Рассмотрен процесс моделирования в программном пакете Ansys LS-DYNA напряженно-деформированного состояния рабочей зоны деформации на разделительных операциях листовой штамповки с использованием инструмента с износостойким ионно-плазменным покрытием. Объектом исследования выступает рабочий инструмент (пуансоны и матрицы) штамповой оснастки для процессов листовой штамповки с износостойким покрытием на основе нитрида титана, нанесенного методами ионно-плазменного напыления и катодно-ионной очистки. Целью исследования являлось определение влияния износостойкого покрытия, нанесенного на рабочую кромку штампового инструмента, на напряженно-деформированное состояние в зоне деформации. В рамках исследования были предложены физические и математические модели процессов вырубки с использованием программных пакетов и произведены оценка и анализ напряженного состояния материалов инструмента в рабочей зоне деформации. В процессе моделирования был использован метод конечно-элементного моделирования динамических взаимодействий твердых тел в программном пакете Ansys LS-DYNA. Были получены следующие результаты: построены математические модели процессов вырубки листового материала (модели пуансона, матрицы и заготовки), произведен переход от 3D-моделей к упрощенным соосным симметричным моделям, позволяющим оценить напряженно-деформированное состояние в рабочей зоне по отдельным сечениям; построены модели процессов вырубки с инструментом разного типа (с износостойким покрытием и без покрытия), получены визуальные интерпретации распределения полей напряжений в материале инструмента, построены графики напряжений и потенциальной энергии в элементах поверхностного слоя в критических точках контакта на характерных этапах процесса вырубки листового материала.

Ключевые слова: штамп, пуансон, матрица, покрытие, износостойкость, математическая модель, LS-DYNA, конечно-элементная сетка, напряженно-деформированное состояние, нитрид титана, ресурсоемкость.

Морозов Олег Игоревич (Ульяновск, Россия) – старший преподаватель кафедры материаловедения и обработки металлов давлением Ульяновского государственного технического университета, e-mail: olmorozov-rabota@yandex.ru.

Кокорин Валерий Николаевич (Ульяновск, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой материаловедения и обработки металлов давлением Ульяновского государственного технического университета, e-mail: vnkokorin@mail.ru.

Табаков Владимир Петрович (Ульяновск, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой инновационных технологий в машиностроении Ульяновского государственного технического университета,
e-mail: vpt1947@mail.ru.

Сагитов Дамир Ильдарович (Ульяновск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры авиационной техники, замдекана факультета летной эксплуатации и управления воздушным движением Ульяновского института гражданской авиации им. гл. маршала авиации Б.П. Бугаева, e-mail: sagdam@mail.ru.

Титов Юрий Алексеевич (Ульяновск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и обработки металлов давлением, замдекана машиностроительного факультета Ульяновского государствен­ного технического университета, e-mail: tya@ilstu.ru.

Илюшкин Максим Валерьевич (Ульяновск, Россия) – кандидат технических наук, заместитель генерального директора по науке АО «Ульяновский НИАТ»,
e-mail: fzbm@mail.ru.

1. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 2008. – 311 с.

2. Хван А.Д., Хван Д.В., Осинцев A.JI. Повышение стойкости инструментальной стали Х12М // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. – 2012. – Т. 8, № 5. – С. 131–134.

3. Табаков В.П., Чихранов А.В. Определение механических характеристик износостойких ионно-плазменных покрытий на основе нитрида титана // Известия Самар. науч. центра РАН. – 2010. – Т. 12, № 4. – С. 292–297.

4. Згалат-Лозинский О.Б., Рагуля А.В., Дуб Н.В. Свойства нанокристаллических материалов на основе нитрида титана // Наноструктурное материаловедение. – 2010. – № 1. – С. 30–38.

5. Моделирование процесса интенсивной деформации в роликах с использованием программного пакета Ansys LS-DYNA / О.И. Морозов, М.В. Илюшкин, В.П. Табаков, В.Н. Кокорин, В.В. Марковцева, Ю.Н. Гаврилина // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2016. – № 12 (144). – С. 43–47.

6. Повышение стойкости рабочих поверхностей деталей штампов и пресс-форм из теплостойких сталей / О.И. Морозов, В.П. Табаков, В.Н. Кокорин, Ю.А. Титов // Известия Тул. гос. ун-та. Технические науки. – 2017. – Вып. 11, ч. 1. – С. 64–68.

7. Повышение стойкости рабочих поверхностей деталей штампов при использовании комплексной модификации / О.И. Морозов, В.Н. Кокорин, В.П. Табаков, Д.И. Сагитов, М.В. Илюшкин, Н.А. Ширманов // Известия Тул. гос. ун-та. Технические науки. – 2019. – № 3. – С. 317–326.

8. Физическая модель структурирования системы «подложка-покрытие» в процессах комплексного модифицирования поверхностного слоя рабочих частей штампов и пресс-форм / О.И. Морозов, В.Н. Кокорин, В.П. Табаков, Д.И. Сагитов, М.В. Илюшкин, Н.А. Ширманов // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2018.– № 11 (89). – С. 35–41.

9. Исследование процесса комплексной модификации поверхностного слоя рабочих деталей штампов и пресс-форм, работающих в условиях повышенного износа / О.И. Морозов, В.Н. Кокорин, В.П. Табаков, Д.И. Сагитов, М.В. Илюшкин, Н.А. Ширманов // Живучесть и конструкционное материаловедение (ЖивКоМ-2018): материалы 4-й Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 80-летию ИМАШ РАН, г. Москва, 4–6 декабря 2018 г. / Ин-т комп. исслед. – М.; Ижевск, 2018. – С. 181–183.

10. Физическая модель механической активации поверхностного слоя металлов и сплавов в процессе одноосного сжатия / О.И. Морозов, В.Н. Кокорин, В.П. Табаков, Д.И. Сагитов, М.В. Илюшкин, Н.А. Ширманов // Живучесть и конструкционное материаловедение (ЖивКоМ-2018): материалы 4-й Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 80-летию ИМАШ РАН, г. Москва, 4–6 декабря 2018 г. / Ин-т комп. исслед. – М.; Ижевск, 2018. – С. 183–184.

11. Чернявский А.О. Метод конечных элементов. Основы практического применения: монография. – М.: Машиностроение, 2003. – 24 с.

12. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. Ansys в руках инженера: Практическое руководство. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 272 с.

13. Чигарев А.В., Кравчук, А.С., Смалюк А.Ф. Ansys для инженеров: справ. пособие. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

14. Курненков А.В., Шурыгин А.Ю. Численное моделирование процессов резания: учеб. пособие / Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Н. Новгород, 2017. – Ч. 1. – 184 с.

15. LS-DYNA analysis for structural mechanics. Predictive engineering / LSTC Livermore Software Technology Corp. – Livermore, 2014. – 115 p.

16. Криворучко Д.В., Залога В.О., Корбач В.Г. Основы 3D-моделирования процессов механической обработки методом конечных элементов: учеб. пособие. – Сумы: Изд-во СумДУ, 2009. – 208 с.

17. Илюшкин М.В. Моделирование процессов обработки металлов давлением (осадка цилиндрической заготовки): учеб.-метод. пособие. – Ульяновск: Изд-во УлГУ, 2013. – 112 с.

18. Повышение стойкости штампового инструмента с износостойким покрытием на формоизменяющих операциях / В.П. Табаков, В.Н. Кокорин, Е.Л. Корняков, О.И. Морозов, А.С. Алешин, Д.И. Сагитов // Известия Тул. гос. ун-та. Технические науки. – 2020. – № 6. – С. 352–358.

19. Физическая модель структурирования в процессах комплексного модифицирования поверхностного слоя рабочих частей штампов и пресс-форм / О.И. Морозов, Н.В. Мишов, Н.П. Шиллер, А.М. Бузыцкий // МИКМУС-2018: материалы XXX Междунар. инновац. конф. молодых ученых и студентов, г. Москва, 20–23 ноября 2018 г. – М., 2019. – С. 39–41.

20. Tobias Erhart Review of solid element formulation in LS-DYNA // LS-DYNA Forum 2011, Stuttgart, Germany, 12 October 2011. – Stuttgart, Germany, 2011. – P. 36.

21. Haufe A., Schweizerhot K., Du Bois P. Review of shell element formulations // Developer Forum, Filderstand, Germany, 24 September 2013. – Filderstand, Germany, 2013. – P. 35.

22. Maresca G., Milella P.P., Pino G. A critical review of triaxiality based failure criteria. – ANPA – Via V. Brancati, Roma, 1997.

23. Bradley N. Maker, Xinhai Zhu Input parameters for metal forming simulation using LS-DYNA / LSTC. – 2000. – 12 p.

24. Муйземнек А.Ю. Описание поведения материалов в системах автоматизированного инженерного анализа: учеб. пособие / ИИЦ ПГУ. – Пенза, 2005. – 152 с.

25. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическим деформациям. Краткие основы. – М.; Л.: Машгиз, 1949. – 248 с.

Показано, что достижение только высокой жаро- и коррозионной стойкости разработанных многокомпонентных металлических композиций и керамических материалов становится недостаточно для обеспечения требуемых защитных свойств лопаточного аппарата современных газотурбинных установок. Весьма важными стали считаться проблемы согласования слоев в многослойных покрытиях по значениям КТР, диффузионному взаимодействию и другим эксплуатационным характеристикам. Систематические многолетние исследования позволили определить, что для этих целей наиболее приемлемыми являются составы, кристаллизующиеся с образованием эвтектических структур на основе никеля и/или кобальта, в которых за счет изменения содержания и концентрации легирующих элементов удается получать различное сочетание пластичности, сопротивления термической усталости в условиях циклического окисления и газовой коррозии. Наилучшие результаты были получены в случае применения разработанной композиции состава Ni–22Cr–16Al–1Y, напыляемой плазменным методом с использованием гранулированного конгломерированного порошка, подготовленного по специально разработанной технологии.

