Литература

1. Хает г.Л. И др. Сборный твердосплавный инструмент./ Под редакцией Хаета г.Л.: - м. Машиностроение, 1989. - 256 с.

2. Фальковский В.А. Твердые сплавы. / В.А. Фальковский, Л.И. Клячко. М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2005. - 416 с.

3. Вульф А.М. Резание металлов. – Л.: Машиностроение, 1973. – 496 с.

4. Высокопроизводительная обработка стали твердосплавными резцами при прерывистом резании / Н.Н. Зорев, Г.С. Креймер. – М.: Машгиз, 1961. - 79 с.

5. По материалам сайта: http://www.sandvik.coromant.com/ sandvik/3030/Coromant/Internet/S006826.nsf

6. Крагельский и.В., Добычин м.Н., Комбалов в.С. Основы расчетов на трение и износ. - м. «Машиностроение», 1977. 526 с.

7. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. - М.: Машиностроение, 1974. – 264 с

Воронежский государственный технический университет

Воронежский механический завод

УДК 621.9.047

С. Ю. Жачкин, В.Ф. Лазукин, А.А. Живогин, В.В. Рыжков

ХРОМИРОВАНИЕ ПРИ ДВИЖЕНИИ ЭЛЕКТРОЛИТА

Приводятся данные по хромированию с использованием движущихся рабочих сред. Обоснованы данные по повышению производительности хромирования

Ранее были рассмотрены методы улучшения техники хромирования, связанные с составом электролита и режимом хромирования Сравнительно новым является метод снижения диффузионных ограничений, осуществляемый интенсивным перемешиванием прикатодного слоя электролита. Оно достигается движением всего объема электролита вдоль хромируемой поверхности (хромирование в проточном электролите, перпендикулярно хромируемой поверхности анодно-струйное хромирование) и при наложении ультразвукового поля Наибольшая интенсивность перемешивания создастся ультразвуковым полем.

Влияние движения электролита на катодный процесс. Механизм диффузии разряжающихся ионов хрома к поверхности катода через катодную пленку недостаточно ясен, но можно полагать, что, как и при других гальванических процессах, диффузия ионов через прикатодный слой электролита при хромировании определяет концентрацию разряжающихся ионов на поверхности катода при данной плотности тока и тем самым существенно влияет на процесс образования осадка. Перемешивание электролита в прикатодном слое ускоряет диффузию ионов хрома, что позволяет получить некоторое увеличение выхода хрома по току. Как показано в работе [1], влияние перемешивания проявляется только при турбулентном движении электролита у поверхности катода. При одной и той же линейной скорости движения электролита турбулентность возникает тем легче, чем больше межэлектродное расстояние. Влияние перехода к турбулентному движению электролита при i_k=45 А/дм² и t=45 °С на скорость осаждения хрома хорошо видно из рис. 1.

В результате движения электролита существенно расширяется: интервал блестящих осадков, увеличивается их равномерность несколько повышается выход по току.

Перемешивание электролита. Пропускание через электрод, сжатого воздуха с помощью перфорированных трубок, проложены по дну ванны (барботаж), вызывает усиленное движение электролита и соответственно перемешивание прикатодного слоя. Следует, однако, иметь в виду, что эффективность барботажа должна снижаться при небольших межэлектродных расстояниях, при хромировании с анодами и в изоляционных ячейках, где перемешивании затруднено. Барботаж рекомендуется для электролитов с диэлектрическими частицами и электролитов с добавкой SrS04 и имеет целью поддерживать осадок в взвешенном состоянии.

Хромирование в проточном электролите. Хромирование в проточном электролите осуществляется при помощи специальных установок, обеспечивающих принудительную подачу электролита в пространство между поверхностями покрываемой детали и анода. Принудительная подача электролита обуславливает его непрерывную смену и равномерное газонасыщение в межэлектродном объеме.

Установки с принудительной циркуляцией электролита целесообразно применять в определенных случаях, например, при покрытии внутренней поверхности цилиндров большой длины и малого диаметра, когда насыщение электролита образующимися газами настолько велико, что нарушает нормальное осаждение хрома, или при хромировании внутренних сравнительно малых поверхностей массивных деталей, таких как тракторные или автомобильные блоки цилиндров двигателей и др.

Рис. 1. Влияние скорости потока v. см/с, на скорость осаждения и, мкм/ч хрома при межэлектродных расстояниях, мм: 1 - 2.5; 2 - 6; .3 - 10.

В зависимости от размеров детали анодно-катодное расстояние изменяется в пределах 2,0-15 мм, а скорость протекании электролита соответственно уменьшается от 100 до 10 см/с. По данным [1], устойчивый выход хрома по току (около 20 %) может быть практически получен при различных плотностях тока и при различных анодно-катодных расстояниях (2, 6 и 10 мм) с соответствующими им скоростями подачи электролита (80-90, 40-50 и 20-30 см/с) При этих условиях соблюдается требование турбулентности потока.

Режимы скоростного хромирования, обеспечивающие при высокой производительности процесса получение высококачественных покрытий из проточного малоконцентрированного электролита, приведены в табл. 1.

В проточном электролите происходит некоторое сглаживание осадка. что позволяет значительно повысить плотность тока при получении блестящих покрытий. Так, при скорости потока 100-120 см/с блестящий осадок хрома получается в интервале 40-220 А/дм² при температуре 65°С. В стационарном универсальном электролите этот интервал при той же температуре составляет 40-130 А/дм².

Таблица 1

Режимы скоростного хромирования в проточном электролите (расстояние между анодом и катодом 2,5 мм)

Скорость протока, см/с	Плотность тока, А/дм2	Температура, °С	Скорость осаждения, мкч/ч	Выход по току, %
8-10	60 80 100	50 55 60	57-63 75-80 87-92	20-22 20-21,5 19,5-20
80-100	80 120 160	55 60 65	78-84 110-120 140-160	21-23 20-21 19-20
Примечание: Колебания плотности тока ±5 А/дм2, а температуры ±3°С.

Рис. 2. Схема неравномерного заполнения межэлектродного пространства газовыми пузырями: 1 - газовые пузыри; 2 - слой хрома

Одной из причин неравномерного распределения хромового покрытия является неодинаковое насыщение электролита в межэлектродном объеме газовыми пузырьками. Они образуются при хромировании из кислорода, на выделение которого на аноде расходуется около 100 % тока, и водорода, на выделение которого на катоде затрачивается значительная часть тока. При ограниченном межэлектродного объеме (хромирование длинных цилиндров) и вертикальном расположении катода поднимающиеся вверх газовые пузырьки накапливаются в верхней части значительно больше, чем в нижней, что уменьшает живое сечение электролита в этом объеме и, соответственно, возрастает его электрическое сопротивление.

В результате при хромировании вертикально расположенных цилиндров слой хрома в нижней части будет больше, чем в верхней образуется конусность хромированной цилиндрической поверхности (рис. 2). Усиленный проток электролита через межэлектродное пространство делает газонасыщение электролита равномерным и устраняет возможность конусности из-за указанной причины.

Литература

1. Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Изд. 5-е, Л: Машиностроение, 1986.112 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 658.52.011

Д.В. Старов, В.Н. Старов

ИНТЕГРАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ В АСУП ПРЕДПРИЯТИЯ

Рассмотрена проблема создания автоматической системы управления предприятием и встраивание в нее имеющегося на предприятии оборудования

Модернизация производства и новые технологии требуют высокопроизводительного станочного парка предприятия. Реальное повышение производительности труда во многом обеспечивает автоматизация и компьютеризация производства. В условиях мелкосерийного и серийного производства главное направление связано с развитием и применением автоматизированного оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), которое ориентировано на интегрированную автоматизированную систему управления (АСУП) предприятия. Понятие технологического процесса является ключевым при разработке автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП). Собственно, вся деятельность машиностроительного предприятия происходит вокруг технологического процесса, включая его создание (выбор) и обслуживание с наименьшими затратами.

Для того чтобы построить эффективную в использовании систему АСТПП необходимо формализовать технологический процесс, приведя его к некоторому общему виду. В таком виде техпроцессы могут быть сохранены в базе данных предприятия для дальнейшей модификации или использовании, но, прежде всего, в управлении. Для того чтобы техпроцесс был реализован на конкретном оборудовании, необходимо перевести его на язык соответствующего ЧПУ или адаптировать их друг с другом.

Практика использования систем автоматизированного станочного оборудования показывает, что целесообразно создание отдельных, небольших, гибких, обеспечивающих производство широкой номенклатуры деталей, полностью автоматизированных участков и цехов. Обладая достаточной производительностью, обеспечивая достижение высокой точной обработки и качества выпускаемых изделий, такие системы весьма перспективны, но они должны иметь соответствующие системы управления и требуют немалых затрат.

