)2 2σ 2

(9)

Важное значение имеет правильный выбор измерительных средств по точности, в зависимости от установленного допуска размера измеряемого объекта. Это значит, что погрешность применяемого метода измерения и используемого инструмента не должна превышать вполне определенную и допустимую величину при заданном уровне доверия к результату. При контроле геометрических параметров деталей, после разборки универсальными или специальными измерительными средствами, вследствие погрешности принятого метода или измерительного средства, действительный размер d ο может отличаться от результатов его измерения d из на величину этой погрешности ∆: (10) d из − ∆ ≤ d о ≤ d из + ∆ , Следовательно, размеры d о , близкие по результатам измерения к границам поля допуска, могут быть либо ошибочно забракованы, либо ошибочно признаны годными (рис. 1). В связи с этим выбор точности метода и измерительного средства обусловлен тем, какой процент негодных от общего количества разбракованных деталей допускается пропустить как годные (m), и какой процент годных деталей допускается ошибочно забраковать (n). Математическая статистика показывает, что эти величины (m и n) возрастают с увеличением отношения погрешности метода измерения ∆ к допуску δ(∆ / δ) . В настоящее время усадочный процесс, в результате которого формируется точность детали, представляется достаточно сложным и нестационарным, зависящий от множества причин. Фундаментальными физическими причинами появления усадки являются следующие: 1) Разница между термическим расширением материала металлической формы и термической усадкой пластмассовой детали при остывании от температуры формования до нормальной температуры помещения; 2) Химическая усадка смолы пластмассовой термореактивной композиции при отверждении; 3) Объемные изменения, усугубляющие усадочные процесcы и связанные с интенсивным выделением влаги и летучих; 4) Пластические и упругие деформации материала пластмассовой детали, которые проявляются в момент раскрытия формы при снятии давления формования. Из всех вышеизложенных причин, наибольшая доля в абсолютной величине усадки принадлежит первой. Усадка детали тем больше, чем значительнее тепловое расширение материала. Известно, что точность определяется степенью соответствия параметров реальной детали к параметрам заданным в чертеже, и техническим условиям. В производственных условиях практически единственным способом

153

определения погрешностей является экспериментальный метод, применение которого планируется таким образом, чтобы для обработки экспериментальных данных можно было использовать приемы и рекомендации математической статистики. Основным математическим инструментом при этом является выборочный метод. Применительно к деталям из пластмасс, выборочный метод анализа реальных технологических процессов представляется весьма рациональным. Для надежных выводов необходимо было обеспечить случайность (представительность) выборки. Выборочные партии отбирались при устойчивом процессе (но не в начале изготовления деталей) через равные промежутки времени. Примерный расчет некоторых деталей из термопластов, подтвердили правильность расчета на точность наружного диаметра зубчатого колеса, изготовленного из поливинилхлорида (ПВХ) для бытовой машины (электромясорубки) (таблица 1).

Рис. 2. 1− полигон распределения; 2 − Рис. 1 Области распределения кривая нормального распределения. деталей при разбраковке: Ι - брак безусловный; ΙΙ - возможные ошибки; ΙΙΙ - годные Вариации размеров пластмассовой детали определяется большим числом взаимонезависимых причин, ни одно из которых не является доминирующим. Эти условия необходимы и достаточны для возникновения так называемого нормального распределения, или распределения Гаусса. Гауссово распределение выражается графически в виде кривой, называемой теоретической кривой нормального распределения (рис.2), которая позволяет дать объективную оценку качества технологического процесса, определять количество возможного при этом брака и соответствие между назначенным допуском на процесс, и точностными возможностями оборудования.

154

Таблица 1. Расчетные данные для построения практической распределения размеров зубчатых колес по внешнему диаметру

кривой

Однако, необходимо отличать технологическую усадку от эксплуатационной, которая имеет место в условиях эксплуатации и хранения изделия. Технологическая усадка связана с зависимостью объема от давления и температуры, а эксплуатационная усадка главным образом связана с внутренними напряжениями в материале, проявляющимися во времени, под действием нагрузки давления и тепла, света, влаги и т.п. Усадка при эксплуатации изделий вызывается химическими превращениями. Таким образом, можно заключить, что для каждого изделия работающего в тяжелых условиях, необходимо установить четкий предел скорости, температуры и нагрузки при эксплуатации. Список литературы: 1. Брагинский В.А. Технология прессования точных деталей из термореактивных пластмасс. Л., Изд. «Химия», 1971, 256 с. 2. Демин Е.Н. Справочник по пресс-формам. Л., Изд., 1967, 365 с. 3. Султанов Э.Ч. Экспериментальное исследование качественных показателей изделий из ПВХ, изготовленных методом литья под давлением // Ученые записки Азербайджанского Архитектурного и Строительного Университета, Баку, 2006, №2, 74-78 с. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО - МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КОНТРТЕЛ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ ПАР ТРЕНИЯ Суриков Вал.И., Суриков Вад.И., Блесман А.И., Ищенко С.В. (ОмГТУ,г.Омск,Россия) Metal-polymer units of friction are widely used in designs of piston and face condensation of many products of mechanical engineering and are the most responsible for working capacity of systems of aviation, space, military technics and define a resource of work of machines and mechanisms. Increase of wear resistance of materials of units of 155

friction is closely connected with research of physicomechanical properties of polymeric and metal counterbodies and opportunities of their directed modifying by modern physical and chemical methods. Металлополимерные трибосопряжения широко используются в конструкциях поршневых и торцевых уплотнений многих изделий машиностроения и являются наиболее ответственными за работоспособность систем авиационной, космической военной техники и определяют ресурс работы машин и механизмов.Повышение износостойкости материалов узлов трения тесно связано с исследованием физикомеханических свойств полимерного и металлического контртел и возможностей их направленного модифицирования современными физико-химическими методами. В настоящей работе объектом исследований была выбрана металлополимерная пара трения, часто применяемая в несмазываемых узлах трения, работающих при больших нагрузках и перепадах температуры, вплоть до криогенных. В качестве материала полимерной детали применяются композиционные материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ). Наполнителями служат добавки углеродного волокна, бронзы, дисульфида молибдена (MOS ) и др. Предлагаемые к использованию композиционные материалы должны обладать физико-механическими свойствами, обеспечивающими высокую работоспособность тяжелонагруженных узлов трения, эксплуатируемых в экстремальных условиях. Одним из определяющих свойств композиционного материала является его теплопроводность, так как в процессе трения весьма важно обеспечивать эффективный отвод тепла из зоны трения как в сторону металлического, так и полимерного контртела. Поэтому исследование теплофизических свойств композиционных материалов является весьма актуальным и дает полезную информацию о применении того или иного материала для изготовления трущихся уплотнений. В случае полимерных композиционных материалов (ПКМ), используемых в качестве антифрикционных материалов (АПКМ), важную роль играют теплофизические свойства, определяющие способность материалов, участвующих в трении, к накоплению и отводу теплоты из зоны фрикционного контакта. Это, в свою очередь, влияет на структуру и молекулярную подвижность цепей полимера-матрицы и, соответственно, на основные эксплуатационные свойства АПКМ. Установление закономерностей влияния наполнителей-модификаторов на теплофизические свойства АПКМ, а также взаимосвязи этих свойств с характеристиками триботехнических свойств является одной из актуальных задач полимерного материаловедения и трибофизики полимерных материалов. Одно из важнейших теплофизических свойств – теплоемкость исследовали в интервале температур от 80 до 310 К методом адиабатического калориметра и от 300 до 370К – с помощью импульсного калориметра. В качестве объектов исследования были выбраны политетрафторэтилен (ПТФЭ) и наполненные материалы на его основе. Анализ влияния наполнителей на эти теплоемкость проводили с привлечением литературных данных. При модифицировании ПТФЭ наполнителями в целом сохраняется вид температурной зависимости теплоемкости Ср, присущий ПТФЭ. На рис. 1 показаны графики зависимостей Ср от температуры для отдельных композитов.

156

Рис. 1. Температурные зависимости удельной теплоемкости ПТФЭ и некоторых композитов: 1 – ПТФЭ, 2 – ПТФЭ+УВ, 3 – ПТФЭ+БП, где УВ – рубленное углеродное волокно, БП – мелкодисперсный бронзовый порошок. Анализ полученных результатов показывает следующее: - наблюдается хорошее согласие полученных экспериментально значений С Р для ПТФЭ с литературными данными. В интервале температур от 80 до 160 К значения С Р согласуются с точностью до 1 % с данными, приведенными в работе [1]. Выше 160 К и вплоть до температур, предшествующих фазовым переходам, измеренная нами теплоемкость превышала С Р , найденную в работе [1], на 2 – 3 %, что объясняется разной степенью кристалличности [1, 2]. - в интервале температур от 280 до 310 К на кривой С Р (Т) наблюдаются два явно выраженных пика при 292 и 304 К, соответствующие структурным фазовым переходам, природа которых рассмотрена в ряде работ [3,4], причем один из них (при 292 К) является достаточно интенсивным. - в стеклообразном состоянии (область температур от ∼80 до ∼160 К) теплоемкость С Р ПТФЭ и его композиций изменяется с температурой, как и у большинства гибкоцепных полимеров, по линейному закону, что подтверждает предположение о независимости теплоемкости от межмолекулярного взаимодействия; линейный характер изменения С Р с температурой позволяет прогнозировать температурные и концентрационные зависимости С Р наполненных материалов; абсолютные значения и температурные коэффициенты теплоемкости композитов зависят от их состава и абсолютных значений и температурных коэффициентов теплоемкости полимера и наполнителей. - в области средних температур (от ∼160 до ∼260 К) абсолютные значения и температурные коэффициенты теплоемкости композитов на основе ПТФЭ зависят, в первую очередь, как и в области низких температур, от соотношения абсолютных

157

значений и температурных коэффициентов С Р полимера и наполнителей и, во вторую, – от степени кристалличности матрицы композита. - для всех изученных ПКМ наблюдается несоответствие экспериментально найденных и рассчитанных по закону аддитивности значений теплоемкости, что может быть объяснено изменением молекулярной подвижности в полимере-матрице и образованием межфазного слоя на границе полимер-наполнитель: для ПТФЭ, наполненного бронзовым порошком, преобладает, по-видимому, первый фактор, а модифицированного углеродным волокном – второй. С другой стороны, трибосовместимость металлополимерных пар во многом определяется физико-химическими и механическими свойствами металлического контртела и состоянием его поверхности. В связи с этим были изучены физикомеханические свойства модифицированных ионной имплантацией поверхностных слоев некоторых конструкционных сталей, применяемых при изготовлении несмазываемых узлов трения. Модифицирование осуществлялось воздействием на рабочую поверхность детали импульсным ионным пучком разных энергий и состава. В процессе обработки обеспечивалась возможность строго дозированного ввода импланта в поверхностный слой. Энергия ионов варьировалась в интервале от нескольких до 120 кэВ, с учетом того, что в зависимости от материала катода, коэффициент ионизации имел различные значения ( для большинства используемых имплантов он составлял от 1 до 2,5). Ионно-плазменная обработка проводилась в вакуумной камере ( давление не более 10*-5 мм.рт.ст.) ионным пучком, полученным с помощью широкоаппертурного частотно-импульсного дугового источника, позволяющего генерировать ионы любых проводящих материалов. Площадь обработки S, на которой обеспечивалась достаточная равномерность распределения импланта, составляла около 200 . Ионы транспортировались из зоны разряда через антидинатронную сетку на поверхность обрабатываемой детали, к которой подводилось ускоряющее напряжение. При длительности импульса ионный ток I достигал 2А. Исходя из этих значений можно рассчитывать время набора необходимой дозы D ( флюенс ) по формуле: f- частота следования импульсов; e- заряд электрона. Максимально возможная концентрация импланта ограничена процессами распыления и может быть рассчитана в рамках теории Зигмунда [6]. Литературные данные указывают, что максимальное значение твердости материала может быть достигнуто при дозе близкой к дозе насыщения. Увеличение времени обработки и дозы имплантируемых частиц не вызывает дальнейшего упрочнения, а в некоторых случаях ведет к уменьшению твердости. Выбор оптимальных режимов процесса имплантации (энергия, доза и сорт ионов ) базировался на теоретических расчетах пробегов ионов в матрице и экспериментальных зависимостях микротвердости и шероховатости поверхности от параметров процесса обработки[5]. Установлено, что энергетические зависимости комплексного показателя шероховатости имеют минимум в интервале энергий ионов от 40 до 60 кэВ. Как показали расчеты коэффициента распыления для пары Mo-Fe, при таких энергиях идет интенсивное распыление пиков микронеровностей на поверхности стальной матрицы, что ведет к снижению шероховатости. Исследование изменения микротвердости по глубине модифицированного слоя показали, что ее распределение близко к нормальному при условии соотношения масс ион-мишень, близкого к 1 (например, Mo-Fe, Cu-Fe ). Такое

158

распределение обеспечивает положительный градиент прочностных свойств поверхностного слоя, что, согласно правилу Ребиндера, способствует оптимизации процесса трения. Таким образом, для улучшения трибосовместимости металлополимерной пары трения модифицирование металлического контртела целесообразно проводить имплантацией ионов с энергиями 40-60 кэВ с флюенсом, близким к дозе насыщения для соответствующей пары ион-мишень. Были проведены стендовые испытания металлополимерных пар трения, подготовленных согласно полученным рекомендациям, которые показали повышение износостойкости ( и, как следствие, ресурса работы ) в 1,5-2 раза. Список литературы: 1.Вундерлих Б. Физика макромолекул: Т.1. Кристаллическая структура, морфология, дефекты: Пер. с англ. Ю.К. Годовского и В.С. Папкова. - М.: Мир, 1976.- 624 с. 2. Годовский Ю.К. Теплофизика полимеров. - М.: Химия, 1982.-280 с. 3. Говарикер В.Р. и др. Полимеры : Пер. с англ. под ред. В.А. Кабанова / В.Р. Говарикер, Н.В. Висванатхан, Дж. Шридхар. - М.: Наука, 1990.- 395 с. 4. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров.- М.: Химия,1978. - 544 с. 5. А.И. Блесман, Ионно-лучевая обработка некоторых конструкционных материалов, Междунар.Форум по проблемам науки, техники и образования, М.: Акад. Наук о земле, 1999.- С.62-64.6. Аброян А.И., Андронов А. Н., Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии.-М.:Высш. Школа, 1984.-320с.

ВЫСОКОТЕПЛОСТОЙКИЕ И ИЗНОСОСТОЙКИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫМ И КОМПЛЕКСНЫМ УПРОЧНЕНИЕМ Терновой Ю.Ф., Зубкова В.Т., Ноговицын А.В., Канюка В.И., Сальников А.С., Мильчев В.В. (ГП «УкрНИИспецсталь», Минпромполитики Украины, ОАО «Днепроспецсталь», г. Запорожье, г. Киев, Украина) Developed tool steels with intermetallide (and complex) strengthening manufactured by powder metallurgy method have high hardness (70HRC), heat resistance (700°C) and durability by 3 to 15 times higher than high-speed steels with carbide strengthening. Проблема создания высокотеплостойких (в сочетании с высокой износостойкостью) инструментальных материалов и прогрессивных технологий их производства является весьма актуальной для специальных отраслей машиностроительного комплекса Украины (ракетостроения, авиадвигателестроения, космической и оборонной техники). Широкое использование в машиностроении высокопрочных сталей и сплавов, обладающих низкой обрабатываемостью резанием, определяет потребность в изыскании новых эффективных высокопроизводительных материалов для металлорежущего инструмента. Большая силовая и тепловая нагрузка на инструмент в процессе резания труднообрабатываемых материалов приводит к интенсивному его износу. Основной причиной низкой стойкости инструментов, изготовленных из быстрорежущих сталей традиционного способа производства (ОДВ + ковка, прокатка, калибровка) является недостаточная теплостойкость, не превышающая 625-630 °С.

159

В целом ряде случаев эти стали не обеспечивают высокую производительность процесса резания при обработке сплавов на основе никеля, титана и других высокопрочных материалов, что явилось довольно мощным стимулом для создания новых инструментальных дисперсионно-твердеющих сплавов с интерметаллидным и комплексным упрочнением на основе системы Fe-Co-W-Mo и системы Fe-W-Mo-V-Co. Разработкой сплавов подобного типа занимались многие исследователи, как в нашей стане, так и за рубежом [1, 2]. Одним из основных недостатков получаемых сплавов с интерметаллидным упрочнением являлась их низкая технологическая пластичность, обусловленная применением традиционных методов производства (ОДВ, ВИП, ЭШП + ковка) [3]. Наиболее целенаправленные и полные исследования по разработке новых сплавов с интерметаллидным упрочнением и способов их производства проведены в ГП «УкрНИИспецсталь». В институте разработаны новые дисперсионно-твердеющие сплавы с интерметаллидным упрочнением – USP18K23-MOD и USP20K18-MOD. По служебным характеристикам эти сплавы занимают промежуточное положение между твердыми сплавами и инструментальными сталями, сочетая в себе твердость, теплостойкость и износостойкость твердых сплавов с прочностью и вязкостью быстрорежущих сталей повышенной производительности. Впервые в Украине на базовом оборудовании УкрНИИспецстали реализовано производство новых сплавов с интерметаллидным и комплексным упрочнением методом порошковой металлургии. Технологический процесс получения этих сплавов включает в себя вакуумноиндукционную выплавку, распыление, классификацию порошка, компактирование методом ГИП, деформационный передел в четырехбойковом ковочном устройстве и термическую обработку. Микроструктура газораспыленного порошка представляет собой первичные дендриты α-твердого раствора с размером дендритных ячеек до 8 мкм, по границам которых расположены упрочняющие интерметаллидные фазы, идентифицируемые как θ-фаза (Fe, Co) 7 (W, Mo) 6 и фаза Лавеса (Fe 2 W(Mo)) (рис. 1а). Микроструктура литого сплава характеризуется отсутствием эвтектики. Избыточная θ-фаза выделяется в виде отдельных скоплений по границам зерен размером до 80 мкм, преимущественно без образования замкнутой сетки (рис. 1б). Размеры избыточных частиц θ-фазы и зерен в слитке крупнее в сравнении с размерами дендритных ячеек и интерметаллидных фаз в порошковых микрослитках.

