6. Машиностроение

Раздел 6. Машиностроение Подраздел 6.1. Машиноведение и детали машин ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРМОЗЯЩИХ ПРОФИЛЕЙ ВНЕПОЛЮСНОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ПЛАНЕТАРНЫХ САМОТОРМОЗЯЩИХСЯ ПЕРЕДАЧ Руководитель НИР: Тимофеев Г.А. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Работа представляет собой фундаментальное исследование в области теории механизмов, направленное на снижение массы, габаритов и себестоимости планетарных самотормозящихся редукторов за счёт совершенствования входящих в них передач. Цель работы – создание планетарных передач нового типа, совмещающих функции передачи движения и автоматического торможения привода после выключения двигателя. Такое решение позволяет получить простую, лёгкую и компактную конструкцию и снизить себестоимость привода за счёт устранения тормоза. Применение таких редукторов особенно эффективно в авиационной промышленности, где проблема снижения массы имеет первостепенное значение. Проведённое исследование цилиндрических передач показало, что для достижения в них самоторможения нужно использовать зацепления со значительным смещением. Поскольку в прямозубых зацеплениях возможности смещения рабочих участков профилей очень ограничены из-за опасности заострения или подреза зубьев, они заменяются косозубыми или шевронными, для которых допустимые смещения значительно больше. В косозубых передачах величина смещения рабочих участков профилей от полюса определяется в основном разницей углов наклона профилей зубьев, участвующих в зацеплении. Поэтому задача обеспечения самоторможения планетарной передачи в заданном состоянии свелась к определению необходимых для этого углов наклона зубьев во внеполюсных зацеплениях. Поставленная задача решена для распространённых схем одно-, двух- и трёхвенцовых планетарных передач. Для каждой из схем на основе универсального критерия самоторможения, вытекающего из принципа возможных перемещений, получены условия, при которых данная конструкция становится самотормозящейся. С учётом этих условий на базе известных методик расчёта планетарных передач разработаны методики определения параметров как тормозящих, так и нетормозящих профилей планетарных передач, при которых редуктор в целом приобретает свойство самоторможения. Установлено, что для всех схем планетарных передач существуют области самоторможения. Разработаны рекомендации по определению оптимальных по различным критериям параметров конструкций внутри областей самоторможения. Спроектированы, изготовлены и испытаны образцы шевронных передач с тормозящими профилями, включение которых в качестве одной из ступеней в планетарный редуктор делает его самотормозящимся. Испытания подтвердили надёжное самоторможение привода при выключенном двигателе. Для подготовки этих перспективных передач к промышленному внедрению необходимы их испытания на долговечность и проведение теоретических и экспериментальных исследований по нахождению оптимальных геометрических параметров, обеспечивающих максимальную прочность и износостойкость. Важными практическими задачами являются правильный подбор материалов и обработки контактирующих поверхностей, а также их смазки. Необходимы исследования реальных диапазонов изменения коэффициентов трения в кинематических парах за всё время работы механизма и построение соответствующих законов распределения этих случайных величин. По результатам работы опубликована монография и подготовлена статья, принятая к печати журналом “Вестник машиностроения”.Шифр гранта Т00-6.1-675Публикации 1.Тимофеев Г.А. Панюхин В.В. Анализ критериев самоторможения// Вестник машиностроения. 2002.-№9.- С.3-8 2.Тимофеев Г.А. Панюхин В.В. Цилиндрические передачи инверсного зацепления // Вестник машиностроения. 2002.- № 11.- С.3-8 3. Тимофеев Г.А. Панюхин В.В., Самойлова М.В. Использование тормозящих профилей внеполюсного зацепления для создания высокоэффективных планетарных самотормозящихся передач // Вестник машиностроения (принята к печати).^ РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН.Руководитель НИР: Станкевич А.