Аннотация: порошка при формовании уплотнителей сложной формы. Определены контур уплотнителя сложной формы, а также аналитические выражения и физические модели распределения плотности в зависимости от времени при одностороннем прессовании, распределение плотности в процессе прессования при предварительной подпрессовке в различный момент времени. На основе гипотезы плоского сечения и плоской деформации учтена температурная аналогия при моделировании процессов уплотнения порошкового тела в замкнутом объеме. Определен сложный контур уплотнителя для прессования. Рассмотрено уравнение неразрушаемости при течении порошковой смеси в пресс-форме, имеющей сложную полость. Установлено, что при течении порошковой смеси по сложной полости матрицы пресс-формы большое значение имеет скорость прессования. Исследовано влияние схемы прессования на распределение плотности в прессовке. При этом анализ распределения плотности и характеристик течения порошка по сложной полости пресс-формы показывает доминирующую роль температурной аналогии, связанной с теплоизолирующими наконечниками, установленными на внешнюю стенку матрицы пресс-формы. Установлено, что для верхней и нижней частей уплотнителя скорости нижнего и верхнего пуансонов равны для любой стадии прессования. Такая схема прессования эквивалентна уплотнению целым (неразборным) пуансоном. Кроме того, скорость пуансонов пропорциональна текущим высотам прессовки в матрице. В случае предварительного прессования с нижней подпрессовкой в конечной стадии уплотнителя скорости верхнего и нижнего пуансонов становятся пропорциональными. Предложенная температурная аналогия подходит при моделировании процессов прессования в замкнутых объемах порошковой смеси.

Аннотация: Исследованы микроструктура и механические свойства толстостенных сварных соединений из микролегированной высокопрочной С – Mn – Si – Cr – Cu – Nb – V – Ti-стали категории прочности S460J4W, стойкой к атмосферной коррозии. Рассматриваемые сварные соединения получены с помощью автоматической дуговой сварки (SAW 121-2) с погонной энергией 3,1±0,1 кДж/мм при V-образной симметричной разделке кромок и полуавтоматической дуговой сварки с погонной энергией 1,5±0,1 кДж/мм при 1/2 V-образной несимметричной разделке кромок. Идентифицированы и описаны микроструктурные особенности критических зон термического влияния, исследована микротвердость и определена работа удара. Дополнительно проведены испытания на старение основного металла. Выполнены оценка свариваемости при регулируемой теплоподаче и тест с валиковой пробой.

Аннотация: Подгибку кромок стальной трубной заготовки на роликовалковой кромкогибочной машине можно проводить при различных профилях поверхности верхнего прижимающего ролика. Ранее рассмотрена подгибка кромок трубной заготовки при двухрадиусном профиле верхнего прижимающего ролика. При таком профиле поверхность подогнутой кромки получается гладкой (имеет непрерывную касательную на нейтральной поверхности стального листа), но кривизна листа имеет разрывы в точках соприкосновения двух разных профилей верхнего ролика. В дальнейшем этот недостаток существенно исправляется при формовке трубной заготовки на экспандере. Достоинством двухрадиусной подгибки кромок является простота аналитического расчета профилей верхнего ролика и нижнего валка кромкогибочной машины и профиля кромки трубной заготовки при формовке и после нее. Рассмотрена подгибка кромок трубной заготовки при эвольвентном профиле верхнего прижимающего ролика. Такой профиль подгибки кромок на прессах впервые был предложен компанией SMS Meer. При эвольвентном профиле верхнего ролика поверхность подогнутой кромки получается особенно гладкой, так как кривизна листа не имеет разрывов на участке подгибки кромок трубной заготовки. Недостатком эвольвентной подгибки кромок трубной заготовки является невозможность аналитического расчета и необходимость численного расчета профилей верхнего ролика и нижнего валка кромкогибочной машины. В этом случае также необходим сложный численный расчет профиля нейтральной плоскости стенки трубной заготовки после кромкогибки. Построена новая математическая модель для расчета остаточной кривизны кромок стальной трубной заготовки при формовке и после нее на роликовалковой кромкогибочной машине с эвольвентным профилем поверхности верхнего ролика.