а Рис. 1. Микроструктура распыленного порошка (а) и интерметаллидным упрочнением, увеличение 500×.

160

б литого сплава (б) с

После деформации литой сплав имеет улучшенную структуру с точки зрения распределения избыточных фаз. Структура деформированного порошкового сплава отличается более высокой однородностью и дисперсностью интерметаллидных фаз. При нагреве под закалку с оптимальных температур (1250 - 1260 °С - для порошковых сплавов и 1260 - 1280 °С - для сплавов традиционного способа производства) происходит интенсивное растворение интерметаллидных фаз, в основном θ - фазы, однако часть интерметаллидов сохраняется и до температур закалки (1260 - 1280 °С), задерживая рост зерна (рис. 2). Структура порошкового сплава после закалки мелкозернистая, величина зерна аустенита составляет 11-12 балл (рис. 2 а). В сплавах традиционного метода производства после различных способов выплавки наблюдается укрупненное зерно - 910 балл (рис. 2 б). При старении 580-600 °С происходит выделение дисперсных частиц θ-фазы и фазы Лавеса, растворившихся при закалке, так называемый процесс дисперсионного твердения (рис. 3). Микроструктура деформированного порошкового сплава после закалки и старения представляет собой мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными высокодисперсными частицами интерметаллидных фаз - (Fe, Co) 7 (W, Mo) 6 и Fe 2 W(Mo) (рис. 3 а). Дисперсность интерметаллидных фаз в порошковом сплаве значительно выше, чем в сплаве традиционного способа производства (рис.3 б).

а) б) Рис. 2. Микроструктура деформированных сплавов после закалки, полученных методом порошковой металлургии (а) и традиционным способом производства (б), увеличение 800×

а б Рис. 3. Микроструктура деформированных сплавов после закалки и старения, полученных методом порошковой металлургии (а) и традиционным способом производства (б), увеличение 800×

161

Результаты исследования физико-механических свойств (таблица 1) показали, что после закалки и старения сплавы с интерметаллидным упрочнением достигают уровня твердости твердых сплавов типа ВК8 - 70 HRC, теплостойкости -700 °С, что на 50-60 °С выше теплостойкости быстрорежущих сталей повышенной производительности (с карбидным упрочнением). Максимальные значения твердости, теплостойкости и механических свойств достигнуты на сплавах, полученных методом порошковой металлургии. Установлено, что при использовании полученных материалов с твердостью 67,570 HRC, теплостойкостью 690-700 °С и прочностью при изгибе 2300-2600 Н/мм2 достигается повышение стойкости инструментов в 3-15 раз по сравнению с быстрорежущими сталями с карбидным упрочнением при обработке сверхпрочных титановых и никелевых сплавов. Следует также отметить, что, учитывая результаты по технологической пластичности и стойкости, производство подобных материалов наиболее целесообразно осуществлять методом порошковой металлургии. Таблица 1. Физико-механические свойства сплава USP18K23-MOD, полученного по различным технологическим вариантам Метод ТверТверНомер ТверПрочно- Ударная Теплопроиздость дость зерна дость сть при вязкость, стойводств после после аустепосле изгибе, КС, кость, С а отжига, закалки, нита старения, МДЖ/м (HRC58) σи, HB HRC HRC м2 Н/мм2 ОДВ 340 46-47 10-11 69 240010-11 695 2500 ВИП 343 45-46 9-10 68,5 23009-10 695 2400 ЭШП 350 46-47 10-11 67,5 250010-11 690 2550 МП 350 44-45 11-12 69-70 250011-12 700 2600 На ОАО «Днепроспецсталь» освоено производство сложнолегированных порошковых сталей с комплексным упрочнением на основе системы Fe-W-Mo-V-Co. Это такие марки порошковых быстрорежущих сталей, как Р6М7Ф6К10-МП, Р10М2Ф5К8-МП и др. с высоким содержанием вольфрама (до 11%), кобальта (до 11%), молибдена (до 7,5%) и ванадия (до 7%). Благодаря этому по уровню физикомеханических и эксплуатационных свойств эти стали равноценны таким материалам, как «карбидосталь» типа КСТ-1 и твердые сплавы типа ВК8 [4]. Однако подобные комплекснолегированные порошковые стали, особенно сталь Р6М7Ф6К10-МП, требуют специального подхода к технологии деформационного передела при производстве мелкосортных профилей. Внедрение разработанных сплавов с интерметаллидным и комплексным упрочнением и высоких технологий их производства позволит получить высококачественный материал для инструментов при обработке сплавов на основе титана, никеля и др. высокопрочных сталей и сплавов. Выводы: 1. Впервые в Украине (ГП «УкрНИИспецсталь») методом порошковой металлургии реализовано производство новых высокотеплостойких дисперсионно162

твердеющих инструментальных сплавов с инетрметаллидным упрочнением – USP18K23-MOD и USP20K18-MOD. 2. В условиях ОАО «Днепроспецсталь» освоено промышленное производство высоколегированных порошковых быстрорежущих сталей типа Р6М7Ф6К10-МП с комплексным упрочнением. 3. Разработанные материалы и прогрессивная технология их получения обеспечивают высокую теплостойкость, износостойкость и физико-механические свойства, которые позволяют использовать эти материалы для инструментов при обработке жаропрочных, титановых, кавитационно-стойких сплавов, а также деталей высокой надежности авиа-космической техники. Список литературы: 1.Геллер Ю. А. Инструментальные стали. – 5-е изд. – М.: Металлургия, 1981. – 526 с. 2. Брострем В. А., Геллер Ю. А. – Металловедение и термическая обработка металлов, 1970, № 1, С. 35-39 с ил. 3. Позняк Л.А. Инструментальные стали. – Киев: Наукова думка, 1996. – С. 371-374. 4.Зубкова В. Т., Парабина Г. И., Бокий Ю. Ф., Хвалин А. П. Микроструктура и свойства карбидостали в зависимости от технологии производства // сталь. – 1990. - № 8. – С. 81-83. К ВОПРОСУ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОЙ СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Тока А., Рушика И. (Технический Университет Молдовы, г. Кишинев, Республика Молдова) In the paper the analysis of the dimensional structure of different manufacturing process is made. There are shown that the different schemes of the designer sizes result in a different level of an optimality of a dimensional structure. Necessity of recalculation of the sizes is shown depending on conditions of performance of processing, more precisely, from blocking the sizes by elements of devices, etc. Designing of technological process of manufacturing of a detail is very responsible{crucial} stage of works. From quality of designing of technological processes, from their depth of study in many respects efficiency of the manufacture, size of initial expenses, and also expenses connected with elimination of mistakes depends. The dimensional analysis takes a special place during designing technology, concerns and to a stage of designing, and to a stage of technological designing. The detail subjected to machining, is characterized by constructive dimensional links which reflect, eventually, its functionality. The character of the constructive dimensional links is defined by the designer who takes into account the technological features of machine tools, but not in detriment of functionality. Поэтому, очень важным является проведение размерного анализа на стыке этих двух фаз с целью улучщения размерной технологичности изготавливаемых деталей. Has historically developed so, that in the beginning technologies were developed in conditions of application of the universal equipment with technological opportunities connected with one method of processing. It gave an opportunity to use a principle of overlapping of bases for achievement of accuracy of the sizes during set of operations. The modern equipment multifunctionaly also allows to forming a complex of surfaces variously located from each other various methods of processing. The problem of maintenance of

163

ωcomp = 2ω1comp i i +1 Ad i +1 1 1

ωcomp = 2ωcomp Ad i +1 2 i 2 i +1 2

ωcomp = 2ωcomp Ad i +1 3 i 3 i +1 3

ωcomp = 2ωcomp Ad i +1 4 i 4 i +1 4

Fig. 1. Formation of the designer sizes from technological contact base: a - dimensional links for the technological sizes; b - dimensional links for the machining allowances, c – value of compensation for machining allowances accuracy of the sizes is solved use of a principle of unity of bases due to effect of indemnification of errors. One of most complicated problems at elaboration of the manufacturing process is the synthesis of dimensional structure. It is necessary to execute not only dimensional analysis of a developed manufacturing process but also to achieve on this basis of optimum dimensional structure. One of criterions of this optimality has the structural nature. The manufacturing process is considered optimum, if in the structure of all technological dimensional chaines number of the technological sizes is minimum. This condition executes if to each designer size there corresponds in a technological dimensional chaine the unique technological size, and in dimensional circuits for machining allowances, each machining allowance is determined by two technological sizes or one technological size and one size on blank. Last are too technological sizes formed at the other phase of a manufacturing process. The minimumly possible number of the technological sizes

NT min

is determined from expression

NT min = N C + 2 ⋅ N Ad , where N C - number of the designer sizes, N Ad - number of machining

allowances on processing. The optimum manufacturing process becomes ideal, if each surface is processed only once, providing thus the final designer size /1/. Let's consider some cases. Example of optimum operation from the point of view of dimensional structure is shown in a fig. 1. Here, for two-multiple processing four surfaces (four constructive sizes) N T = 24 . The tolerance of an machining allowance decreases for size of compensation (рис. 1). At formation of accuracy of the sizes from technological contact base as a closing chain link - N T = 42 (fig. 2). Size of compensation in the tolerance of machining allowances is similarly to previous case. The conditions of formation of accuracy of the sizes are more difficult.

164

ω comp = 2ω 1comp i i +1 Ad i + 1 1 1

comp ωcomp = 2ω1comp i i + 1 + 2ω i i + 1 Ad i +1 1 22 2

comp ωcomp = 2ω1comp i i + 1 + 2ω i i + 1 Ad i +1 1 33 3

comp ωcomp = 2ω1comp i i + 1 + 2ω i i + 1 Ad i +1 1 44

Fig. 3. Formation of the designer sizes from technological contact base and from technological locating datum surfaces: a - dimensional links for the technological sizes; b dimensional links for the machining allowances, c – value of compensation for machining allowances

ωcomp = 2ω1comp i i +1 Ad i +1 1 1

ωcomp = 2ωcomp Ad i +1 2 i 2 i +1 2

ωcomp = 2ωcomp Ad i +1 3 i 3 i +1 3

ωcomp = 2ωcomp Ad i +1 4 i 4 i +1 4

Fig. 2. Formation of the designer sizes as a closing link from technological contact base: a - dimensional links for the technological sizes; b - dimensional links for the machining allowances, c – value of compensation for machining allowances

At formation of accuracy of the sizes from technological contact base (size A ) and from technological locating datum surfaces (sizes B , C , E ), N T = 54 (fig. 3). However the compensation for machining allowances it is more than in two previous cases. At formation of accuracy of the sizes from technological contact base (size A ) and from a series successive technological locating datum surfaces (sizes B , C , E ), N T = 78 (fig. 4). For allowances the it is more than size of compensation, than further the formed size from technological contact base.

165

ω comp = 2ω 1comp i i +1 Ad i + 1 1 1

comp ωcomp = 2ω1comp i i + 1 + 2ω i i + Ad i +1 1 22 2

comp com ωcomp = 2ω1comp i i + 1 + 2ω i i + 1 + 2ω i Ad i +1 1 22 33 3

comp comp com ωcomp = 2ω1comp i i + 1 + 2 ω i i + 1 + 2 ω i i + 1 + 2ω i Ad i +1 1 22 33 44 4

Fig. 4. Formation of the designer sizes from technological contact base and from a series successive technological locating datum surfaces: a - dimensional links for the technological sizes; b - dimensional links for the machining allowances, c – value of compensation for machining allowances The analysis of these variants shows, that the dimensional optimality is not to the full characterized by number N T , that it is necessary to take into account growth (sometimes complicated) accuracy of the technological sizes (a case of formation of the sizes as closing link of dimensional chains). \ At designing technological processes it is necessary to take into account: • сharacter of design dimensional chains, • opportunities to realize design dimensional chains in technology by a principle of similarity, the blocked dimensional chains by elements of devices or other reasons, expecting the sizes from other design base on a situation, • opportunities to avoid formation of the sizes as closing parts of a dimensional chains. As an example on figure 5 the structure of dimensional chains of a machining detail is submitted. O:IT14 Rz80

N:IT14

L:IT14

Rz40

H:IT14

91 10

Rz40

E:IT16

B:IT11

P:IT14

Ra2,5

C:IT11

F:IT 41

G:IT14

Ra2,5

Fig. 5. the structure of dimensional chains of a machining detail

166

Rz80

O:IT14 Rz80

L:IT14

Rz80

N:IT14

10 Rz40

H:IT14

E:IT16

B:IT1

P:IT1

Rz80

C:IT1

Ra2,5

F:IT1

G:IT1

53 Ra2,5

Ra2,5 Rz80

11 E

Rz80

71 Rz80

E*:IT1

B:IT1

H*:IT1

C:IT1

Rz80

O:IT14

Rz80 Rz40

L:IT14

Rz40

N:IT14

10 H:IT14

Rz40

E:IT13

B:IT1 1

B:IT1 2

Rz40

Ra2,5

H*:IT1

Rz40

4 C:IT1

33 Ra2,5

C:IT1

F:IT1

41 Ra2,5

52 Rz40 G:IT1

53 Ra2,5

4 chains formed in technology with observance of a Fig. 6. The dimensional principle of similarity with restrictions

On fig. 6 a series of the dimensional chains formed in technology with observance of a principle of similarity with restrictions is submitted. References. 1. Perminov A. V. Sintez razmernoj struktury tehnologičeskih processov mehobrabotki s pomošью matricy razmernyh cepei. Izvestia VUZov. Mašinostroenie. 2002, N 4, s. 26 – 30. 167

CПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРОДОВ-ИНСТРУМЕНТОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ИМПУЛЬСНЫМИ РАЗРЯДАМИ Топала П., Баланич А., Пынзару Н. (Государственый Университет «Алеку Руссо», Бэлць, Молдова), Стойчев П. (Технический Университет, Кишинев Р. Молдова), Слэтиняну Л. (Технический Университет, Яссы, Румыния) It was established during the investigations made by authors of the paper that the electrode-tools must be made of materials which properties determine content, thickness and exploitation characteristics of obtained layers under formation of deposition with compact and powder materials, of oxide and graphite pellicles. Dimensions and form of the tool must ensure as well as possible bigger productivity of layer formation under its set parameters. Stability of the electrode-tools is determined mostly by thermo-physical material properties of their manufacturing. As bigger mass has elementary electrode as better thermal removal in its own body and higher stability is. It can be in creased at the expense of artificial cooling of the electrode-tools by introducing of cooling gas in the interstice. На сегодняшний день разработано несколько способов формирования поверхностных слоев с применением импульсных электрических разрядов из которых можно перечислить: формирование слоев из компактных и порошковых материалов [1, 3, 5, 6], формирование графитных и оксидных пленок [3, 4, 12] модификации микро геометрии обрабатываемых поверхностей [12] и т.д.. Во всех высшее перечисленных способах применяются электроды-инструменты которые выполняют функцию подвода энергии и материала в зону обработки, а также для копирования или придания определенной геометрической формы обрабатываемой поверхности. Для выполнения своих функции электроды-инструменты должны обладать определенной стойкостью которая различна по своему значению от случая к случаю. На сегодняшний день в специальной литературе отсутствует информация и рекомендации по назначению и определению стойкости электродов-инструментов применяемых при формировании поверхностных слоев в нормальных условиях в воздушной среде. Анализируя литературные данные [1-4] и результаты авторов [5] по вопросу применяемых материалов для изготовления электродов-инструментов при формировании покрытий из компактных материалов можно заключить, что они должны быть изготовлены из материалов свойства которых определяют содержание, толщину и эксплуатационные характеристики получаемых слоев. Размеры и форма инструмента должны обеспечивать как можно большую производительность формирования слоя при заданных его параметрах. Этим условиям больше соответствуют электроды выполненные в виде стержней круглого или квадратного сечения с линейными размерами в поперечном сечении от долей до нескольких мм. При формировании слоев из порошковых материалов[1, 5-8, 12], последний вводится в межэлектродный промежуток нагревается, плавится и частично испаряется, и во всех трех агрегатных состояниях под воздействием электродинамических сил переносится на обрабатываемую поверхность детали. Необходимо отметить что качественное формирование покрытия возможно при оплавлении поверхности детали, однако в таких условиях происходит частичное оплавление материала электрода с дальнейшим переносом его материала на поверхность детали и соответственно его участием в формировании поверхностного слоя, что не всегда желательно. К тому же при электрической эрозии поверхности электрода происходит изменение его размеров и формы, что в свою очередь приводит к изменению размеров межэлектродного

168

промежутка и как следствие нарушению энергетического и технологического режимов обработки поверхности детали. Исходя из этого при проектировании и изготовлении электродов-инструментов для нанесения покрытий из порошковых материалов должны соблюдатся определенные критерии. Авторами был проведен ряд исследований по определению эрозионного износа электрода-инструмента при импульсных разрядах в нормальных условиях идентичных случаю нанесения порошковых материалов. Исследования проводились с применением электродов выполненных в виде стержней, конусов и дисков (см. рис.1).

