автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Электротехнологическое обеспечение безотходного формообразования деталей в наплавочных процессах

На правах рукописи

ДМИТРИЕНКО Андрей Васильевич

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОТХОДНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ В НАПЛАВОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ

Специальности: 05.09.10 - Электротехнология,

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Саратов 2004

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научные руководители доктор технических наук, профессор

Угаров Геннадий Григорьевич

кандидат технических наук, доцент Казаков Юрий Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Бекренёв Николай Валерьевич

кандидат технических наук, доцент Сатаров Александр Анатольевич

Ведущая организация Институт проблем точной механики и

управления Российской академии наук, г. Саратов

Защита состоится 23 декабря 2004 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп. 1, ауд. 414.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Казинский А. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях истощения сырьевых ресурсов большое значение приобретают ресурсосберегающие технологии, основанные на использовании концентрированных потоков энергии, одним из видов которых является дуговая наплавка. Основная цель наплавки (как эффективного средства упрочнения деталей при их изготовлении и восстановлении) — получение готового изделия с заданной формой, размерами и функциональными свойствами при экономном расходовании материальных и энергетических ресурсов. Однако повышенная твёрдость и различного рода неровности наплавленного металла усложняют процесс его дальнейшей механической обработки (в структуре общей трудоёмкости её доля составляет более 50 %) и вынуждают увеличивать соответствующий припуск. При этом около 50 % металла поступает в стружку. Поэтому при выборе способа наплавки и наплавочных материалов часто исходят не из получения высокого качества наплавленного слоя, а из условия лучшей его обрабатываемости.

Развитие процессов дуговой наплавки и технологического оснащения привели к реализации идеи создания совмещённого метода нанесения и формообразования металла, что позволяет уменьшить припуск на механическую обработку, повышая тем самым коэффициент его использования.

Для снижения трудоёмкости механической обработки наплавок цилиндрических деталей, повышения стойкости резца весьма перспективным является формообразование горячего металла в процессе его нанесения на деталь с использованием тепла сварочной дуги.

Новые технологические возможности формообразования деталей при их изготовлении и восстановлении открывает принцип безотходной обработки наплавляемого металла. Данный принцип явился дальнейшим развитием совмещённых методов электродуговой наплавки. Его оригинальность заключается в том, что резец снимает стружку, сопровождает и направляет её в ванну расплава для повторной переплавки. Стружка при этом подстуживает расплав, способствуя измельчению структуры наплавленного металла.

Для реализации на практике совмещения процесса электродуговой наплавки с обработкой металла резанием и получения заданных характеристик готового изделия, необходимо выявить оптимальные условия их согласования, которые обеспечивали бы полное усвоение срезанной стружки ванной расплава. При этом необходимо обосновать конструкцию рабочего инструмента, его геометрические параметры, размещение, характер движения, а также частотно-силовые характеристики привода, приспособленного к стеснённым условиям наплавки.

Целью работы является электротехнологическое обеспечение безотходного формообразования деталей (при их изготовлении и восстановлении), основанного на использовании тепла, генерируемого электрической дугой, для переплавки стружки, снимаемой резцом с приводом от импульсного линейного

электромагнитного двигателя (ЛЭМД).

В соответствии с целью в работе поставлены следующие задачи исследований:

1. Разработать принцип безотходной обработки деталей терморезанием в процессе электродуговой наплавки.

2. Обосновать тип привода режущего инструмента и форму его механической характеристики при безотходной обработке деталей в процессе электродуговой наплавки.

3. Обосновать тип магнитной системы ЛЭМД.

4. Исследовать способы формирования тяговых характеристик ЛЭМД.

5. Определить оптимальные геометрические соотношения и основные параметры ЛЭМД.

6. Исследовать влияние режимов электродуговой наплавки на степень усвоения стружки ванной расплава и качество поверхности металла при его механической обработке.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач теоретические и экспериментальные исследования опирались на основные положения теоретических основ электротехники, теории электрических машин, электропривода, системно-структурного анализа, процессов формообразования металла с привлечением теорий классической гидромеханики, тепловых и контактных явлений. Экспериментальные исследования проведены на специальных стендах, физических моделях и наплавленных образцах.

Наплавка проводилась на универсальной экспериментальной установке, оснащённой наплавочной головкой А-580М и резцедержательным устройством для безотходной обработки металла с приводом от ЛЭМД. В качестве наплавочных материалов использовались электродные проволоки: 2Нп40Х2Г2М, 1,6Св08Г2С; присадки в виде порошка В4С и порошковой проволоки 3НпППАН-170; защитная среда- газ СО2.

На защиту выносятся:

- схемы и режимы электродуговой наплавки, обеспечивающие безотходную обработку металла резанием при изготовлении и восстановлении деталей;

- теоретические обобщения, содержательные логические структуры, позволяющие получить расчётные модели, адекватно отражающие особенности технологического процесса безотходной обработки деталей резанием, совмещённого с электродуговой наплавкой;

- технические средства, устройства и привод на базе ЛЭМД, позволяющие получить необходимое качество обработанной терморезанием поверхности.

Научная новизна работы:

1. Разработаны принцип безотходной обработки металла резанием в процессе его нанесения при электродуговой наплавке и конструкция рабочего инструмента.

2. Разработана методика согласования режимов электродуговой наплавки металла с режимами его механической обработки для обеспечения принципа безотходности.

3. Разработана методика расчёта механических характеристик рабочего органа линейного двигателя в приводе резца для технологии безотходной обработки металла терморезанием.

4. Обоснован тип магнитной системы ЛЭМД в приводе резца (цилиндрический линейный электромагнитный двигатель броневой структуры с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем) и выявлены конструктивные возможности формирования его тяговой характеристики.

5. Разработаны методики расчета и оптимизации параметров магнитной системы цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем.

6. Установлена зависимость качества обработанной поверхности деталей от технологических параметров и режимов их обработки.

Практическая ценность работы:

Предложены и разработаны средства технологического оснащения для безотходного формообразования деталей машин и инструментов с помощью специального режущего механизма и электропривода на базе ЛЭМД, позволяющие повысить коэффициент использования металла путём исключения его выхода в отходную стружку; сократить материальные, энергетические и финансовые затраты; обеспечить необходимое качество обработанной поверхности.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы в проектно-конструкторской деятельности ООО «Совтех» (г. Саратов) при разработке установки для восстановления деталей способом безотходной обработки резанием наплавляемого металла.

Апробация работы. Работа выполнена при поддержке гранта для аспирантов Минобразования России: «Обоснование параметров импульсного линейного электромагнитного привода для безотходного терморезания металла в процессе его нанесения при наплавке» (шифр А03-3.14-428). Руководитель Угаров Г. Г. Исполнитель Дмитриенко А. В.

Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Саратовского государственного технического университета 14 мая 2002 г.; на I Всероссийской конференции: «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 24-27 апреля 2002 г.); на научно-практической конференции РГОТУПС: «Молодые специалисты - железнодорожному транспорту» (г. Саратов, 5 июня 2002 г.) и на II Всероссийской конференции: «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 20-23 мая 2003 г.).

Публикации. По основным результатам диссертационной работы автором опубликовано 7 печатных работ, подана заявка на изобретение «Способ

механической обработки деталей в процессе автоматической наплавки» № 2004105312 / 0,2 (005556) с приоритетом от 24 февраля 2004 г. Общий объём публикаций составляет 2 п. л., из которых 1,6 п. л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 183 страницы, в том числе 64 рисунка, 11 таблиц. Список использованной литературы включает 91 наименование.

Во введении отражены вопросы совершенствования существующих технологий изготовления и восстановления деталей машин и инструментов. Показана необходимость разработки средств технологического оснащения принудительного воздействия на металл (привода режущего инструмента) для новой технологии безотходной обработки металла терморезанием. Обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследований, дана краткая характеристика работы, её научная новизна и практическая значимость.

В первой главе рассмотрены закономерности влияния электротехнологических параметров наплавки на формирование наносимого металла. Выполнен обзор и сравнительный анализ основных методов обработки металла резанием в процессе его нанесения при наплавке (токарным резцом, торцевой и дисковой фрезой, вихревым методом, протяжкой, строгальным резцом), позволивший в итоге разработать принцип безотходной обработки металла, основанный на циклическом строгании (рис. 1), при котором обеспечивается щадящий режим работы инструмента.

безотходной обработки металла ще р =0;8...0,95 - коэффициент, учи-

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

(1)

терморезанием: а - строгальным резцом (возвратно-поступательные движения); б - строгальным резцом (возвратно-качательные движения)

тывающий расплавление металла в приповерхностном слое; I — длина контактной площадки; Ь - ширина среза; — прочность металла при комнатной

температуре; В — коэффициент, характеризующий долю теплоты, затраченной на разогрев металла; 0,24 - теплоэлектрический эквивалент; I, U - соответственно, ток и напряжение наплавки; Т] =0,8...0,85 - КПД наплавочного процесса; тс - масса стружки; с - теплоёмкость металла при температуре терморезания Т'р. Расчёт проводился для Тр=600°С и площади поперечного сечения стружки 2,5 мм2.

Таблица 1

Силы сопротивления терморезанию группы сталей

Сталь 30ХГСА 20ХНВА 38ХГН 40Х 12ХНЗА 12Х18Н9 У10А Ст0

/М ,Н 1437 1385 1099 993 950 734 520 330

Основные требования, предъявляемые к приводу резца, заключаются в обеспечении заданных технологией режимов работы, отвечающих за получение соответствующего качества обработанной поверхности детали (допустимой высоты микронеровностей кн). Взяв за исходные данные толщину снимаемого металла к = 0,5...3 мм с наплавленной цилиндрической поверхности детали радиуса ДД =15...60 мм, вращающейся с постоянной линейной скоростью =10...40 м/ч, величину охлаждающих резец воздушных зазоров в начале и конце цикла резания к3 =10 мм и высоту кн =3...60 мкм, были определены зависимости частоты / и длины рабочего хода 6 линейного привода от параметров каждой из схем рис. 1. Дня схемы с возвратно-поступательным движением резца (рис. 1, а) 8 и / ЛД характеризуются выражениями:

/ = 90уд/(агссо$[(Дд -А+Ля)];тЛд). (3)

Кривые изменения данных характеристик привода представлены на рис. 2.

При построении технологической схемы по принципу возвратно-качательных движений резца (рис. 1, б) появляется возможность регулирования как усилия режущего элемента (при неизменном тяговом усилии ЛД), так и его рабочего хода, характеризуемого углом поворота а. Этому способствует изменение коэффициента трансформации & = Ди2/Ди1 механического трансформатора усилий и перемещений в виде рычажной конструкции инструмента (Ди1 -радиус траектории движения режущей кромки, Ди2 - плечо инструмента, связанное с ЛД). Основные зависимости для привода в данном случае имеют сле-дуюгций вид (рис. 3):

б^И^к^та/ьту, (4)

Л. =60 мм 6, мм----4

55

50

45

40

35

30

20,5 1 Г.5 22,5 Ь, мм "3 9 15 21 27 33 39 45 51 5711., мкм а б

Рис. 2. Основные характеристики линейного привода резца, совершающего возвратно-поступательные движения (Л, = 10 мм ): а - рабочего хода; б — частоты циклов работы ( Лд = 35 мм, к = 1 мм)

а б

Рис. 3. Основные характеристики линейного привода резца, совершающего возвратно-качательные движения (Яд =35 мм, Яи1 = 100 мм, к3 = 10 мм): а — рабочего хода; б — частоты циклов работы (к = 1 мм )

где

где коэффициент

(5)

(6)

(7)

Таким образом, схема, построенная по принципу возвратно-качательного движения резца (рис. 1, б), является более технологичной и универсальной. Для неё и создавалось электротехнологическое обеспечение.

Проведён сравнительный анализ пневматических, гидравлических, электромеханических и электрических линейных приводов режущего инструмента для рассматриваемого технологического процесса, в результате которого сделан вывод о том, что наиболее эффективно в стеснённых условиях наплавки можно применить линейный электромагнитный привод (ЛЭМП). К его основным преимуществам относятся: простота, высокая надёжность, малый объём и возможность регулирования в широких пределах частоты, усилия, выходной энергии и мощности.

Вторая глава посвящена сравнительному анализу характеристик ЛЭМД с различными типами магнитных систем по критериям, характеризующим условия, при которых разрабатываемый для рассматриваемого технологического процесса электропривод будет работать максимально эффективно. Такими критериями являются:

1. Вид механической характеристики электропривода.

2. Номинальный рабочий ход.

3. Удельное тяговое усилие ЛЭМД

(9)

где - тяговое усилие ЛЭМД в точке механической характеристики, соответствующей максимальному противодействующему усилию; - масса активных материалов ЛЭМД.

4. Механический КПД электропривода

7„=(Л./Ад)->1. (Ю)

где Ам = - механическая работа ЛЭМД, необходимая для реализации

технологического процесса; - противодействующее усилие на якорь ЛЭМД со стороны обрабатываемого металла; Аия = - динамическая инте-

гральная работа, характеризующая зависимость механического усилия Е,л, развиваемого ЛЭМД в динамическом режиме в рассматриваемой точке рабочего хода его якоря.

Основным фактором, определяющим вид тяговой характеристики электропривода, является изменяющаяся во времени сила сопротивления металла резанию приведённая через механический трансформатор усилий и перемещений (рычажную конструкцию инструмента) к якорю ЛЭМД, для определения которой была рассчитана геометрия срезаемой стружки (длина контакт-

ной площадки, равная высоте стружки Лвр(, при соответствующем положении якоря ЛЭМД 6,):

. 0,24/^

Ри, =/?/,вр,^°">оеХР

-В-'

тх

I

(И)

где <7, - прочность металла при повышенной температуре (для стали 12ХНЗА

О", = 400 МПа при Тр = 600оС).