Для преодоления недостатков плазменного покрытия, в первую очередь невысокой термической стабильности при повышенных температурах, было предложено наносить барьерный слой на границу сплав–плазменное покрытие в виде термодиффузионной алюмосилицидной прослойки составом 28Al–2Si–1P3M. В качестве теплозащитного поверхностного слоя было выбрано напыляемое керамическое покрытие составом (ZrO2 + 8%Y2O3).

В результате было разработано комбинированное трехслойное теплостойкое покрытие, которое наносили последовательно с использованием различных технологий. Первый термодиффузионный слой толщиной 40–55 мкм расположен на границе со сплавом основы и обеспечивает высокую жаро- и коррозионную стойкость, а также диффузионную стабильность всего покрытия в целом. Второй плазменный металлический слой толщиной 110–115 мкм обеспечивает высокую термостойкость покрытия и хорошую адгезию керамического внешнего слоя к металлической поверхности. Третий внешний керамический слой толщиной около 50 мкм является теплозащитным и предохраняет поверхность лопатки от перегрева. Проведенные комплексные лабораторные, стендовые и натурные испытания на лопатках в составе изделия позволили внедрить регламент и разработанный техпроцесс в серийное производство.

Ключевые слова: защитное покрытие, металлическая композиция, керамика, плазменное напыление, термодиффузия, фазовый состав, концентрация, коррозионная стойкость, структура, шероховатость.

Гузанов Борис Николаевич (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии Российского государственного профессионально-педагогического университета, e-mail: boric.guzanov @ rsvpu.ru.

Пугачева Наталья Борисовна (Екатеринбург, Россия) – доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории микромеханики материалов Института машиноведения Уральского отделения РАН, e-mail: nat@imach.uran.ru.

Алексеев Валерий Дмитриевич (Екатеринбург, Россия) – генеральный директор Центрального научно-исследовательского института металлургии и материалов,
e-mail secretar@cniim-ekt.ru.

Cлукин Евгений Юрьевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры обработки металлов давлением Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина,
e-mail: e.yu.slukin@urfu.ru.

1. Косицын С.В. Сплавы и покрытия на основе моноалюминида никеля. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2000. – 277 с.

2. Гузанов Б.Н., Косицын С.В., Пугачева Н.Б. Упрочняющие защитные покрытия в машиностроении. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2004. – 244 с.

3. Мубояджан С.А., Лесников В.П., Кузнецов В.П. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГТД. – Екатеринбург: Квист, 2008. – 208 с.

4. High temperature coatings for gas turbine blades: a review / R. Sivakumar [et. al] // Surf. Coat. Techn. – 1989. – Vol. 37. – P. 261–265.

5. Crot A.S., Martyn I.K. Behavior of plasma sprayed ceramic thermal-barrier coatings for gas turbine application // Amer. Ceram. Soc. Bull. – 1981. – Vol. 60(8). – P. 807–811.

6. Chaki T.K., Singht A.K., Sadananda K. Effect of CoCrAlY coating on microstructural stability and creep behavior of nickel-base superalloy // Thin Solid Films. – 1989. – No 168. – P. 207–220.

7. Панков В.П., Шаталов А.И., Соловьев В.А. Структурные изменения в жаростойких покрытиях лопаток турбин при эксплуатации // Наукопарк. – 2014. – № 2–2(22). – С. 51–55.

8. Особенности структуры и свойств (γ + β) сплавов Ni–Cr–Al вблизи эвтектического состава / С.В. Косицын, Б.Н. Гузанов, С.Д. Алексин [и др.] // ФММ. – 1990. – № 9. – С. 114–122.

9. Купченко Г.В., Нестерович Л.Н. Структура и свойства эвтектических композиционных материалов. – Минск: Наука и техника, 1986. – 200 с.

10. Структура и фазовые превращения в направленно кристаллизованных эвтектических сплавах системы Ni–Cr–Al / К.В. Горев, Г.П. Горецкий, Г.В. Купченко [и др.] // Докл. Акад. наук БССР. – 1986. – Т. 30, № 4. – С. 334–336.

11. Диаграммы состояния металлических систем / под общ. ред. Н.В. Агеева; ВИНИТИЭ. – М., 1961. – Вып. 4. – 183 с.

12. Пугачева Н.Б. Современные тенденции развития жаростойких покрытий на основе алюминидов железа, никеля и кобальта // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2015. – № 3. – С. 51–82.

13. Мовчан Б.А., Малашенко И.С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. – Киев: Наукова думка, 1983. – 232 с.

14. Гузанов Б.Н., Мигачева Г.Н., Обабков Н.В. Разработка и исследование многослойных комбинированных покрытий высокотемпературного назначения // Sciences of Europe, Praha, Сzech Republic. – 2017. – No 16(16). – P. 83–86.

15. Owczarski W.A. Coating and advanced ceramics sistems in aircraft gas turbines // Mater. and Soc. – 1984. – Vol. 8, no 2. – P. 441–451.

16. Модифицированное алюмосилицидное покрытие для жаропрочных никелевых сплавов / Гузанов Б.Н., С.В. Косицын, В.П. Кузнецов [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1985. – № 1. – С. 21–23.

17. О влиянии кремния на защитные свойства алюминидных покрытий / Б.Н. Гузанов, В.П. Кузнецов, С.В. Косицын [и др.] // Защита металлов. – 1982. – Т. 18, № 1. – С. 157–159.

18. Девойно О.Г., Оковитый В.В. Плазменные теплозащитные покрытия на основе диоксида циркония с повышенной термостойкостью // Наука и техника. – 2015. – № 1. – С. 35–39.

19. Структура и физико-механические свойства жаростойких газопламенных покрытий NiCr–CoAl4/ZrO2 для турбинных лопаток газотурбинных двигателей / Ю.П. Тарасенко, И.Н. Царева, О.Б. Бердник [и др.] // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. – 2011. – № 3(27). – С. 164–168.

20. Лесников В.П., Кузнецов В.П., Конакова И.П. Конструирование комплексных защитных покрытий для монокристаллических охлаждаемых турбинных лопаток современных ГТД // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. – 2012. – № 3(34). – С. 211–215.

21. Miller R.A., Garlink R.G., Smialek I.L. Phase distributions in plasma – sprayed zirconia-yttria // Americ. Ceram. Soc. Bull. – 1983. – Vol. 62, no 12. – P. 1355–1358.

22. Качанов Е.Б., Тамарин Ю.А. Термомеханическая усталость защитных покрытий лопаток турбин // Технология легких сплавов. – 2002. – № 4. – С. 122–128.

23. Гузанов Б.Н., Косицын С.В., Пугачева Н.Б. Особенности создания и перспективы использования защитных покрытий при нестационарном тепловом и механическом нагружении // Вестник УГТУ УПИ. Проблемы повышения контактной прочности металлических сплавов. – 2004. – № 2(32). – С. 224–235.

24. Pugacheva N.B., Guzanov B.N., Obabkov N.V. Studying the structure and adhesion strength of thermal barriers coating // 13th Int. Conf. on Mechan., Recource and Diagnostics of Materials and Struct. (MRDMS-2009), Ekaterinburg, 9–13 December 2019. – Ekaterinburg, 2019. – Vol. 2176. – P. 4.

25. Маркова Т.В., Крыжановская И.М. Шероховатость поверхности: метод. указания. – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2006. – 32 с.

Анализируются механизмы интенсификации отвода тепла от кристаллизуемых гранул металлических материалов при производстве гранулята в промышленных масштабах. Известно, что технологии с применением высоких скоростей кристаллизации обеспечивают получение значительного упрочняющего эффекта гранулированного материала от легирования алюминиевых сплавов тугоплавкими компонентами, нерастворимыми в алюминии или имеющими очень малую растворимость (цирконий, хром, железо, марганец). Это позволяет создавать новые гранулированные алюминиевые сплавы повышенной прочности на основе традиционных систем Al–Cu–Mg, Al–Zn–Mg–Cu,
Al–Mg с легированием тугоплавкими элементами в гораздо большем количестве, чем это применяется для существующих сплавов. Одним из основных факторов, влияющих на формирование пересыщенных твердых растворов и субмикроскопической структуры материала, является скорость кристаллизации, которая, в свою очередь, определяется скоростью отвода тепла от формируемой гранулы. Установлено, что вокруг гранулы, попадающей в охлаждающую среду, образуется «паровая рубашка», а именно тонкая прослойка пара, возникающего за счет перехода охлаждающей жидкости (как правило, технической воды), соприкасающейся с раскаленным или расплавленным металлом, в парообразное состояние. Формируемая «паровая рубашка» является барьером по отношению к интенсивному отводу тепла от охлаждаемой гранулы. Предлагается технология интенсификации отвода тепла кристаллизуемых гранул алюминиевых сплавов системы Al–Cu–Mg с целью повышения скорости кристаллизации. Основой метода является технология удаления «паровой рубашки», неизбежно возникающей вокруг кристаллизуемой капли расплава при попадании последней в водную охлаждающую среду. Сбив паровой оболочки возможен при увеличении скорости движения кристаллизуемого объекта в водной охлаждающей среде. Соответственно, при отсутствии паровой оболочки вокруг кристаллизуемой капли значительно увеличивается коэффициент теплопроводности охлаждающей среды и повышается интенсивность отвода тепла. Известно, что коэффициент теплопроводности воды в зависимости от условий (температуры и давления) в 10–30 раз больше, чем коэффициент теплопроводности водяного пара. Соответственно, и скорость охлаждения расплава увеличивается пропорционально росту коэффициента теплопроводности. Также установлено, что скорость кристаллизации зависит от других факторов, влияющих на интенсивность теплоотвода, и, соответственно, зависит от градиента температур между температурой кристаллизуемого расплава и температурой охлаждающей жидкости. На основе специально разработанной промышленной установки для получения гранул из алюминиевых сплавов центрифугованием при сверхвысоких скоростях вращения тигля-разбрызгивателя удалось создать требуемую первоначальную скорость движения капли расплава в охлаждающей среде, гарантированно обеспечивающую удаление паровой оболочки. Экспериментальные исследования проводились на гранулированных материалах из сплавов систем Д1 и Д16. Результаты проведенных экспериментов подтвердили теоретические предположения. Полученные прессованные полуфабрикаты из гранул алюминиевых сплавов системы Al–Cu–Mg, закристаллизованных со сверхвысокими скоростями охлаждения, характеризуются значительным повышением прочностных характеристик гранулированных материалов.