Рис.1.Виды электродов-инструментов применяемых при нанесении покрытий из порошковых материалов: а)стержневой, в)конусный, с) дисковый Из полученных результатов следует что, больше подвергаются эрозии электроды выполненные виде стержней, за ними следуют электроды выполненные в виде конусов и меньше изнашиваются дисковые инструменты. По видимому такое поведение электродов-инструментов может быть объяснено процессом аккумуляции тепла в них при повторяющихся электрических разрядах, что приводит к их дополнительному нагреву и соответственно к росту их электрической эрозии. Для дисковых электродовинструментов наименьшая эрозия объясняется тем, что каждый новый разряд инициируется и протекает на новом участке его поверхности, причем вращение последнего создает благоприятные условия для охлаждения отработавшего участка поверхности до его возвращения в межэлектродный промежуток. В идентичных условиях были проведены исследования по определению эрозионной стойкости инструмента в зависимости от различных отдельных теплофизических свойств материалов их изготовления, однако это не привело к установлению определенной закономерности. При введении новой переменной (коэффициента аккумуляции тепла) : (1)

169

включающей в себе теплоемкость (c), плотность (ρ) и теплопроводность (λ) была получена зависимость представленная на рис.2.

Рис.2. Зависимость эрозионной стойкости электрода-инструмента от значения коэффициента аккумуляции тепла материала его изготовления (m 1 =5г, m 2 =10г, m 3 =20г, m 4 =40г) Стойкость электрода- инструмента определялась как отношение его общей массы к скорости его электрической эрозии согласно формуле: (2) в которой m-масса электрода в граммах, а γ- скорость его электрической эрозии г/мин. Из анализа кривой представленной на рис.2 следует что, стойкость инструмента может апроксимироватся выражением вида: (3) Из выражения (3) видно что, чем больше коэффициент аккумуляции тепла материала его изготовления, тем больше его стойкость. В то же время выражение (2) указывает на то что чем больше его масса тем больше его стойкость (см. рис.2), что может быть объяснено улучшением условий его охлаждения за счет диссипации выделяемого тепла на его поверхности в собственное тело электрода-инструмента за высокой счет высокой теплопроводности металлических материалов. Для случая формирования поверхностей с измененной микро геометрией (выступы виде конусов Тайлора с углом при вершине 90º с размерами от нескольких до десятков и сотен мкм) (см. рис. 3) расположение этих выступов на обрабатываемой поверхности имеет строго геометрический характер (расположение по прямой или кривой с определенным шагом, в шахматном порядке и т. д.) по этому к электродаминструментам предъявляются дополнительные требования. Электроды должны быть выполнены виде стержней с заостренными рабочими концами. Для обеспечения более высокой стойкости инструмента они монтируются в общем корпусе выполненном виде диска с определенным шагом, что обеспечивает им циклическое участие в процесс обработки и более благоприятные условия охлаждения за счет передачи тепла в корпус инструмента.

170

Рис. 3. Схема обработки для модификации микро геометрии поверхностей: а) обработка стержневым электродом (2) закрепленным в патроне, плоской поверхности детали 3, с перемещением электрода по осям x, y и z;б) обработка плоской поверхности с применением вращающегося инструмента (1) в корпусе которого закреплены стержень (2) с заостренным концами, на поверхности детали (3) образуются выступы (4) В тоже время необходимо исключить перенос их материала на обрабатываемую поверхность, условие которое может быть соблюдено при использовании материалов с высокой электроэрозионной стойкостью или же более доступных материалов обеспечивая их эффективное охлаждение в процессе обработки поверхностей деталей. Последнее условие может быть реализовано применением охлаждающих сред вводимых в межэлектродный промежуток или обеспечивая их циркуляцию в теле самого электрода-инструмента. Результаты экспериментальных исследований подтверждают высшее сказанное и указывают на необходимость построения новых видов электродов-инструментов и созданию новых материалов для их исполнения. При формировании оксидных пленок на металлических поверхностях с применением электрических импульсных разрядов для деталей сложной геометрической формы, необходимо создать электроды которые обеспечивали полную обработку поверхности или только определенных ее участков. В этом случае электр оды-инструменты выполняются составными. Поскольку полностью исключить эрозию инструмента невозможно, а следовательно невозможно исключить перенос его материла а соответственно и разных его фаз на обрабатываемую поверхность детали . Таким образом возникает необходимость его исполнения из того же материала, что и деталь. В этом случае не соблюдается принцип высокой стойкости инструмента по принципу использования высоко эрозионно стойких материалов. Даже для такого вида обработки исполнение электрода инструмента из материалов с высоким коэффициентом аккумуляции тепла возможно, если обработанная поверхность не задействона при своем функционировании в экологически чистых системах. Например трубы для транспортировки агрессивных жидкостей или газов.

171

Выводы Исходя из высшее изложенного и анализируя данные полученные другими авторами можно заключить следующее: -стойкость электродов-инструментов определяется главным образом теплофизическими свойствами материала их изготовления; - чем больше масса элементарного электрода , тем лучше отводится тепло в собственное тело электрода-инструмента и высшее его стойкость; -сетойкость электродов-инструментов может быть повышена за счет искусственного охлаждения подачей в межэлектродный промежуток охлаждающих газов. Список литературы: 1. Парканский Н.Я., Исследования процесса электроискрового нанесения покрытий из порошковых материалов в электрическом поле. Дисс. канд. техн. наук, Киев. Институт проблем материаловедения АН УССР,1984. – 28c. 2. Лазаренко Б.Р., Гитлевич А.Е., Ткаченко В.Н., Фурсов С.П. Влияние параметров разряда и конструкции разрядной системы на процесс нанесения покрытий из порошковых материалов. ЭОМ, №6, 1972. - 24 – 26с. 3. Топала, П.A. Электроискровое легирование металлических поверхностей в режиме неднапряжения. Всесоюзная школа-семинар. Электрофизические методы и технологий воздействия на структуру и свойства материалов. Ленинград, судостроение, 1990. – 90 – 91с. 4. Топала, П.; Стойчев, П.; Епуряну, А.; Руснак, В. Упрочнение металлических поверхностей на участках для электроискрового легирования. Машиностроение и техносфера ХХ1 века. Материалы Международной научно- технической конференции, Донецк, 2006. – 262 – 266с. 5. Гитлевич, A. E.; Топала, П. А.; Ревуцкий, В.М.; Шистик, В.М. Взаимодействие частиц порошка с каналом импульсного разряда в условиях электроискрового нанесения покрытий, ЭOM, Nr.6, Кишинев, 1988. – 20 – 25с. 6. Топала, П. А.; Гитлевич, А.Е.; Беляков, А.В. Возможности и особенности электроискрового нанесения покрытий из порошковых материалов. Порошковые сплавы для авиационной техники. Сборник докладов, Москва, 1988. – 98 – 99с. 7. Топала, П. А. Электроискровое легирование металлических поверхностей в режиме недонапряжения. Всесоюзная школа-семинар ,,Электрофизические методы и технологии воздействия на структуру и свойства металлических материалов”. Ленинград, Судостроение, 1990. – 90 – 91с. 8. Топала, П. А.; Урсан, Б.А. Получение антизадирных покрытий из порошковых бронз. Электроэрозионные и другие методы легирования, Кишинев, 1989. 9. Топала, П.; Стойчев, П.; Епуряну, А.; Бешлиу, В. Упрочнение металлических поверхностей на участках для электроискрового легирования. International Scientific and Tecnical conference „Machine-bulding and technospere of the XXI century”, Donetsk, 2006. – 262 – 66с. 10. Топала, П.; Стойчев, П.; Епуряну, А.; Руснак, В. O возможности легирования металлических поверхностей на установках для электроискровой обработки в режиме недонапряжения. International Sientific and Tecnical conferance „Machine-Bulding and technospere of the XXI century”, Donetsk 2006. – 266 – 270р. 11. Топала, П.; Димитров, А. А.С. (СССР) №1704971 М. К 14 В23Н9/06. Способ электроэрозионного легирования и устройство для его реализаций, 1991. 12. Topala P.; Stoicev P., Conductible materials processing technologies with electric discharges in impulse adhibition, Chisinau, Technical – Info, 2008. – 265р. 13. Nemoshkalenko, V.K.; Topala, P.A.; Tomashevsky, N.A.; Mazanko, V.F.; Nosovsky, O.I. The peculiarities of formation of surfice layeers during spark discharges//Metallo-physics, Kieev, V.12, N. 3, 1990. – 132 – 133р. 14. Ghitlevich, A.E.; Topală, P.A.; Kornienko, L. P. Corrosion behaviour of titanium with electro-spark coatings//Moscow, Metals protection, Vol. 29, N. 3, 1989. – 351 – 356р.

172

К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Унянин А. Н., Терехин И. Ю., Таркаев С. А. (УлГТУ, г. Ульяновск, Россия) The research results of influence of ultrasonic vibrations imposed on the blank, conditions and the mode of mechanical treatment of disk on the efficiency of flat pendular grinding of blanks of ductile materials adduced Режущая способность шлифовального круга (ШК) снижается с увеличением наработки вследствие затупления и засаливания его рабочей поверхности. Наиболее интенсивно ШК теряет режущую способность вследствие засаливания при шлифовании заготовок из пластичных материалов, поскольку засаливание является, в основном, следствием налипания частиц материала заготовки на абразивные зерна (АЗ), а процесс налипания интенсифицируется с увеличением пластичности материала заготовки. В результате увеличивается коэффициент трения в зоне контакта ШК – заготовка, теплосиловая напряженность процесса шлифования и ухудшается качество шлифованных деталей, либо приходится снижать производительность обработки. Одним из направлений повышения эффективности процесса шлифования является использование ультразвуковых колебаний (УЗК). Однако аналитические исследования кинематики процесса микрорезания единичными (режущими и пластически деформирующими материал заготовки) абразивными зернами при наложении УЗК на заготовку отсутствуют, что не позволяет в полной мере оценить возможности данного метода [1, 2]. Получены математические зависимости, позволяющие установить влияние параметров УЗК (частоты и амплитуды), накладываемых на заготовку в направлении, совпадающем с осью вращения ШК (поперечных), на увеличение размера следа, оставляемого АЗ на заготовке, и увеличение площади поверхности АЗ, диспергирующей материал заготовки. Численным моделированием установлено, что наложение УЗК позволяет на 15 … 34 % увеличить поверхность АЗ, принимающую участие в процессе диспергирования. За счёт этого следует ожидать соответствующее снижение интенсивности изнашивания и засаливания АЗ. Увеличение суммарной длины следов сечения АЗ в направлении высоты круга при наложении на заготовку поперечных УЗК позволит уменьшить высотные параметры микрогеометрии шлифованной поверхности заготовки. Определены периоды времени того или иного режима работы АЗ (резания с различными глубинами, пластического деформирования, выхода зерна из материала заготовки), а также количество зёрен, участвующих в процессе диспергирования (в том числе зёрен, не принимающих участие в резании и пластическом деформировании без наложения УЗК) в зависимости от условий, режима шлифования и параметров УЗК. Получены математические зависимости, описывающие движение АЗ относительно поверхности заготовки в зависимости от параметров УЗК, накладываемых в направлении, совпадающем с вектором рабочей скорости ШК (продольных) а также режимы прерывистого резания (возникающего, когда вектор суммарной скорости АЗ направлен в противоположную вектору скорости ШК сторону), при котором возможно снижение коэффициента трения АЗ о заготовку. Однако расчёты свидетельствуют, что прерывистое резание АЗ возможно лишь при высокой частоте УЗК (свыше 550 кГц). Поэтому при проведении экспериментальных исследований использовали поперечные колебания.

173

Использование энергии УЗК в процессе шлифования является одним из профилактических способов, позволяющих замедлить процесс засаливания круга. Моделирование локальных температур [3, 4] показало, что при многих условиях и режиме шлифования температура превышает пороговое значение, при котором становится возможным налипание частиц материала заготовки на АЗ вследствие адгезионного взаимодействия. Поэтому для повышения режущей способности ШК необходимы дополнительные воздействия на его рабочую поверхность. Одним из эффективных средств удаления налипов с АЗ круга является их диспергирование абразивными зернами инструмента (бруска), способными удалять налипы, наиболее прочно соединенные с поверхностью зерен ШК [3, 5]. При механической очистке ШК абразивный инструмент периодически прижимается к рабочей поверхности круга с силой, достаточной для микрорезания налипов. Для очистки ШК можно использовать и абразивные ленты (шкурки), установленные на упругом элементе. Однако эффективность этого инструмента для очистки не исследована. Исследования [3] позволили разработать рекомендации по выбору характеристики и размеров бруска, режиму очистки (усилие прижима бруска к рабочей поверхности ШК, продолжительность и периодичность очистки). Однако известные аналитические зависимости [3] позволяют оптимизировать условия и режимы очистки лишь кругов из традиционных абразивов. Получены аналитически и подтверждены экспериментально математические зависимости, позволяющие определить силу прижима бруска к рабочей поверхности эльборового ШК, обеспечивающую эффективное удаление налипов с АЗ круга, причем расхождение между расчетным и экспериментальным значениями не превышает 18 %. Экспериментальные исследования выполнили при плоском маятниковом шлифовании заготовок из конструкционной стали 3Х3М3Ф и коррозионностойкой 12Х18Н10Т, относящихся к 1-й и 3-й группам обрабатываемости шлифованием соответственно и обладающих высокой пластичностью и вязкостью. Шлифование осуществляли кругами 25А10ПСТ26К2, 25А25ПСМ16К6 и ЛО125/100СТ1Б1 с рабочей скоростью 35 м/с, со скоростью продольной подачи Vs пр = 10 … 15 м/мин; врезная подача S в составляла 0,005 … 0,01 мм/дв. ход. В качестве СОЖ использовали 5 %-й водный раствор кальцинированной соды, который подавали в зону шлифования поливом с расходом 10 дм3/мин. Круги из электрокорунда правили алмазнометаллическим карандашом, производя 3 рабочих хода с поперечной подачей 0,02 мм/дв. ход со скоростью продольной подачи 0,3 м/мин и 4 прохода без поперечной подачи. Эльборовый круг правили со скоростью продольной подачи 0,05 м/мин и поперечной подачей 0,005 мм на ход (3 рабочих хода). В устройстве для наложения поперечных УЗК заготовка является одним из элементов колебательного контура, зажимается между излучателем и полуволновой опорой и находится в пучности колебаний. Механическую очистку ШК осуществляли с помощью абразивного инструмента, закрепленного на упругой пластине. В качестве инструментов для очистки использовали абразивные ленты, устанавливаемые на бруске из упругого материала (резины) и абразивные бруски различных характеристик, которые периодически (несколько раз за период стойкости) прижимали на определенное время (2 с) к рабочей поверхности круга. Для оценки эффективности процесса шлифования использовали следующие показатели: составляющие силы шлифования Py и Pz , Н; коэффициенты KPy и KPz ,

174

характеризующие интенсивность увеличения составляющих силы шлифования с увеличением наработки ШК, Н/мин; коэффициент режущей способности ШК, мм3/(мин·Н); период стойкости ШК, мин; параметры шероховатости шлифованной поверхности Ra, Rz, Rmax, мкм; износ ШК, мкм. Экспериментальными исследованиями, в ходе которых варьировали характеристикой инструмента для очистки, установлено, что лучшие результаты при очистке кругов из электрокорунда белого обеспечивает абразивная лента с пробковым покрытием, установленная на упругом элементе. Наложение на заготовку поперечных УЗК (амплитуда – 5 мкм и частота – 18,6 кГц) и очистка рабочей поверхности ШК из электрокорунда белого 25А25ПСМ16К6 позволили увеличить период стойкости в 3,7 и 3 раза, снизить коэффициент KPy на 81 и 92 %, коэффициент KPz – на 86 и 75 % соответственно, а также составляющие силы резания Py и Pz (рис. 1) в сравнении с обработкой без воздействий. При механической очистке период стойкости несколько ниже, чем при наложении УЗК. Объясняется это незначительным затуплением АЗ круга при диспергировании налипов, находящихся на зернах круга. Уменьшение площади налипов на АЗ круга позволяет значительно снизить коэффициент трения зерна о заготовку, поэтому силы шлифования при очистке ниже (на 16 %), чем при наложении на заготовку ультразвуковых колебаний.