Механические характеристики рабочего органа ЛЭМД при безотходном терморезании наплавленной цилиндрической поверхности (Лд=35мм, уд =Юм/ч, =100мм, ¿=5мм, А = 1 мм, И3 =10мм, ¿е[1...241]) из стали

12ХНЗА представлены на рис. 4.

Рис. 4. Механические характеристики рабочего органа ЛЭМД для процесса безотходного формообразования стали 12ХНЗА: а - при / = 4 Гц; б — при к =0,5

тр '

Согласно выбранным критериям, для каждой из основных конструкций магнитных систем ЛЭМД был проведён сопоставительный анализ их механических и динамических тяговых характеристик. При этом частота ходов якоря ЛЭМД / подбиралась таким образом, чтобы максимально эффективно использовать динамическую интегральную работу двигателя (табл. 2).

Согласно данным табл. 2, ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем по выбранным критериям имеет лучшие показатели ( Т7м = 28%, ^,у=100%), так как его тяговая электромеханическая характеристика имеет вид параболы, которая наиболее схожа с противодействующей механической характеристикой (рис. 4).

Исследовано влияние изменения геометрических параметров элементов магнитной цепи ЛЭМД поперечного поля на форму его электромеханической тяговой характеристики.

Таблица 2

Показатели технологических возможностей различных конструкций ЛЭМД

Критерии оценки и сравнения Основные конструкции магнитных систем ЛЭМД

А й и ¡К

11X11

с притягивающимся якорем с втяжным якорем без стопа с втяжным якорем и СТОПОМ с комбинированным якорем и продольно-поперечным полем с комбинированным якорем без стопа

/>Гц 8 5,5 5 2,5 3,5

Ан, Дж 0,92 1,42 1,52 2,94 2,12

Д.Л.ДЖ 14,52 19,43 21,63 25,23 29,18

24,7 38,4 40,7 76,8 56,8

7М, % 6,3 7,3 7 11,7 7,3

Окончание таблицы 2

Критерии оценки и сравнения Оснс >вные констр5 /кции магнит! шх систем л: эмд

В 8 ш ш

СО СТОПОМ и комбинированным якорем со СТОПОМ и комбинированным якорем СО СТОПОМ и комбинированным якорем, имеющим кольцеобразный выступ с продольно-поперечным полем и комбинированным дисковым якорем с поперечным полем и кольцеобразным якорем

/, Гц 3,3 3,3 2,8 3 1,9

2,24 2,24 2,56 2,43 3,84

4„Д* 34,53 34,53 37,85 9,28 13,72

Р3 у,% 58,7 58,7 67,6 64 100

7м, % 6,5 6,5 6,8 26,2 28

Третья глава посвящена расчету и оптимизации параметров ЛЭМД (с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем), обеспечивающих необходимое тепловое состояние обмотки возбуждения в заданном режиме работы при максимально эффективном использовании активных материалов. Задаваясь коэффициентом пропорции габаритов обмотки к/ =/0/(2й2) (рис. 5),

определяем начальные условия для расчёта. При этом радиус Я1 центрального полюса ЛЭМД вычисляется следующим образом:

Л,

__ С - дЛя(2 + г}т) 2Ж(1 + /7т) 5

(12)

где

Д/? - ширина окна обмотки: Д/? = 2<5,А:дд;

(14)

^дл - коэффициент ширины окна обмотки

(объект оптимизации); — коэффициент эффективности теплоотдачи с внутренней поверхности обмотки (в данном случае 7Т = 1,7); РЯшш - заданная допустимая мощность импульса тока в обмотке ЛЭМД; £ -коэффициент тепловой перегрузки обмотки (зависит от режима работы ЛЭМД); Гд — Рис. 5. Принципиальная схема допустимое превышение температуры об-цилиндрического ЛЭМД попе- мотки относительно температуры окру-речного поля жающей среды (определяется по классу

изоляции провода);

кт =9,3(1+0,006гд) -

коэффициент теплоотдачи с поверхности обмотки.

Из условия равенства сечений путей магнитного потока внутренний ра-

диус внешнего полюса ЛЭМД равен

л2 =л,+дя =

с+7тд/гя-

М1+Чт)'

Выражение для внешнего радиуса внешнего полюса имеет вид

(15)

(16)

где Яс — радиус отверстия под стержень якоря в центральном полюсе двигателя.

Максимальная высота ярма магнитопровода ЛЭМД определяется выражением

А,р=(/г12-Лс2)/(2Д1). (17)

Максимальная намагничивающая сила, необходимая для реализации технологического процесса:

где /*"пр - усилие в рассматриваемой точке противодействующей механической

характеристики ЛЭМП;

¿8.

производная магнитнои проводимости по пере-

мещению в тоИ же точке (рассчитывается по методу вероятных путей магнитного потока); к3 =1,2.„1,3 - коэффициент запаса, учитывающий действие

противо-ЭДС, возникающей при движении якоря ЛЭМД в магнитном поле.

Магнитная система ЛЭМД способна обеспечить необходимый режим работы электропривода при условии

(19)

®шах0 ^ ® гг.ах, п »

где ©тах - максимальная намагничивающая сила, которую можно получить от обмотки возбуждения ЛЭМД при заданной мощности РЯта

Оптимальное значение коэффициента к^ должно обеспечить максимальную концентрацию магнитных силовых линий в рабочем зазоре относительно минимального объёма активных материалов:

т

(20)

(21)

где -1 - максимальное значение производной проводимости воздушного

Ч^Ута*

зазора ЛЭМД; V — объём активных материалов ЛЭМД; А - критерий, характеризующий работоспособность магнитной системы ЛЭМД. Кривые данных критериев оптимизации магнитной системы ЛЭМД представлены на рис. 6.

Рис. 6. Кривые критериев оптимизации параметров магнитной цепи ЛЭМД (8 = 25мм, где =14мм, 8г =11мм; / = 4Гц; ки =0,7; РЯат =170Вт)

Ответ на вопрос, каким критерием руководствоваться при определении коэффициента к^, дают дальнейшие расчёты электромеханических тяговых

характеристик ЛЭМД, которые покажут на 3...8 % большую значимость крите-

(сЮЛ L рия - /К-»max.

\dsLJ

Оптимальные соотношения геометрических параметров магнитной системы цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем представляют собой следующие интервалы значений, соответствующие ^заданным вариантам^ коэффициента пропорции габаритов обмотки

Расчёт статической тяговой характеристики ЛЭМД (рис. 7, кривая /) проводился путём аналитического решения уравнения

где 05 - МДС, действующая в заданной точке i воздушного зазора; dGjdS, -скорость изменения проводимости воздушного зазора с учётом выпучивания и рассеяния.