Разнообразие систем управления и станочного оборудования позволяют оснастить производство с любыми потребностями. Ограничением является лишь финансовая составляющая. Для российских предприятий этот фактор сегодня особо весомый. Выход из компромисса таков: требуются недорогие, эффективные, высокоавтоматизированные гибкие станочные система, работающие в условиях новой элементной базы и возможностей АСУП. Современные модели металлорежущего оборудования оснащены вполне совершенными системами ЧПУ, что является решающим фактором автоматизации производства.

Для эффективного функционирования современного оборудования необходимо точное и неоднозначное описание технологических операций с учетом взаимосвязей их параметров. Это описание производится с помощью специальных языков, используемых в ЧПУ. Конкретная реализация зависит от реальных возможностей исполнительных органов оборудования.

Практика показывает, что существует множество таких языков. Однако перед нами стоит более сложная задача, включающая описание технологических операций и техпроцесса в целом, а также корректное управления несколько иными данными, функционирующими внутри системы управления предприятии (подсистем его обслуживающими), поэтому необходимо прийти к единому, удовлетворяющему разноплановые требования интерфейсу.

Считается, что моделируемый программный интерфейс должен иметь следующие базовые объекты.

- Автоматизированную визуальную систему разработки техпроцессов.

- Системы анализа техпроцессов и выбора рационального оборудования, имеющегося в наличии.

- Трансляторы полученных формализованных техпроцессов для конкретных реализаций на ЧПУ.

- Средства сопряжения АСУП и АСТПП.

Это реализуется без особых затруднений с использованием современных электронных система. Есть сложности иного направления. Так как производительность и себестоимость технологии обработки в большой мере зависят от эффективности процесса создания качества изделия, а именно от физико-химической основы процессов формирования структуры качества, то исходить следует из учета особенностей применяемых методов обработки деталей.

Все процессы следует классифицировать, сгруппировать, создать новую систематизацию объектов процессов формирования качества и формализовать ей с последующей адаптацией к языкам и системе АСУП. Для этого необходимо создать новую методику, а в идеале - концепцию интерфейса. Но начинать можно с простого этапа – применить и апробировать эту идею хотя бы для нескольких основных операций. При группировании можно руководствоваться такими соображениями: следует объединять сходные процессы и объекты, связанные с процессом технологической наследственностью, обобщающей многие факторов.

Примем допущение: проектируемый интерфейс обслуживает несколько базовых групп G(I), совокупность которых удовлетворяет по выходным показателям требованиям качества ∑Q(i) деталей определенного уровня. Так, одна из групп g1 содержит только механическую обработку заготовок полученных литьём (или разновидностями этого способа) и, возможно, подвергшихся термообработке различными методами. Однако процесс сборки полученных таким образом деталей - это уже иная группа, также как и любые составные детали, полученные сваркой, пайкой.

В предыдущих работах мы предложили методики описания типовых технологических операций с выделением ряда параметров, однозначно прописывающих каждую типовую операцию обработки- резания. При этом выявили их особенности и описательные различия, учитывающие физико-механические явления и требования к состоянию получаемых обработкой эксплуатационных поверхности, за счет поддержки процесса объектами системы контроля качества, входящими в концепции всеобщего качества.

Для описания были выбраны следующие базовые операции: точение, строгание, долбление, сверление, зенкерование, развёртывание, фрезерование, резьбонарезание, протягивание, шлифование. При этом ввиду сходства операций сверления, рассверливания, зенкерования и развёртывания для этой группы можно иметь единое формализованное описание.

В обобщенном виде основную составляющую группы (процесс) представляли такой схемой. Есть результирующая форма детали, например, это объёмная фигура V, т.е. цилиндр диаметром D (прямой или скошенный в зависимости от угла α входа инструмента).

Инструмент – сверло, зенкер, развёртка (в формализованном виде представлены определенным кодом). Параметры точности и качества – это погрешности объёмной фигуры резания, а именно ΔD и Δα. Параметры режима резания это его основные элементы: глубина резания t, подача s, скорость резания v, крутящий момент M, мощность резания N. Эти параметры наряду с типом операции заносятся в формализованное описание техпроцесса. Операции резания предшествует операция позиционирования, которая также может быть формализована и записана в описание техпроцесса, как и все его необходимые атрибуты.

Таким образом, создается схема формализации некоторого множества технологических операций, а затем можем быть разработана программная системы визуального проектирования техпроцессов, с помощью которой в виде схем нотации STEP возможно наглядно построить техпроцесс, как совокупность технологических операций.

Следующая часть программного интерфейса это подсистема «ЧПУ с его компьютером» – «система принятия решений», подбирающая и рекомендующая конкретное оборудование для рационального техпроцесса. Она взвешивает множество факторов и выбирает то оборудование и направление выполнения данного техпроцесса, которые наиболее эффективны по экономическим и технологическим соображениям.

Завершающей частью интерфейса является транслятор, способный «перевести» техпроцесс с формализованного языка на язык конкретного ЧПУ. Для каждого ЧПУ пишется отдельный транслятор. Какой запускать транслятор, автоматически решает система принятия решений.

Предложенный программный интерфейс позволяет интегрировать ЧПУ отечественного металлорежущего оборудования в систему управления предприятием и прежде всего в АСУП, опираясь на систему АСТПП. Это предоставляет широкие возможности для проектирования техпроцессов, не привязанных к конкретному виду ЧПУ и оборудования, а также способствует формирования общей системы управления предприятия или любой его части, используя поэтапную схему перестройки технологической основы производства.

Воронежский государственный технический университет

УДК 658.562

А.О. Родионов, Г.А. Сухочев, А.С. Рекецкий

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОБРАБОТКИ ПРЕРЫВИСТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОМБИНИРОВАННЫМИ МЕТОДАМИ

Рассмотрены недостатки существующих технологических процессов и технологические возможности получения заданных показателей качества прерывистых поверхностей комбинированной размерной обработкой. Предлагается комбинированный процесс и средства технологического оснащения для комбинированной обработки применительно к рабочим поверхностям ответственных деталей с пазами и отверстиями различной формы.

Прерывистые рабочие поверхности характерны для таких ответственных деталей гидравлического и пневматического оборудования, типовыми представителями которых являются плунжеры, гильзы, золотники, роторы вакуумных насосов, крыльчатки и т.п. Характер их эксплуатации зачастую осложнен нестационарными вибрациями и температурными циклическими воздействиями в области высоких давлений рабочей среды [1]. Они имеют очень жесткие требования по точности и шероховатости, в том числе по характеру микропрофиля: величина скругления кромок в месте прерывания рабочей поверхности не должна притуплять угла без наличия заусенцев (рис. 1).

Рис. 1. Кромка паза в гильзе

Подобные требования затрудняют обработку точной поверхности с пазами традиционными методами точения и шлифования: попадая в паз, инструмент за счет радиального усилия смещается за нижний предел допуска и, при выходе из паза, врезается в противолежащую кромку (рис. 2), несмотря на использование оборудования с высокой степенью жесткости системы СПИД. В большинстве случаев на стадии точения и фрезерования окон закладываются дефекты кромок, требующие кропотливого последующего устранения.

Рис. 2. Характер смещений инструмента при прохождении паза: 1 – шлифовальный круг, 2 – деталь с пазом; I – положение круга в контакте с поверхностью, II – круг вне контакта с деталью; III – врезание круга в кромку паза

Наружные поверхности таких деталей с окнами и пазами для повышения микротвердости подвергают химико-термической обработке, например – цементации, что повышает наличие концентраторов растягивающих напряжений и дефектов поверхности в виде микротрещин. Очень часто диаметры поверхностей закаленных до твердости HRCэ 60-62 деталей плунжерной пары топливного насоса высокого давления имеют допуск в интервале 10-30 мкм при максимальной шероховатости не более 0,2 мкм.

В любом случае по существующим технологическим процессам после предварительного шлифования требуется трудоемкая суперфинишная доводка прерывистой поверхности для обеспечения необходимого микрорельефа и требуемой формы. Характер шероховатости при этом должен быть ориентирован определенным образом, исходя из условий эксплуатации.

Сравнительный анализ существующих методов и оборудования для поверхностной чистовой обработки прерывистой поверхности с наличием острых хрупких кромок по контуру паза или отверстия позволяет сделать вывод об эффективности применения размерной электрохимической обработки (ЭХО) [2]. В пользу этого метода можно отметить, что он лишен таких недостатков традиционной абразивной доводки, как то:

• слабая управляемость формой неровностей при обработке, которая объясняется закономерностями образования шероховатости резанием и поверхностным пластическим деформированием (накаткой), внедрением округленной вершины инструмента в металл;

• технологическая нерегулярность шероховатости (например, при точении с подачей 0,05 мм/об шаг неровностей S_m может составить для регулярной шероховатости 60 мкм, а для нерегулярной – порядка 95 мкм.