а)

б) Рис. 1. Зависимость радиальной P y (а) и касательной P z (б) составляющих силы шлифования от времени шлифования τ: 1 – без воздействий; 2 – наложение на заготовку поперечных УЗК (амплитуда колебаний – 5 мкм, частота – 18,6 кГц); 3 – очистка лентой с пробковым покрытием; 4 – очистка лентой с пробковым покрытием и наложение на заготовку поперечных УЗК (амплитуда колебаний – 5 мкм, частота – 18,6 кГц); сила прижима инструмента для очистки – 2 H; периодичность очистки – 1 мин; материал заготовки – 12Х18Н10Т; Sâ = 0,01 мм/дв. ход; Vs ï ð = 10 м/мин; ШК 25А25ПСМ16К6 175

Больший эффект зафиксирован при комбинации энергетических воздействий (механическая очистка рабочей поверхности круга и наложение на заготовку поперечных УЗК): период стойкости увеличился в 6 раз, коэффициенты KPy и KPz снизились на 95 и 98 %, составляющие силы резания – на 31 %, а коэффициент режущей способности увеличился на 45 % в сравнении с обработкой без воздействий. Механическая очистка не привела к значительному увеличению высотных параметров шероховатости шлифованной поверхности и износу круга по сравнению с обработкой без очистки. Аналогичные результаты получены при шлифовании заготовок из сталей 3Х3М3Ф и 12Х18Н10Т мелкозернистым 25А10ПСТ26К2 и эльборовым ЛО125/100СТ1Б1 кругами. Таким образом, предложенные способы энергетических воздействий являются значительным резервом повышения эффективности шлифования заготовок из пластичных материалов, позволяя значительно уменьшить силовую напряженность процесса и увеличить в несколько раз период стойкости шлифовального круга. Список литературы: 1. Кумабэ Д. Вибрационное резание: Пер. с яп. С. Л. Масленникова / Под ред. И. И. Портнова, В. В. Белова. – М.: Машиностроение, 1985. – 424 с. 2. Вологин, М. Ф. Применение ультразвука и взрыва при обработке и сборке / М. Ф. Вологин, В. В. Калашников, М. С. Нерубай, Б. Л. Штриков – М.: Машиностроение, 2002. – 264 с. 3. Худобин, Л. В. Минимизация засаливания шлифовальных кругов / Л. В. Худобин, А. Н. Унянин; под ред. Л. В. Худобина. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 298 с. 4. Унянин, А. Н. Численное моделирование локальных температур при шлифовании / А. Н. Унянин // СТИН. – 2006. – № 8. – С. 27 – 33. 5. Худобин, Л. В. Повышение режущей способности шлифовальных кругов при обработке заготовок из пластичных сталей и сплавов / Л. В. Худобин, А. Н. Унянин // Вестник машиностроения. – 2008. – № 12. – С. 47 – 51 ОТДЕЛОЧНО-ЗАЧИСТНАЯ ОБРАБОТКА ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ЭЛАСТИЧНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ С ДИСКРЕТНЫМ РЕЖУЩИМ КОНТУРОМ Устинович Д.Ф.1, Прибыльский В.И.2 ( ГНУ «ФТИ НАН Беларуси», 2ГНУ «ОИМ НАН Беларуси», г. Минск, Беларусь) 1

The paper considers constructional and technological aspects of using the tool with discrete cutting contour for machining of flat surfaces. The data are given concerning the results of industrial application of polymer-abrasive tool for finish grinding of foil-coated dielectrics. The general view of finish-grinding cylinder roll is shown. Значительный технический и социально-экономический эффект применения эластичного инструмента на основе полимерно-абразивных волоконных композитов обусловлен достаточно широкими технологическими возможностями метода, обеспечением автоматизации отделочно-зачистных операций, производительностью обработки, универсальностью и простотой реализации в условиях различных типов производств. К достоинствам технологии относятся самозатачивание инструмента, отсутствие жесткой связки и наличие дискретного режущего контура, что способствует интенсивному освобождению рабочей зоны от продуктов износа обрабатываемого

176

материала и инструмента, сохранению режущих свойств инструмента, исключению «засаливания» и необходимости его периодической правки [1]. Актуальность проблемы обработки листовых материалов заключается в необходимости обеспечения равномерности формирования макро- и микрогеометрии поверхности, а также ее физико-механических свойств при соблюдении требования производительности. За счет управления эластичностью абразивного волоконного инструмента в широком диапазоне значений, определяемых геометрическими характеристиками волокна, свойствами полимерного связующего волокна, кинематическими параметрами процесса, конструкцией и геометрией рабочей части инструмента, можно обеспечить оптимальные условия процесса обработки поверхностей листов, лент и плоских конструктивов [2]. Эластичный инструмент состоит из несущей ступицы, в которой механически закреплены полимерно-абразивные волокна. Щетки могут быть выполнены с радиальной ориентацией волокон относительно оси инструмента (дисковые щетки и щетки, имеющие форму вала) и осевой (чашечные щетки). Чашечные щетки обычно используются при обработке деталей ручным механизированным инструментом, а также на фрезерных станках или специальном оборудовании. Щетки в форме вала применяются на специальных полуавтоматах для односторонней или двусторонней обработки листов и лент при их непрерывной подаче. Предприятия промышленно развитых западноевропейских стран применяют эластичный абразивный инструмент также совместно с полуавтоматическими (CNC, NC и робототехника) и полностью автоматическими системами для чистовой обработки специального назначения. Доказана перспективность использования роботов, которые осуществляют манипуляции инструментом относительно закрепленной детали [3-4]. Наиболее распространенная схема обработки реализуется следующим образом. Обрабатываемая деталь обычно располагается в приспособлении, устанавливаемом на столе станка. Эластичный инструмент устанавливается с натягом относительно обрабатываемой поверхности. Съем металла происходит за счет наличия силового воздействия ворса и относительных перемещений детали и инструмента. Чаще всего осуществляется выполнение двух движений формообразования – главного движения резания инструмента и движения продольной подачи детали, которые определяются величинами скорости резания и продольной подачи. Щеткам могут сообщаться вращательное движение в сочетании с поперечным, продольным аксиальным или радиальным движением, а также возвратно-поступательное и осциллирующее движения. В качестве абразивных наполнителей волоконных композитов используются электрокорунд нормальный 14А, 15А, электрокорунд белый 23А, 24А, 25А и карбид кремния зеленый 63С и 64С. Выбор размера инструмента определяется типом оборудования предприятия-потребителя и размером обрабатываемой поверхности. Зернистость абразива, применяемого при модификации композита, составляет 40-320 мкм. При этом зачистку осуществляют инструментом зернистостью 32-16, полирование производят инструментом зернистостью 12-М40. В качестве полимерного связующего используются модифицированные полиамиды, например, ПА-6 (ТУ РБ 03535279.02797). В зависимости от вида технологической операции, для которой используется инструмент, объемное содержание абразива в волокне составляет 15-32%. Волокно диаметром 2-3,5 мм применяется для зачистки поверхности, удаления окалины и следов коррозии, снятия заусенцев, скругления острых кромок. Более мягкие щетки (из волокна диаметром 0,5-1,5 мм) используются для полирования, снятия небольших заусенцев на изделиях из цветных металлов и сплавов.

177

Наибольшей эффективностью при обработке плоских поверхностей значительной ширины обладают цилиндрические сборные щетки. Они могут иметь различное конструктивное исполнение: большой малой и средней плотности, непрерывные и пучковые, спиральные и секционные, с прямым и гофрированным ворсом. Некоторые из конструкций, разработанные в ГНУ «ФТИ НАНБ», представлены на рисунках 1 и 2. Геометрические параметры инструмента

Рис. 1. Общий вид цилиндрических щеток: а – спиральные; б – секционные обусловлены их назначением и особенностями применения. Среди них главное место занимают отделочно-зачистные операции поверхностей листов и лент при непрерывной подаче заготовок (очистка от пыли, грязи и жировых загрязнений, удаление оксидных слоев, снятие заусенцев после механической обработки, удаление следов коррозии, зачистка и подготовка поверхности под нанесение гальванических и лакокрасочных покрытий). Торцы несущего вала цилиндрических щеток имеют конкретное конструктивное исполнение в соответствии с особенностями обрабатывающих модулей машин. Производственные испытания разработанного инструмента осуществлялись в условиях ОАО «Горизонт», ОАО МЧЗ, (Минск, РБ), ПО «Витязь», ПО «Электроизмеритель» (Витебск, РБ) и др. Выполненные исследования показали перспективность использования цилиндрического эластичного инструмента на основе полимерно-абразивных волоконных композитов с дискретной рабочей поверхностью для обработки поверхности фольгированного текстолита. Обработка производилась на установках для химико-механической подготовки поверхности по односторонней схеме обработки с непрерывной подачей заготовок печатных плат изделий радиоаппаратуры. Процесс изготовления печатных плат включает в себя операции удаления оксидных слоев, загрязнений и формирования строго определенных механических и адгезионных характеристик поверхности заготовок из фольгированного текстолита. Технологические сложности (малая толщина медной фольги – 35 и 50 мкм), необходимость обеспечения равномерной обработки плат по всей ширине рабочей зоны (до 600 мм) без прорезов и других нарушений сплошности фольги, высокие требования к качеству поверхности снижают производительность процесса. В настоящее время традиционным методом обработки печатных плат является зачистка объемным шлифовальным полотном (акролом), обладающим рядом существенных недостатков.

178

Промышленная эксплуатация инструмента осуществлялась при следующих технологических режимах: коэффициент заполнения площади конвейера К=0,80-0,85; частота вращения – 2000 об/мин; скорость подачи конвейера – 0,9-1,5 м\мин; максимальная ширина обрабатываемой поверхности – 620 мм.

Рис. 2. Общий вид цилиндрических секционных щеток: а – для снятия заусенцев; б – для удаления оксидных пленок Разработанный инструмент и технология обработки плоских поверхностей фольгированных диэлектриков позволили по сравнению с традиционными методами зачистки дисками из объемного шлифовального полотна обеспечить следующие технико-экономические показатели: повысить производительность обработки на 12-16 %, уменьшить время технического и организационного обслуживания в 3,8-5,2 раза, уменьшить количество переналадок оборудования с 2 в месяц до 1 переналадки в 8-14 месяцев, улучшить экологическое состояние производства. Список литературы: 1. Устинович Д.Ф. Классификация методов обработки полимерно-абразивными волоконными композитами // Машиностроение и техносфера 21 века: Сб. трудов междунар. науч.-техн. конф. / ДонНТУ – Донецк, 2004. – Т3. – С. 198–200. 2. Устинович Д.Ф. Обработка фольгированных диэлектриков эластичными полимерно-абразивными композитами // Полимерные композиты – 2003: тез. докл. междунар. науч.-тех. конф. / ИММС НАНБ. – Гомель, 2003. – С. 171-172. 3. Устинович Д.Ф. Эластичный абразивный инструмент для отделочно-зачистной обработки // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: материалы 2 междунар. науч.-техн. конф. / ФТИ НАНБ; ред. кол. С.А. Астапчик [и др.]. – Минск, 2007. – С. 142-146. 4. Устинович Д.Ф., Прибыльский В.И., Мочайло А.Г. Эластичный полимерно-абразивный инструмент с дискретным режущим контуром // Машиностроение и техносфера ХХ1 века: сб. трудов 15 междунар. науч.-техн. конф., Севастополь, 15-20 сент. 2008 г.; в 4-х т. / ДонНТУ. – Донецк, 2008. – Т.3. – С. 241-244.

179

ОЦІНКА ШОРСТКОСТІ ОБРОБЛЕНИХ ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ З ПРОЗОРИХ НЕМЕТАЛЕВИХ МАТЕРІАЛІВ ЗА ІНДИКАТРИСАМИ РОЗСІЯННЯ СВІТЛА Філатов Ю.Д., Сідорко В.І., Філатов О.Ю., Ящук В.П., Хайзель У., Сторчак М. (ІНМ ім. В. М. Бакуля НАНУ, КНУ ім. Тараса Шевченка, Штутгартський університет, м. Київ, м. Штутгарт, Україна, Німеччина) The technique of registration of angular diagram’s of reflexion and dispersion of surfaces of details from transparent dielectric by means of the installation providing resolution 2/ and high degree of suppression of a diffused light is described. It is shown, that for an estimation of quality of processing it is possible to use width of peak in indicatrix dispersion against practically invariable pedestal which reacts to change of high-rise parameters of a roughness. При поліруванні поверхонь деталей з неметалевих матеріалів найважливішим завданням є контроль шорсткості обробленої поверхні, яка кількісно характеризує якість обробки. З цією метою зазвичай використовують профілометричні [1, 2] методи, які дозволяють охарактеризувати профіль обробленої поверхні. Однак при обробці неметалевих матеріалів, зокрема виробів зі скла, природного та штучного каменю потрібно визначати не стільки профіль обробленої поверхні, скільки її інтегральну характеристику шорсткості, для визначення якої можуть бути використані оптичні методи, зокрема метод рефлектометрії [3, 4]. Зменшення шорсткості поверхні призводить до збільшення коефіцієнта відбивання і зменшення коефіцієнта розсіяння світла на одиниці або десяті долі відсотка. Зміни цих коефіцієнтів обумовлені відповідними змінами діаграми відбивання (розсіяння) оброблених поверхонь. Експериментальна установка (рис. 1) для реєстрації кутових діаграм відбивання та розсіяння світла на базі гоніометра Г5 включала напівпровідниковий лазер 1 (довжина хвилі λ = 618 нм), діафрагму 2, поляроїд 3, обтюратор 5 у вигляді пропелера з целулоїдними лопатями, кутовий аналізатор 6, світловод 7, монохроматор 8, фотоелектричний помножувач 9, підсилювач 10, АЦП 11; комп’ютер 12 та кроковий двигун 13 з блоком керування. Кут падіння зондуючого випромінювання на поверхню досліджуваного зразка 4 складав 45°. Відповідно до заданих параметрів задавались крок і межі сканування по куту, коефіцієнт підсилення підсилювача, необхідна кількість зчитувань сигналу при кожному значенні кута, визначалась величина шумового сигналу для його віднімання від амплітуди сигналу, записувались параметри реєстрації та кутова діаграма відбивання (розсіяння). Для зменшення впливу спеклової структури поля відбитого та розсіяного випромінення на реєстрацію діаграм відбивання перед кутовим аналізатором розташовувався обтюратор 5, завдяки якому періодично змінювалась оптична різниця ходу пучків, які інтерферують, що призводило до осциляції спеклової структури світлового поля з частотою 100 Гц. Інтенсивність розсіяного світла усереднювалась по спеклах за час реєстрації 1 с (за 100 осциляціями). Роздільна здатність кутового аналізатора визначається як δφ = 1,5/. Внесок розсіяного в кутовому аналізаторі світла у кутову діаграму розсіяння практично не проявляється. Кутова ширина діаграми відбивання становить δθ = 0,73 мрад (2/), що приблизно відповідає реальній кутовій роздільній здатності кутового аналізатора. Відповідно до наведеного реєструвались діаграми відбивання (орієнтація осі кутового аналізатора α=0°) та розсіяння (α=3δθ) оброблених поверхонь деталей з оптичного скла. Діаграма відбивання та розсіяння кожного зразка реєструвалась по 3 рази для двох різних ділянок зразка. Для усунення шуму отримані діаграми згладжувались шляхом усунення високочастотних компонент із Фур’є перетворення

180

експериментальних кривих. Підсумкова усередненням згладжених кривих.

діаграма

відбивання

отримувалась

Рис. 1. Установка для реєстрації індикатриси розсіяння світла: 1 – лазер; 2 – діафрагма; 3 – поляроїд; 4 – досліджуваний зразок; 5 – обтюратор; 6 – кутовий аналізатор; 7 – світловод; 8 – монохроматор ДМР-4; 9 – фотоелектричний помножувач; 10 – підсилювач; 11 – АЦП; 12 – ПК; 13 – кроковий двигун з блоком керування. Для проведення досліджень використовувались зразки з прозорого діелектрика – оптичного скла марки К8, які були виготовлені з різними параметрами шорсткості після виконання різних технологічних операцій обробки за допомогою алмазного інструмента з різними за зернистістю алмазними порошками: шліфування (Ш) (АС6 125/100, АС6 80/63), тонкого (ТАШ) (АСМ 40/28, АСМ 20/14) та надтонкого (НТАШ) (АСМ 10/7, АСМ 7/5) алмазного шліфування та полірування за допомогою інструмента зі зв’язаним абразивом на основі двооксиду церію типу АКВАПОЛ [5]. Параметри шорсткості поверхні визначались методом профілометрії за допомогою профілографапрофілометра “Mitutoyo” (Японія). Визначались висотні параметри мікропрофілю поверхні Ra, Rz і Rmax. Параметри шорсткості поверхонь і характеристики використаних при їх обробці абразивних порошків наведені в таблиці. Індикатриси розсіяння поверхні оптичного скла К8, які зареєстровані в описаних умовах, наведено на рис. 2. На цих діаграмах спостерігається різке звуження (більше ніж в 30 разів) індикатриси від 1°50/ до 3/ в діапазоні шорсткості за параметром Ra від 0,25 до 0,05 мкм. При цьому ширина піка індикатриси практично зрівнюється з

181

шириною піка дзеркального відбиття. На індикатрисі розсіяння скла відсутні будь-які піки, що свідчить про відсутність скупчень спеклів, хоча сама спеклова картинка пучка існує. Таблиця.1. Параметри шорсткості оброблених поверхонь Параметри Операція обробки шорсткості (характеристика алмазного порошку в інструменті) (мкм) Ш Ш (АС6 ТАШ ТАШ НТАШ НТАШ (АС6 80/63) (АСМ (АСМ (АСМ (АСМ 125/100) 40/28) 20/14) 10/7) 7/5) Ra 0,78 0,23 0,07 0,05 0,02 0,02 Rz 3,20 1,44 0,73 0,45 0,18 0,20 Rmax 4,64 2,09 1,05 0,65 0,26 0,29

Полірування 0,01 0,05 0,07

1 Інтенсивність, відн.од

1,6

2 0,8

3 4

0,0 -2

кут відхилення від дзеркального напряму, град

Рис. 2. Індикатриси розсіяння поверхні оптичного скла марки К8: Ra 0,25 (1), 0,07 (2), 0,05 (3), 0,02 (4) При подальшому зменшенні шорсткості поверхні оптичного скла відбувається суттєва зміна форми індикатриси розсіяння: в ній з’являється п’єдестал, на фоні якого виникає розширений пік. Це є наслідком загострення діаграми відбивання із

182

зменшенням величини Ra, внаслідок чого різко зменшується інтенсивність сигналу, що проходить на вихід кутового аналізатору при відхиленні його оптичної осі від площини дзеркального відбиття. В результаті інтенсивність сигналу знижується до рівня інтенсивності розсіяного в кутовому аналізаторі випромінювання, що спричиняє виникнення п’єдесталу. В той же час на вихід кутового аналізатору попадає розсіяне світло, розширюючи основний пік. Звідси випливає, що при реєстрації індикатриси розсіяння існують оптимальні кути нахилу оптичної осі кутового аналізатору до площини дзеркального відбиття. Величина цього кута вибирається з міркувань найкращого подавлення дзеркального піка при достатній інтенсивності розсіяного на даний кут випромінювання. На основі використання створеного макету автоматизованої установки для реєстрації кутових діаграм відбивання і розсіяння світла розроблено методику реєстрації індикатрис розсіяння поверхонь деталей з оптичного скла та інших прозорих у видимій області спектру неметалевих матеріалів. Тестування розробленої методики та макету установки показало, що вона має кутову роздільну здатність не гірше 2/, хороше подавлення розсіяного в кутовому аналізаторі світла та високу ступінь подавлення розсіяного дзеркально відбитого пучка при куті нахилу оптичної осі кутового аналізатора 6/ (приблизно в 400 раз). Досягнуті технічні характеристики і параметри установки дозволяють реєструвати індикатриси розсіяння прецизійних полірованих поверхонь оптичних деталей з скла марки К8 на фоні їх піка дзеркального відбиття. Показано, що при реєстрації індикатрис розсіяння оптичних поверхонь існує оптимальний напрям спостереження, який можна вибирати за рахунок зміни нахилу оптичної осі кутового аналізатора до площини дзеркального відбиття пучка світла. Проведено дослідження кутових діаграм відбивання та розсіяння поверхонь оптичного скла марки К8 в залежності від шорсткості поверхні і показано, що параметром, який реагує на зміну Ra є ширина піка, що спостерігається в індикатрисі розсіяння на фоні практично незмінного п’єдесталу. Список літератури: 1. Филатов Ю.Д. Полирование прецизионных поверхностей деталей из неметаллических материалов инструментом со связанным полировальным порошком.– Сверхтвердые материалы, 2008, № 1. – С. 59–66. 2. Рефлектометрия поверхностей деталей из неметаллических материалов при финишной алмазно-абразивной обработке / Филатов Ю.Д., Сидорко В. И., Филатов А. Ю., Ящук В. П., Хайзель У., Сторчак М. // Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут»: Приладобудування. – К.: НТУУ «КПІ», 2008.– Вип. 36.– С. 95–104. 3. Контроль качества поверхностей неметаллических деталей при финишной алмазно-абразивной обработке / Филатов Ю.Д., Сидорко В.И., Ковалев С.В., Філатов А.Ю., Ящук В.П., Пригодюк О.А., Хайзель У., Сторчак М. // Сверхтвердые материалы. – 2008. – № 3. – С. 75–80. 4. Оценка качества обработанных поверхностей деталей из неметаллических материалов / Филатов Ю.Д., Сидорко В. И., Ковалев С. В., Філатов А. Ю., Ящук В. П. // Наукові праці Донецького національного технічного університету, Серія: Машинобудування і машинознавство.– 2008.– Вип. 5 (139). – С. 127–133. 5. Rogov, V.V., Filatov, Y.D., Kottler, W, and Sobol, V.P., “New Technology of Precision Polishing of Glass Optic”, Opt. Eng., 40, 1641–1645 (2001).

