675

–в ряду TiC0,96–TiN0,95–TiO1,03;

–с ростом отношения Ti/X в области гомогенности ТФВ;

–в ряду TiCxNz–TiCxOy–TiNzOy, а также с ростом содержания более электроотрицательного элемента внедрения в каждой фазе [6].

3. Впервые экспериментально продемонстрирована генетическая связь между химической активностью металлического титана и титансодержащих ТФВ в концентрированных минеральных кислотах.

4. Выяснена природа химической и электрохимической активности титансодержащих ТФВ в минеральных кислотах. Показано, что химическая активность ТФВ по отношению к минеральным кислотам коррелирует со степенью делокализации Me–Me-связей (чем она выше, тем легче протекает процесс растворения), а электрохимическая – со степенью ионности Me–X-связей (чем последняя выше, тем труднее протекает процесс растворения).

Список литературы

1.Жиляев В.А. Взаимосвязь состава, структуры и химических свойств тугоплавких фаз внедрения. Ч. 1. Закономерности реакций тугоплавких фаз внедрения с твердыми реагентами // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – Пермь, 2012. – Т. 14, № 3. – С. 7–21.

2.Жиляев В.А., Швейкин Г.П., Штин А.П. Взаимодействие карбидов, нитридов и оксидов титана с концентрированными минеральными кислота-

ми // Журн. неорган. химии. – 2001. – Т. 46, № 8. – С. 1264–1267.

3.Хенней Н. Химия твердого тела. – М.: Мир, 1971. – 223 с.

4.Малкин В.И., Покидышев В.С. Изучение термодинамических свойств карбида титана в области гомогенности методом э.д.с. // Журн. физ.

химии. – 1971. – Т. 45, № 8. – С. 2044–2046.

5.Стормс Э. Тугоплавкие карбиды. – М.: Атомиздат, 1970. – 304 с.

6.Жиляев В.А., Штин А.П. Взаимодействие карбонитридов, оксикарбидов и оксинитридов титана с концентрированными минеральными кисло-

тами // Журн. неорган. химии. – 2003. – Т. 48, № 8. – С. 1402–1408.

7.Рачев Х., Стефанова С. Справочник по коррозии. – М.: Мир, 1982. –

520 с.

8.Томашов Н.Д., Альтовский Р.М., Кушнерев М.Я. Исследование структуры пассивных окисных пленок на поверхности титана // Докл. АН

СССР. – 1961. – Т. 141, № 4. – С. 913–916.

9.Жиляев В. А. Твердорастворная природа тугоплавких фаз внедрения. Ч. I. Физическое обоснование // Материаловедение. – 2012. – № 3. – С. 3–9.

10.Жиляев В.А., Патраков Е.И., Федоренко В.В. Химические основы жидкофазного спекания TiC- и TiCN-керметов. Часть 1. Закономерности про-

71

УДК 621.1.9

Т.Р. Абляз

T.R. Ablyaz

Пермский национальный исследовательский политехнический университет Рerm National Research Polytechnic University

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЗАГОТОВОК ПРИ ОБРАБОТКЕ НА ПРОВОЛОЧНОВЫРЕЗНОМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОМ СТАНКЕ

STRUCTURE OF THE SURFACE LAYER OF WORKPIECE

IN THE PROCESSING OF WIRE-EDM

Изучено изменение структуры поверхностного слоя заготовок с разным коэффициентом теплопроводности после обработки на проволочно-вырезном электроэрозионном станке

Electronica EcoCut.

Ключевые слова: электрод-инструмент, электроэрозионная обработка, структура, титан, электрод-деталь.

Сhanges in the structure of the surface layer pieces with different coefficients of thermal conductivity after treatment on the wire-cut EDM machines are studied

Keywords: electrical discharge machining, wire electrical discharge machining, structure, titanium, electode-detail.

Электроэрозионное формообразование широко применяется в различных отраслях машиностроения при обработке поверхностей, изготовление которых не имеет альтернативных вариантов. Процессы, сопровождающие электроэрозионную обработку, определяются физикой взаимодействия материала с концентрированным потоком энергии, инициированным искровым или импульсно-дуговым разрядом. Осуществление разряда регламентируется приложенным к электродам напряжением, временем формирования импульса, состоянием рабочей жидкости и величиной межэлектродного зазора.

