Материал: Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Федоров И.А., Смирнов П.Б

Достоверность методики была доказана экспериментально путем обработки партии образцов и построения кривых распределения размеров до и после обработки. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований дало положительный результат.

Особенности процесса ЭХО, влияющие на точность операции.

К таким особенностям относятся:

- отсутствие износа электрода-инструмента;

- практическое отсутствие тепловых деформаций (колебание температуры в рабочей зоне не превышет 20ºС);

-практическое отсутствие сил при обработке;

- имеют место погрешности, возникающие в результате деформации технологической системы под влиянием гидродинамических сил потока электролита и погрешности, вызванные неравномерностью распределения физико-технических и химических свойств структурных составляющих фаз обрабатываемой детали, хотя их следует учитывать только при ЭХО заготовок малой жесткости.

Суммарная погрешность при ЭХО включает [2]:

∆_ЭХО = f(∆y; ∆Ʒ; ∆Z; ∆H; ∆S; ∆_устр.), (1)

где∆y- погрешность установки заготовки;

∆Ʒ - исходная погрешность контролируемого размера заготовки;

∆Z - погрешность в величине удаляемого припуска на обработку;

∆H - погрешность настройки станка;

∆S – изменение в течение времени обработки межэлектродного зазора (S) под воздействием электрических и гидродинамически факторов;

∆_устр.- отклонения, зависящие от конструкции устройства для активного контроля.

В зависимости от способа активного контроля суммарная погрешность в разной степени будет зависеть от параметров, приведены в формуле (1). Суммарная погрешность будет складываться из элементарных отклонений, которые свойственны каждой схеме. Рассмотрим типовые случаи контроля. Прямой контроль включает:

- способ «ощупывания»

∑∆ = f(∆y;∆_устр.)(2)

При расчетах по «max – min»

∑∆ = ∆y + ∆_устр.(3)

- ультразвуковой контроль

∑∆ = ∆_устр.(4)

Косвенный контроль выполняется по величине удаляемого припуска

∑∆ =f(∆Ʒ; ∆Z; ∆_устр.),(5)

где∆Ʒ - погрешность заготовки, принимаемая равной допуску на размер.

∆Z = ∆Z_{реж.обр.},(6)

где∆Z_{реж.обр.} - погрешность, вызванная колебаниями режимов обработки.

При активном контроле управление процессом возможно по следующим параметрам:

- времени обработки

∑∆ = ∆Ʒ + Z_min∙( ) + ∆_устр.(7)

- количеству электричества

∑∆ = ∆Ʒ + Z_min∙( ) + ∆_устр.(8)

- величине рабочего тока

∆ = f(∆U; ∆χ; ∆τ; ∆η),(9)

где ∆χ - изменение электропроводности электролита;

∆τ - изменение времени протекания процесса;

∆η - изменение выхода по току.

Представленная методика расчета позволяет установить суммарную погрешность по методу «max – min» для методов активного контроля при ЭХО деталей на предварительно настроенном станке.

Литература

1. Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки. М: Машиностроение, 2005 - 511с.

2. Наукоемкие технологии в машиностроении / Под ред. А.Г. Суслова. М: Машиностроение, 2012 - 526с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 303.1

В.Н. Старов, Д.В.Старов

Повышение управляемости обеднениепроцесса

Предложена новая система управления «обеднение процессом»

Известная технология «обеднение процесс» включает несколько базовых этапов, где особую роль отводят подготовке однофазового расплава, в котором имеются подвижные катионы из стеклообразной питающей смеси. Подготовка расплава это составление смеси очищенных от примесей SiО2 + Na2CО3, взятых в весовом соотношении, обеспечивающем получение требуемого неорганического полимера типа Sin02n+3.

В процессе этого этапа после удаления из расплава углерода и связанного с ним кислорода, которые при выделении в виде пузырьков перемешивают расплав, создается стекло основа. Высокому качеству способствуют следующие факторы: - тщательное перемешивание приготовленного состава; - тонкая плавка смеси SiО2 + Na2CО3 в печи до получения однофазового расплава SiO2+Na2O3; - размещение расплава в особой колонке.

Совершенствование систем управления на каждом этапе необходимо для стабильности процессов, происходящих в электрохимической колонке при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода расплав стеклообразующего вещества, которые называют «обеднение процесс».

Энергетическая исследовательская колонка имеет базовую схему, которая обеспечивает наложение на двуполостную колонку внешнего электрического высоковольтного потенциала. Наложение поля, осуществляется в среде инертного газ, обычно используют аргон. Нагретый однофазный раствор подвергается воздействию электрическим полем. Объем расплава выбран расчетным путем.