И. Московский авиационный институт Детали многих конструкций и машин должны удовлетворять условию надежности при минимальной стоимости их изготовления, поэтому при их конструировании и расчете на прочность необходимо использовать новые методы расчета. В работе исследовано современное состояния в области динамики и прочности машин, при этом сделан акцент на построение математических моделей и проведение численных экспериментов по исследованию поведения конструкций в широком диапазоне частот. Расширение частотного диапазона требует учета в расчетной схеме колебаний отдельных конструктивных элементов, что приводит к чрезмерному усложнению математических моделей и затрудняет получение численных результатов не только из-за вычислительных трудностей, но и из-за невозможности получения большого числа исходных данных. Для расширения исследуемого диапазона частот предлагается использовать элементы теории среды сложной структуры, позволяющей определить динамические характеристики конструкции в высоком диапазоне частот. При выполнении работы с учетом современного состояния теории колебаний выявлена определенная иерархия математических моделей, каждый уровень который может быть использован в зависимости от целей исследования для исследования динамического поведения элементов деталей машин в некотором, достаточно узком диапазоне частот. Разработан целый класс линейных и нелинейных моделей, основанных на представлениях теории сред сложной структуры и позволяющей оценивать динамические характеристики элементов машин в широком диапазоне частей, включая и акустический диапазон. Поставлен численный эксперимент на основании результатов которого разработана методика определения параметров среды , необходимых для численной реализации построенных математических моделей, которая основана использовании метода конечных элементов со специально разработанным пространственным конечным элементов элементом . Для простейших моделей исследование проводилось с помощью аналитических методов .^ Шифр гранта Т00-6.1-581 Публикации 1. Сидоренко А.С., Станкевич А.И. Вибрации трубопроводов с нелинейным закреплением // Материалы VIII Международного симпозиума “Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред”. – М.: Изд. “Оптимпресс”, 2002. – С.84-85.Подраздел 6.2. Машиностроительные материалы; термическая и упрочняющая обработка; производство неметаллических изделий ^ ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ АРМИРОВАННЫХ ОБОЛОЧЕК ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВОДОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ГОРЯЧЕЙ ОБКАТКИ^ Руководитель НИР: Галкин В.И. РГТУ “МАТИ” им. К.Э.Циолковского Проанализированы особенности получения, строения и обработки давлением волокнистых композиционных материалов (ВКМ). Разработана система критериальных выражений и предложена методика анализа и разработки процессов обкатки полых цилиндрических армированных оболочек на примере ВКМ системы алюминий – бор. С помощью критериальной системы определены оптимальные параметры нового технологического процесса. Проведенный анализ показал возможность изготовления армированных оболочек методом обкатки за один проход. Предложено рассматривать процесс компактирования при обкатке как двухстадийный процесс. На первой стадии обеспечивается компактное состояние материала, на второй – адгезионное взаимодействие компонентов ВКМ. Сохранение сплошности волокон реализуется за счет регламентации величины обжатия, не превышающего радиальной прочности волокон. Формирование прочного соединения компонентов обеспечивается температурно – скоростными условиями процесса. Построена математическая модель процесса компактирования, которая реализована методом конечных элементов с помощью программного продукта Ansys/LS Dyna. Определены напряжение компактирования, радиальные воздействия на волокна, объяснено саморегулирование структуры ВКМ. Полученные результаты хорошо согласуются с данными экспериментов. Спроектирована экспериментальная установка для обкатки, обеспечивающая требуемые условия деформирования. На новый способ изготовления армированных оболочек подана заявка на изобретение № 2001131365 “Способ получения армированных полых цилиндрических изделий из волокнистых композиционных материалов” (приоритет от 21.11.2001г.).^ Шифр гранта Т00-6.2-1536 Публикации 1. Галкин В.И., Палтиевич А.Р., Нуждин В., Преображенский Е. Новые процессы производства армированных оболочек и гнутых профилей из волокнистых композиционных материалов на металлической основе. В сб. Международной конференции “Слоистые композиционные материалы”, Волгоград, 2001. 