ЭХО прерывистой поверхности реализуется обработкой с подвижными электродами, при которой межэлектродный зазор поддерживается постоянным путем сближения электродов на глубину удаленного металла. При такой схеме требуются достаточно сложные системы регулирования зазора, однако обеспечивается возможность поддержания стационарного режима обработки и анодного растворения металла на любой глубине. Это снимает ограничения по величине удаляемого с заготовки припуска.

При такой схеме (рис. 3) электрод-инструмент 1 выполняет роль резца, но, в отличие от обработки на токарных станках, он не имеет механического контакта с заготовкой 2, а находится от нее на расстоянии S (межэлектродный зазор). Электрод-инструмент может работать по схеме врезания с подачей поперек заготовок со скоростью V_u, продольного точения с подачей вдоль заготовки или с одновременным перемещением в обоих направлениях. Электролит прокачивают со скоростью V_э. Межэлектродный зазор (S) может поддерживаться за счет системы регулирования или путем установки диэлектрических прокладок толщиной, равной величине межэлектродного зазора [3].

Рис. 3 Схема электрохимического точения: 1 – катод-инструмент, 2 – обрабатываемая деталь

ЭХО с катодными устройствами позволяет в нашем случае:

• удалить заусенцы на ажурных деталях и деталях, имеющих острые кромки;

– ликвидировать в поверхностном слое деталей остаточные растягивающие напряжения, возникающие после предыдущих операций техпроцесса;

– повысить и стабилизировать предел усталостной прочности при многоцикловых длительных нагрузках (в зависимости от условий эксплуатации – в 1-2 раза).

Литература

1. Сухочев Г.А. Управление качеством изделий, работающих в экстремальных условиях при нестационарных воздействиях / Г. А. Сухочев. – М.: «Машиностроение», 2004. – 287 с.

2. Смоленцев В.П. Технология машиностроения. Восстановление качества и сборка деталей машин: учебное пособие / В.П. Смоленцев, Г.А. Сухочев, А.И. Болдырев, Е.В. Смоленцев, А.В. Бондарь, В.Ю. Склокин. – Воронеж: ЦНТИ, 2008. – 307 с.

3. Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки / Е.В. Смоленцев. – М.: Машиностроение, 2005. – 511 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

С. Ю. Жачкин, В.Ф. Лазукин, П.В. Цысоренко, В.В. Рыжков

АНОДНО-СТРУЙНОЕ ХРОМИРОВАНИЕ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ

Рассмотрены различные способы анодно-струйного хромирования. Приводятся данные о хромировании при наложении ультразвукового поля.

Более интенсивное перемешивание прикатодного слоя достигается при направлении струи электролита перпендикулярно хромируемой поверхности. Практически это осуществляется использованием анодов в качестве сопел, направляющих струи электролита на хромируемую поверхность. Аноды делают полыми с круглыми или щелевидными отверстиями, распределенными по всей рабочей поверхности. Электролит, подаваемый в полость анода насосом, направляется на поверхность детали через указанные отверстия в аноде. Вариантом анодно-струйного хромирования является способ, при котором электролит вытекает из рабочей зоны через сливные отверстия, равномерно распределенные на рабочей части анода. Это обусловливает одинаковое интенсивное воздействие потока электролита на всю хромируемую поверхность

Исследованием этого способа хромирования установлены следующие условия получения износостойких покрытии из универсального электролита с высокой скоростью равномерного осаждения хрома 100-110 мкм/ч: i_k=100 120 А/дм²; t=55 60 °С, выход по току 19-20%, скорость потока электролита 1,2-1,4 м/с; диаметр входных отверстий 2,4-2,6 мм, выходных - 2,8-3,0 мм, межэлектродное расстояние 8-12 мм. Микротвердость покрытий 10500-11000 МПа. Данный способ целесообразно применять при массовом хромировании однотипных деталей, имеющих, главным образом, цилиндрическую форму, цилиндров двигателей, поршневых колеи, пальцев и других подобных деталей.

Часто целесообразно применять ультразвук при гальваническом осаждении покрытий. Ультразвуковое поле создает интенсивное перемешивание электролита в прикатодном слое, и его влияние на режим хромирования и характеристики процесса близки к влиянию особо интенсивного потока электролита. Наряду с перемешиванием при ультразвуковом поле в результате микрокавитационных явлений возникает значительное механическое воздействие на поверхность деталей, с помощью которого удаляются загрязнения и разрушаются разного рода окисные пленки на поверхности деталей. Такое очищающее действие ультразвука позволяет использовать его для хромирования алюминиевых и титановых сплавов, которые из-за окисных плёнок не могут быть непосредственно покрыты хромом.

Таблица 1

Конусность хромированния цилиндра в зависимости от газонасыщения электролита и скорости потока

Скорость потока, см/с	Конусность цилиндра, мкм, при межэлектродных расстояниях, мм
	3	6	12
2	21	15	10
20	16	11	7
40	11	8	5
60	9	7	4
80	8	6	4
100	7	6	4
150	7	6	4

Наложение ультразвукового поля в процессе хромирования позволяет значительно повысить плотности тока, при которых осаждаются блестящие осадки. Однако этот же эффект может быть достигнут проточным электролитом и реверсированием тока без такого значительного осложнения, каким является использование специального оборудования для возбуждения в электролите звукового поля. Основной особенностью действия ультразвукового поля, которое имеет перспективы практического применения, является интенсивное очищающее действие на покрываемый металл.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

С. Ю. Жачкин, В.Ф. Лазукин, П.В. Цысоренко, В.В. Рыжков

ХРОМИРОВАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТОКА

Рассмотрены процессы, происходящие при хромировании с применением нестационарного тока. Приводятся данные о физико-механических свойствах покрытий, полученных при таких условиях электролиза.

Нестационарный ток для питания хромовых ванн в основном имеет два вида: импульсный и реверсивный. При импульсном токе происходят периодические кратковременные перерывы тока и этот режим характеризуется продолжительностями импульса и паузы. При реверсивном токе катодная поляризация хромируемой детали периодически заменяется кратковременной анодной поляризацией. При этих видах токов перерывы процесса наращивания хрома не дают возможности развиваться крупнокристаллической, шишковатой структуре покрытий, их поверхность получается гладкой.

Механизм влияния пульсации тока на процесс хромирования можно упрощенно представить следующим образом. Во время перерыва тока происходит постепенное разрушение катодной пленки, которая, как известно, оказывает существенное влияние на свойства хромовых покрытий. Можно предполагать, что при некоторой степени разрушения наступает такое ее состояние, при котором достигается оптимальное течение катодного процесса, приводящее к расширению интервала гладких покрытий. Прекращение выделения водорода во время паузы обусловливает некоторое уменьшение наводороживания при импульсном токе.

В ходе работ установлено, что хромирование высокопрочной стали ЗОХГСНА с применением импульсного тока уменьшает наводороживание стали. Соответственно при испытаниях на разрывных образцах установлено, что при i_k=120 А/дм², t= 58 60 °С, оптимальном импульсе 2 мин и паузе 10 с относительное сужение разрывного образца составляло 19 %, а при постоянном токе оно было 12 %. (Нехромированные образцы 58 %.)

При хромировании постоянным током (i_k=60 А/дм², t=58 60 °С) цементированной закаленной стали 12Х2Н4Л в напряженном состоянии образец растрескивался из-за водородной хрупкости через 30 мин, а при хромировании импульсным током при оптимальном режиме (Т_и=2 мин, Т_п=6 10 с) растрескивание не наступило через 180 мин.

Микротвердость покрытий при импульсном токе 8500-10000 мПа. Возможно получение доброкачественных осадков при i_k=120 А/дм² Учитывая эти результаты при импульсном токе, в указанной работе рекомендуется следующий режим хромирования в универсальном электролите: i_k=60 120 А/дм²; t=60 °С; Т_и=2 мин, Т_п= 8 10 с.

При реверсивном токе к изложенным явлениям перерыва процесса добавляется кратковременное анодное травление растущего хромового покрытия. В результате этого усиливается сглаживание покрытия, так как не только прекращается рост кристаллов хрома, но и происходит растворение активных точек кристаллизации и выступающих над поверхностью начальных шишкообразовании. Наряду с этим возможно уменьшение наводороживания покрытия за счет окисления при анодной поляризации водорода, максимальная концентрация которого сосредоточена в тонком поверхностном слое покрытия.

Известно, что анодная поляризация хромового покрытия вызывает его растрескивание, если в покрытии имеются растягивающие напряжения [1].