183

ОСОБЕННОСТИ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКИ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ Федонин О.Н., Левый Д.В. (БГТУ, г. Брянск, Россия) Features of destruction of a material and formation of a roughness in the course of machining of brittle materials are observed, the theoretical equations of interconnection of conditions of machining with parametres of quality of the surface are presented, allowing to provide on details a necessary roughness. При изготовлении деталей, их качество оценивается по точности размеров и качеству поверхностного слоя. Из множества параметров качества поверхностного слоя [1,2,3] стандартизованными являются только параметры шероховатости. Поэтому по их величине и оценивается в большинстве случаев качество поверхностного слоя. Спрогнозировать величину высотных параметров шероховатости можно по зависимости [2]: (1) R z = h1 + h 2 + h 3 + h 4 , где: h 1 - составляющая шероховатости вызванная геометрией рабочей части инструмента (лезвия) и кинематикой его рабочего движения относительно обрабатываемой поверхности; h 2 - составляющая шероховатости поверхности вызванная колебательными перемещениями инструмента относительно обрабатываемой поверхности; h 3 - составляющая шероховатости поверхности вызванная пластическими деформациями обрабатываемого материала заготовки в зоне контакта с рабочим инструментом; h 4 - составляющая шероховатости поверхности вызванная шероховатостью рабочей части инструмента. Однако данная зависимость справедлива для пластичных материалов, при обработке, которых возможно пластическое оттеснение материала вспомогательной режущей кромкой. При обработке же хрупких материалов, картина образования шероховатости поверхности будет иной. Её формирование, как и при обработке деталей из пластичных материалов, будет определяться геометрией и кинематикой перемещения рабочей части инструмента относительно обрабатываемой поверхности (h 1 ), колебаниями инструмента (h 2 ). Однако составляющая h 1 частично уменьшается за счёт среза вершины неровности при сдвиге материала вспомогательной режущей кромкой на величину – h 3 (рис.1). Естественно, что пластического оттеснения материала при формировании шероховатости, вследствие его хрупкости, при обработке происходить не будет. Шероховатость режущей кромки на вершине резца будет увеличивать формируемую шероховатость дополнительно на величину – h 4 =R Zинс . При обработке многозубым инструментом, например фрезой, на формирующуюся шероховатость будет оказывать влияние и биение зубьев – h 5 =∆ з . На высоту шероховатости в процессе обработки будет также влиять возможная пористость материалла - h 6 . Таким образом, в общем случае при лезвийной обработке хрупких материалов средняя высота профиля шероховатости будет определяться уравнением:

R z = h1 + h 2 −h 3+ h 4 + h 5 + h 6 ,

184

(2)

Формирование профиля шероховатости при однолезвийной обработке резцами представлено на рис.1. При этом зависимость (2) для точения принимает следующий вид:

R z = h1 + h 2 −h 3+ h 4 + h 6

(3)

Расчет составляющей h 1 , h 2 можно рассчитать по известным зависимостям [1,2]. На формирование составляющей h 3 будут влиять сжимающие и касательные напряжения. Условие равновесия будет выглядеть следующим образом:

τ сдв ⋅ b ⋅ с = σ В ⋅ sinχ1 ⋅ с ⋅ l АВ

(4)

где с – ширина площади, на которую действуют сжимающее и касательные напряжения; b – длина площади на которую действует касательное напряжение; l AB =ρ·Φ- длина площади на которую действует сжимающее напряжение; ρ- радиус округления режущей кромки; Φ- угол сдвига; χ 1 – угол контакта вершины лезвия с обработанной поверхностью по вспомогательной режущей кромке (рис.1).

χ1

Б A

b c

q Б-Б

А-А

τ А O В

Рис. 1.Формирование профиля шероховатости при лезвийной обработке хрупких материалов Для того, чтобы произошел срез вершины неровности должно выполняться следующее условие:

185

σВ ⋅ sinχ1 ⋅ ρ ⋅ Φ τ сдв

(5)

Причем в эту зависимость необходимо подставлять следующие значение χ 1 а) при

ϕ ≥ arcsin

S 2r

ϕ1 ≥ arcsin

S 2r

χ1 = arcsin

S 2r

(6)

φ1 H

E r

r q

χ 1

а)

D H E

б)

b φ1

H E

в) Рис. 2. Схема для расчета высоты скола (h 2 ): а) при формировании профиля радиусной частью лезвия инструмента; б) при формировании профиля радиусной частью лезвия и вспомогательной режущей кромкой инструмента; в) при формировании профиля радиусной частью лезвия, главной и вспомогательной режущей кромкой инструмента. б) при ϕ ≥ arcsin

S S и ϕ1 < arcsin 2r 2r

χ1 = ϕ1 - вспомогательному углу в плане инструмента 186

в)при ϕ < arcsin

S S и ϕ1 < arcsin 2r 2r

χ1 = ϕ1 - вспомогательному углу в плане инструмента

Учитывая то, что величины b и h 3 являются сторонами треугольника гребешка скола, для них получены следующие зависимости взаимосвязи при следующих условиях обработки: а) при ϕ ≥ arcsin

S 2r

и ϕ1 ≥ arcsin

h3 =

S (рис. 2а) 2r

b × tgχ 2

, (χ = χ1 = arcsin

S ), 2r

(7)

где χ - угол контакта вершины лезвия с обработанной поверхностью по главной режущей кромке (рис.2а); б) при ϕ ≥ arcsin

S S и ϕ1 < arcsin (рис. 2б) 2r 2r

 χ1 = ϕ1   h3 = ; S ;   1 1  χ = arcsin + 2r      tgχ1 tgχ  b

в) при ϕ < arcsin

(8)

S S и ϕ1 < arcsin (рис. 2в) 2r 2r

h3 =

 χ = ϕ1  ; 1 ,  1 1   χ =ϕ  +   tg tgχ  χ  1 b

(9)

Проверка предложенной модели производилась при обработке графита марки МГ1 на станке мод. 16К20, резцом с напайной пластиной ВК8. Учитывая, что величина колебания составляющей силы резания ∆Р у при обработке р графита на порядок меньше, чем при обработке конструкционной стали, можно пренебречь величиной колебаний и следовательно h 2 =0. Таким образом, уравнение (3) для случая токарной обработки графита примет следующий вид:

R z = h1 −h 3+ h 4 + h 6

(10)

Снятые профилограмы полученной поверхности подтверждают предложенную картину формирования шероховатости (рис.3.)

187

h1 h3 h6

Рис.3. Профилограма поверхности обработанной точением (радиус вершины r = 0,4 мм, глубина резания t = 1мм, скорость резания V = 200 м/мин, подача S 0 = 0,7 мм/об, углы в плане φ =φ 1 = 45º, ВУ/ГУ=10) Список литературы: 1. Суслов А. Г. Инженерия поверхности деталей машин.. / А.Г. Суслов // -М.: Машиностроение,2007.-434с. 2. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. / А.Г. Суслов // М.: Машиностроение, 2000. -320с. 3. Сулима A.M. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. / A.M. Сулима, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин // М.: Машиностроение, 1988. -240с. КРИТЕРИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ И ЕЁ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН МЕТОДАМИ ППД Фёдоров В. П., Нагоркин М. Н, Нагоркина В. В., Ковалёва Е. В. (БГТУ, г. Брянск, Россия) The methods of the determination of the criterion to technological stability of the processes of the processing of superficial plastic deformation, allowing provide the stable parameters of quality to surfaces, is happens to in article Практически всегда после предварительной обработки имеют место продольные волнистость различной высоты и шага, отклонения от круглости, носящие случайный характер, закономерно изменяющийся профиль поперечного сечения обрабатываемой детали (например, кулачки). Все указанные факторы являются возмущающими воздействиями, действующими на технологическую систему (ТС), которая в данном случае является колебательной системой с одной степенью свободы. При определённых соотношениях скорости обработки, значений отдельных характеристик возмущений (амплитуда, частота), параметров ТС (масса подвижных частей, жёсткость упругого элемента устройства ППД и др.) может нарушаться устойчивость процесса обработки. Устойчивость процесса обработки ППД, с точки зрения технологии обработки, может характеризоваться одним главным критерием – обеспечением параметров качества обрабатываемой поверхности в регламентируемых пределах с высокой надёжностью. Из этого критерия вытекает одно из главных требований к процессу ППД: сила воздействия индентора на обрабатываемую поверхность в идеале должна быть постоянной и равной установленной величине, а реально не должна выходить за допустимые пределы относительно номинала. В связи с этим предлагается рассматривать динамические характеристики устройств ППД упругого действия, представляющего собой колебательную систему с

188

одной степенью свободы. Это позволит установить критерии обработки поверхностей деталей машин, определяющие технологическую устойчивость процесса ППД. На базе математического и физического моделирования рассматривались теоретические аспекты обеспечения геометрических параметров качества обработки цилиндрических поверхностей с продольным дифференцируемым профилем (поперечное сечение), отличным от окружности, обработкой ППД одноинденторными устройствами упругого действия (на примере алмазного выглаживания (АВ) поверхностей с исходной продольной волнистостью высотой Wmax и шагом по средней линии Smw). Предлагаемая математическая модель процесса в виде расчётной схемы (рис. 1) включает устройство ППД, состоящее из корпуса 1, подвижного ползуна 2 с индентором 3, прижимаемым к обрабатываемой детали 5 пружиной 4 жёсткостью c с силой Q 0 = cY 0 посредством подвижного упора 6. Номинальное сечение заготовки имеет форму окружности 7 радиусом ρ 0 . Фактическое сечение заготовки представлено в виде волны 8 с максимальной высотой Wmax, угловой шаг волны ϕ S , а номинальный профиль сечения 7 является средней линией m w волнистости, которая определяет фактический текущий радиус заготовки ρ(ϕ ). Расчётная схема предусматривает действие следующих сил: Q 0 = cY 0 – номинальное (заданное) значение силы выглаживания, устанавливаемое настройкой; Q – результирующая сила воздействия индентора на поверхность в точке контакта, формирующая величину контактного давления; my – сила инерции подвижных частей устройства ППД; Py – сила реакции заготовки на индентор; Pz – сила сопротивления выглаживанию; P – результирующая сила выглаживания; mg – вес подвижных частей устройства; N1 , N 2 – силы реакций в опорах ползуна; F1 , F2 – силы трения скольжения, возникающие при движении ползуна; ηY – сила вязкого сопротивления, пропорциональная скорости движения ползуна, обусловленная наличием смазки в соединениях.

Рис. 1. Расчётная схема процесса ППД АВ (а) и упрощённая зависимость коэффициента динамичности µ от отношения частот ω /ω 0 (б) Анализ расчётной схемы позволяет утверждать, что модель процесса ППД наружных цилиндрических поверхностей представляет собой нелинейную колебательную систему с одной степенью свободы, совершающей вынужденные колебания под действием возмущений, источником которых являются отклонения радиуса нормального сечения обрабатываемой поверхности ρ (ϕ ) от номинала ρ 0 , 189

полученные после предварительной обработки при наличии сил вязкого сопротивления и трения. В соответствии с теорией колебаний для данной модели уравнения движения имеют следующий вид: (1) my + F ( y , y , t ) = 0 Здесь слагаемое F ( y , y , t ) подразумевает наличие в уравнении (1) сил, зависящих от перемещения (силы упругости) F(y), от скорости (силы вязкого сопротивления) F ( y ) и возмущающие силы F(t), зависящие от времени. Установлено, что с некоторой потерей точности, с учётом сил вязкого сопротивления уравнение динамики устройств ППД упругого действия имеет вид (2), уравнение (3) соответствует кинематическим возбуждениям, вызываемым наличием исходной продольной волнистости: cf ( t ) Y + 2nY + ω02Y = m

f(t) =

(2);

  V W max ⋅ sin 2π t + γ 0  . 2   ϕc ρ0

(3)

В результате решения уравнения (2) установившаяся амплитуда a п колебаний плунжера 2 (рис. 1) отвечает уравнению (4), а коэффициент динамичности µ = a п / Y cm – уравнению (5): Yст 1 a aп = (4); . (5) µ= = 2 2 Y ст 2 2 2 2  ω2   ω2  1 −  + 4ω n 1 −  + 4ω n  ω2  ω2 ω 04 ω 04 0 0   Здесь n = η/2m, где η – коэффициент вязкого сопротивления. Приближённо можно считать, что силы вязкого сопротивления оказывают заметное действие лишь в околорезонансной области. Это позволяет в удалении от резонанса принимать для µ кривую, построенную без учёта вязкого сопротивления, а во всей околорезонансной области принимать µ = µ max (рис. 1б), что позволяет вместо определения всей кривой ограничиться только вычислением резонансной частоты. Таким образом, принятая модель позволяет при заданных геометрических отклонениях обрабатываемой заготовки в поперечном сечении рассчитать параметры закона движения индентора при обработке ППД с достаточной точностью. Физическое моделирование АВ реальных поверхностей осуществлялось путём обработки образцов из стали 45 (HRC э 48…50) с искусственно созданными отклонениями от круглости в виде лысок, прошлифованных вдоль образующей цилиндра, при этом высота сегмента снятого металла составляла от 220 до 830 мкм. +0 , 4

Наружный диаметр образцов D = 50 + 0, 2 мм, скорость выглаживания составляла от 15.7 до 99 м/мин при подаче S = 0,1 мм/об с силой Q = 100 Н (радиус индентора r инд = 3,5 мм) при наличии смазки. Ползун имел массу m = 1,16 кг, жёсткость пружины c = 4,3 ⋅ 103 Н/м. Микроанализ топографии различных участков обработанных поверхностей и соответствующих профилограмм выявил, что в зависимости от соотношения скорости обработки и отклонения от круглости имеют место участки с равномерной и неравномерной (подскоки, удары индентора о поверхность) обработкой. На профилограмме поверхности с неравномерной обработкой (рис. 2) чётко видны участки исходного микропрофиля (А), которые соответствуют фазам пролёта ϕ п индентора над 190

поверхностью (Ra = 0,51 мкм; Rmax = 3,9 мкм) и участки обработанной поверхности (В), которые соответствуют фазе контакта ϕ к индентора с поверхностью (Ra = 0,15 мкм; Rmax = 1,95 мкм). Следует отметить, что с точки зрения теории автоматического управления рассматриваемые процессы неравномерной обработки являются динамически устойчивыми, так как по результатам моделирования видно, что для них соблюдается необходимое условие устойчивости: lim ϕп = 0 , то есть фаза полёта t →∞

индентора после возмущающего воздействия постепенно уменьшается и исчезает.

Рис. 2. Типовая профилограмма поверхности с неравномерной обработкой: 1, 3, 5, 7 – фазы пролёта индентора; 2, 4, 6 – фазы контакта индентора с поверхностью Анализ результатов физического моделирования рассматриваемых процессов ППД устройствами упругого действия позволил сформулировать понятие технологической устойчивости обработки при необходимости обеспечения заданных параметров КПС (в частном случае параметра R i ): технологическая устойчивость процесса обработки ППД устройствами упругого действия – это его способность обеспечивать непрерывно по всей обрабатываемой поверхности заданное конечное множество R параметров качества поверхностного слоя, включая эксплуатационные, в регламентированных границах (±δ R ) с требуемой надёжностью Р (R i ∈ ( Ri ± δ Ri ). Область технологической устойчивости может принадлежать множествам параметров КПС или эксплуатационных свойств, а также их объединению. Понятие технологической устойчивости при некоторых уточнённых (относительно температуры, вибраций и др.) можно распространить и на другие методы обработки, в том числе на лезвийные и абразивные. Однако, если необходимые условия технологической устойчивости во всех случаях будут иметь значительное сходство, то критерии её обеспечения различны и зависят от физических, кинематических и динамических особенностей процесса. Для обработки ППД одноинденторными устройствами упругого действия критерии технологической устойчивости получены на основе анализа и решения дифференциального уравнения равновесия подвижных частей устройства (рис. 1) и необходимости обеспечения силы выглаживания Q при обработке в допустимых пределах: Q ∈ (Q 0 + βQ 0 ; Q 0 – δQ 0 ). Здесь Q 0 – её номинальное значение; β, δ – допустимые верхняя и нижняя относительные величины вариации Q 0 . полученные критерии имеют вид (6, 7):

191

Vmax1 ≤

Vmax 2 ≤

(cY ) ⋅ Smw2 60 δ 0 m ⋅ W max π 2

(cY ) ⋅ Smw2 . 60 ( β −1) 0 m ⋅ W max π 2

(6);

(7)

Полученные критерии включают параметры КПС после исходной обработки (Wmax, Smw), конструктивные особенности устройства ППД (с, m) и технологические факторы (Q 0 = cY 0 , δ, β). Для обеспечения безотрывной обработки (δ = 1, β → 1) построен ряд диаграмм типа рис. 3. Допустимые области значений V max лежат ниже соответствующих кривых. При других заданных значениях δ и β полученные из диаграммы величины V max умножают на δ и β − 1 соответственно. Окончательно скорость обработки выбирают из условия V max = min (V max1 , V max2 ).