2. Галкин В.И., Палтиевич А.Р., Нуждин В., Преображенский Е. Способ получения армированных полых цилиндрических изделий из волокнистых композиционных материалов. Заявка на изобретение № 2001131365, 2001. 3. Галкин В.И., Палтиевич А.Р., Нуждин В., Преображенский Е. Разработка процесса производства армированных оболочек и гнутых профилей из волокнистых композиционных материалов на металлической основе. В редакции журнала “Технология легких сплавов”.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМОМ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ, СТРУКТУРОЙ И КОМПЛЕКСОМ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДАМИ ВОДОРОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ^ Руководитель НИР: Коллеров М.Ю. “МАТИ”-РГТУ им. К.Э. Циолковского Исследовано влияние водорода и термической обработки на формирование фазового состава и структуры высокопрочных титановых сплавов. Изучено влияние водорода на формирование структуры, текстуры и механических свойств при холодной пластической деформации титановых сплавов. Установлено, что легирование водородом (a+b)-титановых сплавов критического и закритического состава подавляет механизм мартенситного формоизменения при холодной пластической деформации, способствуя реализации механизма скольжения. В сплавах докритического состава водород способствует формированию механически нестабильной b – фазы и ее распаду при деформации с образованием мартенситных и гидридных фаз. Исследовано взаимодействия водорода с дислокационной структурой титановых сплавов при пластической деформации и термической обработке. Установлено, что кинетика формирования водородных атмосфер на дефектах кристаллического строения влияет на механические свойства титановых сплавов. Образование равновесных атмосфер на дислокациях приводит к повышению их стартовых напряжений, но снижает напряжения, необходимые для их движения в структуре b-фазы с более низкими упругими искажениями. Вылеживание деформированных сплавов приводит к закреплению дислокаций водородными атмосферами и хрупкому разрушению при дальнейшей холодной деформации. Изучено влияние условий обработки давлением на деформационные характеристики высокопрочных сплавов титана. Исследовано влияние вакуумного отжига деформированных водородосодержащих сплавов титана на их структуру. Определены изменения механических свойств деформированных полуфабрикатов из титановых сплавов при термической обработке. По результатам работы разработаны рекомендации по технологии холодной пластической деформации, включающие регламентацию состава обрабатываемого сплава, времени выдержки между этапами деформации и применения рекристаллизационного отжига. Технологические процессы получения тонкого листа и фольги, а так же штамповка изделий из высокопрочных титановых сплавов при нормальной температуре получены впервые в мировой практике. Исследования по влиянию водорода на механизм холодной пластической деформации, структуру и свойства высокопрочных и специальных сплавов титана имеют мировой приоритет.^ Шифр гранта Т00-6.2-1486Публикации 1. М.Ю. Коллеров, М.Б. Самсонова, Е.В. Шинаева, А.А. Филатов Влияние системы и степени легирования на структуру и деформируемость титановых сплавов при нормальной температуре. В сб. Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского Вып. 4 (76). _ М.: Изд-во ЛАТМЭС, 2001, с. 52-56 2. Афонина М.Б., Шинаева Е.В., Дмитриев А.А., Засыпкин В.В. Влияние условий обработки давлением на деформационные характеристики высокопрочных сплавов титана. В сб. тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции Новые материалы и технологии _ НМТ-2002. _ М.: МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2002, с. 6-7^ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ПУТЕМ ДИФФУЗИОННОЙ ИНТЕРМЕТАЛЛИЗАЦИИРуководитель НИР: Лысак В.И Волгоградский .