В результате растрескивания напряжения в покрытии уменьшаются или полностью ликвидируются. По этой причине пористый хром, получаемый за счет анодной обработки, не имеет растягивающих напряжений или они незначительны. Периодическая анодная поляризация растущего хромового покрытия предупреждает возможность развития в нем значительных внутренних напряжении. При анодной поляризации усиленно растворяется покрытие на участках, где оно имеет повышенную толщину из-за высокой плотности тока. Скорость этого растворения в несколько раз больше скорости наращивания хрома при катодном периоде и эта разница обусловливает выравнивающее действие реверсивного тока.

Накапливающиеся в прикатодном слое продукты анодного растворения хрома в известной степени способны уменьшить диффузионные ограничения при катодной поляризации, что позволяет повысить допустимую плотность тока.

В результате сложного комплексного воздействия анодной поляризации реверсирование тока при хромировании дает следующие преимущества перед хромированием на постоянном токе: получение гладких малонапряженных покрытий значительной толщины при высоких плотностях тока (до 100-120 А/дм²); достижение повышенной рассеивающей способности; повышение защитной способности покрытий; меньшее снижение усталостной прочности стали; шероховатость поверхности хрома после его осаждения с применением реверсированного тока значительно ниже, чем при хромировании на постоянном токе.

Фактические показатели, характеризующие влияние реверсирования тока, видны из следующих примеров.

При наращивании хрома толщиной 0,2 мм при i_k=60 А/дм² и t=58 60 °С шероховатость- поверхности металла после хромирования снижается до Ra=2,5 1,25 мкм из-за шишковатости хрома. При переходе на реверсивный ток с Т_к=8,5 мин и Т_а=18 с сохранилась исходная шероховатость Rа=0,32 0,16 мкм. При этом же режиме и толщине слоя 0,15 мм на составном катоде применение реверсивного тока существенно повысило равномерность распределения хрома. Так, разность между наибольшей и наименьшей толщиной слоя при постоянном токе составила 18 приведенных единиц, а при реверсивном токе эта разница была 7 единиц, т. е. равномерность покрытия увеличилась почти в 2,5 раза.

Литература

1. Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. Изд. 5-е, Л: Машиностроение, 1986.112 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

Е.К. Лахина, И.Н. Касаткина, Ю.С. Золототрубова, В.Н. Проценко

КАЧЕСТВО ЭНЕРГОРЕСУРСОВ, КАК ФАКТОР СТАБИЛЬНОСТИ ОТРАСЛИ

Дается оценка энергетической отрасли с позиций состояния системы трубопроводов и устройств транспортирования энергоресурсов

Государственное регулирование объемов поставок энергоресурсов на внешний и внутренний рынок, энергетический дисбаланс страны, банк качества нефти и доступ к трубопроводам, восполнение минерально-сырьевой базы и геологоразведочные работы, методика формирования тарифов и состояние рынка труб нефтегазового сортамента - вот неполный список проблем, которые влияют не только на качество, но и на всю экономику страны в целом.

Одним из факторов стабильности являются системы трубопроводного транспорта, которые дают возможность государству регулировать объемы поставок энергоресурсов на внешний и внутренний рынки.

Отрасль не имеет аналогов в мире, и это требует повышенного внимания к вопросам ее развития, что отражено в новой редакции "Основных положений Энергетической Стратегии России на период до 2020г.".

Главная проблема национального топливно-энергетического комплекса заключается в наличии нерационального баланса, в котором превалирует природный газ. Для того чтобы освободить дополнительные объемы нефти и газа для стабилизации экспорта, следует наращивать в стране добычу угля.

Еще один момент заключается в необходимости создания внутреннего рынка газа, одним из ключевых элементов которого будет допуск независимых производителей к газопроводам.

Трубопроводная система будет играть определяющую роль и в деле выхода российских нефтегазовых компаний на новые рынки сбыта, и прежде всего рынки АТР, где спрос только на нефть уже к 2005 году составит 500 млн тонн. Огромны газовые ресурсы, которыми обладают Восточная Сибирь и остров Сахалин, и их разработка сулит большую прибыль, что ставит задачу расширения единой системы газоснабжения России на восток и объединение газовых ресурсов Красноярского края, Иркутской области, Республики Саха (Якутия) и Сахалина в единую газотранспортную систему, которая будет обеспечивать потребности российских потребителей в природном газе и наиболее эффективно реализовывать проекты по поставке газа в АТР.

Необходимо развитие инфраструктуры по транспортировке энергоресурсов с целью обеспечения общей координации присутствия на мировых энергетических рынках и возможностей влияния на ценовую конъюнктуру, при безусловном обеспечении внутреннего потребления.

Еще один из важнейших факторов – введение банка качества для нефти, которая транспортируется по трубопроводам. Вопрос о банке качества назрел уже достаточно давно. Известно, что компания TotalFinaElf провела исследования, которые позволили ей сделать заявление о том, что из-за отсутствия банка качества ежегодные потери России составляют порядка $2 млрд. В свою очередь, "Транснефть" провела собственные расчеты, из которых следует, что речь не идет о чистых потерях, а можно говорить о перераспределении около $250 млн между компаниями из-за отсутствия банка качества. То есть какие-то компании теряют на этом, но какие-то и зарабатывают. В любом случае эта проблема существует, и необходим поиск механизмов ее решения.

Основной проблемой транспортировки должно стать создание новых магистральных трубопроводов в нефтедобывающих регионах, что способствовало бы успешному освоению месторождений и доставки энергоресурсов потребителям. Трубная отрасль, играющая важную роль в структуре металлургической промышленности России, в последние годы восстанавливает свой производственный потенциал и начинает укреплять свои позиции на внутреннем и внешнем рынках.

Важным фактором активного поступательного развития отрасли стало увеличение платежеспособного спроса на трубы, которое наблюдалось со стороны всех отраслей народного хозяйства, в первую очередь, предприятий нефтегазового комплекса

Нефтегазовая промышленность потребляет практически половину труб, производимых в России, и во многом определяет уровень загрузки производственных мощностей трубных заводов. Рост инвестиционной активности в нефтегазодобывающей отрасли, то есть освоение новых месторождений, строительство новых магистральных трубопроводов, а также обновление действующих, может привести к значительному росту потребности в трубах, а значит, и к увеличению их производства.

Основу внутреннего трубного рынка России, в первую очередь, составляют трубы нефтяного сортамента и трубы большого диаметра. Они составляют около половины всех выпускаемых в России труб. Их производство сосредоточено на семи крупных трубных предприятиях отрасли, а результаты работы этих предприятий, в первую очередь, зависят от закупки труб российскими компаниями.

Но все же одной из важнейших составляющих потребления трубной продукции на внутреннем рынке является импорт труб. По трубам нефтяного сортамента уровень импорта достигает 28% от потребления. Исторически сложилось, что отечественные трубные предприятия диверсифицированы и не полностью закрывают потребность в трубах внутреннего рынка России.

В настоящее время более 25% всей трубной продукции сертифицировано по зарубежным стандартам. Следует отметить, что все крупнейшие российские трубные заводы в последние годы провели громадную работу по сертификации продукции и получили право на выпуск труб нефтяного сортамента в полном соответствии с требованиями Американского Нефтяного Института

Многие металлургические и трубные предприятия продолжают работу по перевооружению материально-технической базы для производства качественного металла и выпуска конкурентоспособной металлопродукции для нефтегазового комплекса.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

А.В. Бесько, И.В. Ткачёв, С.Н. Яценко

ГАСПАР МОНЖ – ВИДНЕЙШИЙ МАТЕМАТИК ФРАНЦИИ КОНЦА XVIII ВЕКА

В работе приведены интересные исторические факты из жизни Гаспара Монжа, который по праву считается ведущим ученым Франции рубежа 18-19 веков

Гаспар Монж (1746 – 1818 гг.) родился в сентябре в семье мелкого торговца провинциального города Бон. Проблески дарования у юноши, будущего великого французского математика и инженера, обнаружились очень рано. Уже в 14 лет мальчик изобрёл пожарный насос и составил план родного города Бона. Насос обладал оригинальной конструкцией и продуманностью всех деталей. А план юного геометра – самоучки был настолько удачным, что одни аббат использовал его для своего исторического сочинения. Сейчас этот план, как дорогая реликвия, хранится в одной из городских библиотек Бона.

Обучаясь в военно – инженерной школе, Гаспар обратил на себя всеобщее внимание. Совсем юношей он открыл новую геометрическую науку, значение которой, для всей современной техники трудно переоценить. Имя этой науки – «начертательная геометрия». Она является «языком» всей современной техники.

В двадцать два года Монж был уже профессором математики, а через 3 года возглавил кафедру физики. В возрасте 34 лет в 1780 году он был избран Парижской академией наук в число её членов, в 1794 году стал директором Политехнической школы.