Ключевые слова: гранулированные материалы, гранулы, методы получения гранул, сбив паровой оболочки, увеличение скорости теплоотвода, теплопроводность воды, теплопроводность водяного пара, алюминиевые сплавы, сплавы системы Al–Cu–Mg, кристаллизация объекта, скорость кристаллизации, капля расплава, прессование гранулированных материалов, коэффициент вытяжки, термическая обработка.

Жаров Максим Владимирович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент Московского авиационного института (Национального исследовательского университета), e-mail: MaximZharov@mail.ru.

1. Добаткин В.И., Елагин В.И. Гранулируемые алюминиевые сплавы. – М.: Металлургия, 1981. – 176 с.

2. Добаткин В.И. Слитки алюминиевых сплавов. – Свердловск: Металлургиздат, 1960. – 176 с.

3. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. – М.: Мир, 1967. – 159 с.

4. Москвичев Ю.П., Панин В.И., Агеев С.В. Гранульные композиты и эффективность их применения [Электронный ресурс] // Титан в атомной промышленности: материалы 2-й отрасл. конф., г. Чепецк, 12–13 марта 2014 г. / АО «Чепецкий металлургический завод». – URL: http://www.chmz.­net/press/news-chmz/files/2014-04-15/13/7.pdf. (дата обращения: 23.07.2020).

5. Колпашников А.И., Ефремов А.В. Гранулированные материалы. – М.: Металлургия, 1977. – 240 с.

6. Способ получения сферических гранул: пат. 2032498, Рос. Федерация / Анкудинов В.Б., Марухин Ю.А. – Опубл. 10.04.1995. – 3 с.

7. Устройство для центробежной грануляции расплава: а. с. 403445, Рос. Федерация / Колпашников А.И., Ефремов А.В., Силин М.Б. – Опубл. 26.10.1973, Бюл. № 3. – 2 с.

8. Способ получения изделий из гранул жаропрочных никелевых сплавов: пат. 2308354C1, Рос. Федерация / Романов А.И., Гарибов Г.С., Кошелев В.И. [и др.]; патентообл. АО «Всероссийский институт легких сплавов» (АО «ВИЛС»). – Опубл. 20.10.2007.

9. Перспективы развития и применения способа центробежного литья в области создания новых материалов на основе легких сплавов / А.П. Петров, В.В. Еремеев, Н.В. Еремеев, И.О. Краснобородько, И.М. Злыднев // Двигатель: науч.-техн. журн. – 2017. – № 4. – С. 4–8.

10. Никитин В.И., Никитин Н.В. Наследственность в литых сплавах. – М.: Машиностроение, 2005. – 476 с.

11. Ливанов В.А. Способ увеличения прочностных и пластических свойств слитков из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. – 1995. – № 3. – С. 37–42.

12. Берман С.И., Залесский В.И., Иманов Х.И. Производство гранул из сплавов на основе алюминия и прессование из них полуфабрикатов. – М.: Цветметинформация, 1971. – 126 с.

13. Первов М.Л., Васильева А.В. Производство изделий из гранулированных алюминиевых сплавов: учеб. пособие. – Рыбинск: Изд-во РГАТУ им. П.А. Соловьева, 2015. – 48 с.

14. Способ получения металлических гранул: пат. 2125923, Рос. Федерация / Силин М.Б., Жаров М.В. – Опубл. 10.02.1999. – 4 с.

15. Устройство для получения металлических гранул: пат. 2117556, Рос. Федерация / Силин М.Б., Жаров М.В. – Опубл. 20.08.1998. – 5 с.

16. Авиационные материалы: справ.: в 9 т. Т. 4. Алюминиевые и бериллиевые сплавы. Ч. 1. Деформируемые алюминиевые сплавы и сплавы на основе бериллия. – М.: Изд-во ОНТИ ВИАМ, 1982. – Кн. 1. – 632 с.

17. Петров А.П., Еремеев В.В., Еремеев Н.В. Аспекты технологии получения кольцевых полуфабрикатов из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов: науч.-техн. журн. – 2013. – № 3. – С. 7–11.

18. Ковка и штамповка: справ.: в 4 т. Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка / под ред. Е.И. Семенова (пред.) [и др.]. – М.: Машиностроение, 1985. – 568 с.

19. Промышленные алюминиевые сплавы / под ред. Ф.И. Квасова, И.Н. Фридляндера. – М.: Металлургия, 1972. – 552 с.

20. Алюминиевые сплавы. Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: справ. рук-во / под ред. А.Ф. Белова, Ф.И. Квасова. – М.: Металлургия, 1971. – 496 с.

Рассмотрен способ обработки кромок полимерно-абразивными щетками, который позволяет решить проблему механизации и автоматизации ручного труда, применяемого в настоящее время при выполнении подобных операций. Решение этой проблемы для отечественной промышленности является весьма актуальной задачей.

При исследованиях использовались щетки компании 3М марок С ВВ-ZB c изогнутыми ворсинами и А ВВ-ZB с прямыми ворсинами.

На основе изучения взаимодействия режущего микрорельефа с обрабатываемой поверхностью разработана математическая модель формирования размера обработанной кромки в зависимости от режимных параметров обработки.

При этом режущий микрорельеф характеризуется следующими параметрами: s – среднее квадратичное отклонение профиля, m – число максимумов и n(0) – число нулей (пересечений средней линии).

Для аналитического определения размера кромки рассчитан объем материала, который необходимо удалить в процессе обработки путем резания единичными абразивными зернами. Для этого определено количество зерен, участвующих в контакте, и глубина их внедрения, а также смоделирован процесс стружкообразования единичным зерном, который представлен в виде конуса с закругленной вершиной. Установлено, что производительность процесса обработки (съем материала) зависит от количества зерен, участвующих в резании, глубины их внедрения, радиуса при вершине зерна и механических свойств обрабатываемого материала.

Радиус на вершинах зерен определен экспериментально, поскольку он зависит от уровня сближения режущего микрорельефа и обрабатываемой поверхности, которое, в свою очередь, зависит от нормальной составляющей силы резания, а соответственно, от режимных параметров обработки: деформации щетки DY, скорости резания V и подачи S.

Прочность поверхностного слоя существенно отличается от прочности остального материала обрабатываемой детали и зависит от конкретных условий деформации, типа среды, предыстории обрабатываемого материала и т.д. В связи с этим введен и экспериментально определен коэффициент, учитывающий глубину внедрения абразивных зерен в обрабатываемый материал, для материалов В95пчТ2 и ВТ20 и представлен в виде уравнения регрессии.

Экспериментальные исследования показали, что теоретические положения полностью подтверждаются экспериментальными данными. Установлено, что полимерно-абразивные щетки могут эффективно применяться для обработки кромок деталей. Из всех исследованных щеток рекомендуются C BB-ZB Р120 и А BB-ZB Р50, как наиболее производительные.

Ключевые слова: размер кромки, щетка, режущий микрорельеф, модель единичного зерна, радиус закругления, сближение, глубина внедрения, площадь стружки, съем материала, полимерно-абразивный инструмент.

Димов Юрий Владимирович (Иркутск, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении Иркутского национального исследовательского технического университета, e-mail: Dimov-Ura@yandex.ru.

Подашев Дмитрий Борисович (Иркутск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении Иркутского национального исследовательского технического университета, e-mail: dbp90@mail.ru.

1. Fomin A.A., Gusev V.G., Sattarova Z.G. Geometrical errors of surfaces milled with convex and concave profile tools // Solid State Phenomena. – 2018. – Vol. 284. – P. 281–288.

2. Fomin A.A. Microgeometry of surfaces after profile milling with the use of automatic cutting control system // Proc. of 2017 Int. Conf. on Indust. Eng., Appl. and Manuf. (ICIEAM-2017), St. Petersburg, 16–19 May 2017. – St. Petersburg, 2017. – Art. no. 8076117.

3. Bratan S., Vladetskaya E., Kharchenko A. Improvement of quality of details at round grinding in the conditions of a floating workshop // MATEC: Web of Conf., Sevastopol, 11–15 September 2017. – Sevastopol, 2017. – Vol 129. – Art. no. 01083.

4. Zverovshchikov A., Zverovshchikov V., Nesterov S. Comprehensive ensuring of quality of surfaces of details at centrifugal­planetary volume processing // MATEC: Web of Conf., Sevastopol, 10–14 September 2018. – Sevastopol, 2018. – Vol. 224. – Art. no. 01123.

5. Effect of the velocity of rotation in the process of vibration grinding / K. Hamouda, H. Bournine, M.A. Tamarkin, A.P. Babichev, D. Saidi, H.E. Amrou // Surf. State Materials Sci. – 2016. – Vol. 52 (2). – P. 216–221.

6. Shi J., Wang J.Y., Liu C.R. Modelling white layer thickness based on the cutting parameters of hard Machining // Proc. of the Inst. of Mech. Eng. Part B: J. of Eng. Manuf. – 2006. – Vol. 220, iss. 2. – P. 119–128.

7. Research on processing efficiency and contact characteristics of M300 steel surface grinding with elastic abrasives jixie gongcheng xuebao / X. Wu, Z. Chen, T. Zhou, C. Ma, X. Shu, J. Dong // J. of Mech. Eng. – 2018. – Vol. 54, iss. 1. – P. 171–177.