Аннотация: Показано, что при точении заготовок из сталей групп P и M по классификации ISO непрерывная сливная стружка является причиной незапланированной остановки оборудования и поломки инструмента. Непрерывная стружка затрудняет ее транспортировку и при переработке требует дополнительных затрат. Приведена классификация способов разрушения витка сливной стружки как процессов разделения, дробления и ломания. Установлено, что разрушение стружки (процесс стружколомания) происходит в результате дополнительного воздействия на виток со стороны препятствий, которые она встречает на пути движения после схода с передней поверхности инструмента. При точении препятствиями на пути движения витка являются задняя поверхность инструмента, обрабатываемая и обработанная поверхности заготовки и поверхности резания. Процесс стружколомания приводит к разрушению непрерывной стружки на одно- и многовитковые элементы. Доказано, что разрушению витка стружки на одновитковые элементы всегда сопутствует разрушение на многовитковые элементы. Установлено, что процесс стружколомания в зависимости от формы стружки осуществляется по разным схемам. Обоснованы необходимые условия разрушения витка стружки и установлено его достаточное условие. Определены критерии существования процесса стружколомания.

Аннотация: Рассмотрены факторы, влияющие на работоспособность стальных шаберных лезвий для крепирования бумаги. Объектами исследования являлись семь стальных шаберных лезвий разных производителей. По комплексу функциональных свойств проведен сравнительный анализ шести шаберных лезвий относительно эталонного, характеризующегося высокими служебными характеристиками. Проведено исследование состава, структуры и свойств сталей, использованных для изготовления крепирующих шаберов. Исследованы характеристики покрытий, нанесенных на кромку лезвия. Предложен комплекс функциональных свойств, которые необходимо учитывать при выборе оптимального шаберного лезвия. Этот комплекс включает в себя предел текучести стали, угол заточки режущей кромки лезвия, толщину покрытия, твердость и дисперсию значений твердости покрытия. Оптимальное лезвие выбирали при помощи функции желательности Харрингтона. По результатам комплексной оценки выбрано стальное лезвие, наиболее близкое по свойствам к эталонному. Проведенный анализ позволяет рекомендовать вид шаберных лезвий для замены изношенных без ухудшения комплекса функциональных свойств.

Аннотация: Показано, что при прочих равных условиях выплавка литейной коррозионностойкой хромоникелевой стали мартенситного класса в открытой индукционной печи с раскислением на выпуске расплава редкоземельными металлами и цирконием обеспечивает низкие значения общей загрязненности неметаллическими включениями плавки на уровне 0,98·10–4, определенной по методу «Л2» ГОСТ 1778–2022. При этом в составе неметаллических включений суммарное содержание редкоземельных (La, Ce, Nd) и поверхностно-активных элементов (В, Zr, S) достигает 75 % (мас.), а сами включения проявляют повышенную склонность к коалесценции. Обнаруженные при электронно-микроскопических и металлографических исследованиях строчки карбидной фазы длиной от 4,3 до 78,4 мкм, расположенные в затвердевающих на последних этапах кристаллизации зонах междуветвий, относятся к первичным и вторичным карбидам ниобия, образующимся соответственно при введении в расплав ниобия и в результате протекания на завершающем этапе затвердевания эвтектической реакции. Качественные закономерности дендритной ликвации компонентов для высоколегированных мартенситных сталей еще не найдены, однако для исследованных в работе составов установлено, что Сr, Ni, Сu, Si, Мо и Мn при кристаллизации ликвируют прямо и обогащают зоны междуветвий, формируя твердый раствор с повышенным содержанием карбидообразующих элементов. При этом на этапе дендритной кристаллизации из-за адсорбции действующих аддитивно поверхностно-активных элементов (S, Sn, В, Pb, Sе, Sb), суммарный объем которых превысил 0,09 % (мас.), образуется непреодолимая преграда для реализации выравнивающего состав диффузионного перераспределения элементов между осями дендритных ветвей и междендритным пространством и, как следствие, наблюдаемая еще большая гетерогенизация структуры при любых термических воздействиях. Металлографические исследования литых образцов выявили в их объеме аномальные «белые» зоны с повышенным, относительно зоны штатной кристаллизации, содержанием всех легирующих элементов. В закристаллизовавшихся на последних этапах объемах междуветвий «белых» зон зафиксировано интерметаллидное соединение на основе системы Fe – Cr – Mo (среднего состава % (мас.): 49,61 Fe; 27,33 Cr; 16,41 Mo; 2,59 Mn; 2,08 Si; 1,29 V; 0,69 Nb) с включениями ультрадисперсных кубических первичных карбидов ниобия в объеме. Показано, что ниобий, в отличие от остальных элементов, в «белой» зоне проявляет обратную ликвацию, т. е. при кристаллизации накапливается в дендритах, однако в зоне штатной кристаллизации ниобий ликвирует прямо, обогащая междуветвия.