Рис. 3. Теоретические диаграммы для определения допустимой скорости обработки при ППД цилиндрических поверхностей, имеющих исходные продольные макроотклонения в виде волн с параметрами Wmax, Smw из условий непрерывности обработки для различных значений других технологических факторов

192

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ ОБРАБОТКЕ ППД Фёдоров В. П., Нагоркин М. Н, Ковалёва Е. В., Нагоркина В. В. (БГТУ, г. Брянск, Россия) In article is offered to use the parameters, characterizing reflectance of surfaces of details of the machines, as a factor quality. Happen to the results of the studies of the influence upon these parameters technological factor processing by methods of superficial plastic deformation. Отражательная способность поверхностей деталей является одним из показателей их качества. Технологическое обеспечение отражательной способности необходимо, когда её количественные показатели регламентированы в технической документации. В простейшем случае она может характеризоваться яркостью. Применение разработанной и реализованной компьютеризованной системы металлографических исследований "ВИСМА" (микроскоп – видеокамера с цифровым выходом – согласующее устройство – ПК), включающей лицензионный пакет программ "Image Scope Color", позволяет исследовать микротопографии выбранных участков поверхностей с построением гистограмм яркости по избранной микроплощади и её соответствующий профиль. Визуальное сходство между профилями шероховатости и яркости, обосновывает целесообразность включения в результаты микрофотоанализа поверхности её профилограмму, что было реализовано и для различных вариантов технологического воздействия на поверхность (рис. 1). Геометрическую и оптическую информацию о поверхности предлагается представлять в следующем составе: 1) микрофотография поверхности, отражающая её топографию с качественной стороны; 2) профилограмма и параметры шероховатости поверхности; 3) гистограмма яркости, характеризующая относительное распределение яркости по участкам поверхности на избранном участке измерения; 4) профиль яркости, показывающий изменение яркости поверхности вдоль трассы измерения. Анализируя эти результаты можно отметить, что гистограммы яркости и её профиль на различных стадиях воздействия на поверхность претерпевают существенные изменения. Во всех случаях при переходе с трассы измерения А на трассу В имеет место эволюция гистограммы яркости с появлением резко выраженного максимума в области светлых тонов. Это означает, что обработка ППД способствуют появлению ярко выраженных светлых тонов на относительно больших участках поверхности. Анализ гистограмм распределения яркости после различных методов технологического воздействия на поверхность позволил выявить ряд особенностей: 1. При фрезеровании плоских поверхностей имеет место многомодальная гистограмма с тремя вершинами, которые соответствуют высокой, средней и низкой яркости. Эти вершины имеют характер локальных экстремумов и их можно отнести к отражательной способности вершин, боковых сторон микронеровностей и впадинам микропрофиля шероховатости соответственно. 2. Плоское шлифование способствует формированию одномодальной гистограммы яркости со смещением максимума в сторону светлых тонов (мода) и наличием характерной скошенности к тёмным тонам. 3. Обработка ППД с малыми силами способствует образованию плосковершинной гистограммы яркости поверхности, то есть она имеет трапецеидальную форму. 4. Воздействие на поверхность индентором из АСПК во всех случаях однозначно

193

трансформирует исходную гистограмму яркости путём образования или смещения её моды в сторону светлых тонов. Таким образом, яркость поверхности зависит от методов технологического воздействия, и её параметрами можно технологически управлять. Технологическое управление той или иной величиной возможно, если она имеет единицы измерения для количественной оценки.

Рис. 1. Микрофотограммы поверхностей образцов из стали 45 после торцевого фрезерования композитом 10 (трасса А, а) и последующего алмазного выглаживания (трасса В, б): топографии, профилограммы и параметры шероховатости, гистограммы и профили яркости поверхности При шкале насыщенности цветовой гаммы 8bit чисто белый цвет имеет оценку яркости Е max = 28 – 1, а чёрный – Е min = 0. Именно в этих пределах изменяется яркость поверхности на гистограммах и профилях яркости. Поскольку такая шкала не совсем удобна для практических целей (нестабильность источника освещённости, угол подсветки и т. п.), предлагается нормировать текущее значение яркости поверхности Е тек по максимальной величине Е max = 255 и ввести для оценки отражательной способности поверхности после обработки коэффициент яркости: Етек ( x ) , Еmax где х – рассматриваемая координата поверхности на трассе измерения. Таким образом, получаем график зависимости Rе = f(x), по форме идентичный профилям яркости, но величина Rе теоретически изменяется в пределах от 0 до 1: чисто чёрный цвет – Rе = 0; чисто белый цвет – Rе = 1. Введение относительной оценки отражательной способности поверхности по предлагаемой величине коэффициента яркости Rе позволяет нейтрализовать влияние на результаты измерения нестабильности внешней освещённости поверхности в процессе микрометаллографических исследований. Это позволяет проводить корректное сравнение результатов, полученных как с использованием различных систем, так и разными исследователями. Для величины Re целесообразно ввести следующие числовые характеристики: 1. Максимальное Rе max , минимальное Rе min значения коэффициента яркости и его максимальный перепад ∆(Rе): ∆(Rе) = Rе max – Rе min. 2. Среднее арифметическое значение коэффициента яркости: 1 n Reср = ∑ Rei , n i =1 где Rei – i-ое значение Re в серии из n измерений. Величина Re ср количественно характеризует среднюю яркость или средний тон

Rе =

194

поверхности в чёрно-белых оттенках. 3. Среднее квадратическое отклонение коэффициента яркости

S { Re} =

(

)

1 n ∑ Rei − Reср 2 ⇒ Sigma . n −1 1

Этот параметр характеризует разброс коэффициента яркости как случайной величины на трассе измерения. 4. Коэффициент вариации яркости

γ=

S { Re}  Sigma  . ⇒  Reср  Reср  

Коэффициент вариации является мерой относительной изменчивости и позволяет судить в данном случае о характере распределения коэффициента яркости поверхности. Некоторые типовые результаты исследований на формирование отражательной способности (яркости) плоских поверхностей образцов из чугуна СЧ20 в процессе обработки ППД представлены на рис. 2.

Рис. 2. Результаты исследований отражательной способности поверхностей заготовки изчугуна СЧ20 после отделочно-упрочняющей обработки алмазным выглаживанием (а, в) и накатыванием шариком (б, г) при радиусе индентора r инд = 3,5 мм: 1 – микротопография поверхности; 2, 3 – коэффициент яркости и гистограмма её распределения; ТФ – торцевое фрезерование; АВ – алмазное выглаживание; НШ – накатывание шариком Приведенные значения коэффициента яркости Rе ср свидетельствуют о том, что обработка ППД методом АВ способствует повышению отражательной способности 195

поверхности по сравнению с НШ при прочих равных условиях. При этом разброс яркости по поверхности, характеризующийся величиной S{Re} во всех случаях меньше, чем при обработке НШ. Коэффициент вариации γ также значительно ниже при АВ, чем при НШ. Гистограммы распределения яркости в случаях обработки ППД методом АВ имеют значительно меньший разброс и большее смещение максимума в сторону повышения яркости, чем при НШ при прочих равных условиях. Таким образом, в плане повышения отражательной способности поверхности АВ значительно предпочтительней обработки ППД НШ в данных конкретных условиях. Выявление статистической взаимосвязи параметров яркости и микропрофиля поверхности может способствовать разработке и созданию компактных оптикоэлектронных приборов для измерения и регистрации параметров микропрофиля обрабатываемой поверхности в производственных условиях. Для прогнозирования параметров отражательной способности Y i ( Re , S(Re), ∆Re, γ (Re)) при ППД по результатам полного факторного эксперимента получены адекватные модели Кобба-Дугласа:

В1 ⋅ Q B2 ⋅ S B3 ⋅ K i . Yi = b0 ⋅ Rапр Здесь Ra пр – шероховатость поверхности после предварительной обработки торцевым фрезерованием композитом 10 (3,1…1,57 мкм); Q – сила воздействия на индентор (100…50 Н); S – подача при ППД (0,7…0,07 мм/инд); K i – качественный фактор метода обработки с условными количественными уровнями: для алмазного выглаживания

(АВ) – K i = 5 B4i , а для накатывания шариком (НШ) – K i = 2 B4i . Результаты обработки экспериментальных данных представлены в табл. Таблица 1. Параметры яркости Rе ср

Ѕ(Rе ср )

ΔRе

γ Rе

Обозначения Вк i Т-кр i Вi СКО В i Вк i Т-кр i Вi СКО В i Вк i Т-кр i Вi СКО В i Вк i Т-кр i Вi СКО В i

Факторы Х0

Ra пр

–0,3893

–0,0724 166,8835 –0,2128 0,0013 0,1190 65,2480 0,3499 0,0054 0,0502 125,1866 0,1475 0,0012 0,1917 142,2867 0,5635 0,0040

0,0294 67,7814 0,0848 0,0013 –0,0407 22,3096 –0,1174 0,0053 –0,0097 24,1335 –0,0279 0,0012 –0,0695 51,5947 –0,2006 0,0039

–0,0131 30,1514 –0,0114 0,0004 0,0391 21,4140 0,0339 0,0016 0,0278 69,3584 0,0241 0,0003 0,0522 38,7611 0,0454 0,0012

0,4626 –1,7263 0,4141 –0,3158 0,8747 –1,3367 0,8887

Результаты экспериментов показали, способствует значительному повышению 196

Метод ППД 0,0683 157,4528 0,1491 0,0009 –0,2269 124,3774 –0,4952 0,0040 –0,0570 142,3484 –0,1245 0,0009 –0,2953 219,2060 –0,6446 0,0029

что обработка ППД методом АВ параметров относительной яркости

обработанной поверхности. Технологические факторы ППД (Rа пр , Q, Ѕ) также оказывают значимое влияние на параметры относительной яркости, о чём свидетельствует сравнение расчётного значения t–критерия Стьюдента с табличным

t0табл ,05 =2,78. Рассмотренные методика и результаты исследований относятся только к конкретным условиям обработки ППД плоских поверхностей из чугуна СЧ20 и могут служить приближённым ориентиром для более подробных исследований в области технологического обеспечения отражательной способности поверхностей деталей машин по параметрам относительной яркости различными методами обработки. КИНЕМАТИКА ЗУБЧАТЫХ УРАВНИТЕЛЕЙ ПЛАНЕТАРНЫХ РЕДУКТОРОВ Финиченко В.А. (ДонНАСА, г. Макеевка, Украина) The solution of the task of speed determination of relative movement of equalizer cogs of planetary gear taking into account production and assembly errors is presented. Для соединения плавающих звеньев планетарных редукторов наибольшее распространение получили зубчатые уравнители (зубчатые муфты) [1,3]. Взаимная несоосность плавающих элементов приводит к относительному перемещению контактирующих зубьев уравнителя, появлению сил трения, снижения коэффициента полезного действия, износа рабочих поверхностей зубьев. При определении скоростей относительного перемещения рабочих поверхностей зубьев использовалось положение, согласно которому любое относительное изменение элементов зубчатого зацепления моделируется соответствующим изменением взаимного положения систем координат рассматриваемых элементов. Для определения скорости относительного перемещения элементов уравнителя принята система координат (рис. 1) правого направления:

Рис. 1. Системы координат принятые при исследовании зацепления •

система S 0 (x, y, z) – неподвижная; 197

• система S 1 (x 1 , y1 , z 1 ) – связана с плавающим элементом уравнителя и выбрана так, что ось z 1 совпадает с осью делительной окружности зубьев, а ось x 1 проходит через точку начала эвольвенты на основном цилиндре в среднем сечении зуба; • система S 2 (x 2 , y2 , z 2 ) – связана с неподвижным зубчатым элементом таким образом, что ось z 2 совпадает с осью основного цилиндра, а ось x 2 проходит через точку начала эвольвенты на основном цилиндре в среднем сечении зуба. Смещение Δа 1 учитывает погрешности обработки зубчатого венца плавающего элемента. Смещение Δа 2 учитывает погрешности обработки зубьев неподвижного элемента. Углы φ 1 и φ 2 координируют относительное положение рабочих поверхностей зубьев рассматриваемых элементов уравнителя. Углы β 1 и β 2 координируют положение рабочих поверхностей зубьев относительно направления смещения Δа 1 и Δа 2 . Ω – угол взаимного положения осей основных цилиндров плавающего и неподвижного элементов уравнителя. Считаем, что система S 1 определена в неподвижном пространстве, а система S 2 двигается относительно S 1 . Скорости относительного движения элементов уравнителя определим используя матричный способ [2,5]. Столбцевая матрица скорости имеет вид:

(1)

Скорости движения системы S 2 относительно S 1 определяются зависимостью [4,6]: (2) где M 21 – матрица перехода от системы S 1 к S 2 ; – производная от матрицы обратной M 21 ; – радиус-вектор текущей точки поверхности зуба неподвижного элемента уравнителя.

(3)

(4)

(5)

198

Подставив (3), (4) и (5) в (1) и сделав соответствующие преобразования, получим выражения для определения составляющих скорости относительного движения профилей зубьев:

где

- угловая скорость. Эвольвентную поверхность зубьев, с прямолинейной образующей вдоль зуба, в системе координат S 1 представим в виде:

(7) где 1 , u 1 - независимые параметры рабочих поверхностей зуба; - радиус основной окружности. Эвольвентная поверхность зубьев, с произвольной образующей вдоль ширины зуба, в системе координат S 2 представим в виде:

(8) где – величина смещения исходного контура инструмента по нормали к профилю зуба. Учитывая, что (передаточное отношение зацепления зубчатого уравнителя), получим составляющие скорости относительного движения поверхностей зубьев с криволинейной образующей зуба:

Подставив (8) в (6), получим составляющие скорости относительного движения поверхностей зубьев в уравнителе с прямолинейной образующей зуба:

(10)

199

Модуль скорости зависимости (рис. 2):

относительного движения профилей зубьев определится по (11)

Рис. 2. Составляющие скорости относительного движения поверхностей зубьев Анализ зависимостей (9) и (10) показывает, что скорость относительного движения поверхностей зубьев зависит от угла взаимного перекоса элементов зубчатого уравнителя, погрешностей изготовления зацепления и формы образующей внешних зубьев. В муфте с криволинейной образующей зуба втулки, кроме скольжения наблюдается и перекатывание контактирующих поверхностей. Поэтому износ зацепления в этих муфтах протекает менее интенсивно. Таким образом, с использованием теории зубчатых зацеплений приведено решение, позволяющее определять геометрические и кинематические параметры зацепления муфт, выполненных с произвольной образующей зуба втулки. Список литературы: 1. Артоболевский И. И. Механизмы т. ІІІ. М., из-во «Наука»,1998 2. Литвин А. Ф. Теория зубчатых зацеплений М. «Наука». 1968 г. 3. Планетарные передачи. Справочник. Под ред. В. Н. Кудрявцева, Ю. Н. Кудрявцева. Л., «Машиностроение». 1997 – 536 с. 4. Финиченко В. А. Пространственная модификация зубьев цилиндрических зубчатых колес. Весник ДонГАСА. – Макеевка: ДонГАСА. 2004. – Вып. 5(47). – с 97 – 100. 5. Р. Фрезер, В. Дункан, А. Коллар. Теория матриц и ее приложения. Издательство иностр. Лит., 1950 6. Шитков В.А. Применение кинематического метода исследования зубчатых пар и способов их обработки. Изд – во вузы, «Машиностроение», вып 5. 1958.