Тяговые усилия, развиваемые ЛЭМД в динамическом режиме, равны

F3^.=F3kз, (23)

Рис. 7. Силовые характеристики ЛЭМП для технологии безотходного формообразования металла в процессе его нанесения при наплавке: 1 — расчётная статическая тяговая характеристика ЛЭМД; 2 - экспериментальная; 3 - и располагаются в области 4 механическая характеристика ЛЭМП с учётом (рис. 7). ЛЭМП для техноло-возвратной пружины двигателя; 4 - характер- гии безотходного формооб-ная область расположения динамической тяго- разования деталей в напла-вой характеристики ЛЭМД вочном процессе рассчиты-

вается на максимальное противодействующее усилие резца 330... 1440 Н, длину рабочего хода ЛЭМД 15...50 мм (ктр =0,3... 1), полезную динамическую работу 2...9 Дж и частоту ходов 0,8... 10 Гц при скорости вращения детали 10...30 м/ч, что позволяет достичь соответствующего качества обработанной поверхности, характеризуемого высотой микронеровностей Ни = 60...3 мкм.

Питание ЛЭМД осуществляется от однофазной сети 50 Гц и напряжением 220 В через устройство питания и управления, состоящее из релаксационного генератора на однопереходном транзисторе и формирователя питающих им-

пульсов на вспомогательном тиристоре. Данное устройство, помимо регулирования частоты ходов, усилия и работы двигателя, позволяет стабилизировать эти параметры при отклонении питающего напряжения, благодаря наличию стабилизатора напряжения на стабилитроне и резисторе.

В четвёртой главе разработана конструкция рабочего инструмента, обоснован выбор его твердосплавной пластины (Т15К6) для технологии безотходного формообразования металла в процессе наплавки, при реализации которой расстояние от режущей кромки до электрода определяется формулой

¿Р =

3<2д я + 2к1ЛжЛТ^Н ЗлПр} '

(24)

///#/1Ш/Л мшвтшш шж**—

и для наиболее традиционных режимов наплавки в среде защитного газа (I = 260...340А; и = 27...36 В) должно составлять Хр =34...54,5 мм.

Разработана методика согласования режимов электродуговой наплавки (тока I, напряжения и, скорости гД) с режимами механической обработки (частотой ходов импульсного электропривода /, глубиной резания к и коэффициентом трансформации ктр воздействующего усилия Ж.), отвечающими за шероховатость поверхности, для обеспечения принципа безотходности (повторного переплава стружки в ванне расплава) (рис. 8, 9). Тепловой баланс технологической зоны безотходного формообразования металла имеет вид:

бд+ар+аФ=&+2р+&> (25)

где - тепловая мощность электрической дуги;

- тепло, генерируемое при трении контактных площадок резца о наплавленную поверхность; ¡2дф - тепло, генерируемое при деформационных процессах; - тепло, поступающее в изделие; - тепло, поступающее в резец; -тепло, поступающее в стружку; п ~ количество нерационально расходуемого тепла, в котором

сосредоточены его достаточные резервы для повторного переплава стружки.

Результаты электромоделирования на электропроводной бумаге показали, что тепловой резерв ванны расплава для усвоения стружки возрастает

по мере увеличения мощности дуги (тока наплавки), и в среднем составляет 20 % её эффективной тепловой мощности Qв при наплавке одним электродом (рис. 8). При этом максимально допустимый объём стружки, который ванна расплава способна усвоить в единицу времени на протяжении всего технологического процесса, равен:

+75

"+10° 150 300 450

Рис. 8. Тепловой баланс

где Г, - температура ванны расплава (Г, «1889 "С); Тс - температура стружки,

поступающей в ванну расплава. Фактический объём стружки, периодически отправляемый резцом в ванну расплава, определяется через основные параметры электромеханических режимов обработки наплавленного метапла:

У^ЪК^и, (27)

где — средняя высота

стружки; 1с - длина стружки.

Для обеспечения максимальной эффективности процесса усвоения стружки ванной расплава, необходимо согласовать данные объёмы (рис. 9) по условию:

(28)

Для конкретного примера электротехнологического процесса безотходного формообразования (Лд = 35 мм; Ли1=100мм; Ь = 10мм; к = 1,2мм; к3 = 10мм; / = 4 Гц; уД =20...40 м/ч; ЗНпППАН-170; I = 100 А; 11= 23 В; Тс = 450... 500 °С) были получены следующие интервалы значений: Уе =51,992...54,633 мм3/с, ^ = 64,352 ... 130,38 мм3/с. При этом доля непереплавленной стружки составляет 19,21...58,1 % от общего её объёма. Для наиболее полной переплавки стружки необходимо либо снизить скорость наплавки (вращения детали), либо повысить тепловую мощность электрической дуги путём увеличения тока и напряжения наплавки (рис. 9). Расчётные данные были подтверждены экспериментальными исследованиями.

Исследованы закономерности формирования структуры металла в зависимости от количества переплавляемой стружки, обусловленного параметрами технологического процесса. Стружка, отправленная в ванну расплава, имеет кристаллическую решётку, идентичную решётке затвердевающего металла, то есть является изоморфной примесью и представляет собой уже готовый центр кристаллизации. Очевидно, что чем больше стружки отправится в ванну расплава в единицу времени (чем больше частота ходов ЛЭМП /), тем больше

Рис. 9. Основные критерии согласования режимов наплавки металла с режимами его безотходной обработки: 1 - Тс = 300 °С; 2- Т =350°С; 3-Т = 400°С;

с 'с '

4 - Тс =450 °С; 5 - Тс =500 °С; 6 - Т =550°С; 7- Т = 600°С

с 'с

будет центров кристаллизации, способствующих и,„% в итоге измельчению зернового состава металла 12 (однородности структуры, характеризуемой ко- ®

эффициентом вариации С/эс) (рис. 10). Согласно ^

рис. 10, кривая коэффициента вариации при дос- 0 1 2 3 4 5 6 у, Гц

тижении частоты / значения 7 Гц имеет почти пологий вид, что говорит о нецелесообразности дальнейшего её увеличения (при данной скорости уд), поскольку это не привело бы к ощутимым

изменениям в структуре наплавленного металла. Было установлено, что изменение частоты / работы ЛЭМП, при прочих равных условиях, оказывает большое влияние не только на формирование микроструктуры наплавленного металла, но и на такую важную эксплуатационную характеристику как шероховатость поверхности (высоту микронеровностей йн). Экспериментальные исследования этой зависимости проводились на японском профилографе-профилометре «ТаЦвиге» (табл. 3). При этом ставилась задача провести сравнение теоретически рассчитанных значений йн с соответствующими экспериментальными значениями К1ш. Их расхождение составило 10.. 11 %, что приемлемо для инженерных расчётов.