Аннотация: В горном производстве и металлургии многоцелевые самоходные машины находят широкое применение в качестве внутризаводских и цеховых транспортных средств (ТС). Представлены результаты исследования, посвященного обоснованию конструктивно-технологических параметров стальной рамной конструкции многоцелевой самоходной машины (внутризаводского транспортного средства) грузоподъемностью до 2 т. Проанализированы основные причины дефекта рамы, а также конструкторские просчеты при ее проектировании. Подчеркнута значимость получения рациональных характеристик прочности и жесткости рамы при минимальной массе, а также технологичности в изготовлении и ремонте. Рассмотрены особенности конструкции лонжеронных стальных рамных конструкций, требования к материалам несущих систем, а также характеристики сталей, применяемых при их изготовлении. В результате проведенных исследований несущей системы внутризаводского ТС были выявлены зоны максимальной нагрузки, потенциальные места разрушения и области, требующие дополнительного усиления. На основе этих данных проведены вычислительные эксперименты по различным вариантам усиления критических элементов рамы и исследования возможностей применения сталей других типов. Для существующей конструкции рамы внутризаводского ТС методом вычислительного эксперимента обоснованы два варианта конструктивно-технологических параметров стальной лонжеронной рамной конструкции. Первый вариант рекомендуется использовать при производстве рамы, а второй — при ее модернизации в уже изготовленной конструкции самоходной машины с целью устранения недостатков, выявленных в процессе эксплуатации ТС (при рекламации). Эффективность предлагаемых конструктивно-технологических решений подтверждена внедрением их в производство и последующим опытом эксплуатации рассматриваемых ТС.

Аннотация: Рассмотрено напряженно-деформированное состояние при непрерывной раскатке гильз из коррозионностойкой марки стали. Описаны проблемы, возникающие при производстве бесшовных труб из труднодеформируемых марок стали. Проведено экспериментальное исследование по определению коэффициента контактного трения для условий, приближенных к условиям процесса раскатки гильзы в непрерывном прокатном стане. Полученные результаты экспериментального исследования импортированы в компьютерную модель, разработанную с использованием программного продукта QForm, и проведены расчеты формоизменения для различных условий контактных взаимодействий. Выполнено компьютерное моделирование с использованием программного продукта QForm 3D в соответствии с планом вычислительного эксперимента. Проведен статистический анализ результатов вычислительного эксперимента данных по изменению угла охвата оправки с деформируемым металлом, наружного диаметра и толщины стенки трубы на выходе из очага деформации каждой клети.