Основные труды Монжа относятся к области начертательной геометрии и её применению к решению инженерных задач. Как и всё новое, начертательная геометрия не сразу завоевала своё признание. Но простой и эффективный метод начертательной геометрии, имея очевидное превосходство над всеми другими вычислительными способами, довольно скоро покорил сердца недовольных и из противников сделал их своими сторонниками.

Продолжая свои изыскания, Монж дал общий метод решения стереоскопических задач посредством геометрических построений на плоскости. Исходя из идеи проецирования предметов на две взаимно перпендикулярные плоскости, Монж создал общий метод изображения пространственных фигур на плоскости. Эта работа была выполнена в Мезьярской школе в 1765 году. Но ему было запрещено её публиковать из боязни, что иностранцы могут воспользоваться достижениями французской науки в ущерб Франции, поскольку работа имела отношение к решению фортификационных задач и была засекречена. Даже в самой Франции этот метод имел ограниченное применение.

Более 20 лет его главный научный труд не видел свет. И был издан только в 1799 году под названием «Начертательная геометрия».

На основании разработанной Монжем общей геометрической теории все вопросы прикладного характера находили решение, и даже такие, которые до этого считались неразрешимыми. Оказалось возможным не прибегать к изготовлению моделей, которые до того времени являлись неотъемлемой частью строительного проекта.

Создав начертательную геометрию, Монж показал, что она дает возможность не только изображать строительные конструкции, но так же решать чисто графическим путем и метрические задачи.

Особенность этой науки заключается в том, что исходя из математических пространственных трех прямоугольных координатных осей, Монж связал положение любой точки пространства с проекциями её на плоскостях, образуемых попарно этими координатными осями. Учитывая, что взаимное расположение проекций не изменяется от параллельного переноса профильной плоскости, он показал, что в большинстве случаев можно получить нужный результат, не прибегая к помощи профильной плоскости проекций.

Анализируя решение стереометрических задач посредством геометрических построений, он убедился, что такое решение является только умозрительным, но посредством чертёжных инструментов невыполнимо.

Монж дал способ выхода из этого положения. Все стереоскопические операции он выполняет в проекциях на две плоскости проекций, связывая их между собой неизменным положением. Обе плоские проекции Монж размещает в одной плоскости, вращая вертикальную плоскость вокруг линии пересечения её горизонтальной плоскостью проекций, т.е. вокруг своей оси ОХ. Таким образом, он ввёл впервые «ось проекций» на плоскости чертежа, а самые проекции, вертикальную и горизонтальную, размещает так, что обе проекции любой точки изображаемой системы располагаются на одном перпендикуляре к оси проекций. В этом случае расстояния проекций до осей и будет координатами точки.

Анализируя производственные операции, Монж сводит их к элементарным абстрактным, располагая их в логической последовательности. Таким образом он создал научную систему, показав, что из двухмерного чертежа можно вывести все те отношения, которые вытекают из формы и взаимного расположения в пространстве трёх измерений. Он подвёл научную базу под те эмпирические правила, которые до него давались без теоретического обоснования.

Монж разработал теорию поверхностей, рассматривая их с точки зрения образования их формы и кривизны. Это для инженера важное, чем аналитическая форма. С этой точки зрения Монж излагает сведения о поверхностях и в своей начертательной геометрии.

В этом труде он в первые затронул следующие вопросы:

- поверхности с ребром возврата;

- способ вспомогательных секущих шаровых сфер для построения точек линии пересечения поверхностей вращения;

- поверхности одинакового ската;

- сферическая кривизна и многие другие вопросы из его «Приложения анализа к геометрии». (Париж, 1809);

- использование гиперболоида для решения задач с поверхностями второго порядка;

- линии наибольшего ската на геодезической поверхности;

- некоторые вопросы теории проекций с числовыми отметками при проектировании крепостей.

Нельзя пройти мимо изящных способов решения некоторых задач. Например, задачу об определении угла между плоскостями Монж выполняет всего несколькими линиями, чем достигает большой практической точности и чего нельзя сказать о громоздком способе, встречаемом в теперешних основных руководствах и сводящем к нулю точность построений этой важной задачи прикладного характера.

Создавая свою науку, исходя из жизненных требований строительства военных сооружений, Монж считал, что в реформе высшего технического образования его новая наука должна занять видное место и стать одной из основных учебных дисциплин.

Монж также считал, что прогресс промышленности требует внедрения в производство выводов точных наук, точных инструментов и знания машин. Начертательную геометрию, по мнению Монжа, должно применять и в учении о конструировании машин, равно как и в архитектуре. Начертательная геометрия, говорит Монж, создает язык техника, вооружает его для творческих проектов, т.е. поучает его изображать трёхмерные формы на плоском листе чертежа. В созданной им Политехнической школе математические предметы занимали первостепенное место. При этом начертательной геометрии отводилось 328 двойных лекций. Это составляло около половины всего учебного времени.

Своего значения начертательная геометрия не потеряла до сих пор, и в наши дни она составляет основную часть учебного курса методов изображения.

Еще один важный труд Монжа –"Приложение анализа к геометрии" (L'application de l'analyse la gometrie, 1795), где помимо важных открытий по дифференциальной геометрии дано геометрическое истолкование уравнений в частных производных и, с другой стороны, изложение геометрических факторов на языке уравнений с частными производными. Это направление было продолжено в трудах таких математиков, как К.Гаусс, Я.Штейнер и Ю.Плюккер. Немалое значение имели также работы Монжа по интегрированию дифференциальных уравнений в частных производных и их представлению на языке геометрии.

В работах «Мемуар о развертках, радиусах кривизн и различных родах перегиба кривых двоякой кривизны» (1771) и «О свойствах многих родов кривых поверхностей...» (1775) Монж дал обстоятельное изложение дифференциальной геометрии пространственных кривых и поверхностей: изучил эволюты пространственных кривых, кривизны поверхностей, исследовал огибающие, развертывающиеся поверхности и т. д. В 1781 рассмотрел общие свойства нормальных конгруэнций и ввел в науку линии кривизны поверхностей. Совместно с первоклассными учёными того времени – Лавуазье, Лапласом, Даламбером, Лагранжем и другими Монж в 1790году принимал участие в комиссии по введению метрической системы мер и весов. Монжу принадлежат также работы по математическому анализу, физике, химии, оптике, метрологии и практической механике.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

А.В. Бесько, И.В. Ткачёв, С.Н. Яценко

ОБЩЕСТВЕННАЯ И ПОЛИТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ГАСПАРА МОНЖА

В статье продолжается обзор жизни и активной общественной деятельности Г. Монжа – математика, геометра и общественного деятеля Франции конца 18 – начала 19 века

Гаспар Монж родился 9 мая 1746 года во Франции в городе Бон. Учился в колледжах Бона и Лиона, одновременно преподавал физику и математику.

Биографы характеризуют Монжа как неутомимого учёного, педагога, инженера, энергичного общественного и политического деятеля государственного масштаба.

Революция во Франции застала его в возрасте 43 лет в полном расцвете сил. Он был общепризнанным сложившимся учёным, выдающимся педагогом. Революцию он встретил восторженно и вторую половину своей сознательной жизни Монж все свои силы отдал новой Франции.

Монж вошел в состав первого революционного правительства — Временного исполнительного совета — и принял на себя руководство морским министерством; в весьма сложной и трудной обстановке он осуществлял это руководство в продолжение восьми месяцев.

Ученый-патриот Монж был и пламенным революционером, достойным членом Якобинского клуба. В конце 1793 г., после строгой чистки Монж был оставлен членом Якобинского клуба, был затем его секретарем, а впоследствии и вице- председателем. Во времена Конвента Монж выполнял ответственные поручения. Его подпись среди подписей других членов Исполнительного совета скрепляла акты, относящиеся к казни Людовика XVI.

Молодая республика, окруженная врагами извне и борясь с контрреволюционными мятежами внутри, напрягала силы для победы над ними. Конвент издал декрет о мобилизации всего населения. Комитет общественного спасения обратился к ученым, взывая к их патриотизму, требовал, чтобы они выступали на защиту родины и участвовали в создании военной промышленности. Отрезанная от внешнего мира, Франция вынуждена была организовать собственное военное производство. Стране нужны были материалы для обороны Республики и вооружения. Арсеналы были пусты. Франция не производила ни селитры, ни меди. Отечественные заводы не знали способа изготовления стали. Монж, его друг Бертолле, Лагранж, Карно и другие крупнейшие ученые первые предложили родине свои услуги. Монж тотчас же окунулся с головой в работу, трудясь дни и ночи совместно со своими коллегами, создавая новые процессы быстрого изготовления пороха и оружия, открывая по всей Франции многочисленные заводы и мастерские. Он подал мысль добывать селитру из отечественной почвы — в конюшнях, в подвалах, в мусорных кучах. В одном только Париже было организовано более шестидесяти селитряных заводов. За девять месяцев добыча селитры превзошла в двенадцать раз прежнюю годовую производительность.