Таблица 3

Основные параметры шероховатости в зависимости от частоты обработки

мкм Яс, мкм Ко, мкм мкм К(5> мкм мкм Яу, мкм Кит мкм Ярт, Яа» мкм мкм я» мкм

ЗНпППАН-170, I = 190... 220 А, и = 24... 26 В, уд = 20 м/ч, / = 2 Гц

33 48 19 38 62 12,9 62 38 19 | 10 40

ЗНпППАН-170, / = 190...220А, II = 24...26В, уд =20 м/ч,/ = 3 Гц

3 18 22 30 5 6,8 30 17 8,5 | 5 20

Примечание: - максимальная высота перепада пика по впадине на длине одного отрезка; - среднеквадратичное отклонение профиля; ^ - наибольшее значение Ят - максимальная высота профиля над средней линией в пределах участка; Ярт - среднеарифметическое значение Я1ш; Яй - среднеарифметическое отклонение профиля; Я - средняя высота неровностей профиля по 10 точкам.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные результаты диссертационной работы в кратком изложении можно сформулировать следующим образом:

1. Разработаны принцип безотходной обработки металла резанием в процессе его нанесения при электродуговой наплавке и устройство для его реали-

зации. Этот принцип заключается в том, что резец с приводом от ЛЭМД, совершая возвратно-качательные движения, снимает стружку, сопровождает и направляет её в ванну расплава для повторной переплавки аккумулированным в ней теплом.

2. Установлено, что тепловой резерв ванны расплава для усвоения стружки возрастает по мере увеличения мощности электрической дуги и в среднем составляет 20 % её эффективной тепловой мощности при наплавке одним электродом.

3.Для технологии безотходной обработки металла терморезанием при режимах наплавки (I = 260...340 А; и = 27...36 В) в среде защитного газа рекомендуется резец на основе сплава (Т15К6) располагать на расстоянии Хр=34...54,5 мм от электрода.

4. Определены силы сопротивления наплавленного металла терморезанию для группы сталей при температуре в зоне обработки 600°С и поперечном сечении стружки 2,5 мм2, лежащие в диапазоне 330... 1440 Н.

5. Установлено, что для достижения заданной высоты микронеровностей поверхности йн = 60...3 мкм обрабатываемой резцом детали при начальных условиях: /?н1=100мм, А=1мм, Л, = 10мм, Лд=35мм, уд = 10...40м/ч, необходимо обеспечить частоту возвратно--поступательных движений якоря ЛЭМД (возвратно-качательных движений резца) / « 0,8...14 Гц. При этом длина рабочего хода ЛЭМД должна составлять 8 = 5... 50 мм, что соответствует интервалу значений коэффициента трансформации механического трансформатора

к =0,1...1.

тр '

6. Для реализации предложенного принципа безотходной обработки металла терморезанием обоснован тип магнитной системы ЛЭМД цилиндрической структуры поперечного поля с кольцеобразным якорем.

7. Определены оптимальные соотношения геометрических размеров магнитной системы цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем: «У,//?, =0,27... 0,44; Л2/Л, = 1,52... 1,06; /„/Л, =1,21...3,83; Л3/Л, =1,81...1,43; ДЛ/Л, = 0,52...0,06; Л,р/Д, = 0,48...0,46

пои следующих значениях коэффициента пропорции габаритов обмотки ки =0,4... 1,8.

8. Обнаружены положительные эффекты улучшения структуры металла, характеризующиеся измельчением зернового состава и ростом степени разори-ентации дендритов по мере увеличения частоты ходов якоря ЛЭМД в приводе резца в диапазоне / = 1...7 Гц (2Нп40Х2Г2М, I = 290...305 А, и= 32 В, ун = 20М/Ч), что приводит к соответствующему уменьшению коэффициента вариации и,с = 10...4%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Дмитриенко А. В. Определение сил сопротивления терморезанию для различных сталей / А. В. Дмитриенко, Ю. Н. Казаков, Г. Г. Угаров // Безопасность движения на железнодорожном транспорте: Сб. науч. статей / РГОТУПС

- Саратов, 2002. - С. 29-34.

2. Дмитриенко А. В. Применение линейного электромагнитного двигателя (ЛЭМД) в приводе резца для технологии безотходного терморезания / А. В. Дмитриенко // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: Сб. науч. статей по материалам Всерос. конф. / ВолгГТУ - Камышин, 2002. - С. 17-18.

3. Дмитриенко А. В. Выбор и оптимизация принципиальной схемы оора-ботки металла терморезанием / А. В. Дмитриенко // Молодые специалисты железнодорожному транспорту: Сб. науч. статей по материалам конф. / РГОТУПС

- Саратов, 2002. - С. 17-20.

4. Дмитриенко А. В. Определение основных параметров линейного электромагнитного двигателя (ЛЭМД) в приводе резца для технологии безотходного терморезания / А. В. Дмитриенко // Молодые специалисты — железнодорожному транспорту: Сб. науч. статей по материалам конф. / РГОТУПС - Саратов, 2002. - С. 20-25.

5. Дмитриенко А. В. Трансформация механической энергии линейного электромагнитного двигателя (ЛЭМД) в технологии безотходного терморезания сталей / А. В. Дмитриенко, Ю. Н. Казаков, Г. Г. Угаров, К. М. Усанов // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Сб. науч. статей: В 2 ч. Ч. 2: Специальные электрические машины и электромагнитные устройства. Вопросы энергосбережения. Образовательные проекты / ГОУ ВПО УГТУ-УПИ - Екатеринбург, 2003. -№5. - С. 136-140.

6. Дмитриенко А. В. Предварительный расчёт ЛЭМД для процесса безотходного терморезания сталей / А. В. Дмитриенко, Г. Г. Угаров // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: Сб. науч. статей по материалам II Всерос. конф. / ВолгГТУ- Камышин, 2003: В 2т. Т. 2. - С. 369-370.

7. Дмитриенко А. В. Расчёт магнитных проводимостей цилиндрического линейного электромагнитного двигателя поперечного поля с кольцеобразным якорем / А. В. Дмитриенко, Г. Г. Угаров // Проблемы электроэнергетики: Сб. науч. статей / СГТУ - Саратов, 2004. - С. 157-170.

,1*239 49

ДМИТРИЕНКО Андрей Васильевич

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОТХОДНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ В НАПЛАВОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ

Автореферат

Корректор О.А. Панина

Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01

Подписано в печать 17.11.2004 Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ ^79 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Копипринтер СГТУ, 410054г. Саратов,ул. Политехническая, 77

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕРМОСИЛОВЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРИВОДУ РЕЗЦА ПРИ ФОРМООБРАЗОВАНИИ ДЕТАЛЕЙ В НАПЛАВОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ. И

1.1 Анализ способов обработки металла резанием в процессе его нанесения при электродуговой наплавке.

1.2 Расчёт сил сопротивления наплавленного металла терморезанию.