Пространство колонки ограничено твердыми стенками из кварцевого стекла, проницаемого для электронов. Расплав подвергается воздействию электрическим полем анода 1, помещенного в расплав 2, составляющего с анодом 1 систему с регулируемым напряжением. Электрическая цепь анода соединена с источником напряжения, катод которого заземлен. Кварцевое стекло не препятствует прохождению электрического поля.

Представленная на рис. 1 схема колонки содержит помимо вышеуказанных элементов предложенные автором работы системы управления разнородными полями, обеспечивающие целенаправленное протекание процесса, а также повышение эффективности съема получаемой энергии.

Рис. 1. Схема электрохимической колонки

Воздействие внешнего электрического поля на систему с расплавом стеклообразующей многокомпонентной смеси приводит к «вырыву» электронов из этого расплава. В итоге поток электронов приводит к образованию в расплаве подобие постоянного тока, а приобретенный расплавом 4 положительный объемный заряд индуцирует в проводнике первого рода отрицательный заряд, в результате создается разность электрических потенциалов. Под его действием подвижные катионы удаляются из расплава в проводник 5 первого рода.

В расплаве накапливаются распределённые по объёму положительные заряды, поля которых, вместе с полем заряда анода 1 поляризуют и смещают структурные частицы расплава. Накопленный объёмный заряд расплава 2, дополненный электрическим полем анода 1 и распределенным электрическим полем, образовавшимся относительно стенок 3, накладывается на другой части расплава 4. В процессе концентрации ионов в расплаве нижнего участка колонки в итоге их обедняют до заданной величины, с выделением на проводнике первого рода металлов. В зависимости от вида подвижных катионов в среде инертных газов при заданной температуре, отвечающей состоянию твердо-, жидко-, паро- или газоподобного агрегатного состояния вещества выделившейся массы, образуется материал (металл) высокой чистоты.

Расплав нижней части колонки при этом приобретает определенное сочетание химических элементов, вида полистекол, характеризуемых нестехиометрией химического состава (Sin02n+3) с выделением. Получение однофазовых стеклообразных материалов вещества нестехиометрического состава с необходимыми свойствами, происходит в результате взаимодействия химических элементов расплава в состоянии подвижных катионов расплава и структурных элементов матрицы расплава, посредством прямого цикла, обеднение процесса и обратного, химических превращений, происходящих в замкнутом пространстве расплава.

На определенном этапе процесса после получения требуемого химического состава в расплаве его охлаждают по определенным законам и получают однофазовый стеклообразный полиматериал. Это вещество нестехиометрического состава, свойства которого во многом зависят от скорости охлаждения, геометрических параметров охлаждаемой системы, формы расплава и иных факторов.

Для реализации условий гарантированного самостоятельного протекания «обеднение процесса» необходимы сильные электрические поля в обеих частях расплава, особая инертная среда, электроно – проницаемые защитные оболочки горячего расплава, системы управления накачкой первородной энергии, поддержанием управляющих полей, съемом энергии и многие другие факторы, стабилизирующие направленное протекание процесса.

При работе колонки электрические заряды «обеднение процесса» приводят к возникновению в расплаве нестационарного магнитного поля, характеризуемого электро-движущей силой. Возникновение магнитного поля имеет место в двух или трех зонах колонки, поэтому в колонке имеются контуры извлечения электрического тока. Управление ими осуществляют за счет новой системы управления СУ полями 1П, 2М, 3К.

При этом одна зона формируется распределёнными по объемам расплава электрическими зарядами в стеклообразующей многокомпонентной смеси 2, поляризованной собственными, накапливаемыми в анодном процессе положительными зарядами, создающими нестационарное магнитное поле верхнего расплава.

Вторая зона формируется в это расплаве нижней части 4, находящейся в сопряжении с проводником первого рода.

Ряд исследователей утверждают, что в подобных процессах при использовании в верхнем объеме электролизной ванны с расплавом, например, окиси алюминия, можно получать в промышленных масштабах особо чистый алюминий. При других питающих смесях можно получить особо чистый натрий (калий, кальций, магний и другие металлы), а также достаточное количество тепловой и электрической энергии.

Применение на практике колонок, реализующих "обеднение процесс", обеспечивает не только, получение высокочистых металлов, достаточное количество дешевой энергии, но и возможность получения сверх прочных композиционных полистекол, материалов с наперед заданными свойствами. Однако, к сожалению, в настоящее время получить указанные полистекла в отечественной промышленности в достаточном масштабе пока не удается и работы находятся на стадии экспериментов. Требуются глубокие исследования сущности процессов, проходящих в колонке и создание новых систем.

Считается, что процессы распада исходного вещества в подобных колонках длятся до нескольких десятков суток, что зависит от принятого режима протекания «обеднение процесса». После выработки в колонке исходного вещества она выводится из работы, очищается и снова загружается расплавом.