8. Wu X., Zhou T., Tong Z. Experimental study on surface quality in elasticity ball-end grinding of m330 steel // J. of Comp. and Theoret. Nanosci. – 2017. – Vol 14, iss. 11. – P. 5372–5377.

9. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Исследование характеристик полимерно-абразивных щеток // Вестник ИрГТУ. – 2016. – № 4. – С. 19–25.

10. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Исследование производительности процесса скругления кромок полимерно-абразивными щетками // Вестник ИрГТУ. – 2017. – № 3. – С. 74–78.

11. Димов Ю.В. Обработка деталей свободным абразивом. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. – 293 с.

12. Рудзит Я.А. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. – Рига: Зинатне, 1975. – 210 с.

13. Лукьянов В.С., Рудзит Я.А. Параметры шероховатости поверхности. – М.: Изд-во стандартов, 1979. – 162 с.

14. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Математическая модель для определения производительности обработки деталей полимерно-абразивными кругами // Вестник машиностроения. – 2018. – № 8. – С. 56–63.

15. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Расчет силы, действующей на кромку детали при обработке абразивными щетками // Вестник машиностроения. – 2016. – № 11. – С. 59–63.

16. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Силы резания при обработке эластичными абразивными кругами // Вестник ИрГТУ. – 2015. – № 7 (102). – С. 47–55.

17. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. – М.: Физматгиз, 1963. – 472 с.

Рассматривается обеспечение базового уровня качества технического изделия с помощью разработки и внедрения экспертной системы, обеспечивающей отсутствие отказов и дефектов на стадии эксплуатации данного изделия. Расчет безотказности выполняют с целью обеспечения соответствия предъявляемых требований к показателям безотказности деталей в процессе работы изделия. Если действительные значения безотказности не соответствуют проектным показателям, то производится корректировка конструкции деталей и сборочных единиц с целью достижения проектной (требуемой) безотказности изделия. Сначала разрабатывают функциональную модель изделия, а затем на основании этой схемы составляют схему расчета надежности изделия. Изучение вопросов надежности технических изделий показало, что недостаточная надежность изделия связана с целым рядом проблем. Приведен перечень мероприятий, с помощью которых возможно повысить технический уровень и качество технического изделия. Описана необходимость разработки экспертной системы для обеспечения качества технических изделий на высоком уровне. Описанная ЭС должна давать оценку ожидаемого качества деталей или изделий до передачи конструкторской документации в производство. Внедрение такой экспертной системы даст возможность на предпроизводственных стадиях (разработка КД и ТД) принимать меры для устранения возможных дефектов деталей, сборочных единиц и изделий до начала эксплуатации изделия. В ходе работы были сделаны следующие выводы: показатель надежности технического изделия, рассчитанный методом всеобщего управления качеством, выше, чем при помощи метода классической теории надежности; разработан алгоритм, при котором после проведения всех вышеперечисленных мероприятий считается, что обеспечено производство технических изделий, соответствующих высокому техническому уровню качества с 95%-ной вероятностью.

Ключевые слова: безотказность, всеобщее управление качеством, классическая теория надежности, надежность технического изделия, неразрушающий контроль, сохраняемость, схемы расчета надежности, техническое изделие, экспертные системы, ускоренные испытания, функциональная модель.

Зимин Егор Максимович (Москва, Россия) – аспирант кафедры стандартизации, метрологии и сертификации Московского политехнического университета,
e-mail: zimin.em@mail.ru.

Мартишкин Владимир Васильевич (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры стандартизации, метрологии и сертификации Московского политехнического университета, e-mail: vmartishkin@mail.ru.

1. Управление качеством продукции машиностроения / М.М. Кане [и др.]. – М.: Машиностроение, 2010. – 415 с.

2. Зубарев Ю.М. Математические основы управления качеством и надежностью изделий: учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2017. – 172 с.

3. Мартишкин В.В., Алексашина О.В. Создание экспертной системы для выбора базовых образцов на стадии проектирования технических изделий // Мн. науч. конф., г. Курск, 9–10 декабря 2015 г. / Юго-Запад. гос. ун-т. – Курск, 2015. – С. 206–211.

4. Мартишкин В.В., Сепесева Ю.А. Значение экспертных методов для обеспечения метрологической надежности измерительной аппаратуры // Метрология, информационно-измерительные технологии и системы: VI Междунар. науч. конф., г. Харьков, 24–25 октября 2017 г. / МИИТС. – Харьков, 2017. – С. 89–94.

5. Мартишкин В.В. Управление качеством технических изделий на стадии разработки рабочей документации // Известия МГТУМАМИ. – 2013. – № 2(16). –
С. 348–354.

6. Гличев А.В. Основы управления качеством продукции / РИА Стандарты и качество. – М., 2001. – 356 с.

7. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: справ. / Я.Л. Гуревич, М.В. Горохов, В.И. Захаров [и  др.]. – М.: Машиностроение, 1986. – 240 с.

8. Федюкин В.К. Квалиметрия. Измерение качества промышленной продукции: учеб. пособие для студ. вузов. – М.: КНОРУС, 2009. – 320 с.

9. Технологичность конструкции изделия: справ. / Ю.Д. Амиров, Т.К. Алферова, П.Н. Волков [и др.];
под общ. ред. Ю.Д. Амирова. – М.: Машиностроение, 1990. – 768 с.

10. Конструирование приборов: в 2 кн. / под ред. В. Краузе; пер. с нем. В.Н. Пальянова. – М.: Машиностроение, 1987. – 384 с.

11. Мартишкин В.В., Зайцев С.А., Сепесева Ю.А. Определение качества технических изделий. Ч. 1. Использование свойств нормального распределения при расчетах качества технических изделий // Машиностроение и инженерное образование. – 2017. – № 4 (53). – С. 2–10.

12. Алгоритмы расчета качества при проектировании технических изделий / В.В. Мартишкин, О.В. Алексашина, С.А. Зайцев, Т.С. Сухова, О.Н. Гринюк // Все материалы: энцикл. справ. – 2016. – № 11. – С. 34–38.

13. Мартишкин В.В., Грибанов Д.Д. Обеспечение качества технических изделий путем контроля проекта // Качество и жизнь. – 2016. – № 1. – С. 26–42.

14. Мартишкин В.В., Зайцев СА., Феофанов А.Н. Значение экспертных систем для повышения качества продукции в автотракторной отрасли // Технология машиностроения. – 2015. – № 7(157). – С. 55–64.

15. Прохоров Ю.К. Управление качеством: учеб. пособие / СПбГУИ ТМО. – СПб., 2007. – 144 с.

16. Мартишкин В.В., Кулешова О.В. О расширении функций метрологических служб предприятий, работающих в системе CALS-технологий // Управление качеством: науч. конф., г. Москва, 20–21 ноября 2013 г. / Моск. гос. машиностроит. ун-т (МАМИ). – М., 2013. –
С. 137–149.

17. Мартишкин В.В., Задорнов К.С. Алгоритм управления качеством технических изделий на стадии рабочего проектирования // Технология машиностроения. – 2014. – № 5(143). – С. 58–63.

18. Методика обработки конструкций на технологичность и оценки уровня технологичности изделий машиностроения и приборостроения. – М.: Изд-во стандартов, 1975. – 56 с.

Представлены сведения о способах получения особо чистого кварцевого стекла золь-гель методом. Для получения золей использован классический подход, основанный на синтезе посредством гидролиза прекурсора диоксида кремния в водно-спиртовой среде в присутствии кислого катализатора (HNO3) с последующей силанол-силанольной и силанол-алкоксисилановой конденсацией. В качестве прекурсора использовали тетраэтоксисилан. Объектом исследования служили гранулы кварцевого стекла, полученные путем обработки золя одним из приведенных методов с получением гранул ксерогеля и их дальнейшей термической обработкой до получения гранул кварцевого стекла. В зависимости от способа обработки золя у полученных кварцевых гранул было отмечено наличие дефектов. Среди наблюдаемых дефектов в подавляющем большинстве случаев отмечено вспенивание и сферодизация гранул. Показано, что при осуществлении кислотно-основного гидролиза основной причиной появления дефектов при спекании полученных ксерогелей является значительное количество «обрывов» в связанной структуре тетраэдров [SiO4]4– и наличие на их концах силанольных групп, диссоциирующих при термообработке с образованием паров воды в нано- и микропорах агломератов частиц. При осуществлении кислотного гидролиза дефекты после термообработки, представляющие собой включения сажи и газовые пузыри, вызваны в основном наличием в образующейся связанной структуре тетраэдров [SiO4]4- непрореагировавших групп –OC2H5, которые при спекании образуют газообразные или твердые углеродсодержащие продукты. Дефекты образуются в процессе гидролиза, и стадии дальнейшей сушки геля уже не могут оказать на них существенного влияния. Изменение соотношения ТЭОС:H2O не оказывает существенного влияния на этот процесс.

Ключевые слова: золь-гель, тетраэтоксисилан, гидролиз, поликонденсация, ксерогель, гранулы, термическая обработка, кварцевое стекло, вспенивание, ИК-спектроскопия, OH-группы, углерод.

Возяков Александр Олегович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: al.vozyakov@gmail.com.

Порозова Светлана Евгеньевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: sw.porozova@yandex.ru.

1. Пронина Н.Н., Оганезова Д.И., Усенкова О.В. Реальность импортозамещения в России // Вестник Пенз. гос. ун-та. – 2015. – № 3(11). – C. 58–62.

2. Березинская О.Б., Щелокова Д.В. Технологическая зависимость от импорта и перспективы импортозамещения в российской промышленности // Экономическое развитие России. – 2018. – Т. 25, № 1. – С. 20–26.

3. Сорокин К.В., Мурашов В.В. Мировые тенденции развития распределенных волоконно-оптических сенсорных систем (обзор) // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – № 3. – С. 90–94. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-3-90-94

4. Орлова Е.Ю., Орлов А.А. Оптоволоконные технологии и сферы их применения // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. – 2016. – Т. 10, № 3. – С. 63–66.