Неотъемлемым звеном этих процессов является образование вторичных структур на рабочих поверхностях обрабатываемого изделия и электродаинструмента. Это обусловливается тем, что поверхностный слой материала обрабатываемой заготовки подвергается интенсивному термическому воздействию [1].

73

Установлено, что свойства поверхностного слоя существенно изменяются в результате ЭЭО. Однако в полной мере эти свойства не определены.

В работе изучено изменение структуры поверхностного слоя двух заготовок с разными коэффициентами теплопроводности при обработке на про- волочно-вырезном электроэрозионном станке с использованием разных режимов резания.

Для проведения экспериментов выбрана силицированная титановая заготовка марки Grade 4 и стальная заготовка марки 40Х. Коэффициент теплопроводности для титана составляет 21,9 Вт/мК. Коэффициент теплопроводности для стали 41 Вт/мК [2].

Эксперименты проводились на проволочно-вырезном электроэрозионном станке EcoCut. В качестве электрода-инструмента была выбрана латунная проволока марки BercoCut диаметром 0,25 мм. В качестве рабочей жидкости использовалась чистая дистиллированная вода.

Режимы обработки представлены в таблице: Режимы обработки

Энергия импульса при работе на режиме I

E = UITon = 50·5·30 = 7500 Дж.

Энергия импульса при работе на режиме II

E = 50·5·10 = 1500 Дж.

Структура обработанных титановых заготовок представлена на рис. 1. Структура обработанных стальных заготовок представлена на рис. 2.

На рис. 1, 2 визуально можно выделить 4 зоны: 1 – белый слой, 2 – зона термовлияния, 3 – зона структурных деформаций, 4 – исходный материал. Для более точного определения размеров каждой из выделенных зон необходимо измерить их микротвердость.

Из проведенного исследования видно, что при увеличении энергии импульса происходит увеличение размеров зон поверхностного слоя как на титановой, так и на стальной заготовках. Таким образом, увеличение энергии импульса в пять раз приводит к увеличению размеров зон поверхностного слоя более чем в два раза.

74

а

б

Рис. 1. Структура поверхностного слоя титана: а – режим I; б – режим II

а

б

Рис. 2. Структура поверхностного слоя стали: а – режим I; б – режим II

75

Согласно проведенному исследованию можно установить, что материал с более низким коэффициентом теплопроводности подвержен большим структурным деформированиям в процессе резания. Для обеспечения минимальных деформаций в поверхностном слое обрабатываемых деталей необходимо подбирать режимы резания, обеспечивающие минимальную энергию импульса.

Список литературы

1. Серебреницкий П.П. Современные электроэрозионные технологии

иоборудование: учеб. пособие / Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2007. – 228 с.

2.Абляз Т.Р., Ханов А.М., Хурматуллин О.Г. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 121 с.

Получено 1.11.2012

Абляз Тимур Ризович – аспирант, лауреат премии Инженер года, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: lowrider11-13-11@mail.ru).

Ablyaz Timur Rizovich – Graduate Student, Engineer of the Year award winner, Perm National Research Polytechnic University (614990, Perm, Komsomolsky av., 29, e-mail: lowrider11-13-11@mail.ru).

76

УДК 378.14.015.62:378.147.227:539.3

Ю.С. Холодняк, А.В. Периг, И.А. Матвеев

Yu.S. Holodnyak, A.V. Perig, I.A. Matveev

Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск, Украина

Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk, Ukraine

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЕТА ДВУТАВРОВОЙ БАЛКИ И ЕЕ ИЗЛОЖЕНИЯ В КУРСАХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

I-BAR STRENGTH COMPUTATION METHODOLOGY

PERFECTION FOR TEACHING

OF ENGINEERING DISCIPLINES

Исследован характер изменения эквивалентных напряжений по высоте сечения двутавровой балки, установлены места их максимума во взаимосвязи с параметрами двутавра и внутренними силовыми факторами, действующими в сечении. Проанализированы условия, при которых наибольшие эквивалентные напряжения в сечении двутавровой балки не превышают их допустимой величины. Предложена упрощенная графическая методика комплексной оценки прочности двутавровой балки по нормальным, касательным и эквивалентным напряжениям, которая рекомендуется студентам и преподавателям технических вузов, а также производственным специалистам в области прочностных расчетов.