ГТУ Задача повышения долговечности деталей машин и механизмов всегда являлась актуальной для машиностроения и решалась путем формирования на рабочих поверхностях износостойких слоев, содержащих упрочняющие фазы, в том числе интерметаллидные соединения. Обычно требуемые свойства поверхностей таких деталей обеспечиваются как нанесением защитного слоя из другого материала, например, наплавкой, напылением, осаждением и др., так и преобразованием поверхностного слоя металла изделия при помощи химических, физических, механических методов, диффузионным насыщением, химико-термической обработкой. Накопленный к настоящему времени обширный экспериментальный и теоретический материал в области изучения служебных свойств металлических слоистых композитов из сочетаний материалов, способных в результате протекания реактивной диффузии образовывать между собой при высокотемпературных нагревах устойчивые химические соединения – интерметаллиды, с одной стороны, и возможность получения композитов из практически любого сочетания металлов и сплавов при реализации их равнопрочного соединения с помощью высокопроизводительного процесса сварки взрывом, – с другой, сделали возможным еще один принципиально новый способ упрочнения поверхностных слоев металлических заготовок. Целью настоящей работы явилось создание новой технологии модифицирования поверхностей металлических деталей и узлов с формированием на них слоев, упрочненных интерметаллидными фазами. В результате проведенных исследований разработана и апробирована принципиально новая методика формирования упрочняющих слоев, содержащих интерметаллидные фазы, заключающаяся в нанесении с помощью сварки взрывом на поверхность упрочняемой детали по крайней мере двух тонких слоев металлов, склонных к образованию между собой интерметаллидных фаз, с последующим диффузионным отжигом полученного композита при температуре, превышающей температуру легкоплавкой эвтектики этой пары металлов, что значительно интенсифицирует протекание реактивной диффузии между ними с образованием, в конечном итоге, покрытия с высокой твердостью толщиной, лимитированной суммарной толщиной нанесенных на поверхность упрочняемой детали металлических слоев. На основе детального изучения кинетики образования и роста сплошных интерметаллидосодержащих слоев в композициях сталь (основа) + медь + титан и сталь (основа) + медь + никель, а также исследования их структуры и фазового состава получены количественные зависимости, связывающие исходное соотношение толщин слоев в композите, температурно-временные условия его термической обработки с распределением микротвердости и интерметаллидных фаз по глубине сформированного нового слоя, что позволило определить пути целенаправленного управления конечными свойствами получаемого покрытия. Испытания полученных медно-титановых и медно-никелевых покрытий, содержащих интерметаллидные фазы TinCum и NinCum, по стандартным методикам на абразивный износ и трение твердого контртела показали существенный рост износостойкости (в 2,5-3 раза) по сравнению с эталоном (закаленная сталь 40). При этом полученные покрытия не подвержены термическому разупрочнению при длительных эксплуатациях при повышенных температурах. Разработанный на основе проведенных исследований технологический процесс впервые позволил получать твердые износостойкие интерметаллидосодержащие покрытия толщиной от долей до нескольких миллиметров с обеспечением высокой прочности их соединения с деталью, что позволяет успешно их использовать в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов различного назначения, обеспечиваю существенное увеличение их срока эксплуатации.^ Шифр гранта Т00-6.2-1393 Публикации 1. Кузьмин С.В., Лысак В.И., Крашенинников С.В. и др. Упрочнение поверхностей металлических деталей путем диффузионной интерметаллизации // Слоистые композиционные материалы-2001: Тезисы докладов международной конференции / Волгоград, 2001.- С. 40-43. 2. Крашенинников С.В., Кузьмин С.В., Лысак В.И. и др. Фазовый состав и свойства диффузионной зоны, образующейся на границе титан-медь // Слоистые композиционные материалы-2001: Тезисы докладов международной конференции / Волгоград, 2001.- С. 236-237. 3. Крашенинников С.В., Кузьмин С.В., Лысак В.И. и др. Исследование влияния режимов термообработки на структуру, фазовый состав и свойства интерметаллидосодержащих покрытий // Труды международной научно-технической конференции “Композиты в народное хозяйство России” (Композит -02) / Барнаул, 2002.- С. 96-98. 4. Крашенинников С.В., Кузьмин С.В., Лысак В.И. и др. Исследование структуры и свойств упрочняющих интерметаллидосодержащих слоев на стальных заготовках // Современные материалы и технологии – 2002. Сборник статей Международной научно-технической конференции / Пенза, 2002. – С. 90-92. 5. Крашенинников С.В., Кузьмин С.В., Лысак В.