1.3 Сравнительный анализ линейных приводов для формообразующих операций в наплавочных процессах.

1.4 Разработка принципа безотходной обработки металла в процессе его нанесения при электродуговой наплавке и обоснование основных требований к приводу резца.

1.5 Постановка задач исследований.

Выводы.

2 ОБОСНОВАНИЕ ТИПА МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ЛЭМД ДЛЯ БЕЗОТХОДНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА РЕЗАНИЕМ В ПРОЦЕССЕ ЕГО НАНЕСЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ.

2.1 Критерии оценки и сравнения конструкций магнитных систем ЛЭМД.

2.2 Методика расчёта механических характеристик рабочего органа ЛЭМД в приводе резца.

2.3 Сравнительный анализ магнитных систем ЛЭМД.

2.4 Формирование тяговых характеристик цилиндрического ЛЭМД с кольцеобразным якорем в статических режимах.

2.4.1 Классификация, выбор и реализация способа формирования тяговых характеристик ЛЭМД.

2.4.2 Исследование влияния геометрических параметров элементов магнитной цепи ЛЭМД с поперечным магнитным полем на его электромеханическую характеристику. с> Выводы.

3 РАСЧЁТ ЛЭМД, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ПРИВОДЕ РЕЗЦА, ДЛЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕЗОТХОДНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА ТЕРМОРЕЗАНИЕМ.

3.1 Расчёт магнитных проводимостей цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем.

3.2 Методика расчёта параметров магнитной системы ЛЭМД, обеспечивающих необходимое тепловое состояние обмотки возбуждения при заданном режиме работы.

3.3 Определение оптимальных соотношений геометрических размеров магнитной системы цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем.

3.4 Расчёт статических тяговых характеристик цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем.

3.5 Устройство питания и управления ЛЭМД.

Выводы.

1 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ

НАПЛАВКИ НА СТЕПЕНЬ УСВОЕНИЯ СТРУЖКИ ВАННОЙ РАСПЛАВА И КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА, ОБРАБАТЫВАЕМОГО ТЕРМОРЕЗАНИЕМ.

4.1 Разработка конструкции рабочего инструмента и определение зоны его воздействия на наплавленную поверхность детали для технологии безотходной обработки металла терморезанием.

4.2 Экспериментальная установка для безотходной обработки металла терморезанием.ч.

4.3 Методика согласования режимов электродуговой наплавки металла с режимами его механической обработки для обеспечения принципа безотходно сти.

4.4 Закономерности формирования структуры наплавленного металла в зависимости от количества стружки, переплавленной в сварочной ванне.

4.5 Исследование шероховатости поверхности цилиндрической детали в зависимости от технологических параметров и режимов её обработки.

Выводы.

Актуальность темы. В условиях истощения сырьевых ресурсов, большое значение приобретают ресурсосберегающие технологии, основанные на использовании концентрированных потоков энергии, одним из видов которых является дуговая наплавка. Основная цель наплавки (как эффективного средства упрочнения деталей при их изготовлении и восстановлении) — получение готового изделия с заданной формой, размерами и функциональными свойствами при экономном расходовании материальных и энергетических ресурсов. Однако повышенная твёрдость и различного рода неровности наплавленного металла усложняют процесс его дальнейшей механической обработки (в структуре общей трудоёмкости её доля составляет более 50 %) и вынуждают увеличивать соответствующий припуск. При этом около 50 % металла поступает в стружку. Поэтому при выборе способа наплавки и наплавочных материалов часто исходят не из получения высокого качества наплавленного слоя, а из условия лучшей его обрабатываемости.

Работы Н. Н. Дорожкина, В. А. Деева, В. А. Ефимова, А. И. Бойко, Е. Л. Емельянова, И. В. Кудрявцева, В. Г. Вердникова, Т. К. Копенёва, В. В. Кудинова, В. Н. Лясникова, Ю. Н. Казакова, В. С. Клубникина и других, позволили создать эмпирический базис, направленный на поиск положительных эффектов от применения дополнительных внешних воздействий на металл в ходе его нанесения концентрированными потоками энергии.

Развитие процессов дуговой наплавки и технологического оснащения привели к реализации идеи создания совмещённого метода нанесения и формообразования металла, что позволяет уменьшить припуск на механическую обработку, повышая тем самым коэффициент его использования.

Для снижения трудоёмкости механической обработки наплавок цилиндрических деталей, повышения стойкости резца, весьма перспективным является формообразование горячего металла в процессе его нанесения на деталь с использованием тепла сварочной дуги.

Новые технологические возможности формообразования деталей, при их изготовлении и восстановлении, открывает принцип безотходной обработки наплавляемого металла. Данный принцип явился дальнейшим развитием совмещённых методов электродуговой наплавки. Его оригинальность заключается в том, что резец снимает стружку, сопровождает и направляет её в ванну расплава для повторной переплавки. Стружка при этом подстуживает расплав, способствуя измельчению структуры наплавленного металла. В данном случае металл удаляется в вязко-пластичном состоянии при высокой температуре, что позволяет вести обработку независимо от его твёрдости.

Для реализации на практике совмещения процесса электродуговой наплавки с обработкой металла резанием и получения заданных характеристик готового изделия, необходимо выявить оптимальные условия их согласования, которые обеспечивали бы полное усвоение срезанной стружки ванной расплава. При этом необходимо обосновать конструкцию рабочего инструмента, его геометрические параметры, размещение, характер движения, а также частотно-силовые характеристики привода, приспособленного к стеснённым условиям наплавки.

В стеснённых условиях наплавки целесообразно применять в качестве привода рабочего инструмента линейный электромагнитный двигатель (ЛЭМД).

Использование ЛЭМД даёт такие известные преимущества, как упрощение и удешевление технологического оснащения, повышение его энергетических характеристик, надежности, улучшение его массогабаритных показателей, снижение затрат на обслуживание, достижение больших ускорений без износа механических частей, более удачное решение эргономических проблем, удовлетворение современным требованиям эстетики.

Общие вопросы исследования ЛЭМД получили четкую трактовку в виде теории силовых импульсных систем, основные положения которой разработаны в трудах О. Д. Алимова, Н. П. Ряшенцева, Е. М. Тимошенко, А. В. Фролова, А. Т. Малова, В. В. Ивашина, В. Н. Гурницкого, Г. Г. Угарова, И. Г. Ефимова, Б. Ф. Симонова, К. М. Усанова, А. В. Львицина, В. Ю. Нейман и других.

В линейных электромагнитных двигателях сочетается простота их конструкции с высокой надёжностью и производительностью, простота эксплуатации с высокой приспосабливаемостью для автоматического управления.

Целью работы является электротехнологическое обеспечение безотходного формообразования деталей (при их изготовлении и восстановлении), основанного на использовании тепла, генерируемого электрической дугой, для переплавки стружки, снимаемой резцом с приводом от ЛЭМД.

В соответствии с целью в работе поставлены следующие задачи исследований:

1. Разработать принцип безотходной обработки деталей терморезанием в процессе электродуговой наплавки.

2. Обосновать тип привода режущего инструмента и форму его механической характеристики при безотходной обработке деталей в процессе электродуговой наплавки.

3. Обосновать тип магнитной системы ЛЭМД.

4. Исследовать способы формирования тяговых характеристик ЛЭМД.

5. Определить оптимальные геометрические соотношения и основные параметры ЛЭМД.

6. Исследовать влияние режимов электродуговой наплавки на степень усвоения стружки ванной расплава и качество поверхности металла при его механической обработке.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач, теоретические и экспериментальные исследования опирались на основные

Научная новизна работы:

1. Разработаны принцип безотходной обработки металла резанием в процессе его нанесения при электродуговой наплавке и конструкция рабочего инструмента.

2. Разработана методика согласования режимов электродуговой наплавки металла с режимами его механической обработки для обеспечения принципа безотходности.

3. Разработана методика расчёта механических характеристик рабочего органа линейного двигателя в приводе резца для технологии безотходной обработки металла терморезанием.

4. Обоснован тип магнитной системы ЛЭМД в приводе резца (цилиндрический линейный электромагнитный двигатель броневой структуры с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем) и выявлены конструктивные возможности формирования его тяговой характеристики.

5. Разработаны методики расчёта и оптимизации параметров магнитной системы цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем.

6. Установлена зависимость качества обработанной поверхности деталей от технологических параметров и режимов их обработки.

Практическая ценность работы:

Предложены и разработаны средства технологического оснащения для безотходного формообразования деталей машин и инструментов с помощью специального режущего механизма и электропривода на базе ЛЭМД, позволяющие повысить коэффициент использования металла путём исключения его выхода в отходную стружку; сократить материальные, энергетические и финансовые затраты; обеспечить необходимое качество обработанной поверхности.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы в проектно-конструкторской деятельности ООО «Совтех» г. Саратов) при разработке установки для восстановления деталей способом безотходной обработки резанием наплавляемого металла.

Апробация работы. Работа выполнена при поддержке гранта для аспирантов Минобразования России: «Обоснование параметров импульсного линейного электромагнитного привода для безотходного терморезания металла в процессе его нанесения при наплавке» (шифр АОЗ-3.14-428). Руководитель Угаров Г. Г. Исполнитель Дмитриенко А. В.

Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Саратовского государственного технического университета: 14 мая 2002 г.; на I Всероссийской конференции: «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 24-27 апреля 2002 г.); на научно-практической конференции РГОТУПС: «Молодые специалисты - железнодорожному транспорту» (г. Саратов, 5 июня 2002 г.) и на II Всероссийской конференции: «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 20-23 мая 2003 г.).

Публикации. По основным результатам диссертационной работы автором опубликовано 7 печатных работ, подана заявка на изобретение «Способ механической обработки деталей в процессе автоматической наплавки» №2004105312/0,2 (005556) с приоритетом от 24 февраля 2004 г. Общий объём публикаций составляет 2 п.л., из которых 1,6 п.л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 183 страницы, в том числе 64 рисунка, 11 таблиц. Список использованной литературы включает 91 наименование.

Основные результаты диссертационной работы в кратком изложении можно сформулировать следующим образом:

1. Разработаны принцип безотходной обработки металла резанием в процессе его нанесения при электродуговой наплавке и устройство для его реализации. Этот принцип заключается в том, что резец с приводом от ЛЭМД, совершая возвратно-качательные движения, снимает стружку, сопровождает и направляет её в ванну расплава для повторной переплавки аккумулированным в ней теплом.

2. Установлено, что тепловой резерв ванны расплава для усвоения стружки возрастает по мере увеличения мощности электрической дуги и в среднем составляет 20 % её эффективной тепловой мощности при наплавке одним электродом.

3. Для технологии безотходной обработки металла терморезанием при режимах наплавки (/ = 260.340 А; II = 27.36В) в среде защитного газа рекомендуется резец на основе сплава (Т15К6) располагать на расстоянии Ьр =34.54,5 мм от электрода.

4. Определены силы сопротивления наплавленного металла терморезанию для группы сталей при температуре в зоне обработки 600°С и поперечл ном сечении стружки 2,5 мм , лежащие в диапазоне 330. 1440 Н.

5. Установлено, что для достижения заданной высоты микронеровностей поверхности Ин = 60.3мкм обрабатываемой резцом детали при начальных условиях: Ди1=100 мм, /г = 1мм, /г3=10мм, Яд=35мм, уд = 10.40м/ч, необходимо обеспечить частоту возвратно-поступательных движений якоря ЛЭМД (возвратно-качательных движений резца) /«0,8. 14Гц. При этом длина рабочего хода ЛЭМД должна составлять

8 = 5.50мм, что соответствует интервалу значений коэффициента трансформации механического трансформатора к^ = 0,1. 1.

6. Для реализации предложенного принципа безотходной обработки металла терморезанием обоснован тип магнитной системы ЛЭМД цилиндрической структуры поперечного поля с кольцеобразным якорем.

7. Определены оптимальные соотношения геометрических размеров магнитной системы цилиндрического ЛЭМД с поперечным магнитным полем и кольцеобразным якорем: = 0,27.0,44; =1,52.1,06; 10 /Я, = 1,21. 3,83; =1,81.1,43; АД/^ = 0,52. 0,06; /гяр/Я, =0,48.0,46 при следующих значениях коэффициента пропорции габаритов обмотки к1о =0,4.1,8.

8. Обнаружены положительные эффекты улучшения структуры металла, характеризующиеся измельчением зернового состава и ростом степени разориентации дендритов по мере увеличения частоты ходов якоря ЛЭМД в приводе резца в диапазоне / = 1.7Гц (2Нп40Х2Г2М, / = 290.305А, £/ = 32В, ун =20м/ч), что приводит к соответствующему уменьшению коэффициента вариации £/3 с = 10. 4 %.

1. Казаков Ю. Н. Новые методы ресурсосберегающей технологии. Активные методы управления формообразованием при наплавке: Учеб. пособие /

2. Ю. Н. Казаков; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов: СГТУ, 1991. — 80 с.

3. Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавка деталей оборудования металлургии и энергетики: Сб. научн. ст. / Под ред. И. И. Фрумина; ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР. Киев, 1980. - 156 с.

4. Сергацкий Г. И. Системы разомкнутого управления формирования шва при дуговой сварке / Г. И. Сергацкий, С. В. Дубовецкий // Автоматическая сварка. 1986. -№ 6. - С. 37-48.

5. Дмитриенко А. В. Выбор и оптимизация принципиальной схемы обработки металла терморезанием / А. В. Дмитриенко // Молодые специалисты — железнодорожному транспорту: Сб. науч. статей по материалам конф. / РГОТУПС Саратов, 2002. - С. 17-20.