5. Логинов В.Г., Рудаков Р.Б., Коротеев Н.Д. Создание высокотехнологичных производств как фактор сырьевой безопасности (проект «Полярный кварц») // Известия Урал. гос. горн. ун-та. – 2017. – Вып. 1(45). – С. 84–87. DOI: 10.21440/2307-2091-2017-1-84-87

6. Гадиятов В.Г., Киях Д.А., Жидкова С.А. К проблеме использования кварцевого песка для получения особо чистого кварца // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Геология. – 2010. – № 2. – С. 322–325.

7. Савичев А.Н., Красильников П.А. Статистическая характеристика элементов примесей в особо чистом кварце уральского типа (Уфалейский кварцево-жильный район, Южный Урал) // Минералогия. – 2019. – Т. 5, № 1. – С. 46–56.

8. Saha P., Annamalai N., Guha A.K. Synthetic quartz production and applications // Trans. of the Indian Ceram. Soc. – 1991. – Vol. 50, iss. 5. – P. 129–135. DOI:10.1080/0371750X.1991.10804507

9. Gschneidner K.A., Bunzli J.Cl.G, Pecharsky V.K. Spectral intensities of f-f transitions: handbook on the physics and chemistry of the rare earths. – Elsevier, 1999. – 413 p.

10. Золь-гель синтез компактных наногибридных структур на основе кремнегелей / Н.Н. Химич, А.В. Здравков, Л.А. Коптелов, Е.Н. Подденежный, А.А. Бойко // Физика и химия стекла. – 2009. – Т. 35, № 2. – С. 234–246.

11. Mortensen A. Concise encyclopedia of composite materials. – Elsevier, 2006. – 1050 p.

12. Николаева Л.В., Борисенко А.И. Тонкослойные стеклоэмалевые и стеклокерамические покрытия. – Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1980. – 89 с.

13. Brinker C.J. Hydrolysis and condensation of silicates: effects on structure // J. of Non-Crystal. Sol. – 1988. – Vol. 100, iss. 1–3. – P. 31–50. DOI.org/10.1016/0022-3093(88)90005-1

14. Синтез, структура и свойства нанокомпозитов на основе магнетита, модифицированного оксидами кремния и титана / Л.С. Семко, П.П. Горбик, Л.П. Сторожук, А.М. Кордубан, Л.С. Дзюбенко // Химия, физика и технология поверхности. – 2007. – Вып 13. – С. 370–396.

15. Исследование механизма гелеобразования в гибридных гелях кремнезема с пониженной склонностью к агрегированию / О.Б. Скородумова, А.Ю. Лозовский, Е.В. Тарахно, Т.Б. Гонтар // Вісник НТУ «ХПІ». – 2014. – № 60(1102). – С. 14–19.

16. Schmelzer Jürn W.P. Nucleation theory and applications. – WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2005. – 472 p.

17. Woignier T., Phalippou J. Glasses: sol–gel methods // Encyclopedia of Materials: Sci. and Techn. – 2016. – P. 3581–3585.

18. Foaming phenomena in sol-gel-derived glasses / I. Matsuyama, K. Susa, S. Satoh, J.K. Goo // J. of Non-Crystal. Sol. – 1992. – Vol. 151, iss. 1–2. – P. 160–168. DOI.org/10.1016/0022-3093(92)90024-E

19. Scherer G.W. Xerogels // Encyclopedia of Materials: Sci. and Techn. – 2016. – P. 9797–9799. DOI:10.1016/b0-08-043152-6/01777-0/

20. Chankvetadze Bezhan. Capillary electrophoresis in chiral analysis. – John Wiley & Sons, 1997. – 572 p.

21. Чукин Г.Д. Химия поверхности и строение дисперсного кремнезема / ООО «Принта». – М., 2008. – 172 с.

22. Намакшинас А.А., Сахаров В.В., Сигаев В.Н. Низкотемпературная консолидация нанодисперсного диоксида кремния при термодеструкции полиорганосилоксанов // Химическая технология функциональных наноматериалов: материалы междунар. конф. со школой и мастер-классами для молод. ученых, г. Москва, 30 ноября – 1 декабря 2017 г. / РХТУ им. Д.И. Менделеева. – М., 2017. – С. 188–189.

23. Silica gel, synthetic quartz glass powder, quartz glass shaped product molding, and processes for producing these: пат. 6071838 США, МКИ2 C03C 3/06, C03B 19/00 / Utsunomiya A., Shimoyama M., Katsuro Y., Endo H. (Japan); Mitsubishi Chemical Corporation (Japan). – № 08/860,716; заявл. 01.12.1996; опубл. 06.06.2000; НКИ 19/06. – 5 с.

24. Особенности формирования наноструктурированных полимерных систем с ≡Si–O–Si≡ -группировками / Л.Н. Ященко, Т.Т. Тодосийчук, В.Н. Терещенко, Г.Я. Менжерес // Украинский химический журнал. – 2012. – Т. 78, № 7. – С. 59–66.

25. Van der Vis M.G.M., Cordfunke E., Konings R. The thermodynamic properties of tetraethoxysilane (TEOS) and an infrared study of its thermal decomposition // J. de Physique IV Colloque. – 1993. – Vol. 03 (C3). – P. 75–82. DOI: 10.1051/jp4:1993309

26. Tejedor-Tejedor M.I., Paredes L., Anderson M.A. Evaluation of ATR−FTIR Spectroscopy as an “in situ” tool for following the hydrolysis and condensation of alkoxysilanes under rich H2O conditions // Chem. of Materials. – 1998. – Vol. 10(11). – P. 3410–3421.

27. Brinker C.J., Scherer G.W. Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing. – Elsevier (Amsterdam): Gulf Professional Publishing, 1990. – 908 p.

28. Consolidated silica glass from nanoparticles / T.G. Mayerhofer, Sh. Zhijian, E. Leonova, Ede´n Mattias, K. Antje, P. Juorgen // J. of Solid State Chem. – 2008. – Vol. 181, no 9. – P. 2442–2447. DOI: 10.1016 / j.jssc.2008.06.011

29. Sanaeishoar Haleh, Sabbaghan Maryam, Mohave Fouad. Synthesis and characterization of micro-mesoporous MCM-41 using various ionic liquids as co-templates // Micropor. and Mesopor. Materials. – 2015. – No 12. – P. 289–294. DOI: 10.1007/s12633-019-00121-9

30. Rubio F., Rubio J., Oteo J.L. A FT-IR study of the hydrolysis of tetraethylorthosilicate (TEOS) // Spectroscopy Let. – 1998. – Vol. 31, no 1. – P. 199–219. DOI: 10.1080/00387019808006772

Легкие металлы, особенно алюминиевые и магниевые сплавы, находят все более широкое применение в электронике, машиностроении, аэрокосмической промышленности, благодаря органичному соотношению прочности, массы, низкой плотности. Эти химически активные металлы имеют и недостаток, выраженный в низкой коррозийной стойкости, поэтому необходимо использовать поверхностные защитные слои, имеющие стойкость к коррозии и износу. Защитные слои возможно получить как за счет анодирования, так и за счет применения гальвано-плазменной модификации. Гальвано-плазменная модификация позволяет наносить на поверхность алюминия и его сплавов оксидный слой, что способствует созданию более твердых, плотных, коррозионно-стойких покрытий. Как и во всех технологиях нанесения покрытия, успешная разработка гальвано-плазменной модификации требует высокой точности, стабильности к предварительной обработке подложки, а также тщательного контроля состояния электролита и технологических параметров процесса. Рассматриваются принципы и процесс нанесения покрытия за счет гальвано-плазменной модификации, включая основы осаждения оксидов, применяемую технологию и типичные характеристики покрытий. Промышленное применение рассматривается одновременно с требованиями к покрытию. Формирование оксидного покрытия методом гальвано-плазменной модификации – это особый и уже достаточно апробированный процесс. Соответствующий контроль состава электролита и условий процесса позволяет применять новейшие виды покрытий, имеющих технологически привлекательные физические и химические свойства. Развитие технологии гальвано-плазменной модификации в течение последнего десятилетия позволяет получить покрытия с контролируемым внешним видом, твердостью, коррозионной стойкостью и трибологическими свойствами для различных отраслей промышленности. Частично рассмотрены покрытия на поверхности алюминиевого сплава AK12MMгН, полученного методом гальвано-плазменной модификации.

Ключевые слова: сплав алюминия, анодирование, гальвано-плазменная модификация, толщина покрытия, обработка поверхности, упрощенные электродные реакции, постоянный ток, электролитическое окисление, волны переменного тока, плазменное электролитическое оксидирование, оксидные покрытия.

Аль-Бдейри Махмуд Шакир (Белгород, Россия) – аспирант кафедры материаловедения и нанотехнологий Белгородского государственного националь­ного исследовательского университета, e-mail: albdeyri@bk.ru.

1. Колесов Э. Трибомодифицирование поверхностей трения с целью повышения их износостойкости: магистерская дис. / Полоц. гос. ун-т. – Полоцк, 2018. – 57 c.

2. Иванов В.П., Вигерина Т.В. Определение остаточного ресурса автомобильных агрегатов // Вестник Брест. гос. техн. ун-та. ‒ 2018. – № 4. – С. 60–64.

3. Особенности электролитно-плазменного травле­ния жаростойких покрытий с поверхности деталей из жаропрочных никелевых сплавов / С. Попова, С. Мубояджян, С. Будиновский, Д.В. Добрынин // Тр. ВИАМ. – 2016. – № 2 (38). – С. 32–38.