И. Исследование процессов формирования покрытий методом диффузионной интерметаллизации // Сварка взрывом и свойства сварных соединений: Межвузовский сборник научных трудов / ВолгГТУ. Волгоград, 2002. – С.102-111. 6. Решение о выдаче патента от 16.09.2002 г. по заявке № 2001123820/02 Крашенинников С.В., Кузьмин С.В., Лысак В.И., Долгий Ю.Г. Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей.РАЗРАБОТКА МЕТОДА УПРОЧНЯЮЩЕГО СПЕКАНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В ПРОЦЕССЕ ФОРМОВАНИЯ НА КУЗНЕЧО-ШТАМПОВОЧНОМ ОБОРУДОВАНИИРуководитель НИР: Ступников В.П. ^ МГТУ им. Н.Э. Баумана Одним из важнейших путей решения задач в машиностроении является обеспечение уже на этапе проектирования максимальной эффективности, и даже оптимальности технологических процессов путем наиболее полного и целенаправленного использования оборудования и ресурсов. Развитие машиностроения также требует широкого внедрения принципиально новых технологий. К числу перспективных методов, внедрение которых может значительно усовершенствовать технологию обработки заготовок, относится обработка заготовок давлением импульсных магнитных полей. Этот метод позволяет проводить штамповку, используя сильное импульсное магнитное поле как средство создания технологического давления на заготовку. Создаваемые давления и наведенные в заготовке токи, помимо пластического формоизменения, изменяют комплекс эксплутационных характеристик полученной детали. Достижение высокой плотности и прочности формованных заготовок возможно при наличии достоверных методик проведения техпроцесса. Технологический процесс включает в себя формование и спекание порошковой заготовки. Формование осуществляется с применением разрабатываемых приемов, позволяющих провести последующее кратковременное спекание в магнитно-импульсном поле или путем электроконтактного нагрева., а также оснастки для проведения спекания указанными способами. Полученные результаты позволяют изготавливать из порошковых сталей машиностроительные детали с комплексом механических характеристик, сочетающим высокие прочность и ударную вязкость. Использование магнитного импульсного поля при формовании порошковых металлов приводит к снижению технологических давлений, увеличению плотности и увеличению прочностных характеристик получаемой детали. В тоже время, выделяемое тепло в заготовке, от наведенного электрического тока, используется для спекания отдельных частиц порошка. Результаты заключаются в установлении возможности и определении на данном этапе лишь диапазона параметров магнитно-импульсных установок для осуществления промежуточного спекания порошковых заготовок. Наличие промежуточного спекания позволяет осуществить прессование заготовок с плотностью выше 96% от теоретической из высоколегированной порошковой шихты на железной основе. Без промежуточного спекания до настоящего времени удавалось импульсными токами изготавливать из высоколегированных порошковых композиций заготовки с плотностью менее 90%. Высокая плотность спрессованных заготовок позволяет эффективно реализовывать процессы легирования материала – основы при последующей термической обработке. Научные и технологические исследования и результаты работ этого направления позволяют проводить технологическую операцию формования одновременно со спеканием, что дает возможность исключить промежуточную операцию спекания в вакуумной печи. В конечном итоге увеличивается прочность заготовок, повышается выход годного при формовании порошковых заготовок и увеличивается эффективность технологического процесса.Шифр гранта Т00-6.2-686 Публикации 1. Дмитриев А.М., Ступников В.П. Повышение плотности порошковых заготовок при формовании на прессах.//”Кузнечно-штамповочное производство”,2001, №1, 0,6п.л.Подраздел 6.3. Технология машиностроения; резание материалов; измерение, испытание, контроль и управление качеством ^ РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КОНТРОЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН.Руководитель НИР: Горленко О.А. Брянский ГТУ Важную роль в обеспечении качества продукции на всех этапах ее жизненного цикла играет технический контроль, от степени совершенства технического оснащения и организации которого во многом и эффективность самого производства. Процесс технического контроля, как известно, требует экономических и трудовых затрат. В настоящее время трудоемкость измерений и контроля на промышленных предприятиях составляет примерно 10-15% трудоемкости всего производства, а затраты на контрольные операции составляют до 5% от себестоимости продукции. Задачей исследования является разработка научно-методического обеспечения процесса технического контроля с целью минимизации затрат на проведение контрольных операций на основе применения процессного подхода в соответствии со стандартами ИСО серии 9000 версии 2000 года. Затраты на качество процесса технического контроля, как известно (в соответствии с Британским стандартом BS 6143:1992) – это сумма затрат на соответствие и затраты вследствие несоответствия. Анализ таких затрат в системе менеджмента качества необходим для: Оценки влияния качества процесса технического контроля на конечный результат производственно-хозяйственной деятельности предприятия. Усиления контроля за рациональным использованием ресурсов, расходуемых на обеспечение функционирование процесса технического контроля. Определение затрат на процесс технического контроля базируется на действующей бухгалтерской отчетности предприятия и базах данных затрат на продукцию, группируемых на бухгалтерских счетах. Процесс определения этих затрат должен быть предварительно выделен, описан и поименован. Должны быть также идентифицированы входные и выходные потоки, ресурсы и управляющие воздействия, назначен владелец процесса контроля(лицо, ответственное за его функционирование). Затраты на соответствие процесса технического контроля складываются из трех групп затрат: а) затраты на нормальное функционирование процесса технического контроля; б) предупредительные затраты; в) затраты на контроль. Затраты на несоответствие процесса технического контроля складываются из следующих двух составляющих: а) затраты из-за ошибки контроля первого рода (годную продукцию бракуют); б) затраты из-за ошибки контроля второго рода (негодную продукцию признают годной). Для определения затрат на несоответствие необходимо в частности решить две задачи. Первая задача заключается в определении закона распределения погрешности средств контроля. Вторая задача – это определение закона распределения допусков изделий в зависимости от квалитета точности изготовления. Знание этих распределений позволит определить вероятность проявления ошибок контроля первого и второго родов. Для совершенствования процесса технического контроля необходимо разработать метод оценки значимости влияния отдельной контрольной операции на затраты, связанные с проявлением брака. Для решения данной задачи предполагается использовать стоимостной анализ. Применительно к процессу технического контроля стоимостной анализ позволит минимизировать его себестоимость при сохранении рентабельности производства и повышение качества процесса технического контроля. Разработанная на основе исследования методика совершенствования процесса технического контроля позволит снизить себестоимость операций технического контроля при повышении качества выпускаемой продукции.Шифр гранта Т00-6.3-0156.^ МЕХАНИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАСЛЕДОВАНИЯ В ПРОЦЕССАХ ОБРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН КАК ОСНОВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ. Руководитель НИР: Смелянский В.М.^ МГТУ “МАМИ”. Целью работы является повышение эффективности технологического обеспечения качества и долговечности деталей машин. Эта цель достигается на основе исследования и описания фундаментальных закономерностей технологического наследования состояния поверхностного слоя деталей на этапах изготовления и эксплуатации методами механики деформируемых сред. Новизна научного подхода заключается в том, что формирование и трансформация поверхностного слоя деталей на стадиях жизненного цикла от заготовки до разрушения при эксплуатации рассматривается как процесс непрерывного накоплении деформаций, исчерпании запаса пластичности металла и трансформации остаточных напряжений. Предложена новая концепция сквозного описания состояния поверхностного слоя детали на стадиях механической обработки резанием, упрочнения поверхностным пластическим деформированием и эксплуатационного нагружения, основанная на представлениях о программах и истории нагружения. В рамках концепции разработаны: программы нагружения поверхностного слоя деталей на стадиях механической обработки и циклического нагружения при