Ключевые слова: двутавровая балка, эквивалентные напряжения, прочность, методика расчета, факторное пространство.

The equivalent stress distribution along the height of an I-bar cross-section has been studied. The zones of maximum equivalent stress in conjunction with the I-bar geometric parameters and power load at the section have been found. The conditions for maximum equivalent stresses have been specified to not exceed the allowable values. An improved method for the comprehensive assessment of I-bar strength against the normal, tangential and equivalent stresses has been proposed. This computational approach may be recommended to lecturers and students of technical universities as well as engineering specialists in the field of strength computations.

Keywords: I-bar, equivalent stresses, strength, design procedure, quotient space.

В нынешнюю эпоху стремительного развития техники особое значение приобретает подготовка вузами высокообразованных специалистов, владеющих солидным комплексом теоретических знаний и практических навыков, позволяющих создавать все более сложные образцы новой техники. Немаловажную роль в этом призвано сыграть совершенствование методик изложе-

77

ния базовых дисциплин инженерной подготовки, наполнение их новыми знаниями, углубляющими существующие теоретические представления.

Одними из основных в курсе сопротивления материалов, закладывающем фундамент инженерных расчетов, и ряде других смежных дисциплин являются вопросы прочности массово использующихся в машиностроении, строительстве и ряде других отраслей промышленности конструктивных элементов стержневой формы, работающих в условиях плоского изгиба и именуемых балками.

Указанные вопросы давно уже относятся к классическим, казалось бы, полностью исчерпанным в теоретическом плане и не нуждающимся в дополнительном изучении. Однако, как показывает практика прочностных расчетов, неясные вопросы здесь все же остаются.

Считается общепризнанным [1–4 и др.], что для обеспечения надежной эксплуатации балки должны соблюдаться условия ее прочности по нормальным (1), касательным (2) и эквивалентным (3) напряжениям:

Методики нахождения максимальных нормальных σmax и максимальных касательных τmax напряжений, а также определения соответствующих допускаемых напряжений [σ] и [τ] достаточно полно и подробно изложены

вучебной литературе и в дополнительном анализе не нуждаются, чего нельзя сказать о методике нахождения максимальных эквивалентных напряжений

вбалках – σmaxэкв , прежде всего потому, что места их действия в большинстве

случаев неизвестны. Так, авторы упомянутых и многих других источников, приводя примеры полной проверки балок на прочность, рассматривают двутавровые балки и отмечают, без убедительных доказательств, что наибольшие эквивалентные напряжения в их поперечных сечениях действуют на стыках ребра с полками. По другим формам поперечных сечений подобных сведений практически нет.

В ходе исследований по данном вопросу [5, 6], ранее проведенных с участием авторов применительно к балкам прямоугольного и круглого поперечных сечений, было установлено, что наибольшие эквивалентные напряжения

взависимости от соотношения величин изгибающего момента M и поперечной силы Q, действующих в сечении, имеют место либо в крайних верхних и нижних слоях волокон балки, либо в волокнах нейтрального слоя, т.е.

вместах действия σmax и τmax. Их величины при соблюдении условий прочности (1) и (2) никогда не превышают [σ], т.е. условие прочности по эквива-

78

лентным напряжениям (3) в балках названных сечений выполняется автоматически.

Настоящая работа является логическим продолжением упомянутых исследований. Цель работы – изучить характер изменения эквивалентных напряжений по высоте сечения двутавровой балки, увязать положение и величины их максимумов с внутренними силовыми факторами, действующими в сечении, и на этой основе внести соответствующие коррективы в методику силового расчета указанных балок.

На рис. 1 показана форма сечения двутавровой балки (со стандартными обозначениями) и эпюры нормальных σ и касательных τ напряжений по высоте этого сечения [7].

Рис. 1. Распределение нормальных и касательных напряжений по высоте сечения двутавровой балки

Как известно, нормальные напряжения изменяются по линейному зако-

ну: