Разработка системы вибрационной обработки металлов в процессе 3D-печати на станке с ЧПУ.

Содержание Введение…………………………………………………………………………………………8 1. Литературный обзор…………………………………………………………………….9 2. Разработка математической модели вибрационного стола………………………….22 2.1 Теоретические основы исследований………………………………………………….22 2.2 Построение графических зависимостей……………………………………………….27 3. Разработка конструкции вибрационного стола………………………………………...38 3.1 Конструкция вибростола……………………………………………………………….43 4. Разработка имитационной модели управления амплитудой виброперемещений …..45 4.1 Выбор управляемых виброопор………………………….…………………………….45 4.2 Разработка САУ……...………………………………………………………………….51 4.3. Определение диапазона работы……………………………………………………….52 4.4 Описание работы САУ………………………………………………………………….56 5 Экспериментальные исследования………………………………………………………60 5.1 Методика эксперимента………………………………………………………………..60 5.2 Анализ результатов……………………………………………………………………..62 6 Безопасность и экологичность…………………………………………………………...66 6.1 Оценка опасных и вредных производственных факторов…………………………...66 6.2 Техника безопасности……………………………………………………………66 6.3. Производственная санитария………………………………………………………….71 6.5. Охрана окружающей среды……………………………………………………………72 6.6. Расчет пружинных виброизоляторов……..…………………………………………...72 7. Экономическая часть………………………………………...…………………………..77 7.1. Формирование комплекса работ, необходимых для проведения исследования……77 7.2. Определение себестоимости проведения НИР с использованием виброобработки ………………………………………………………………...……..……79 7.3. Оценка научно-технического уровня НИР……………………………………………85 Заключение ……………………………………………………………………………………..87 Библиографический список……………………………………………………………………88 Приложение А…………………………………………………………………………………..91 Приложение Б…………………………………………………………………………………...94 Приложение В…………………………………………………………………………………..96

. ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА УРОВЕНЬ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ ПРИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИИ И МОНТАЖЕ. Гильманшин Р. А., Ерофеев В. В., Шарафиев Р. Г., Якупов В. М. Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа, Российская Федерация ФГБОУ ВО «Южно-Уральский Государственный аграрный университет» институт «Агроинженерии» г. Челябинск, Российская Федерация. 2. ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ДУГОВОЙ СВАРКИ НА ЕГО СЛУЖЕБНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Гришанова Василиса Федоровна Студент, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа Соавторы: Файрушин А.М., Хафизова О.Ф., Латыпов А.А. 3. ВИБРАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Набиуллин У.М., магистрант 1 курса механического факультета Уфимского государственного нефтяного технического университета, г. Уфа, Российская Федерация. 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (Обзор). Г. И. ЛАЩЕНКО ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.u 5. Анализ существующих методов управления структурой металла сварного шва* Сараев Ю.Н. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН г. Томск, Российская Федерация litsin@ispms.tsc.ru. Лебедев В.А., Новиков С.В. ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины г. Киев, Украина lebedevvladimir@ukr.net 6. Workpiece vibration augmented wire arc additive manufacturing of high strength aluminum alloy. Chen Zhanga, Ming Gaob, Xiaoyan Zengb. a The Institute of Technological Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, PR China b Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, PR China. 7. Усольцев А.М., Бокарев С.А., Попова Е.Г., Маликов М.Ю. Патент RU 2 695 912 C 1 «Способ виброобработки конструкции для изменения напряженно-деформированного и структурного состояния материала». МПК E01D 101/30(2006.01), B23P 25/00 (2006.01), C21D 1/04 (2006/01), публ.29.07.2019 Бюл. №22. 8. Букатый С.А. Патент RU 94 024 268 A1 «Устройство для вибрационной обработки деталей». МПК 1/30 (1995.01), публ. 27.06.1996. 9. Ружиков Д.А. Патент RU 132 374 U1 «Устройство для вибрационной обработки деталей». МПУ В24В 31/06 (2006.01), публ. 20.09.2013 Бюл. № 26. 10. Ружиков Д.А.Ружиков А.А. Патент RU 125 116 U1 «Устройство для вибрационной обработки деталей». МПК В24В 31/06 (2006.01), публ. 27.02.2013 Бюл № 6. 11. Березкин А.Г., Исайкин Н.А., Лобанов А.Ю. Патент RU 2 686 395 C1 «Способ вибрационной отделочно-упрочняющей обработки деталей и вибрационный станок для отделочно-упрочняющей обработки деталей» МПК В24В 31/06 (2006.01) публ. 25.04.2019 Бюл. № 12. 12. Ружиков Д.А. Патент RU 150 727 U1 «Устройство для вибрачионной обработки деталей» МПК В24В 31/06 (2006.01) публ. 20.02.2015 Бюл. № 5. 13. МОГИЛЕВИЧ Л.И., ПОПОВ В.С., СТАРОВОЙТОВ Э.И. ГИДРОУПРУГОСТЬ ВИБРООПОРЫ С ТРЕХСЛОЙНОЙ КРУГЛОЙ УПРУГОЙ ПЛАСТИНОЙ С НЕСЖИМАЕМЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ // НАУКА И ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА. – 2006. - №2. – С.56-63. 14. Гордеев Борис Александрович, Синев Александр Владимирович, Осмехин Александр Николаевич, Гордеев Андрей Борисович, Охулков Сергей Николаевич. Патент RU 2 471 098 C1 «ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ВИБРООПОРА» МПК F16F 9/53 (2006.01)/F16F 5/00 (2006.01), публ. 16.05.2011 15. Дрофа Михаил Иванович, Бутузов Михаил Анатольевич, Табакарь Сергей Ильич. Патент RU 2 759 157 C1 «ВИБРООПОРА КРЕПЛЕНИЯ КУЗОВА К РАМЕ АВТОМОБИЛЯ С ИЗМЕНЯЕМОЙ ЖЕСТКОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ», МПК B62D 24/02 (2006.01)/F16F 1/36 (2006.01), публ. 30.03.2021. 16. Гордеев Борис Александрович, Охулков Сергей Николаевич, Степанов Константин Сергеевич, Ванягин Алексей Владимирович, Ерофеев Владимир Иванович. Патент RU 2 744 257 C1 «МАГНИТОУПРАВЛЯЕМАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ВИБРООПОРА И СПОСОБ НАСТРОЙКИ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ЕЁ РАБОТЫ», МПК F16F 13/08 (2006.01), публ. 09.06.2020. 17. Моделирование колебаний с инерционным возмущением © В.В. Дубинин, В.В. Витушкин МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия. 18. Гордеев Б.А., Горсков В.П., Ковригин Д.А., Никитенкова С.П. Математические модели виброзащитных систем высотных зданий [Текст]: лекции; /Б.А. Гордеев, В.П. Горсков, Д.А. Ковригин, Никитенкова С.П.; Нижегород. гос. архит. – строит. ун-т – Н.Новгород: ННГАСУ, 2012, 122с. ISBN 19. P. Бишоп. Колебания. – М: Наука, 1968. – 142 с. 20. И.А. Артоболевский, А.П. Бессонов, А.В. Шляхтин. О машинах вибрационного действия. – М.: Изд-во АН СССР, 1956. – 221 с. 21. Расчет пружинных виброизоляторов: метод. указания к практическим работам по курсу "БЖД" для студентов всех направлений и форм обучения / НГТУ им.Р.Е.Алексеева; сост.: О.В.Маслеева, И.Г.Трунова, Н.С.Конюхова. – Нижний Новгород, 2020г. - 15с. 22. А.П. Бабичев, И.А.Бабичев. Основы вибрационной технологии. – Ростов н/Д, 1999. – 621 с. 23. Н.Ф. Гончаревич. Вибрация – нестандартный путь. – М.: Наука, 1986. – 207с. 24. Р.Ф. Ганиев, Л.Е. Украинский. Динамика частиц при воздействии вибраций. – Киев: Наукова думка, 1976. – 317 с. 25. В.А.Баскаков. Взаимодействие ударных волн в упругопластической среде с упрочнением// ПНТФ. – 1979. – №6 26. А.П. Бабичев, Бабичев И.А., Семченко В.А. Физико-технологи-ческие параметры обработки многоконтактным виброударным инструментом. Высокие технологии в машиностроении: тенденции развития, менеджмент, маркетинг: Тр.VII междунар. науч.- техн. семинара. – Харьков, 1997. – С. 18-19. 27. Ланда, П.С. Автоколебания в распределенных системах [Текст] / Ланда П.С.– 2-е изд . – М. : Эдиториал УРСС, 2010 . – 320 с. 28. Мандельштам, Л.И. Лекции по колебаниям [Текст] / Мандельштам Л.И. М.: Изд-во АН СССР, 1955 29. Паршаков, А.Н. Физика колебаний: учеб. пособие / А.Н. Паршаков. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 302 с. 30. Младов, А.Г. Системы дифференциальных уравнений и устойчивость движения по Ляпунову [Текст] / Младов А.Г..- М.: Высшая школа, 1966.- 224 с. 31. Мун, Ф. Хаотические колебания [Текст] / Мун Ф.. М.: Мир, 1990. 32. Effect of Ultrasonic Vibration and Interpass Temperature on Microstructure and Mechanical Properties of Cu-8Al-2Ni-2Fe-2Mn Alloy Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing Wei Chen 1,† , Yuhua Chen 1,* ,† , Timing Zhang 1 , Taotao Wen 1 , Zuozhu Yin 1 and Xiaosong Feng 2. Received: 27 December 2019; Accepted: 31 January 2020; Published: 3 February

1. Литературный обзор Аддитивные технологии все больше набирают популярность в современном производстве. Среди них выделяется WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) – метод аддитивного производства, использующий дуговую сварку для сплавления металлической проволоки. Применение проволоки диаметром 0,8 – 1,2мм. Толщина слоя от 1 до 5 мм (рисунок 1) Рисунок 1 – Процесс 3D-печати электродуговой наплавки Однако, применение дуговой сварки характеризуется рядом проблем: - Отсутствие стабильной структуры материала по всему объему изделия; - Сильная анизотропия физико-механических свойств; - Высокие остаточные напряжения; - Нежелательные структурные изменения в материале полученной заготовке Для устранения возникающих отрицательных воздействий, многие исследователи изучают процесс сварки и электродуговой наплавки. Основными методами решения являются: Термическая обработка. Данный метод имеет значительную длительность и большую энергоемкость. Кроме того, возникает необходимость в проектировании и изготовлении сопутствующей оснастки, а также высокие затраты на приобретение и монтаж крупногабаритных печей. Другой метод – снятие внутренних напряжений за счет пластической деформации сварного шва. При применении такого метода в зоне сварного шва происходит т перераспределение внутренних напряжений и появляется упрочнение поверхности шва и околошовной зоны. Метод относительно дешев, однако имеет ряд минусов, среди которых изменение формы и размеров детали, при высоких нагрузках может произойти рост местных трещин, что нарушит прочность изделия и др. Относительно новым способом повышения качества сварных соединений является вибрационная обработка сварных соединений во время сварки, что более эффективно и выгодно. К тому же этот метод может применяться как в процессе наплавки (обработка расплавленного и кристаллизующегося металла), так и после (обработка затвердевшего металла). Сущность способа заключается в создании в заготовке резонансных или близких к ним частот. Вибрация воздействует не только на твердый металл сварного соединения, но также и на расплавленный металл сварочной ванны. При вибрации жидкий металл в процессе своего затвердевания подвергается воздействию быстро чередующихся динамических импульсов, которые вызывают то потерю весомости, то компрессию металла за счет резкого изменения его эффективного веса. При потере весомости усиливается выделение растворенных газов и коагуляция их пузырьков; при последующем сжатии металла эти пузырьки усиленно выталкиваются на поверхность. То же происходит с неметаллическими включениями. Это позволяет получить как более широкий диапазон положительных эффектов в результате обработки, так и позволяет применять локальный ввод упругих колебаний прямо в зону сварки. Л. П. Капустин также считает, что колебания способствуют интенсивному и равномерному переохлаждению расплава по всему объему, в результате чего происходит одновременно объемная кристаллизация. Этот эффект позволяет использовать сопутствующую вибрационную обработку как метод снижения остаточных сварочных напряжений. В работах А. М. Файрушина, Хузина Р.Р, Гильманшина Р. А., Сараева Ю.Н. и др. подтверждается эффективность вибрационной обработки при амплитудах вибрации 1,0 мм, при частоте от 50 и до 400 Гц. Использование амплитуды выше 1-1,2 мм повышает вероятность появления визуально определяемых дефектов в виде пор (рисунок 1а), либо горячих трещин (рисунок 2б) в сварном шве. Это объясняется низкой деформационной способностью металла в первоначальный момент кристаллизации, характеризуемый температурным интервалом хрупкости.