эксплуатации, представленные в виде единых по структуре экспоненциальных моделей, учитывающих наследственный характер передачи свойств поверхностного слоя с предыдущих стадий нагружения на последующие; функциональная модель механики технологического наследования, описывающая основные требования и отображающая структуру информационной системы, производимые действия и связи между этими действиями; модель накопления деформаций и исчерпания запаса пластичности металлом поверхностного слоя на стадии циклической долговечности и наследственные закономерности влияния состояния поверхностного слоя на зарождение и развитие усталостной трещины на стадии циклической трещиностойкости; методы экспериментального и численного исследования программ нагружения поверхностного слоя детали по стадиям и этапам нагружения с учетом сложной немонотонной истории нагружения. Исследованы базовые закономерности формирования очагов деформации при резании и ППД, показывающие, что напряженно-деформированного состояние и профиль очага деформации зависят от режимов обработки, с одной стороны, и влияют на состояние поверхностного слоя и долговечность деталей машин, с другой. Эти закономерности являются основой преобразования механических представлений о формировании поверхностного слоя в технологические и используются при проектировании упрочнения ППД. Совокупность концептуальных положений, структурных, математических и статистических моделей, а также результаты экспериментальных исследований представляют собой новые научные положения теории технологического наследования, существенно расширяющие знания в области технологического обеспечения качества и долговечности деталей машин. Эти научные положения легли в основу разработанного авторами метода проектирования ресурсосберегающих процессов упрочнения деталей машин и создания базы данных технологического наследования со встроенным пакетом программ для ЭВМ. По результатам работы в 2001 – 2002 г.г. издана одна монография, опубликованы 12 статей, защищена докторская диссертация, получено 6 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ в Российском агентстве по патентам и товарным знакам. ^ Шифр гранта Т00-6.3-284 Публикации 1. Программы нагружения поверхностного слоя деталей на стадиях жизненного цикла. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Сборник научных трудов в двух частях. Часть 1. Тула, ТГУ, 2001, с. 67-752. Трансформация программ нагружения и исчерпания ресурса пластичности поверхностного слоя деталей на стадиях механической обработки . Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Сборник научных трудов в двух частях. Часть 2. Тула, ТГУ, 2001, с. 62-69.Подраздел 6.4. Литейное производство, кузнечно-штамповочное производство; производство деталей из порошковых материалов; металлургическое машиностроение ^ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА МЯГКОГО ОБЖАТИЯ ФОРМИРУЮЩЕГОСЯ СЛИТКА В УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИРуководитель НИР: Данилов В.Л.Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана В настоящее время применительно к процессу непрерывной разливки стали проявляется большой интерес к системам, позволяющим обеспечить так называемое “мягкое обжатие” не полностью затвердевших слябовых заготовок. Такое деформирование непрерывных слитков приводит к снижению осевой пористости слябов и позволяет уменьшить влияние макросегрегации, что особенно важно для сталей, чувствительных к качеству осевой зоны. Принцип этой технологии базируется на уплотнении слитка в процессе окончательного затвердевания на величину, эквивалентную усадке металла при переходе из жидкой в твердую фазу. Исследования данного метода подтверждают уменьшение макросегрегации не только на поверхности, но и в центральной области слитка. Положение зоны мягкого обжатия определяется такими параметрами процесса как толщина сляба, скорость разливки, а также химическим составом металла. Наиболее рационально начинать обжатие в области, где доля жидкой фазы в гетерогенном расплаве уменьшается и составляет около 70%. Экспериментальные исследования показывают, что мягкое обжатие должно заканчиваться в области между долей жидкой фазы 30% и полным затвердеванием. Чтобы рассчитать режим мягкого обжатия, необходимо в зависимости от режима разливки конкретной марки стали иметь информацию о температурном поле слитка