4. Микродуговые биопокрытия на основе фосфатов кальция с добавлением лантана и кремния / Е. Комарова, М.Б. Седельникова, Ю.П. Шаркеев, М. Чайкина, В. Шей­кин, Е. Шелехова, Е. Казанцева // Новые технологии создания и применения биокерамики в восстановительной медицине: материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Томск, 13–15 октября 2016 г. – Томск, 2016. ‒ C. 55–62.

5. Исследование коррозионной стойкости изделий из алюминиевых сплавов с защитными покрытиями, сформированными плазменным электролитическим оксиди­рованием / А.В. Коломейченко, Н.С. Чернышов, Н.В. Титов, В.Н. Логачев // Электронная обработка материалов. ‒ 2016. ‒ T. 52, № 6. – С. 25–29.

6. Федоров В., Великосельская Н. Влияние микродугового оксидирования на износостойкость алюминиевых сплавов // Трение и износ. ‒ 1989. ‒ T. 10, № 3. ‒ C. 521–524.

7. Malyshev V.N. Modification of friction knots work surfaces on the basis of microarc oxidation method // Int. J. Sci. Res. in Sci., Eng. and Techn. (IJSRSET). ‒ 2016. ‒ Vol. 2, no 6. ‒ P. 464–480.

8. Глущенко А., Хохлов А. Повышение технико-эксплуатационных показателей ДВС методом микро­дугового оксидирования днищ поршней / УлГУ. – Ульяновск, 2015. – 112 с.

9. Трушкина Т.В., Михеев А.Е., Гирн А.В. Корро­зионная стойкость МДО покрытий в агрессивных средах // Сиб. журн. науки и технологий. ‒ 2014. – № 1 (53). – С. 179–184.

10. Соколов Ю., Кукареко В., Паршуто А. Иссле­дование оксидных пленок, полученных методом высоковольтного электрохимического оксидирования // Металлургия: республикан. межвед. сб. науч. тр. / БНТУ. – Минск, 2014. – Вып. 35. – С. 199–207.

11. Влияние режимов микродугового оксиди­рования на коррозионные свойства Al–Si сплава / С.К. Киселева, Л.И. Зайнуллина, М.М. Абрамова, Н.Ю. Дударева, И.В. Александров // Вестник Иркут. гос. техн. ун-та. ‒ 2014. – № 9 (92). – С. 181–185.

12. Пылев В., Белогуб А., Ободец Д. Прогно­зирование ресурсной прочности поршня легкомоторного авиационного двигателя // Авиационно-космическая техника и технология. – 2013. – № 9. – C. 177–182.

13. Peng Z. Plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings on an A356 alloy for improved corrosion and wear resistance / University of Windsor. ‒ Windsor, 2013. – 113 р.

14. Henley V. Anodic oxidation of aluminium and its alloys: the pergamon materials engineering practice series. – N.Y.: Pergamon Press, 2013. – 180 p.

15. Тихоненко В., Шкилько А. Метод микроду­гового оксидирования // Вост.-Европ. журн. передовых техн. – 2012. – T. 2, № 13. – C. 13–18.

16. Effects of frequency on growth process of plasma electrolytic oxidation coating / X. Zhang, Y. Zhang, L. Chang, Z. Jiang, Z. Yao, X. Liu // Materials Chem. and Phys. – 2012. – Vol. 132, no. 2–3. – P. 909–915.

17. Коваленко С.Ю., Казаков А.В. Методика оценки приспособленности автомобильных двигателей к режиму пуска // Вестник Оренбург. ун-та. ‒ 2011. – № 10(129). – С. 165–170.

18. Механические свойства и эрозионная стойкость вакуумно-дуговых покрытий (Ti, Al) N, модифици­рованных иттрием / В. Васильев, В. Коваленко, А. Лучанинов, В. Маринин, Е. Решетняк, В. Стрельницкий, Г. Толмачева // Вопросы атомной науки и техники. – 2011. – № 4. – С. 160–164.

19. Малоземов А.А., Шикин А.С. Расчетно-экспериментальная оценка влияния уровня дефорсирования на ресурс конвертированного дизеля типа В-2 // Вестник Юж.-Урал. гос. ун-та. Машиностроение. – 2009. – № 33(166). – С. 51–56.

20. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомо­бильных и тракторных двигателей. – М.: Высш. шк.,
2008. – 496 с.

21. Goodman J. Nikasil and Alusil // Engine Professional. ‒ 2008. ‒ Vol. 1, no 4. – P. 18–22.

22. Species separation during coating growth on aluminium by spark anodizing / F. Monfort, E. Matykina, A. Berkani, P. Skeldon, G. Thompson, H. Habazaki, K. Shimizu // Surf. and Coat. Techn. ‒ 2007. ‒ Vol. 201,
no 21. ‒ P. 8671–8676.

23. Электролитно-плазменная обработка и нане­сение покрытий на металлы и сплавы / А. Погребняк, Ю. Тюрин, А. Бойко, М. Жадкевич, М. Калышканов, Ш. Рузимов // Успехи физики металлов. ‒ 2005. – Т. 6, № 4. – С. 273–344.

24. Potential applications of pulse electrical discharges in water / P. Sunka, V. Babicky, M. Clupek, M. Fuciman, P. Lukes, M. Simek, J. Benes, B. Locke, Z. Maicherova // Acta Physica Slovaca. ‒ 2004. ‒ Vol. 54, no 2. ‒ P. 135–145.

25. Основы трибологии (Трение, износ, смазка): учеб. для техн. вузов / А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, Н.А. Буше [и др.]; под общ. ред. А.В. Чичинадзе. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 663 с.

26. Микродуговое оксидирование (обзор) / И. Суминов, А. Эпельфельд, В. Людин, А. Борисов, Б. Крит // Приборы. ‒ 2001. – № 9. ‒ C. 13.

27. Современные технологии модификации поверхности материалов и нанесения защитных покрытий: в 3 т. Т. I. Микродуговое оксидирование / А.В. Эпельфельд, П.Н. Белкин, А.М. Борисов, В.А. Ва­син, Б.Л. Крит, В.Б. Людин, О.В. Сомов, В.А. Сорокин, И.В. Суминов, В.П. Францкевич. – М.; СПб.: Реноме, 2017. – 648 с.

28. Современные технологии модификации поверхности материалов и нанесения защитных покрытий: в 3 т. Т. II. Электрохимико-термическая обработ­ка металлов и сплавов / П.Н. Белкин, А.М. Борисов, В.А. Васин, Б.Л. Крит, В.Б. Людин, О.В. Сомов, В.А. Сорокин, И.В. Суминов, В.П. Францкевич, А.В. Эпельфельд. – М.; СПб.: Реноме, 2017. – 520 с.

29. Современные технологии модификации поверхности материалов и нанесения защитных покрытий: в 3 т. Т. III. Комбинированные технологии обработки материалов и нанесения защитных покрытий / И.В. Суминов, П.Н. Белкин, А.М. Борисов, В.А. Васин, Б.Л. Крит, В.Б. Людин, О.В. Сомов, В.А. Сорокин, В.П. Францкевич, А.В. Эпельфельд. – М.; СПб.: Реноме, 2017. – 400 с.

30. Кинетика изнашивания покрытий, нанесенных методом микродугового оксидирования / А. Петросянц, В. Малышев, В. Федоров, Г. Марков // Трение и износ. ‒ 1984. ‒ T. 5, № 2. ‒ C. 350–354.

31. The electrodeposition of composite coatings based on metal matrix-included particle deposits / C. Kerr, D. Barker, F. Walsh, J. Archer // Transact. of the Inst. of Metal Finish. ‒ 2000. ‒ Vol. 78, no 5. ‒ P. 171–178.

32. Поляк М.С. Технология упрочнения. – М.: Л.В.М. – СКРИПТ: Машиностроение, 1995. – 832 с.

33. Plasma electrolysis for surface engineering /
A. Yerokhin, X. Nie, A. Leyland, A. Matthews,
S. Dowey // Surf. and Coat. Techn. ‒ 1999. ‒ Vol. 122,
no 2–3. ‒ P. 73–93.

34. The surface treatment and finishing of aluminum and its alloys / S. Wernick, R. Pinner, P.G. Sheasby, R. Pinner, P.G. Sheasby //5th ed ASM International. – 1987. – 1350 p.

35. Федоров В., Великосельская Н. Взаимосвязь фазового состава и свойств упрочненного слоя, получаемого при микродуговом оксидировании алюминиевых сплавов // Химическое и нефтяное машиностроение. ‒ 1991. – № 3. ‒ C. 29–30.

36. Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателей внутреннего сгорания / М. Петриченко, Р. Петриченко, А. Канищев, А. Шабанов. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1990. – 248 с.

37. Износостойкость покрытий, нанесенных анодно-катодным микродуговым методом / Г. Марков, В. Белеванцев, О. Терлеева, Е. Шулепко, В. Кириллов // Трение и износ. ‒ 1988. ‒ T. 9, № 2. ‒ C. 286–290.

38. Кондратьев Н. Отказы и дефекты судовых дизелей. – М.: Транспорт, 1985. – 152 с.

39. Конструирование двигателей внутреннего сгорания: учеб. для студ. вузов / Н.Д. Чайнов, Н.А. Иващенко, А.Н. Краснокутский, Л.Л. Мягков; под ред. Н.Д. Чайнова. – 2-е изд. – М.: Машиностроение,
2011. – 496 с.

Эксплуатационные возможности дуговых плазмотронов определяются эффективностью охлаждения теплонагруженных элементов: электрода и плазмообразующего сопла. Одной из интегральных характеристик электродов плазмотрона является удельная эрозия, определяемая совокупностью процессов, происходящих в приэлектродной области и на поверхности рабочей зоны электрода. Подавляющее большинство плазмотронов разработаны для работы на постоянном токе прямой полярности. Это объясняется тем, что на аноде дуги выделяется большее количество тепла, чем на катоде. Предельно допустимая нагрузка на лантанированный вольфрамовый электрод на переменном токе примерно в два раза, а на обратной полярности, при использовании постоянного тока в десять раз ниже, чем на прямой полярности. Однако в ряде случаев, например при сварке алюминиевых и магниевых сплавов, наплавке различных сплавов, необходимо использовать ток обратной полярности. Эксперименты, проводимые с вольфрамовыми анодами различной конструкции, показали низкую их стойкость. Это объясняется недостаточной теплопроводностью вольфрама. В настоящее время используются аноды из меди различной конструкции и комбинированные. Такие конструкции анодов имеют свои преимущества и недостатки.