Опыт собственного металлургического завода был использован Монжем в самых широких размерах. Он написал "Наставление для рабочих металлистов о производстве стали"; он читал лекции о производстве пушек в организованной им школе оружейников и написал труд: "Описание способа производства пушек"; улучшил способ обточки и сверления их. Число пушечных заводов возросло в восемь раз, а производительность достигла до 13000 орудий. Одна парижская фабрика давала 140000 ружей в год.

Усилия нации обеспечили победу республиканской французской армии над коалицией интервентов. Во главе революционных армий находился Карно - достойный ученик Монжа по Мезьерской школе.

После падения якобинской диктатуры Монж вынужден был некоторое время скрываться, но вскоре, по ходатайству его зятя Эшассерье, члена Конвента, получил амнистию, так как новое правительство нуждалось в его знаниях и опыте. Монж возвратился к своим научным занятиям.

В 1794 г. была создана Нормальная школа, являвшаяся краткосрочными курсами для „революционной переподготовки граждан-специалистов". Монж, в качестве профессора этой школы, взял на себя впервые открытое преподавание начертательной геометрии. Покров секретности был снят с этой науки, и Монж принял решение опубликовать новый метод исследования и решения стереометрических задач, что и было сделано им в форме тех кратких записей, которые он излагал своим ученикам. Лекции проводились в амфитеатре Ботанического сада, а практические занятия по начертательной геометрии в чертежных залах под сводами Сорбонны. Монж открыл свои лекции программной речью, в которой он самым убедительным образом доказывал необходимость открытого обучения.

Еще 11 марта 1794 г., когда у власти стояли якобинцы, Конвент постановил организовать Центральную школу общественных работ. Школа была открыта в ноябре 1794 г. при содействии Монжа, Карно, Леканта, Пюираво. В сентябре 1795 г. она была преобразована в Политехническую школу. Имя Монжа неразрывно связано с Политехнической школой как одного из основателей этого учебного заведения. В продолжение двадцати лет он был ее руководителем. В ней он читал, кроме начертательной геометрии, и другие предметы, в том числе свои прекрасные лекции по теории поверхностей.

В 1796 г. Монж надолго прерывает свою работу в Политехнической школе и отправляется в Италию, где выполняет правительственные поручения. В Италии он познакомился с генералом Бонапартом.

В 1797 г. популярность Монжа была так высока, что его выдвигали даже в члены Директории, но он не мог быть избран вследствие пребывания его в это время в Италии. В следующем году Монж, в качестве одного из комиссаров Директории, снова уезжает в Италию для расследования обстоятельств убийства французского генерала Дюфо.

Наполеон высоко ценил Монжа и предложил ему примкнуть к Египетской экспедиции. Летом 1798 г. Монж, вместе с Бертолле, присоединился к этой экспедиции. На корабле Монж читал лекции по астрономии Наполеону и его генералам. Во всех тяготах военного похода, в опасные моменты Монж проявлял большое мужество, не переставая в то же время заниматься научными вопросами. Монж первый объяснил явление миражей. Свое исследование он поместил в журнале "Египетская декада", издававшемся Каирской академией, организованной Монжем. Он получил звание президента этой академии. За исследование раскопок руин города Пелузиума Монж впоследствии получил титул графа Пелузского.

Монж и Бертолле сопровождали Бонапарта в Сирию. В 1799 г. они возвратились вместе с Бонапартом во Францию. Монж занялся разработкой и приведением в порядок драгоценных документов, привезенных из экспедиции. Он снова занял профессорское место в Политехнической школе и вел преподавание до 1809 г. Окончательно он оставил школу в 1815 г.

Переворот 18 брюмера был встречен Монжем одобрительно. Он видел в нем поворот, благоприятный для Франции. Монж был осыпан почестями и милостями, но не переставал быть независимым в своих мнениях. Он боролся против казарменного строя, введенного Наполеоном в Политехнической школе, заступался за учеников, демонстрировавших против самого Наполеона.

С падением Наполеона положение Монжа резко изменилось. Реакция не простила Монжу его прошлого, и ему приходилось скрываться у друзей. Он был лишен всех наград и даже звания академика. Больной, с помутившимся разумом, он скончался 28 июля 1818 г. Память о Монже не могла быть вытравлена. Живым памятником его деятельности оставалась Политехническая школа и многие ученые Франции - его ученики.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.7.011

Е.А. Балаганская, Ю.А. Цеханов, Е.К.Лахина

АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ДЕФОРМИРУЮЩЕМ ПРОТЯГИВАНИИ

Предложена методика проведения анализа энергетических параметров очага деформирования при деформирующем протягивании трубных заготовок с небольшой толстостенностью, и даны пути снижения энергозатрат.

Для решения поставленной задачи была разработана математическая модель очага пластических деформаций при деформирующем протягивании (ДП) заготовок с небольшой толстостенностью, когда их напряженно-деформированное состояние можно описать с помощью моментной теории оболочек [1]. Схема очага деформации и соответствующие ей основные геометрические и кинематические параметры приведены на рис. 1. Очаг состоит из трех зон: контактной (2-я зона) и двух внеконтактных (1-я и 3-я).

Рис.1. Расчетная схема очага пластических деформаций

Полный функционал мощности внешних и внутренних сил в соответствии с известными вариационными принципами теории деформируемого твердого пластического тела [2] равен:

, (1)

где – сила протягивания, - скорость течения материала в конце очага деформации.

Величина равна сумме мощностей каждого из отдельных участков. Обозначим для срединной поверхности заготовки через отношение скорости осевой деформации к скорости окружной деформации:

. (2)

В пределах каждого участка эта величина имеет свое постоянное значение: , , . Геометрию срединной поверхности внеконтактных зон опишем с помощью полиномов четвертой степени, которые учитывают граничные условия, как всего процесса, так и условия кинематического сопряжения на границах участков [1]. Согласно этой работе полная мощность пластических деформаций в пределах каждого участка определяется выражением (рис.1):

. (3)

Изменение скорости осевого течения и толщины стенки заготовки определяется из условия несжимаемости и условия неразрывности деформаций.

Пять независимых параметров: , , , , - являются варьируемыми параметрами, которые должны обеспечить в рассматриваемой модели минимум полной мощности.

Основные выражения для каждого участка имеют вид:

1-й участок внеконтактных деформаций :

, , ;

2-й контактный участок ВА:

, , ;

3-й внеконтактный участок АЕ:

, ,

.

Расчет по разработанной модели осуществлялся с помощью метода последовательных приближений.

По окончании итерационного процесса рассчитывали силу трения по известной [4] зависимости: и среднее контактное касательное напряжение:

,

где f – коэффициент трения, а - угол наклона образующей рабочего конуса инструмента.

После этого осуществляется итерация по минимизации более полного функционала с фиксированными внешней силой и заданными силами трения по заданной площади контакта, протяженностью . По результатам последней итерации определяются искомые основные и производные параметры: , , , , , , , , , , , .

Разработанная модель дала возможность проанализировать энергетику процесса. Общая мощность, затраченная на деформирование - , состоит из мощности трения - между деформирующими элементами и заготовкой, мощности пластического деформирования на контактном участке - и мощности затраченной на деформирование во внеконтактных зонах: .

Рассмотрим изменение общей мощности, а также ее составляющих в зависимости от режимов деформирования и геометрии инструмента. Расчеты выполнялись для безразмерных мощностей согласно методам теории подобия /3/:

; ; ,

где - предел текучести материала на сдвиг, – скорость инструмента.

Мощность, затраченная на деформирование во внеконтактных зонах , также растет с увеличением и толстостенности заготовки. Аппроксимацией расчетных данных получена простая инженерная зависимость:

. (4)

представим как изменения в зависимости от в долях от общей мощности . C увеличением доля монотонно убывает, причем это изменение практически не зависит от толщины стенки. Ранее, в работе /4/ отмечалось, что при доля работы трения практически не зависит от натяга и диаметра отверстия заготовки. Проанализируем зависимость .

Путь трения , на котором сила трения совершает работу, связан с длиной заготовки очевидным соотношением: . Тогда , а . Полная мощность: .

Представим осевую силу следующей зависимостью [4]:

,

где - сила, нормальная к поверхности инструмента.

Тогда

. (5)

Разделим числитель и знаменатель выражения (5) на и учитывая, что , окончательно получим:

. (6)

Таким образом, доля мощности трения в общей мощности, затраченной на деформирование заготовки, определяется величиной f и значением . Сравнение значений , полученных согласно зависимости (6), показало их хорошее совпадение (рис. 2). При малых и высоких значениях коэффициента трения мощность сил трения может достигать до 85% от общей мощности. В тоже время при больших и низких значениях мощность снижается до 10 % от общей мощности.