Аннотация: Рассмотрены результаты моделирования адаптации переднего угла режущего клина, обеспечиваемого подпружиненным поворотным сектором отрезного резца, к изменяющимся условиям резания на операциях отрезки. Показано что, несмотря на попытку управления вертикальным смещением вершины режущего клина относительно оси заготовки при постоянной жесткости пружины, лучшим из вариантов настройки узла саморегулирования является изменение как предварительной деформации его пружины, так и ее жесткости в зависимости от условий резания, например от подачи на оборот. Техническая реализация представляет значительные трудности, которые связаны с необходимостью оперативного управления этими параметрами узла саморегулирования. Исследования показали, что на операции отрезки для стабилизации сил резания в желаемом диапазоне совершенно недостаточно технически реализуемой в рассмотренном устройстве глубины регулирования переднего угла режущего клина. Установлено, что предложенное техническое решение «интеллектуального» инструмента, использующего принцип саморегулирования переднего угла режущего клина в зависимости от условий резания, на операциях отрезки технически реализуемо. Показано, что он эффективен только в узком диапазоне изменения режимов резания, что обусловлено применением в узле саморегулирования упругого элемента (пружины), определяющего угловое положение поворотного сектора режущего клина в зависимости от нагрузки на него. Для использования предлагаемого подхода в более широком диапазоне изменения условий резания необходимо применять концепции мехатроники в регулировании переднего кинематического угла и совмещать их управлением подачи на основе принципов робастного управления. Подтверждена техническая реализуемость и даны рекомендации по выбору параметров узла саморегулирования предлагаемого устройства резца.

Аннотация: На большинстве современных трубопрокатных агрегатов для производства труб применяют способ винтовой прошивки заготовок для получения гильз, который получил широкое распространение в результате высокой скорости процесса прокатки, а также возможности получения гильз с требуемыми качеством поверхности и точностью размеров. Актуальной задачей является совершенствование процесса винтовой прокатки. Представлены результаты исследования процесса винтовой прошивки заготовок стали марки 30ХГСА с использованием программы QForm. Исследовано осевое усилие, действующее на оправки с носиком и без него при прошивке гильз одного и того же размера. Изучен износ указанных типов оправок под действием нормальных и касательных напряжений. Также рассмотрено распределение температурных полей на поверхности оправок в конечной стадии процесса прошивки. Установлено, что в процессе прошивки на оправку без носика действует меньшее осевое усилие, чем на оправку с носиком. Также было установлено, что оправка с носиком подвергается большему износу, чем оправка без носика.

Аннотация: Тонкостенные стальные цилиндрические стаканы принято получать методами пластического формоизменения из листовой или прутковой заготовок. При производстве стаканов большой высоты методами вытяжки листовой заготовки необходима реализация нескольких операций с промежуточными отжигами, что влияет на эффективность технологии. Процессы выдавливания позволяют получать глубокие стаканы за один ход инструмента, однако возникают значительные нагрузки на деформирующем инструменте, влияющие на его стойкость. В целом процессы выдавливания при изготовлении глубоких стальных стаканов более предпочтительны. Ввиду этого важной задачей является снижение нагрузок на рабочий инструмент при выдавливании тонкостенных стаканов из прутковых заготовок. Одним из методов, позволяющих добиться снижения сил, является обеспечение активных сил трения. Рассмотрен метод выдавливания с активным трением и дополнительным очагом деформации на краевых элементах заготовки, что позволяет снизить силовые нагрузки. Приводятся результаты моделирования выдавливания прутковой заготовки с активными силами трения и подталкиванием торцовой части заготовки. Дополнительный очаг деформации при моделировании создан путем предварительного создания утолщения на торце формируемой стенки и дальнейшего его утонения на конусе матрицы, за счет чего осуществлялось подталкивание заготовки. По результатам моделирования выполнены исследования влияния скоростных режимов деформирования, степей деформации и геометрии инструмента на усилия штамповки, давления на контактных поверхностях инструмента и заготовки и повреждаемость материала заготовки. Установлены рациональные характеристики инструмента, обеспечивающие минимальные давления на рабочих поверхностях пуансона.