Упрощение конструкции анодов плазмотронов, работающих на токе обратной полярности, и повышение их стойкости является актуальной задачей.

Дан краткий анализ существующих конструкций анодов плазмотронов для работы на токе обратной полярности. Исследована работа новой конструкции анода плазмотрона с глухим отверстием в рабочем торце. Установлены соотношения размеров глухого отверстия и плазмообразующего сопла, обеспечивающие стабильное горение плазменной дуги. Произведена оценка эрозии анода предложенной конструкции. Выявлены высокие эксплуатационные характеристики анода новой конструкции.

Ключевые слова: дуговые плазмотроны, плазменная дуга, обратная полярность тока, прямая полярность тока, электрод-анод, анодное пятно, электрод-катод, катодное пятно, калориметрирование, эрозия электродов.

Щицын Юрий Дмитриевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, завкафедрой сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследова­тельского политехнического университета, e-mail: svarka@pstu.ru.

Щицын Владислав Юрьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследо­вательского политехнического университета, e-mail: svarka@pstu.ru.

Неулыбин Сергей Дмитриевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, научный сотрудник Института механики сплошных сред, филиала Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения РАН, e-mail: sn-1991@mail.ru.

Никулин Роман Германович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета,
e-mail: nikromonger.ro@gmail.com.

Никулина Светлана Геннадьевна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: Nikulina.sv@mail.ru.

Карупасами Пулан Карунакара Пупати – профессор, кандидат наук лаборатории быстрого производства Индийского технологического института, e-mail: karuna@iitb.ac.in.

1. Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. – Киев: Техника, 1971. – 164 с.

2. Петров А.В. Плазменная сварка // Итоги науки и техники. Сварка / ВИНИТИ. – 1980. – Т. 12 – С. 53–108.

3. Щицын Ю.Д. Плазменные технологии и оборудование. – Пермь: Из-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 75 с.

4. Исследование и оптимизация электроплазменной резки металлов / Ю.Я. Киселев [и др.]. – Кишинев: Штиинца, 1981. – 112  с.

5. Щицын Ю.Д. Плазменная обработка материалов. – Пермь: Из-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 143 с.

6. Киселев Ю.Я. Энергетические процессы плазменно-воздушной резки металлов. – Кишинев: Штиинца, 1980. – 76 с.

7. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. – М.: Наука, 1968. – 243 с.

8. Прикладная динамика термической плазмы / М.Ф. Жуков [и др.]. – Новосибирск: Наука,1975. –
297 с.

9. Дембовский В. Плазменная металлургия: пер.
с чеш. – Прага: СНТЛ; М.: Металлургия, 1981. –
280 с.

10. Перегудов В.С., Попенко В.Г. Эрозия электродов при малых токах дуги в воздушной среде / Тез. докл. 9-й Всесоюз. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы, г. Фрунзе, 20–22 октября 1983. – Фрунзе, 1983. – С. 138–139.

11. Щицын Ю.Д., Косолапова О.А. Влияние полярности на тепловые нагрузки плазмотрона // Сварочное производство. – 1997. – № 3. – С. 23–25.

12. Щицын В.Ю., Язовских В.М. Влияние полярности на тепловложение в сопло плазмотрона // Сварочное производство. – 2002. – № 1. – С. 27–29.

13. Раховский В.И. Эрозия электродов в конрагированных разрядах // Известия СО АН СССР. Сер. техн. наук. – 1975. – № 3, вып. 1. – С. 21–27.

14. Оптимизация анодного узла с аргоновой защитой / Ж. Жеенбаев [и др.] // Тез. докл. 5-й Всесоюз. конф. по генераторам низко­температурной плазмы, г. Новосибирск, 17–22 августа 1972 г. – Новосибирск, 1972. – Ч. 2. – С. 60–62.

15. Аньшаков А.С., Жуков М.Ф., Сухинин Ю.И. Исследование эрозии выходных электродов в плазмо­тронах вихревой системы // Тез. докл. 5-й Всесоюз. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы, г. Ново­сибирск, 17–22 августа 1972 г. – Новосибирск, 1972. – Ч. 2. – С. 44–47.

16. Васенко И.П. Эрозия электродов коаксиального подогревателя // Тез. докл. 9-й Всесоюз. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы, г. Фрунзе, 20–22 октября 1983 г. – Фрунзе, 1983. – С. 140–141.

17. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. – М.: Машиностроение, 1970. – 336 с.

18. Раховский В.И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме. – М.: Наука, 1970. – 536 с.

19. Грановский Л.Г. Электрический ток в газе. Установившийся ток. – М.: Наука, 1971. – 543 с.

20. Урюков Б.А. Теория эрозии электродов в нестационарных электродных пятнах электрической дуги // Известия СО АН СССР. Сер. техн. наук. – 1975. – № 8, вып. 2. – С. 31–30.

Активно развивающееся аддитивное производство позволяет использовать для наплавки металлических деталей из порошковых материалов такие лучевые источники энергии, как электронный пучок и лазерный луч. Качество получаемой конструкции зависит от многих факторов, к которым относятся теплофизические свойства порошка и подложки, а также физические процессы взаимодействия энергетических лучей и материалов. Описываемые в литературе методы оценки параметров аддитивных технологий часто затрудняют проверку и прогнозирование результатов вычислений. Предлагаемая в статье методика применения безразмерных параметров в простой аналитической модели нагрева образцов, покрытых слоем порошка, позволяет уменьшить количество переменных. Тепловая модель процесса обеспечивает связь между безразмерными координатами и значениями безразмерной температуры. Также на основе простой аналитической модели нагрева порошковых слоев движущимся линейным источником тепла была построена нормализованная диаграмма для обработки порошкового материала при аддитивных технологиях с использованием концентрированных пучков энергии. Рекомендуемым при селективном плавлении является интервал диаграммы для точек, подверженных обработке, ниже линии максимальной безразмерной температуры, или ниже линии максимальной тепловой эффективности. Диапазон параметров обработки, а также возможность прогнозирования оптимальных параметров энергии электронного пучка или лазерного луча при селективном плавлении могут быть определены в зависимости от безразмерной скорости пучка. Диаграмма представляет полезную справочную информацию и методику, позволяющую подбирать подходящие параметры обработки на ранних этапах разработки не только аддитивного спекания порошковых материалов, но и для оценки глубины нагрева определенного материала. Это может быть использовано при термообработке с использованием лучевых источников энергии.

Ключевые слова: аддитивное производство, численное моделирование, аналитическая модель, электронный пучок, лазерный луч, порошок, наплавка, линейный источник тепла, безразмерные параметры, селективное плавление, термический КПД, нормализованная диаграмма.

Летягин Игорь Юрьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: letyagin@pstu.ru.

Трушников Дмитрий Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: trdimitr@yandex.ru.

Беленький Владимир Яковлевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры cварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследова­тельского политехнического университета; профессор кафедры эксплуатации автобронетанковой техники Пермского военного института войск национальной гвардии Российской Федерации; e-mail: vladimirbelenkij@yandex.ru.

Ериков Алексей Петрович (Пермь, Россия) – доцент кафедры эксплуатации автобронетанковой техники Пермского военного института войск национальной гвардии Российской Федерации; e-mail: yerikov@yandex.ru.

Ольшанская Татьяна Васильевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Пермского национального исследовательского политехнического университета; e-mail: tvo66@mail.ru.

1. Korner C., Bauereiss A., Attar E. Fundamental consolidation mechanisms during selective beam melting of powders // Modell. and Simul. in Materials Sci. and Eng. – 2013. – Vol. 21, art. no. 085011. – P. 8.

2. Klassen A., Bauereiss A., Korner C. Modelling of electron beam absorption in complex geometries // J. of Phys.: Appl. Phys. – 2014. – Vol. 47, iss. 6. – P. 065307.

3. Overview of modelling and simulation of metal powder bed fusion process / W. King, A.T. Anderson, R.M. Ferencz, N.E. Hodge, C. Kamath, S.A. Khairallah // Lawrence Livermore National Laboratory Materials Sci. and Techn. (United Kingdom). – 2015. – Vol. 31. – P. 957–968.

4. Additive manufacturing of metallic components–process, structure and properties / T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback, T. Mukherjee, J.W. Elmer, J.O. Milewski, A.M. Beese, A. Wilson-Heid, A. De, W. Zhang // Progress in Materials Sci. – 2018. – Vol. 92. – P. 112–224.

5. Contuzzi N., Campanelli S.L., Ludovico A.D. 3D-finite element analysis in the selective laser melting process // Int. J. of Simul. Modell. – 2011. – Vol. 10 (3). – P. 113–121.

6. Manvatkar V., De A., DebRoy T. Spatial variation of melt pool geometry, peak temperature and solidification parameters during laser assisted additive manufacturing process // Materials Sci. and Eng. – 2015. – Vol. 31(8). – P. 924–930.

7. Wen S.Y., Shin Y.C. Modeling of transport phenomena during the coaxial laser direct deposition process // J. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 108. – P. 044908.

8. Effect of fluid convection on dendrite arm spacing in laser deposition / Y. Lee, M. Nordin, S.S. Babu, D.F. Farson // Metall. and Materials Trans. – 2014. – Vol. B 45 (4). – P. 1520–1529. 

9. Korner C., Attar E., Heinl P. Mesoscopic simulation of selective beam melting processes // J. of Materials Proc. Techn. – 2011. – Vol. 211(6). – P. 978–987.