Доля мощности, затраченная на деформирование во внеконтактных зонах, возрастает с увеличением . Для нее наблюдается влияние толщины стенки: с ее увеличением возрастает. Как показали данные математического моделирования, доля мощности, затраченной на образование внеконтактных зон, может изменяться от 5 до 60 % общей мощности.

Рис. 2. Зависимость изменения долей мощности от угла при 1) 1 - ; 2) при 2 ; при 3 ; 3) при 4 ; при 5 ; точками нанесены данные аналитического расчета

Доля мощности формоизменения на контактном участке уменьшается с увеличением толщины стенки и натяга. Ее величина может изменяться в пределах от 5 до 35% общей мощности.

На основании вышеприведенных данных можно определить пути минимизации энергетики процесса, через применение технологических факторов. Одним из путей снижения является уменьшение , что можно осуществить применением технологических смазок с низкими антифрикционными свойствами. Также уменьшение можно осуществить за счет снижения ширины контакта . На снижение влияют увеличение , переход от осуществления суммарной деформации одиночным элементом – группой элементов, т. е. снижение натяга на элемент, а также совмещение зон внеконтактной деформации соседних рабочих элементов одновременно осуществляющих деформирование [6].

На мощность формоизменения на контактном участке при заданных степени деформации и размерах заготовки можно влиять только уменьшением ширины контакта . Это достигается увеличением , снижением натяга на элемент, а также совмещением зон внеконтактной деформации.

Мощность деформирования во внеконтактных зонах можно значительно снизить уменьшением , либо совмещением зон внеконтактной деформации. Как показали эксперименты /6/, использование совмещения зон внеконтактной деформации позволило снизить энергозатраты на процесс до 40 %. При этом такое существенное снижение обусловлено экономией энергозатрат на деформирование во внеконтактных зонах, а также снижением мощности трения.

Разработанная теоретическая модель позволила выполнить анализ энергетических параметров очага деформирования и установить пути снижения, как мощности деформирования, так и мощности ее составляющих.

Литература

1. Тимошенко С.П., Войновский, Кригер С. Пластины и оболочки – М.: Физматгиз, 1963 – 636 с.

2. Качанов Л.М. Основы теории пластичности – М.: Наука, 1969 – 420 с.

3. Седов Л.И. методы подобия и размерности в механике. – М.: Наука, 1969. – 420 с.

4. Розенберг О.А. Механика взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании – Киев: Наукова думка, 1981 – 288 с.

5. Немировский Я.Б., Цеханов Ю.А. Применение вариационных принципов для анализа энергетических и кинематических параметров процесса деформирующего протягивания. // Резание и инструмент в технологических системах: Межд. научн.- техн. сборник. Вып. 60. – Харьков: ХГПУ – 2001. – с. 154-159.

6. Немировский Я.Б. Обеспечение геометрической точности изделий на основе изучения механики деформирующего протягивания. // Резание и инструмент в технологических системах: Межд. научн.- техн. сборник. Вып. 61. – Харьков: ХГПУ – 2002. – с. 146-153.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

М.Н. Подоприхин, Т. П. Кравцова, Ю.С. Золототрубова, В.Н. Проценко

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПОЗИЦИОННЫХ И МЕТРИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

О применении алгоритмов при решении задач начертательной геометрии

В современном мире слово «алгоритм» является одним из самых ходовых, выражающих дух времени. Этот термин и образованные от него «алгоритмизация», «алгоритмическое мышление» вызывают ассоциации – с наукой, точностью, полной определенностью. Алгоритм является концептуальной основой разнообразных процессов обработки информации. Возможность автоматизации таких процессов обеспечивается наличием соответствующих алгоритмов.

В технику термин “алгоритм” пришел вместе с кибернетикой. Начала складываться так называемая метрическая теория алгоритмов, основным содержанием которой является классификация задач по классам сложности.

Начертательная геометрия изучает методы изображения пространственных объектов на плоскости проекций и алгоритмы решения позиционных, метрических и конструктивных задач.

Позиционные - задачи на относительное положение геометрических объектов.

Метрические – задачи на определение расстояния и натуральных величин геометрических объектов.

Конструктивные – задачи на построение геометрических фигур, отвечающих заданным условиям.

Исходными данными и результатами алгоритма могут служить самые разнообразные конструктивные объекты. Алгоритмы в начертательной геометрии встречаются на каждом шагу; умение решать задачу «в общем виде» всегда означает, по существу, владение некоторым алгоритмом. Понятие задачи «в общем виде» уточняется при помощи понятия «массовая проблема». Массовая проблема (конечный результат) задаётся серией отдельных, единичных проблем и состоит в требовании найти общий метод (то есть алгоритм) их решения.

Работа алгоритма при решении позиционных или метрических задач начинается подготовительным шагом, на котором возможное исходное данное преобразуется в начальный член ряда сменяющих друг друга промежуточных результатов; это преобразование происходит на основе специального, входящего в состав рассматриваемого алгоритма «правила начала».

Затем применяется «правило непосредственной переработки», осуществляющее последовательные преобразования каждого возникающего промежуточного результата в следующий. Эти преобразования происходят до тех пор, пока некоторое испытание, которому подвергаются все промежуточные результаты по мере их возникновения, не покажет, что данный промежуточный результат является заключительным; это испытание производится на основе специального «правила окончания». Если ни для какого из возникающих промежуточных результатов правило окончания не даёт сигнала остановки, то либо к каждому из возникающих промежуточных результатов применимо правило непосредственной переработки, и алгоритмический процесс продолжается неограниченно, либо же к некоторому промежуточному результату правило непосредственной переработки оказывается неприменимым, и процесс оканчивается безрезультатно. Наконец, из заключительного промежуточного результата - также на основе специального правила - извлекается окончательный результат. Во многих важных случаях правило начала и правило извлечения результата задают тождественные преобразования и потому отдельно не формулируются.

В результате изучения понятия алгоритм выделены следующие основные свойства алгоритма:

определенность - в каждый момент исполнения алгоритма исполнитель всегда точно знает, что он должен делать;

дискретность - прежде, чем выполнить определенное действие, надо выполнить предыдущее;

массовость - по одному и тому же алгоритму решаются однотипные задачи и неоднократно;

понятность - алгоритм строится для конкретного исполнителя (класса исполнителей) и должен быть ему понятен. В то же время исполнитель не обязательно должен понимать, по каким правилам строился алгоритм, в чем заключается смысл исполняемых инструкций. Должны быть понятны только сами инструкции;

результативность - алгоритм всегда должен приводить к результату.

Таким образом, алгоритм может рассматриваться как связующее звено в цепочке «метод решения - реализующая программа».

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

М.Н. Подоприхин, Т. П. Кравцова, Ю.С. Золототрубова, В.Н. Проценко

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ

В статье рассматривается актуальность развития пространственного графического моделирования для формирования профессиональных компетенций обучающихся

В России приоритетным направлением становится развитие наукоемких и высокотехнологических производств, поэтому возникает потребность привлечения в сферу науки и техники специалистов, которые должны обладать хорошо развитым пространственным мышлением. Учитывая, что большое количество выпускников школ начинают свою трудовую деятельность в различных сферах производств, возрастает роль предметов «Инженерная графика» и «Начертательная геометрия» как общеобразовательных предметов, так как они развивают и систематизируют пространственные представления в процессе изучения трехмерных объектов и получения графических знаний о методах и правилах отображения информации.

Цель начертательной геометрии в вузе – развитие пространственного представления и воображения, конструктивно-геометрического мышления, способности к анализу и синтезу пространственных форм и отношений на основе графических моделей пространства, практически реализуемых в виде чертежей конкретных пространственных объектов. Задача изучения начертательной геометрии сводится к изучению способов получения определенных графических моделей пространства, основанных на ортогональном проецировании и умении решать на этих моделях задачи, связанные пространственными формами и отношениями.

Методы начертательной геометрии являются теоретической базой для решения задач технического черчения.

Изучение начертательной геометрии и инженерной графики способствует развитию пространственного воображения и навыков правильного логического мышления. Совершенствуя нашу способность - по плоскому изображению мысленно создавать представления о форме предмета и наоборот создание изображений мысленно созданных образов – визуализация мысли.

Итак, в курсе начертательной геометрии  и инженерной графики изучаются:

- методы отображения пространственных объектов на плоскости;

- способы графического и аналитического решения различных геометрических задач;

- приемы увеличения наглядности и визуальной достоверности изображений проецируемого объекта;

- способы преобразования и исследования геометрических свойств изображенного объекта;

- основы моделирования геометрических объектов.

Политехническая направленность курса осуществляется на основе связи теории графических методов и способов отображения информации с практикой производства, технической деятельностью.