в районе модуля мягкого обжатия, фазовом составе двухфазной зоны и усадочных процессах в центре слитка, предельных параметрах обжатия с точки зрения опасности трещинообразования. Расчетная методика для определения поля температур в затвердевающем слитке основана на равновесной модели затвердевающего сплава и использовании интегральной подстановки в форме энтальпии. Результаты анализа указывают на то, что пористость возрастает при увеличении скорости непрерывного литья, температурного интервала кристаллизации расплава и при уменьшении интенсивности отвода тепла в зоне вторичного охлаждения, поскольку при этом происходит рост протяженности двухфазной зоны, и растягивающие усилия, действующие на металл, становятся более значительными. После такого анализа становится возможным вычислить уровень объемной деформации в центральной зоне слитка, необходимый для компенсации усадочных процессов в двухфазной зоне. Именно этот уровень и определяет интенсивность мсягкого обжатия слитка. Напряженно-деформированное состояние слитка рассчитывается на основе модели неоднородного нелинейно-вязкого тела минимизацией функционала удельной мощности деформации, рассеиваемой при ползучести. Возможность образования кристаллизационных трещин в литой структуре получаемого металла оценивается на основе модели разрушения материала и движения фронта разрушения, которая сформулирована в рамках концепции накопления рассеянных повреждений при ползучести. Прогресс в области непрерывного литья заготовок связан в первую очередь с созданием машин, позволяющих разливать широкую гамму металлов и сплавов с повышенными скоростями при обеспечении высокого качества внутренней структуры и отсутствия дефектов в виде внутренних и поверхностных трещин, пористости, химической неоднородности. Построена математическую модель связанных процессов тепломассообмена, кристаллизации и вязкого деформирования с учетом накопления повреждений, позволяющая определять наиболее рациональные параметры как конструкции машины, так и технологического процесса непрерывного литья стали. ^ Шифр гранта Т00-6.4-0487Публикации 1. Данилов В.Л. Анализ процессов деформации и разрушения кристаллизую-щихся металлов и сплавов в процессах непрерывного литья // Тезисы докладов VII научной сессии . Научный совет РАН по проблемам машиноведения и технологических процессов. – М.: Изд-во МГТУ, 2001.^ ТЕОРИЯ И ПРОЦЕССЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВРуководитель НИР: Чудин В.Н. Московский институт коммунального хозяйства и строительства Корпусные конструкции летательных аппаратов (обшивки корпусов, крылья, топливные баки, трубопроводная арматура) изготовляют многопереходной штамповкой из листовых высокопрочных титановых (ВТ14, ВТ20) и алюминиевых Амг6, 1201) сплавов. Недоштамповка и пружинение металла вызывают необходимость в проведении большого объема доделочных работ и приводят к снижению качества изделий. Проблему можно решить введением операций изгиба с растяжением, которые могут быть основными формообразующими или правочными. Реализация необходимых деформаций, геометрическая точность изделий, снижение технологических сил обеспечиваются нагревом заготовки. В связи с проявлением вязкости деформируемых материалов необходима регламентация процесса по времени (скорости). Кроме того, на величины деформаций, точность геометрии и, в конечном итоге, на качество изделий существенно влияют анизотропия механических свойств листовых заготовок и ползучесть. В результате при изгибе с растяжением могут развиваться процессы накопления несплошности материала в виде скрытых микро- и макро повреждений, а также возможна локальная неустойчивость деформаций. В результате работы получены зависимости для расчета технологических режимов процесса гибки с растяжением элементов корпусов летательных аппаратов. Расчетный аппарат использован при проектировании технологических процессов формообразования и правки элементов корпусных узлов, патрубков и емкостей. Аналогичная проблема решена для вытяжки корпусных изделий коробчатых форм, к которым в частности относятся панели летательных аппаратов. Процессы горячей осадки и соединения деталей применяются в технологии обработки давлением при изготовлении многоэлементных корпусных узлов ряда изделий, фланцев на трубопроводной арматуре, узлов энергетических агрегатов. В авиа космическом машинос