200

НОВЫЕ ОГНЕСТОЙКИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ Финкельштейн З.Л. (ОНИЛ Минуглепрома, Алчевск, Украина), Садловский Е.В., Галкин А.В. («Славнефтехим», Славянск, Украина) We considered the situation concerning the fire resistant hydraulic fluids of domestic manufacture for machines and machinery, which operate under constant fire and explosion hazard, and also under low temperatures. We surveyed the characteristics of different types of fire resistant hydraulic fluids according to the development results of new domestic hydraulic fluids of HFA, HFA-S, HFC types, and conservation fluid. Their characteristics, test results, technical and economic efficiency is indicated. This information is meant for machinery designers, which work in coal mining industry, metallurgical industry, foundry engineering, in low temperatures environment; it is also meant for enginery and its exploiters. Как известно, в машинах и механизмах, работающих в условиях постоянной угрозы возникновения пожара, взрыва (горные, литейные машины, металлургическое оборудование, оборонная техника) для передачи механического усилия используют огнестойкие гидравлические жидкости (ОГЖ). В частности, в угольной промышленности они нашли широкое распространение в гидросистемах механизированных крепей, угольных комбайнов, гидромуфтах. Требования к ним обобщены и сформулированы развитыми странами в Люксембургском праве (в настоящее время действует т.н. 7-й Люксембургский отчет). Согласно международной классификации существует 4 типа ОГЖ : HFA (содержит 95-98 % воды и 2-5% присадок), HFB (обратные эмульсии типа вода в масле), HFC (коллоидный водный раствор присадок, загущенный полигликолевым полимером), HFD (элементоорганические трудно горючие соединения). В бывшем СССР научное развитие упомянутых ОГЖ проводилось, в основном, в российских отраслевых институтах. Поэтому к обретению независимости Украины на ее территории выпускался только один тип ОГЖ (HFA). Технический уровень отставал от мирового. Разработка новых ОГЖ и жидкостей других типов даже не планировалась. Устранению этого отставания была посвящена работа, проведенная в Научнотехническом центре предприятия «Славнефтехим» и Отраслевой НИЛ Минуглепрома Украины. Во-первых, было проведено дальнейшее развитие ассортимента ОГЖ типа HFA. При бывшем СССР в Украине выпускались ОГЖ типа HFA только эмульсионного типа. Однако в мировой практике имеется тенденция ускоренного развития новых полусинтетических и синтетических жидкостей. Полусинтетические жидкости содержат меньше нефтяных масел, чем эмульсионные. Однако содержат больше присадок. А в синтетических вообще нет нефтяных масел, но они содержат много эффективных присадок. В результате новые типы жидкостей (их называют HFA-S) оказываются более технически эффективными в сложных условия применения (например, при использовании жестких и минерализованых вод для приготовления микроэмульсий). Они более эффективны и экономически, несмотря на более высокую стоимость концентратов микроэмульсий. Это обусловлено тем, что для достижения требуемых свойств микроэмульсии (агрегативной стабильности, антикоррозионной защиты, смазочных свойств) достаточно меньшего расхода концентрата. Кроме того, благодаря лучшим антикоррозионным и смазочным свойствам ОГЖ HFA-S значительно снижается механический и коррозионный износ дорогостоящего оборудования. А это тем более дает большой экономический эффект.

201

Кроме того, ОГЖ типа HFA в бывшем СССР практически не обладали биостойкостью. Поэтому, в закрытой гидросистеме бурно развивались анаэробные бактерии (бактерии, для развития которых вредит наличие кислорода в системе). В результате эмульсионные ОГЖ подвергались биодеградации, вследствие которой эмульсия теряла антикоррозионные, смазочные свойства. Продукты разложения забивали трубопроводы, калиброванные отверстия, нарушая адекватность работы гидросистемы. Газообразные продукты разложения (сероводород и др.) вредно влияли на здоровье персонала. Для борьбы с биофлорой нами были разработаны и использованы в составе ОГЖ новые отечественные высокоэффективные биоциды и биостатики. В результате проведенных НИР и ОКР были созданы ОГЖ типа HFA всех существующие видов – эмульсионные, полусинтетические и синтетические, получившие товарное название Hydroway серии 900 (марок 940, 960, 990). Физикохимическая их характеристика приведена далее в табл. 1. За 3-4 года работы новые ОГЖ внедрены на большинстве шахт Украины. Использование подтвердило правильность выбранной концепции разработки. На минерализованных и «жестких» шахтных водах (подобных морской воде) показали эффективность полусинтетические и особенно синтетические ОГЖ. Ушла в прошлое проблема биодеградации эмульсий. Таблица 1. Физико-химическая характеристика ОГШ Hydroway серии 900 Наименование показателя Норма для марки Метод испытания 990 960 940 Концентрат (продукт в состоянии поставки) 1. Внешний вид при 20 ºС Однородная жидкость ГОСТ 6243, р. 1 2. Запах Специфический не Органолептически раздражающий 3. Вязкость кинематическая 50 40 30 ДСТУ ГОСТ 33 при 50 ºС, мм2/с, не более 4. Плотность при 20 ºС, г/см3 1,1-1,3 1,0-1,2 0,98-1,18 ГОСТ 3900 Рабочая микроэмульсия 5. Коррозионное действие на Выдерживает ГОСТ 6243, р.2, сталь 10 по ГОСТ 1050 п.2.1 6. Стабильность эмульсии Выдерживает ГОСТ 6243, п. 3.1 7. Значение рН 8,0-10,0 ГОСТ 6243, р.4 Решения, полученные при создании ОГЖ типа HFA и HFA-S были далее использованы при разработке других типов ОГЖ. Для использования в гидросистемах мехкрепей требуются не только ОГЖ типа HFA. При изготовлении мехкрепей или при их ремонте требуется ОГЖ, которую можно использовать для испытания гидросистемы. А затем эта ОГЖ может длительное время оставать в системе при транспортировке, хранении. Таким образом, необходимо, что бы ОГЖ надежно консервировала крепь, не вызывала разрушение крепи при отрицательных температурах вследствие застывания. И, конечно, надо чтоб она хорошо была совместима с рабочей ОГЖ типа HFA. Для создания такой, консервационно-испытательной жидкости использованы присадки серии 900 в повышенной концентрации, антифризный компонент, предотвращающий образование кристаллов льда, способных разорвать гидросистему. ОГЖ может использоваться в различных климатических и температурных условиях. 202

Поэтому, с целью оптимизации затрат разработано 3 варианта рецептуры с различным содержанием антифризного компонента и, соответственно, с различной температурой застывания. Физико-химическая характеристика консервационной ОГЖ (товарное название Hydroway серии 300, марок 315, 330, 355) приведена в таблице 2. Исследование показало, что консервационная ОГЖ полностью совместима с эмульсиями отечественных и зарубежных жидкостей типа HFA и HFA-S. И это важно, потому что раньше в отечественной практике использовалось для консервации крепи минеральное масло, которое, как известно не смешивается с эмульсиями. Удалить полностью консервационное масло или ОГЖ не возможно, т.к. в оборудовании имеется не сливаемый остаток. А остаток минерального масла разрушал эмульсии ОГЖ, нарушал адекватность работы крепи. Таким образом, решена одна из проблем работы горно-шахтного оборудования. Внедрение с 2008 года Hydroway серии 300 на машиностроительных заводах, изготавливающих мехкрепи, а также ремонтных производствах показало техникоэкономическую эффективность новой ОГЖ. Таблица 2. Физико-химическая ОГЖ Hydroway серии 300 Наименование показателя Значение для марки: 315 330 355 Внешний вид при 20 ºС Однородная жидкость Запах Специфический не раздражающий Плотность при 20 ºС , г/см3 1,00-1,05 1,05-1,07 1,07-1,08 Вязкость кинематическая при 1,0-4,0 20 ºС, мм2/с Температура застывания, ºС, Минус Минус Минус не выше 15 30 50 Коррозионное действие на металлы: - Чугун серый по ГОСТ 1412 Выдерживает - Сталь 10 по ГОСТ 1050 Выдерживает Выдерживает - Медь М0 по ДСТУ ГОСТ 859 Значение рН 8,0-10,0

Метод испытаний ГОСТ 6243, р.1 Органолептически ГОСТ 3900 ДСТУ ГОСТ 33 ГОСТ 5484 ГОСТ 6243, п. 2.1

ГОСТ 6243, р.4

Для использования в гидросистемах угольных комбайнов, литейных машин и оборонной техники вместо горючего минерального масла требуются полигликолевые ОГЖ типа HFC. Такие отечественные жидкости в Украине отсутствовали. Поэтому была разработана жидкость с использованием антикоррозионных, смазочных, биоцидных и биостатических присадок синтезированных при создании Hydroway серии 900, антифризных компонентов, примененных при создании Hydroway серии 300, а также с использованием отечественных полигликолевых полимеров. Она получила название Hydroway серии 200 (марок 220 и 235). Марки отличаются содержанием полигликолевого полимера и, соответственно, вязкостью. Характеристика жидкости приведена в таблице 3. Как видно из данных, приведенных в таблице 3, ОГЖ серии значительно превосходит индустриальные масла по низко-температурным свойствам. Температура застывания минус 50 ºС для индустриальных масел недостижима. Тоже касается индекса вязкости. Индекс вязкости ОГЖ значительно выше, чем у индустриальных 203

масел. А это означает, что вязкость масла не сильно зависит от температуры и оно работоспособно в широком диапазоне температур. О трибологии. Если сравнить, например, с индустриальным маслом И-12А (нагрузка сваривания около 1400 Н, нагрузка критическая около 600 Н, индекс задира около 300 Н, диаметр пятна износа около 0,6-0,7 мм при нагрузке 20 кГс в течение 1 часа), то видно, что трибологические свойства ОГЖ Hydroway серии 200 все же предпочтительнее. Также преимущество имеется по теплофизическим свойствам. ОГЖ имеет большую теплоемкость, чем углеводороды индустриального масла. Поэтому ОГЖ лучше охлаждает систему. Испытания в шахтных условия показали, что при одинаковых условиях работы угольного проходческого комбайна, температура ОГЖ на 10-15 ºС ниже чем индустриального масла. Таким образом, создается предпосылка для более интенсивной, производительной эксплуатации комбайна. Таблица 3. Физико-химическая и трибологическая характеристика Hydroway серии 200 Наименование показателей Норма для марок Методы испытаний 220 235 Внешний вид при 20 ºС Однородная ГОСТ 6243, р.1 жидкость Запах Специфический не Органолептически раздражающий 3 Плотность при 20 ºС, г/см 1,02-1,10 ГОСТ 3900 2 Вязкость кинематическая, мм /с при: ДСТУ ГОСТ 33 20 ºС 18-22 50 ºС 30-60 Стабильность при хранении Выдерживает ГОСТ 6243 р.6 Температура застывания, ºС, не выше Минус 50 ГОСТ 20817 Коррозионное действие на металлы: ГОСТ 6243, р. 2 - Чугун серый по ГОСТ 1412 Выдерживает - Сталь 10 по ГОСТ 1050 Выдерживает - Медь М0 по ДСТУ ГОСТ 859 Выдерживает Значение рН 8,0-10,0 ГОСТ 6243, р.4 3 Склонность к пенообразованию, см Не более 50 ГСТУ 320.00149943.004 метод Б Устойчивость пены, см3 Не более 30 ГСТУ 320.00149943.004 метод Б Трибологические свойства на стенде ГОСТ 9490, диаметр ЧШМ 1400 пятна износа при Нагрузка сваривания, Н, не менее 1000 нагрузке 20 кГс, Нагрузка критическая, Н, не менее 500 1 час Индекс задира, Н, не менее 0,65 Диаметр пятна износа, мм, не более Индекс вязкости, не менее 140 ГОСТ 25371 И самое основное для Hydroway серии 200 – наличие в ней около 30 % воды, которая блокирует возгорание или взрыв жидкости. Это важно как для угледобычи, так и для литейных машин, так и для военной техники. 204

Проведенная разработка не включила ОГЖ типов HFB и HFD. В них в текущее время не обнаружилась реальная потребность. Однако проведенная НИР и ОКР являются хорошей предпосылкой для создания ОГЖ типа HFB. Все упомянутые жидкости выпускает предприятие «Славнефтехим» на собственном производстве, способном технологически обеспечить потребности отечественного потребителя. Система качества этого производства сертифицирована по ISO 9001 германской фирмой TÜV NORD. ОГЖ Hydroway прошла сертификацию в Европе по принятому в ЕС Люксембургскому праву. НОВЫЕ ПОЛУЖИДКИЕ СМАЗКИ Финкельштейн З.Л. (ОНИЛ Минуглепрома, Алчевск, Украина), Садловский Е.В., Галкин А.В. («Славнефтехим», Славянск, Украина) We examined physicochemical, tribological properties, technical and economic efficiency of semifluid lithium greases Mariol-Pressol (meant for servolubrication of friction bearings operating under elevated temperatures and moisture conditions) and Mariol-450 for casings of gears (instead of geared oil of ТАП-15, ТАД-17И type). The advantages of new greases in comparison with those lubricating materials, which are applicable today, were covered. The information is meant for the designers and exploiters of roller beds with servolubrication of friction bearings, and also for casings of gears of industrial equipment, transport etc. Перспективным является использование так называемых полужидких смазок, совмещающих в себе положительные свойства жидкости и пластичной смазки. И в первую очередь интересно применение в этом качестве смазок на литиевых мылах, коллоидные свойства которых выгодно отличаются от натриевых, кальциевых мыл. Недаром, в передовых развитых технически странах, например США, литиевые смазки вытеснили все другие. По этому, во-первых, была поставлена задача разработки литиевой полужидкой смазки взамен комплексной кальциевой УНИОЛ-2М/2. Смазка применяется в централизованных системах смазывания подшипников скольжения, работающих в рольгангах металлургического производства. Поэтому на смазку воздействуют высокие температуры, влага. В этих условиях у смазки УНИОЛ-2М/2 наблюдаются недостатки: недостаточная термовлагостойкость, недостаточная прочность коллоидной структуры. Это выражается в том, что в следствие недостаточной устойчивости воздействию нагреванию и влаге смазка коксуется, образуются в системе подачи смазки т.н. «карандаши», которые не способны транспортироваться по системе. В результате смазка не подается в подшипник и он выходит из строя. Таким образом резко снижается долговечность дорогостоящих подшипников и надежность работы оборудования (рольгангов, прокатных станов) в целом. Кроме того, комплексная кальциевая смазка оказалась не способной длительно сохранять свою коллоидную структуру. Смазка «сминается» и увеличивается ее утечка и, соответственно, расход. Недостаточная адгезия (липкость) обуславливает «смываемость» смазки при воздействии влаги и повышенных температур. Это также ведет к снижению ресурса подшипника и перерасходу смазочного материала. В виду указанного особое внимание обращено на исследование адгезии смазки, антиокислительные ее свойства, придание надежной, прочной коллоидной структуры при одновременном сохранении особенностей полужидкой смазки как неньютоновской

205

коллоидной системы, способной с минимальными усилиями проходить через систему подачи смазки при негативном воздействии нагрева и влаги. В результате была создана смазка на основе высококачественных остаточных масел, загущенных литиевым мылом, содержащая также антиокислительные присадки, присадки высокого давления (ЕР-присадки), полимер, регулирующий вязкость и адгезию (липкость) масляной базы. Характеристика смазки приведена в таблице 1. Производственные испытания показали, что поставленные цели достигнуты. За несколько месяцев работы не наблюдалось случаев образования «карандашей» в системе подачи смазки. Расход смазки, благодаря большей устойчивости коллоидной структуры сократился на 25-35 %. Замечена большая долговечность работы подшипников скольжения. Таблица 1. Характеристика полужидкой литиевой смазки Мариол-Прессол Наименование показателей Норма Метод испытания Внешний вид при температуре 20 °С Мазь от светло-до ГСТУ 38.001 темнокоричневого цвета Температура каплепадения, °С, не менее 185 ГОСТ 6793 Предел прочности при температуре 20 °С, Па, 100 ГОСТ 7143, не ниже метод Б Пенетрация при температуре 25 °С 300-350 ГОСТ 5346, перемешиванием (60 двойных тактов), мм ·10 -1 метод В Массовая доля механических примесей, %, не 0,05 ГОСТ 6479 более Вязкость эффективная при 25 °С и среднем 125 ГОСТ 7163 градиенте скорости деформации 10·с-1, Па·с, не более Коррозионное воздействие на металлы Выдерживает ГОСТ 9.080 с дополнением по ТУ Коллоидная стабильность, % выделенного 25,0 ГОСТ 7142, масла, не более метод А Содержание воды Следы ГОСТ 2477 с дополнением по ТУ Склонность к сползанию при температуре Выдерживает ГОСТ 6037 (125 ± 5) оС Массовая доля свободной щелочи в перерасчете 0,15 ГОСТ 6707 на NaOH, %, не более Массовая доля свободных органических кислот 0,8 ГОСТ 6707 (в пересчете на олеиновую кислоту), %, не более Трибологические характеристики на стенде ГОСТ 9490 о ЧШМ при температуре (20±5) С, не менее: - нагрузка сваривания, ( Рс), Н 2600 - нагрузка критическая ( Рк), Н 980 - индекс задира ( Из), Н 450 206

Вторая задача, в плане создания новых полужидких литиевых смазок, была связана с широко распространенными картерами зубчатых передач, которые применяются в промышленном оборудовании, транспорте. В настоящее время для смазывания зубчатых передач применяются масла с присадками высокого давления (ТАП-15, ТАД-17И и т.п.). Принципиальный недостаток этих масел состоит в том, что они как ньютоновские жидкостей легко вытекают из уплотнений, неплотностей редуктора. Тем более это происходит при повышении температуры. Вязкость ньютоновской жидкости значительно уменьшается и расход масла резко увеличивается. Таким образом, масла обуславливают перерасход смазочного материала, загрязнение окружающей среды, ухудшение культуры производства. Тонкий слой масла не может обеспечить тихую работу зубчатой передачи, а зачастую и достаточное противозадирное и противоизносное действие тонкого слоя смазочного материала. Особенно это заметно в случае проникновения в картер воды, что довольно часто встречается при работе горно-шахтного оборудования. Таким образом, была поставлена задача создания полужидкой литиевой смазки для редукторов зубчатых передач. Почему именно такого типа? Во-первых, смазка должна попадать в различные части картера, что бы обеспечить попадание в зону трения зубчатой передачи, подшипников качения. Поэтому нужна была смазка с высокой пенетрацией. Во-вторых, смазка не должна создавать сопротивления вращению зубчатой передачи, что бы сократить энергопотребление. Именно полужидкая смазка, как неньютоновская жидкость, обеспечивает минимальные затраты энергии. В процессе движения происходит скольжение слоев коллоидной системы, которое происходит с минимальной затратой энергии. В момент соприкосновения зубьев на них имеется довольной значительный слой смазки, благодаря наличию у нее коллоидной структуры. В отличие от масла, которое может обеспечить только тонкий слой углеводородов. Таким образом, полужидкая смазка обеспечивает тихую работу редуктора, снижает износ пары трения, значительно повышает надежность и долговечность зубчатой передачи. Ну и конечно, за счет коллоидной структуры в уплотнениях и других неплотностях продукт себя ведет не как жидкость, а как смазка, препятствуя вытеканию, что на порядок должно сократить ее расход. Показатели смазки приведены ниже в таблице 2. Таблица 2. Характеристика полужидкой литиевой смазки Мариол-450 Наименование показателей Норма Метод испытания Внешний вид при температуре 20 °С Мазь от светло-до ГСТУ 38.001 темнокоричневого цвета Пенетрация при температуре 25 °С 400-450 ГОСТ 5346, перемешиванием (60 двойных тактов), мм ·10 -1 метод В Массовая доля механических примесей, %, не 0,05 ГОСТ 6479 более Вязкость эффективная при 0 °С и среднем 150 ГОСТ 7163 градиенте скорости деформации 10·с-1, Па·с, не более Коррозионное воздействие на металлы Выдерживает ГОСТ 9.080 с дополнением по ТУ