10. Thomas M., Baxter G.J., Todd I. Normalised model-based processing diagrams for additive layer manufacture of engineering alloys // Acta Mater. – 2016. – Vol. 108. – P. 26–35.

11. Processing window and evaporation phenomena for Ti–6Al–4V produced by selective electron beam melting / V. Juechter, T. Scharowsky, R. Singer, C. Korner // Acta Materialia. – 2014. – Vol. 76. – P. 252–258.

12. Humbeeck Microstructure and mechanical properties of a novel β titanium metallic composite by selective laser-melting / B. Vrancken, L. Thijs, J.P. Kruth, J. Van // Acta Materialia. – 2014. – Vol. 68. – P. 150–158.

13. Qiu C., Adkins N.J.E., Attallah M.M. Microstructure and tensile properties of selectively laser-melted and of HIPed laser-melted Ti–6Al–4V // Materials Sci. and Eng. – 2013. – Vol. A 578. – P. 230–239.

14. Additive manufacturing of strong and ductile Ti–6Al–4V by selective laser melting via in situ martensite decomposition / W. Xu, M. Brandt, S. Sun, J. Elambasseril, Q. Liu, K. Latham, K. Xia, M. Qian // Acta Materialia. – 2015. – Vol. 85. – P. 74–84.

15. Density of additively-manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400 W. / C. Ka- math, B. El-dasher, G.F. Gallegos, W.E. King, A. Sisto // Int. J. of Adv. Manuf. Techn. – 2014. – Vol. 74. – P. 65–78.

16. Application of X-ray CT method for discontinuity and porosity detection in 316L stainless steel parts produced with SLM technology / G. Ziolkowski, E. Chlebus, P. Szymczyk, J. Kurzac // Archives of Civil and Mech. Eng. – 2014. – Vol. 14, iss. 4. – P. 608–614.

17. Additive layer manufacture of inconel 625 metal matrix composites, reinforcement material evaluation /
D.E. Cooper, N. Blundell, S. Maggs, G.J. Gibbons // J. of Materials Proc. Techn. – 2013. – Vol. 213, no 12. – P. 2191–2200.

18. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behaviour in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy / L.N. Carter, C. Martin, P.J. Withers, M.M. Attallah // J. of Alloys and Comp. – 2014. – Vol. 615. – P. 338–347.

19. Brif Y., Thomas M., Todd I. The use of high-entropy alloys in additive manufacturing // Scripta Materialia. – 2015. – Vol. 99. – P. 93–96.

20. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. – М.: Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1951. – 296 с.

21. Koleva E., Mladenov G., Vutova K. Calculation of weld parameters and thermal efficiency in electron beam welding // Vacuum. – 1999. – Vol. 53. – P. 67–70.

22. Дворкин И.И., Ледовской В.П., Младенов Г.М. Электронно-лучевая сварка тонкостенных деталей в непрерывном режиме // Электронная техника. – 1972. – Сер. 4, № 3. – C. 53–59.

23. Petrov P., Mladenov G. Theoretical analysis of heat flow and structural changes during electron beam irradiation of steel // Vacuum. – 1990. – Vol. 42, no 1/2. – P. 29–32.

24. Koleva E., Mladenov G. Process parameter optimization and quality improvement at electron beam welding // Welding: Proc., Quality and Appl. – 2010. – Chapter 2. – P. 101–166. (Seria ″Mechanical Engineering-Theory and Applications″.)

25. Macroscopic simulationand experimental measurement of melt pool characteristics in selective electron beam melting of Ti–6Al–4V / D. Riedlbauer, T. Scharowsky, R.F. Singer, P. Steinmann, C. Korner, J. Mergheim // Int. J. of Adv. Manuf. Techn. – 2017. – Vol. 88 (5–8). – P. 1309–1317.

При расчете литниковых систем возникает проблема использования уравнения Бернулли, которое выведено для систем с одним питателем. При количестве питателей, большем одного, что-либо похожее на УБ получить не удалось. Исходя из этого, использовали классическое УБ для расчетов многопитательных ЛС и проверили его на практике. Теоретически и экспериментально исследована самая сложная многопитательная ЛС, состоящая из кольцевой и разветвленной систем, расположенных на разных уровнях. Приведено описание лабораторного варианта такой системы. Разработана методика расчета скоростей и расходов жидкости в зависимости от количества одновременно работающих питателей и их расположения по высоте системы. Учитываются четыре вида потерь напора: на трение по длине, в местных сопротивлениях, на деление потока на части, на ответвление части потока из коллектора в питатель. Расчет ведется методом последовательных приближений до получения допустимой величины расхождения между заданными и рассчитанными значениями скоростей движения жидкости. При присоединении одной ЛС к другой в каждой из систем сохраняются найденные отношения скоростей. И их расчитывать заново не нужно. Однако абсолютные значения скоростей жидкости в питателях изменяются (уменьшаются). Следует только методом последовательных приближений определить отношение скоростей при делении потока на две части при выходе из стояка. Показано соответствие экспериментальных результатов на воде и жидких металлах: гидравлические сопротивления металлов подчиняются обычным законам гидравлики для ньютоновых жидкостей. С учетом ранее исследованных ЛС можно считать доказанной возможность использования уравнения Бернулли для сечений потока с разными расходами, т.е. для расчетов многопитательных литниковых систем. Хотя УБ выведено для потока с постоянным расходом, т.е. для ЛС с одним питателем.

Ключевые слова: литниковая чаша, стояк, коллектор, питатель, коэффициент сопротивления, коэффициент расхода, скорость потока, расход жидкости.

Васенин Валерий Иванович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: vaseninvaleriy@mail.ru.

Богомягков Алексей Васильевич (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета,
e-mail: bogomyagkovav@yandex.ru.

Шаров Константин Владимирович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры инновационных технологий машиностроения Пермского национального исследовательского политехнического университета,
e-mail: ksharov@yandex.ru.

1. Меерович И.Г., Мучник Г.Ф. Гидродинамика коллекторных систем. – М.: Наука, 1986. –144 с.

2. Чугаев Р.Р. Гидравлика. – М.: Бастет, 2008. – 672 с.

3. Токарев Ж.В. К вопросу о гидравлическом сопротивлении отдельных элементов незамкнутых литниковых систем // Улучшение технологии изготовления отливок. – Свердловск: Изд-во УПИ, 1966. – С. 32–40.

4. Calculation of amount of flow in gating systems for some automotive castings / K. Jonekura [et al.] // J. of the Japan Foundrymen’s Soc. – 1988. – Vol. 60, no 8. – P. 326–331.

5. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.

6. Исследование местных сопротивлений литниковой системы / В.И. Васенин, Д.В. Васенин, А.В. Богомягков, К.В. Шаров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2012. – Т. 14, № 2. – С. 46–53.

7. Vasenin V.I., Bogomyagkov A.V., Sharov K.V. Definition of the resistance to liquid flow during confluence and rotation of the streams // Aust. J. of Techn. and Natural Sci. – 2018. – No 5–6. – P. 11–15.

8. Васенин В.И., Богомягков А.В., Шаров К.В. Исследования L-образных литниковых систем // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2012. – Т. 14, № 4. – С. 108–122.

9. Рабинович Е.З. О гидравлических сопротивлениях при движении жидких металлов // Известия
АН СССР. Отделение технических наук. – 1946. – № 7. – С. 943–948.

10. Рабинович Е.З. Экспериментальное исследование движения расплавленного металла в открытом канале // Доклады АН СССР. – 1946. – Т. 4, № 3. – С. 152–157.

11. Рабинович Е.З. Некоторые вопросы гидравлики расплавленных металлов // Гидродинамика расплавленных металлов. – М.: Изд-во АН СССР, 1958. – С. 85–89.

12. Кальман А. Исследование явлений, протекающих в каналах литниковой системы чугунных отливок, с точки зрения равномерного заполнения формы // 28-й Междунар. конгресс литейщиков, г. Москва, 19–24 июня 1961 г. – М.: Машгиз, 1964. – С. 319–337.

13. Токарев Ж.В. Расчет литниковых систем с равномерным распределением металла по питателям // Новое в теории и практике литейного производства. – Пермь, 1966. – С. 28–35.

14. Некоторые вопросы литья титана под электромагнитным давлением / С.П. Серебряков, В.И. Васенин, Ю.Г. Ковалев, Г.П. Гладышев // Применение магнитной гидродинамики в металлургии. – Свердловск: Изд-во УНЦ АН СССР, 1977. – С. 87–92.

15. Брановер Г.Г., Цинобер А.В. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. – М.: Наука, 1970. – 384 с.

16. Жидкометаллические теплоносители / Е.М. Боришанский, С.С. Кутателадзе, И.И. Новиков, О.С. Федынский. – М.: Атомиздат, 1976. – 328 с.

17. Васенин В.И., Ковалев Ю.Г. Экспериментальное исследование кондукционного МГД-насоса постоянного тока // Магнитная гидродинамика. – 1984. – № 3. – С. 142–143.

18. Васенин В.И. Исследование заполнения литейных форм с разными гидравлическими сопротивлениями расплавленным алюминием под давлением кондукционного МГД-насоса // Магнитная гидродинамика. – 1986. – № 2. – С. 142–144.

19. Васенин В.И., Богомягков А.В., Шаров К.В. Определение величины напора в потоке жидкого металла в коллекторе литниковой системы // Литейное производство. – 2015. – № 8. – С. 16–17.

20. Vasenin V.I., Bogomyagkov A.V., Sharov K.V. Research of the mould filling with metal through the ringshaped gating system // 8th Int. Sci. and Practical Conf. “Science and Society”. – London: Scieuro, 2016. – P. 20–25.

21. Vasenin V.I., Bogomyagkov A.V., Sharov K.V. Research of the mould filling with metal through the step gating system // Austrian J. of Techn. and Natural Sci. – 2016. – No 3–4. – P. 32–34.