При изучении ортогонального проецирования в качестве объекта целесообразно выбирать предмет, который имеет прямые и наклонные элементы, что активизирует его представление в проекциях: точки, линии и плоскости рассматриваются как вершины, ребра и грани этого предмета. Необходимо уделять особое внимание формированию умений анализировать форму, отображать ее на плоскостях проекций, анализировать полученные изображения, выявляя характерные признаки, обеспечивающие узнавание формы геометрических тел, деталей. Обучение ортогональному проецированию рекомендуется осуществлять последовательно — на одну, две и три плоскости проекций по мере нарастания трудностей.

B процессе обучения черчению следует учитывать индивидуальные особенности учащихся (способности, склад мышления, интересы и др.), постепенно поднимая уровень их интеллектуального развития.

Исходя из выше изложенного, следует, что актуальнейшей задачей профессионального становления современного специалиста является формирование и развитие компетенций в области графической культуры, которая в пространственной и временной перспективе  обеспечивает выявление и развитие природных способностей обучающихся к конструированию и развитию пространственного мышления.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

М.Н. Подоприхин, Т. П. Кравцова, Ю.С. Золототрубова, В.Н. Проценко

ЭФФЕКТ ЦВЕТА В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НА ПОВЕРНОСТЯХ

О целесообразности применения цвета при решении задач начертательной геометрии

Как показали проведённые исследования необходима разработка методик использования цвета, света и композиции в инженерно-педагогической практике, а также выявление дидактических и методических условий для правильного научно обоснованного и полноценного формирования визуального информационного поля в учебном процессе

С точки зрения педагогической науки проблема использования цвета может рассматриваться как: дидактическая, методическая (методики применения цвето-решений в условиях образовательного пространства); психологическая (особенности зрительного восприятия); эстетическая (возможности гармонизации визуальной среды средствами цвета.

Цвет и композиция являются важными элементами композиции, мощными средствами передачи, переработки и усвоения информации. Отмечается эффективность их использования при решении метрических и позиционных задач

Исследования цвета и композиционных элементов на занятиях по начертательной геометрии дают положительный эффект в освоении учебной информации, но и в формировании и развитии пространственного мышления. Методика реализации цветовых алгоритмов позволяет реализовать внутренний, невостребованный потенциал будущего специалиста и создать базу для освоения технических дисциплин для будущей профессиональной деятельности.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

М.Н. Подоприхин, Т.П. Кравцова, Ю.С. Золототрубова

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ

В статье рассмотрена актуальность методики графической поисковой деятельности студентов

Нами разработана методика графической поисковой деятельности, включающей все фазы исследовательского метода обучения, характерными чертами реализации которого являются:

1. Многовариантность решения задачи.

2. Наличие как строгоформализованных (конструктивных), так и качественных критериев формообразования.

3. Осуществление основных фаз анализа и синтеза, по возможности, с помощью графических моделей различного уровня абстрактности.

4. Активный пространственный характер всех элементов разрабатываемой системы так же, как и структуры задачи.

Исследовательский метод, как известно, является основным методом обучения студентов творчеству. Его функции определяются реализацией следующих факторов:

1. С помощью метода формируются черты творческой личности студента.

2. Осуществляется более глубокое творческое усвоение знаний.

3. Студенты овладевают научным методом познания, всегда связанным с открытием нового.

4. Этот метод дает внутренний импульс потребности деятельности.

Нами выделено три типа задач, которые можно использовать при конструировании проблемной ситуации и одновременно для более глубокого развития отдельных качеств пространственного мышления. К такому типу относятся, во-первых, практически-действенные задания на комбинаторику пространственных структур, во-вторых, геометрические задачи на определение структурной связи композиций из нескольких элементов, в-третьих, «абсурдные» изображения, анализ которых приводит к необходимости понять причину «обмана» и более глубоко уяснить сущность геометрических методов пространственного формообразования.

Широкое использование практически-действенных задач на основе пространственно-структурной модели (куб с 27-ю кубическими ячейками)определяется следующими достоинствам

1. Возможностью получения элементов сложной пространственной структуры.

2. Ясностью восприятия пространственной структуры.

3. Метрической определенностью структуры, связанной с модульным принципом строения.

4. Простотой реализации на ЭВМ.

5. Возможностью «конструирования» большого количества задач.

6. Возможностью использования данных элементов, как материальной основы для формирования умственных действий (с использованием материальных моделей).

7. Возможностью получения сходных по структуре элементов, соответствующих различной степени трудности задач.

8. Возможностью формулирования большого количества задач комбинаторно-пространственного содержания.

9. Активностью учебной графической деятельности студентов при выполнении практически-действенных задач.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

М.Н. Подоприхин, Т. П. Кравцова, Ю.С. Золототрубова, В.Н. Проценко

РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ В РЕШЕНИИ МЕТРИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

В статье рассматривается возможность получения изображения объектов при использовании теории нечетких множеств

Актуальным в наше время является исследование конструктивных свойств тех геометрических образов, которые могут быть сопоставлены с нечеткими множествами, поскольку нечеткая геометрическая модель, основанная на нечетких образах, позволяет получить приближенные к реальности изображения объектов, исследовать геометрические параметры объекта, а операции с геометрическими объектами являются более наглядными и представляют самостоятельный метод для решения прикладных задач.

Интерес представляют геометрические средства, методы и образы, которые могут использоваться в задачах геометрического моделирования системой объектов с нечетко определенными параметрами.

Моделирование сложных систем часто связано с необходимостью учета нечетко заданных параметров или неточной технологической информацией, возникающее вследствие разного рода причин: недостаточной изученностью объектов, из-за участия в управлении системой человека, наличия качественных характеристик, лингвистической неопределенности и т.д. Поэтому точный количественный анализ не имеет практического значения.

Cуществуют различные методы обращения с неточно известными величинами. Постепенно становится ясным, какие подходы к разного рода неопределенностям, в каких ситуациях и в каких сочетаниях нужно использовать. При задании для элементов множества соответствующей степени принадлежности к этому множеству применяют теорию нечетких множеств.

Теория нечетких множеств - перспективное направление в науке. Однако, недостаточно изучена ее графическая (синтетическая, конструктивная) реализация, адекватная четким конструктивным построениям и аналитическим выражениям, описывающая нечеткие объекты: поверхности, условия преобразования; слабо формализованные отношения между объектами. В настоящее время не существует общепризнанной теории геометрической интерпретации нечетких множеств: изображений нечетких точек, прямых, пространств, функций, а также способов решения метрических и позиционных задач, конструктивных методов решения прикладных алгоритмов и данная область остается непроработанной.

Имея в виду геометрическую или конструктивную сторону проблемы необходимо изучить конструктивные свойства тех геометрических образов, которые могут быть сопоставлены с нечеткими множествами.

Нечеткая геометрическая модель, основанная на нечетких образах, может позволить получить приближенные к реальности изображения объектов, исследовать геометрические параметры объекта, а операции с геометрическими объектами могут явиться более наглядными и представлять самостоятельный метод для решения прикладных задач.

Воронежский государственный технический университет

УВАЖАЕМЫЕ КОЛЛЕГИ!

Приглашаем Вас принять участие в межвузовском сборнике научных трудов "Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической подготовки производства".

Сборник будет выпущен в электронном виде в 2011 г.

Требования к материалам сборника:

1. Материал статьи объемом до 6-ти полных страниц формата А5 представляется ответственному секретарю сборника в отпечатанном и электронном виде ст. преподавателю кафедры НГиМСЧ Касаткиной И. Н. или по электронной почте akuzovkin@mail.ru.

2. Шрифт Times New Roman, размер 11.

3. Межстрочный интервал – одинарный, абзацный отступ 1,27 см.

4. Размеры полей: верхнее – 1,5 см, нижнее - 1,8 см, левое - 2,0 см, правое – 1,3 см.

5. Аннотация: размер шрифта – 9, межстрочный интервал – 0,8.

6. Пример оформления материалов статьи

УДК 627….. (без абзацного отступа, шрифт 11)

(один интервал)

И.И. Иванов, П.П. Петров

^{(выравнивание по центру, шрифт 11)}

(один интервал)

НАЗВАНИЕ СТАТЬИ

^{(выравнивание по центру, шрифт 11)}

(один интервал)

Рассматриваются проблемы применения метода (аннотация смещается относительно текста статьи на 5 знаков, абзацный отступ – 1 см, шрифт – 9, межстрочный интервал – 0,8).

(два интервала)

Текст статьи …………………………. (абзацный отступ – 1,25 см, шрифт – 11, межстрочный интервал - одинарный).

(один интервал)

Рисунок

^{(по центру, без абзацного отступа)}

Рис. 1. Внешний вид установки для …. (шрифт 11, без абзацного отступа)

(один интервал)