Анализируя различные схемы, в том числе, описанные в зарубежной литературе способы получения специальных конструкционных материалов, авторы считают их в одних случаях удачными, как это присуще патентам получение стекла Титова, но большинство работ это начальные стадии исследований. Наши исследования показали, что особое внимание следует уделять развитию автоматизированных систем управления, как этапами процесса, так и направленному получению полистекол нестехиометрического состава с необходимыми свойствами.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.879.31

Ю.М. Бузин, Д.Г. Козловцев

Исследование нагруженности стрелы обратной лопаты гидравлического экскаватора

В статье приведены данные по практическому проектированию составляющих частей сложной строительной техники

Стрела служит базовым элементом рабочего оборудования одноковшового экскаватора. В соответствии с традиционной кинематической схемой рабочего оборудования обратная лопата гидравлического экскаватора(рис.1,а) гидроцилиндры выдвижения стрелы расположены снизу относительно стрелы, а гидроцилиндр выдвижения рукояти сверху.

Шарниры крепления к стреле гидроцилиндров стрелы (шарнир А) и гидроцилиндра рукояти к рукояти (шарнир В) расположены на значительном расстоянии друг от друга (примерно 1000…2000 мм). Шарниры крепления к рукояти гидроцилиндра рукояти (шарнир С) и гидроцилиндра ковша (шарнир Д) расположены на расстоянии 600…800 мм. Расстояние между шарнирами крепления стрелы к рукояти (шарнир Е) и гидроцилиндра рукояти к рукояти составляет примерно 800 мм. Эти расстояния между шарнирами относятся к экскаваторам 4-ой, 5-ой групп.

Рис.1. Схемы рабочего оборудования обратной лопаты:а - традиционная; б - с нижним расположением гидроцилиндров стрелы и рукояти;в - с верхним расположением гидроцилиндров стрелы и рукояти; 1-1…3-3 - сечения, в которых определялись изгибающие моменты

Шарнир А обычно расположен на оси стрелы, а шарнир В вынесен за металлоконструкцию стрелы вверх и крепится к специальному сварному или литому кронштейну, приваренному к металлоконструкции стрелы. Шарнир С закреплен обычно в металлоконструкции рукояти, как и шарнир Е. Шарнир Д бывает закреплен внутри рукояти или вынесены за металлоконструкцию рукояти и прикреплен к специальному кронштейну, приваренному к металлоконструкции рукояти.

Во ВНИИстройдормаше [1] в процессе работы по снижению металлоемкости рабочего оборудования и необходимому для этого снижения усилий в его элементах были разработаны и исследованы новые схемы кинематики рабочего оборудования обратной лопаты гидравлического экскаватора (рис. 1, б, в).

Сравнение нагруженности рабочего оборудования обратной лопаты для различных вариантов кинематических схем производилось по максимальным значениям изгибающих моментов в аналогичных сечениях конструкции стрелы и рукояти.

Сравнительные исследования рабочего оборудования экскаваторов 4-ой и 5-ой размерных групп выявили, что в схемах, где шарниры А и Б совмещены, изгибающие моменты в сечениях стрелы на режимах копания поворотом ковша и рукояти при реализации максимального давления в гидросистеме (при стопорении ковша) снижаются по сравнению с традиционной схемой рабочего оборудования, так как силовой поток предается через гидроцилиндры, тем самым частично разгружается металлоконструкция стрелы.

В схеме рабочего оборудования (рис. 1,б) максимальный изгибающий момент в отмеченных сечениях стрелы снижается в 1,6…2,3 раза, а в схеме (рис .1,в) – в 2,5…3,8 раза.

По схеме (рис. 1,в ) точка крепления пяты стрелы к поворотной платформе перенесена вниз, в точку где раньше крепился гидроцилиндр стрелы. Точка крепления гидроцилиндра перенесена вверх, где раньше крепилась пята стрелы.

В сечениях металлоконструкции рукояти при схеме (рис. 1,в) максимальные изгибающие моменты остаются на том же уровне, что при традиционной схеме рабочего оборудования (рис. 1,а).

Использование схем рабочего оборудования обратной лопаты с совмещенными шарнирами гидроцилиндров стрелы и рукояти на стреле и гидроцилиндров ковша и рукояти на рукояти дает возможность снизить массу металлоконструкции рабочего оборудования на 15…20%.

Схема рабочего оборудования с верхним расположением совмещенных шарниров А и В (рис. 1,в) была использована при модернизации рабочего оборудования обратная лопата экскаватора ЭО-5225 с ковшом вместимостью 1,8 м³.

Модернизированная стрела с расчетными сечениями представлена на рис. 2. Остов стрелы представляет собой листовую сварную конструкцию коробчатого сечения из стали 09Г2С с пределом текучести σ_Т = 325 МПа. Расчеты на прочность проведены по нормативным документам СКТБ «Земмаш» ОАО «ВЭКС» г. Воронеж.