Аннотация: В современном машиностроении задача комплексного улучшения эксплуатационных свойств металлических материалов в значительной степени связана с разработкой новых технологических процессов поверхностного упрочнения изготовленных из них деталей. Высокой эффективностью, простотой и технологической гибкостью характеризуются жидкостные процессы карбонитрирования. Суть карбонитрации или метода «жидкостного» азотирования заключается в упрочнении поверхностного слоя изделий из стали и чугуна методом диффузионного насыщения азотом и углеродом в расплаве солей, синтезированных из аммоноуглеродных соединений (меламин, мелон, дициандиамид), при температуре 540–580 оC. Данный процесс предполагает одновременное насыщение как азотом, так и углеродом, поэтому в поверхностном слое металла образуются карбонитридные фазы, которые являются более пластичными и не имеют такой хрупкости, как чисто нитридные, получаемые при газовом азотировании, являющимся наиболее близким аналогом описываемого метода. После карбонитрации на поверхности формируется упрочненный слой, состоящий из нескольких зон. Верхний слой представлен ε-карбонитридом типа Fe3(N,C). Под карбонитридным слоем располагается зона γ'-фазы типа Fe4(N,C), под которой находится диффузионная зона (гетерофазный слой), состоящая из твердого раствора углерода и азота в железе с включениями карбонитридных фаз, твердость которой значительно выше твердости сердцевины. Выполнено исследование жидкостной карбонитрации в солевых расплавах на структуру и свойства углеродистой стали 45.

Аннотация: Безопасность эксплуатации грузоподъемных машин в значительной степени определяется качеством исполнения стальных конструкций, что обусловливает необходимость проведения анализа их надежности, который следует выполнять еще на стадии конструкторско-технологического проектирования жизненного цикла грузоподъемной машины. Анализ надежности применительно к грузоподъемным машинам мостового типа обычно проводят для критических элементов стальных конструкций, возникновение усталостных трещин в которых может вызвать катастрофические последствия и свидетельствует об исчерпании ресурса конструкции в целом. К данным элементам грузоподъемных машин относят соединения главных и концевых балок, крепления ходовых колес, середины главных балок, металлоконструкции грузовых тележек. В связи с этим предложена инженерная методика анализа надежности стальных конструкций грузоподъемных машин мостового типа на стадии конструкторской подготовки производства, которая позволяет оценить способность грузоподъемной машины выполнить установленные требования по долговечности, определяемой предполагаемым числом циклов нагружения до достижения длины трещины в середине главной балки грузоподъемной машины мостового типа критического размера. При этом критическую длину трещины и скорость ее роста в методике рассчитывают на основе коэффициента интенсивности напряжений, для определения которого на основе конечно-элементного моделирования получены соответствующие зависимости его от относительного размера трещины и напряжений в границах зоны накопления упругопластических повреждений. Практическое применение предложенной методики обеспечит снижение затрат на эксплуатацию проектируемой грузоподъемной машины.

Аннотация: Для обеспечения безаварийного функционирования стопорного устройства промежуточного ковша машины непрерывного литья заготовок разработан прототип автоматической системы раннего прогнозирования нештатной ситуации типа «Некрытие стопора». Система контроля построена на основе нечеткого логического вывода типа Мамдани, которая позволяет в режиме реального времени осуществлять контроль за возникновением, развитием и предупреждением нештатной ситуации в процессе непрерывной разливки стали, возникающей из-за нерегулируемого поступления металла в кристаллизатор, что в результате приводит к переполнению промежуточного ковша и к переливу металла. Опробование математической модели на контрольной базе данных, соответствующих реальным условиям эксплуатации и работы МНЛЗ, показал более 90 % совпадений фактических и прогнозных оценок ситуации.