207

Продолжение табл. 2. Содержание воды

Следы

Массовая доля свободной щелочи в перерасчете на NaOH, %, не более Массовая доля свободных органических кислот (в пересчете на олеиновую кислоту), %, не более Трибологические характеристики на стенде ЧШМ при температуре (20±5) оС, не менее: - нагрузка сваривания, ( Рс), Н - нагрузка критическая ( Рк), Н - индекс задира ( Из), Н

0,15

ГОСТ 2477 с дополнением по ТУ ГОСТ 6707

0,4

ГОСТ 6707 ГОСТ 9490

2450 820 450

Практические испытания показали, что поставленные цели достигаются. Расход смазки по сравнению с маслом сократился в 5-10 раз. Редуктор стал действительно работать тише, износ пар трения сократился. Попадание влаги в редуктор сократилось, т.к. смазка фактически выполняет и герметизирующую роль. Однако даже в случае попадания в редуктор инородных веществ (воды, угля и др.) смазочные, антикоррозионные свойства смазки предпочтительнее, чем масла. Обнаружились и некоторые особенности применения смазки (в отличие от масла). Смазка, не смотря на большую пенетрацию в меньшей степени склонна к распылению, чем масло. Поэтому можно представить конструкцию редуктора, в котором достижение смазкой пар трения (в отличие от масла) будет затруднено. Учитывая потенциальную перспективность подобных смазок по сравнению с редукторными маслами, конструкторам картеров зубчатых передач следовало бы это учесть. И конструировать передачу и картер таким образом, что бы смазка могла достичь пару трения (шестерни, подшипники). РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ АВТОМОБИЛЬНОГО СЕРВИСА С УЧЕТОМ СПРОСА НА УСЛУГИ Хабибуллин Р.Г., Макарова И.В., Лысанов Д.М. (ИНЭКА, г. Набережные Челны, Россия) Influence on demand of firmness of seating of a network of the autoservice enterprises is revealed. Offered models of seating allow to lower losses of time and means of clients for transportation of automobiles, expectation and performance of works, expenses for reequipment of manufacture and raise a level of demand on services. Проблема создания, размещения и функционирования производства в местах сосредоточения автомобилей является достаточно сложной, так как при ее решении требуется учитывать множество различных факторов. Решение этих вопросов позволит не только сократить капитальные вложения в развитие материальной базы сервисных предприятий, но и снизить себестоимость проведения работ по ТО и ремонту, а также сократить транспортные расходы владельцев автомобилей. Вопросы прогнозирования спроса населения на услуги автосервиса тесно связаны с разработкой моделей рационального размещения предприятий по

208

техническому обслуживанию и ремонту автомобилей. Постановка и решение задач рационального размещения производства позволяет найти наилучший вариант согласно выбранному критерию эффективности, который включает в себя: места размещения, мощности и специализацию предприятий; степень удовлетворения спроса на услуги различных групп клиентов; распределение потребностей отрасли в капитальных вложениях и других видах ресурсов [1, 2]. Критерий эффективности плана размещения предприятий должен представлять собой компромисс между максимально возможной прибылью предприятий, затратами времени клиентов на ожидание выполнения работ и стоимостью транспортировки неисправного автомобиля до ближайшего сервисного предприятия. Для полного удовлетворения потребностей в услугах по ТО и ремонту автомобилей необходимо определить количество сервисных предприятий, их географическое расположение и производственные мощности по выполнению технических воздействий. Пусть имеется некоторый регион, в котором можно выделить районы дислокации автомобилей, а также возможные места, где имеются или могут быть построены автотранспортные или сервисные предприятия. На любое предприятие из любого района дислокации может поступить на обслуживание или ремонт автомобиль. Рассмотрим решение данной задачи на примере города Набережные Челны и прилегающих районов. Введем следующие обозначения: n – число пунктов сосредоточения автомобилей (i = 1..n); m – число возможных мест размещения предприятий, оказывающих сервисные услуги владельцам грузовых автомобилей (j = 1..m); X ij – количество заявок, поступивших из i – го пункта на j – ое предприятие для выполнения необходимых технических воздействий; Y j – мощность j – го предприятия по ТО и ремонту автомобилей; А i – потребность в ТО и ремонте у автомобилей из i – го пункта сосредоточения; W min j – минимально допустимая мощность j – го предприятия; W max j – максимально допустимая мощность j – го предприятия; С ij – транспортные расходы, связанные с доставкой одного автомобиля из i – го пункта на j – ое предприятие для проведения работ, руб.; Требуется организовать работу сервисной сети таким образом, чтобы наиболее полно удовлетворить спрос на услуги в рассматриваемом регионе и обеспечить минимальное значение расходов на транспортировку автомобилей к местам проведения работ. С учетом введенных обозначений математическая модель задачи размещения сервисных предприятий имеет вид: n m

Z = ∑ ∑ Cij X ij → min . i =1 j =1

Дополнительные ограничения модели: 1. Спрос каждого клиента из i – го района дислокации автомобилей на технические воздействия должен удовлетворяться полностью: 2. m

∑ X ij = Ai , i = 1...n.

j =1

2. Мощность каждого j – го предприятия должна соответствовать количеству заявок на проведение работ, поступающих от всех клиентов:

209

∑ X ij = Y j ,

i =1

j = 1...m.

3. Мощность каждого j – го предприятия, оказывающего услуги по ТО и ремонту ограничена минимально и максимально возможными значениями: 4. W min j ≤ Y j ≤ Wmax j , j = 1…m. 5. Переменные модели не могут быть отрицательными: 6. Х ij > 0, Y j > 0, i = 1..n, j = 1…m. В результате проведения расчетов по приведенной модели получим матрицу распределения заявок на проведение работ между имеющимися сервисными предприятиями (табл. 1).

Номер пункта сосредоточения автомобилей

Таблица 1. Распределение заявок между сервисными предприятиями Номер сервисного предприятия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 250 125 73 0 12 0 0 0 0 1 0 475 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 377 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 411 0 0 0 0 4 0 0 0 0 237 0 0 0 221 5 0 0 0 0 0 0 0 0 708 6 0 0 0 0 0 218 0 0 467 7 0 0 0 0 0 845 0 0 0 8 0 0 0 0 0 937 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 350 200 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 104 12

10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 227 571 202

Анализ данных показывает, что спрос клиентов на услуги по ТО и ремонту в регионе полностью удовлетворен. Для этого используются практически все имеющиеся производственные мощности, за исключением 4 – го и 5 – го сервисных предприятий. 4 – ое предприятие не попало в план в связи с достаточно большими транспортными затратами на перемещение к нему автомобилей из пунктов дислокации, мощности 5 – го предприятия используются только на 78% от максимально возможного значения. Рассмотренную математическую модель можно принять в качестве базовой при сравнении с другими моделями. Пусть требуется определить рациональный план размещения существующих сервисных предприятий с учетом затрат на организацию эффективного производства и проведение необходимых видов работ. Исходной информацией для этого варианта исследований являются сведения о потребностях в технических воздействиях клиентов и конкретном виде функций затрат на развитие и функционирование производства.

210

тыс.руб.

5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

-0,0007x

тыс.руб.

3500

y = 5,2229e 2

R = 0,8676

3000

Затраты на ПТБ

Удельные затраты на ПТБ

Теоретическая и экспериментальная кривые зависимостей удельных и суммарных затрат предприятия на развитие производственно – технической базы предприятия приведены на рис. 1.

2500 2000 1500 1000 500 0

200

400

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Мощность предприятия, а/м

200

400

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Мощность предприятия, а/м

Рис. 1. Зависимость затрат на развитие ПТБ от мощности производства Функцию затрат на реконструкцию зданий и техническое перевооружение от мощности производства можно записать в виде: FПТБ (Y) = ( − 0,0019Y 2 + 4,9312Y − 241,59) ⋅ 10 3 . Кривые зависимостей удельных и суммарных затрат на проведение необходимых работ по заказу клиентов, включающих затраты на эксплуатационные материалы и запасные части, представлены на рис. 2. тыс.руб. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

y = 9,759e-0,001x 2

Удельные зтраты на проведение работ

Суммарные затраты на проведение работ

R = 0,9571

200

400

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Мощность предприятия, а/м

тыс.руб. 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Мощность предприятия, а/м

Рис. 2. Зависимость затрат на проведение работ от мощности производства Функция затрат на проведение необходимых технических воздействий по сервису автомобилей, включаемых в себестоимость работ, в зависимости от мощности предприятия выражается следующей формулой: Fa(Y) = (0,00018Y 2 + 0,4406Y + 61,19) ⋅ 10 3.

Для проведения дальнейшего анализа необходимо учитывать все возможные места расположения сервисных предприятий на территории региона. Для каждого из них задаются варианты развития в виде ряда мощностей, представляющих собой фиксированные количества технических воздействий каждого вида. По известным пунктам сосредоточения автомобилей и намеченным пунктам размещения предприятий определяются транспортные расходы – матрица С ij . Затем накладываются ограничения по мощности каждого предприятия для любого вида технических воздействий – 211

величины W min_j и W max_j . При выборе численных значений величин мощностей руководствуются соображениями предельно возможного развития предприятий (размером территории, наличием рабочих, технологического оборудования). Требуется определить такой вариант использования имеющихся мощностей сервисных предприятий, чтобы полностью удовлетворить потребности владельцев автомобилей в осуществлении всех видов технических воздействий, а сумма транспортных расходов, затрат на реконструкцию и перевооружение производства, затрат на проведение необходимых видов работ была бы минимальной. Целевая функция описанной задачи может быть представлена в виде следующей функции: n m

i =1 j =1

j =1

Z = ∑ ∑ Cij X ij + ∑ FПТБ (Y j ) + ∑ Fa (Y j ) → min.

Номер пункта сосредоточения автомобилей

После проведения расчетов получим матрицу территориального распределения спроса автовладельцев на услуги между существующими в рассматриваемом регионе сервисными предприятиями (табл. 2). Таблица 2. Распределение заявок между сервисными предприятиями Номер сервисного предприятия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 250 125 0 0 85 0 0 0 0 1 0 475 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 377 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 411 0 0 0 0 4 0 0 73 0 164 0 0 0 221 5 0 0 0 0 0 0 0 0 708 6 0 0 0 0 0 218 0 0 467 7 0 0 0 0 0 845 0 0 0 8 0 0 0 0 0 937 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 148 200 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 202 0 104 12

10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 429 571 0

Третий вариант модели определения рационального варианта размещения существующих предприятий помимо рассмотренных факторов учитывает затраты владельцев автомобилей на выполнение технических воздействий и возможную величину потерянной прибыли, связанную с простоем автомобиля при выполнении необходимых работ. Исходной информацией для этого направления исследований, как и в предыдущих случаях, являются сведения о потребностях клиентов в технических воздействиях, функции производственных затрат, транспортные расходы на доставку автомобилей и предельные мощности каждого предприятия. Известно также, что на каждое из m возможных мест размещения предприятий могут поступить автомобили из n районов дислокации для проведения ТО и ремонта. Требуется определить такой вариант размещения и специализации действующих предприятий, чтобы полностью удовлетворить потребности владельцев автомобилей в осуществлении всех видов технических воздействий, а сумма затрат на реконструкцию и перевооружение производства, сумма затрат на проведение работ, сумма транспортных расходов и сумма потерь времени владельцев автомобилей на ожидание 212

и выполнение работ в денежном выражении была бы минимальной. Таким образом, необходимо минимизировать следующую функцию: n m

n m

i =1 j =1

j =1

i =1 j =1

n m T i CaX . ij P i =1 j =1 j

Z = ∑ ∑ Cij X ij + ∑ FПТБ (Y j ) + ∑ Fa (Y j ) + ∑ ∑ Ti Cw j X ij + ∑ ∑

где T i – трудоемкость выполнения работ по одному автомобилю из i –го пункта; Cw j – средняя стоимость 1 чел∗ч работ на j – ом предприятии; P j – число производственных рабочих, одновременно работающих на посту; Ca – стоимость 1 ч транспортной работы автомобиля по перемещению грузов. После выполнения расчетов получим третий вариант матрицы территориального распределения спроса на услуги по техническому сервису между имеющимися в регионе предприятиями (табл. 3).

Номер пункта сосредоточения автомобилей

Таблица 3. Распределение заявок между сервисными предприятиями Номер сервисного предприятия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 250 125 0 85 0 0 0 0 0 1 0 475 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 162 215 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 411 0 0 0 0 4 0 0 0 0 439 0 0 0 19 5 0 0 0 0 0 708 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 685 7 0 0 0 0 0 763 0 0 82 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 714 10 0 0 0 0 0 529 0 42 0 11 0 0 0 0 0 0 148 158 0 12

10 0 0 0 0 0 0 0 0 937 63 0 0

Анализ данных показывает, что между предприятиями произошло перераспределение заявок от владельцев автомобилей, связанное с учетом большего числа факторов в целевой функции, отражающей как интересы предприятия, стремящегося уменьшить затраты на организацию и проведение работ и увеличить доходы от услуг, так и интересы владельцев автомобилей, желающих снизить затраты на поддержание автомобилей в работоспособном состоянии и повысить прибыль от эксплуатации транспортных средств. В полученном варианте решения задействованы мощности всех имеющихся предприятий, причем мощности 3 – го предприятия используются лишь на 36%, 7 – го – на 42%, а мощности остальных предприятий используются полностью. Предложенная модель задачи представляет собой наиболее общую экономико – математическую модель размещения и развития сети сервисных предприятий. В качестве дополнительных ограничений на область возможных решений рассмотренной задачи могут являться ограничения по использованию площадей и рабочей силы. Список литературы: 1. Егорова Н. Е., Мудунов А. С. Автосервис. Модели и методы прогнозирования деятельности. – М.: Экзамен, 2002. – 256 с. 2. Ляско В. И., Прудовский Б. Д. Оптимизация размещения предприятий технического обслуживания и ремонта подвижного состава. – М.: Транспорт, 1977. – 198 с. 213

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ НАРУЖНИХ РЕЗЬБ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ Хандожко А. В. (БГТУ,. г. Брянск, Россия) The article contained material on the design of thread cutter, with a high resistance. There are fundamental design decisions, as well as results of laboratory and production tests. Для нарезания резьб на токарных станках, в том числе современных с ЧПУ, широко используется обработка резьбовыми резцами. Несмотря на относительно невысокую производительность, точение резьб обладает рядом преимуществ. Резец не вносит погрешностей шага, обработка резьбы, подрезка торцев, проточка шеек ведется с одного установа, что позволяет добиться точного их взаимного расположения. ведется. Это важно для деталей, для которых оговаривается несоосность среднего диаметра резьбы и центрирующих поясков, неперпендикулярность среднего диаметра и торцовых поверхностей. Примером этого являются шпильки крупногабаритных дизелей у которых ось резьбы должна строго совпадать с осью центрирующей шейки, штуцера трубопроводов высокого давления, для которых оговаривается несоосность среднего диаметра и конического отверстия, гайки для стяжки картера и головки двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, базовый торец которых должен быть перпендикулярен оси среднего диаметра резьбы. В тоже время при нарезании резьбы резцом возникает больше проблем с обеспечением точности профиля, т.е. с размерами, связанными с изготовлением(восстановлением) и установкой инструмента на станке. Особенно это важно для станков с ЧПУ, настройка которых занимает много времени. Поэтому требования к инструменту (резьбовому резцу) возрастают. Сегодня наибольшее распространение получили резцы со сменными твердосплавными режущими пластинами. Недостатками такого решения является невысокая производительность — резьба обрабатывается за 8 и более проходов. Альтернативой таким резцам является применение круглых гребенок, в том числе и многониточных. Такой инструмент имеет важные преимущества. Профиль гребенки шлифуют на резьбошлифовальных станках, он имеет высокую точность половины угла профиля и хорошее качество задних поверхностей. Переточка выполняется только по передней поверхности, что обеспечивает стабильное качество инструмента на всем периоде его эксплуатации. Наличие нескольких режущих зубьев позволяет создавать сложные и эффективные схемы срезания припуска, обеспечивая высокое качество нарезаемой резьбы. Но обычные резьбовая гребенка имеет существенный недостаток. Являясь по сути дела фасонным резцом, она требует централизованной заточки. При серийном производстве периодичность этой заточки должна быть кратна длительности рабочей смены (с учетом доли времени на обработку резьбы). Добиться такой стойкости для обычной конструкции невозможно и приходится иметь несколько одинаковых гребенок, что в мелко- и среднесерийном производстве экономически нецелесообразно. Этого недостатка лишена разработанная многогребенчатая конструкция. Как и базовая конструкция, инструмент представляет собой круглый фасонный резец. Но в отличии от традиционного решения рабочая часть имеет нескольно режущих кромок (гребней). Для наружных резьб, когда практически отсутствуют ограничения на диаметральные рамеры резца, число режущих гребней доходит до 20, а по внешнему виду он больше похож на резьбофрезу. При затуплении резец поворачивают, устанавливая в рабочую позицию следующую режущую кромку. Это позволяет существенно увеличить период между переточками до 4-8 часов, умень