6. Дмитриенко А. В. Применение линейного электромагнитного двигателя (ЛЭМД) в приводе резца для технологии безотходного терморезания /

7. У А. В. Дмитриенко // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: Сб. науч. статей по материалам Всерос. конф. / ВолгГТУ — Камышин, ^ 2002 г.-С. 17-18.

8. Казаков Ю. Н. Концентрированные потоки энергии для технологических целей: Монография / Ю. Н. Казаков, В. В. Хорев, М. Ю. Лысенко; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов: СГТУ, 2000. — 225 с.

9. Казаков Ю. Н. Физико-технологические основы механической обработки покрытий с использованием плазменно-дуговых разрядов: Учеб. пособие / Ю. Н. Казаков; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов: СГТУ, 1999. - 80 с.

10. Бойко Н. И. Фрезерование широкослойной наплавки цилиндрических деталей: Монография / Н. И. Бойко. Ростов н / Д: РИИЖТ, 1987. - 73 с.

11. Дмитриенко A.B. Определение сил сопротивления терморезанию для различных сталей / А. В. Дмитриенко, Ю. Н. Казаков, Г. Г. Угаров // Безопасность движения на железнодорожном транспорте: Сб. науч. статей / РГОТУПС Саратов, 2002. - С. 29-34.

12. Плоткин С. М. Комплексная механизация на предприятиях радиопромышленности и приборостроения / С. М. Плоткин. — М.: Машиностроение, 1979.-358 с.

13. Волосатов В. А. Элементы пневмопривода / В. А. Волосатов. JL: Машиностроение, 1975. - 134 с.

14. Армейские автомобили: Конструкция и расчёт. Ч. 2 / М. М. Запрягаев, JI. К. Крылов, Е. И. Магидович и др. -М.: Воениздат, 1979. 479 с.

15. Тормозные устройства: Справочник / М. П. Александров, А. Г. Лысяков, В. Н. Федосеев, М. В. Новожилов; Под ред. М. П. Александрова. М.: Машиностроение, 1985.-312 с.

16. Петленко Б. И. Приводы поступательного перемещения и их выбор / Б. И. Петленко // Вестник машиностроения. — 1982. — №7. — С. 19-22.

17. П.Викторов O.A. Электромагнитные двигатели для замкнутых линейных приводов: Дис. . канд. техн. наук. JL: ЛПИ 1989. - 170 с.

18. Ряшенцев Н. П. Электромагнитные прессы / Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров,

19. A. В. Львицин. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. -216 с.

20. Луценко В. Е. Электропривод с шаговыми двигателями / В. Е. Луценко,

21. B. П. Рубцов. -М.: ВИНИТИ, 1978. 124 с.

22. Вольдек А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. — М.: Энергия, 1974.-839 с.

23. Подъёмно-транспортное оборудование. Каталог-справочник. Редукторы двухступенчатые. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1965. - 356 с.

24. ГОСТ 19028-73. Насосы и агрегаты трёхплунжерные кривошипные.

25. Чугаев Р. Р. Гидравлика / Р. Р. Чугаев. JL: Энергия, 1982. - 256 с.

26. Федулов А. И. Анализ показателей гидропневмоударных устройств / А. И. Федулов, А. П. Архипенко. ФТПРПИ, 1986, №4.

27. Слуцкий М. Е. Электромагнитные штамповочные прессы / М. Е. Слуцкий, О. Н. Яковлев, Л. И. Андреев-Рыбаков. М., - Л.: Машгиз, 1955. - 23 с.

28. Ряшенцев Н. П. Теория, расчёт и конструирование электромагнитных машин ударного действия / Н. П. Ряшенцев, Е. М. Тимошенко, А. В. Фролов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1970. - 260 с.

29. Цымбалист В. А. Сравнительные статические характеристики электромагнитов постоянного тока / В. А. Цымбалист, В. Н. Гурницкий // Электрические аппараты. Барнаул: АПИ, 1975. - Вып. 42. - С. 73-76.

30. Львицин A.B. Силовые приводные электромагниты цилиндрической структуры с высокими удельными показателями / А. В. Львицин, Г. Г.

31. Угаров, В. Н. Федонин // Электромагнитные машины ударного действия. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. С. 27-34.

32. Малов А. Т. Электромагнитные молоты / А. Т. Малов, Н. П. Ряшенцев,

33. A. В. Носовец. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. - 269 с.

34. Электропривод с линейными электромагнитными двигателями / Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров, В Н. Федонин и др. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1981.-150 с.

35. Щучинский С. X. Электромагнитные приводы исполнительных механизмов / С. X. Щучинский. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 152 с.

36. Ефимов И. Г. Линейный электромагнитный привод / И. Г. Ефимов, А. В. Соловьёв, О. А. Викторов. Л.: Изд-во ленинградск. ун-та, 1990. — 212 с.

37. A.c. 375690 (СССР). Тяговый электромагнит / Ю. Д Фёдоров. Опубл. в БИ, 1973, №16.

38. Казаков Л. А. Электромагнитные устройства. РЭА: Справочник / Л. А. Казаков. -М.: Радио и связь, 1991. 352 с.

39. Сиденко В. М. Основы научных исследований / В. М. Сиденко, И. М. Грушко. Харьков: В.Ш., 1977. - 200 с.

40. Сотская X. Н. Обработка результатов лабораторных измерений / X. Н. Сотская, А. С. Кузнецов. Минск: В. Ш., 1971. - 40 с.

41. Никитенко А. Г. Автоматизированное проектирование электрических аппаратов / А. Г. Никитенко. М.: ВШ, 1983. - 190 с.

42. Ганзбург Л. Б. Бесконтактные магнитные механизмы / Л. Б. Ганзбург,

43. B. Л. Вейц. Л.: Изд-во ленинградск. ун-та, 1985. - 150 с.

44. Буль Б. К. Основы теории расчёта магнитных цепей / Б. К. Буль. М., -Л.: Энергия, 1964. - 464 с.

45. Ройзен В. 3. Электромагнитные малогабаритные реле / В. 3. Ройзен. Л.: Энергоиздат, 1986. — 247 с.

46. Ротерс Г. К. Электромагнитные механизмы / Г. К. Ротерс; Госэнергоиздат, 1949.-522 с.

47. Казаков Л. А. Электромагнитные устройства радиоэлектронной аппаратуры / Л. А. Казаков. М.: Сов. радио, 1978. — 168 с.

48. Гордон А. В. Электромагниты постоянного тока / А. В. Гордон, А. Г. Сли-винская. — М., Л.: Госэнергоиздат, 1960. — 448 с.

49. Любчик М. А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов / М. А. Любчик. М.: Энергия, 1974. — 392 с.

50. Любчик М. А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока. (Расчёт и элементы проектирования) / М. А. Любчик. М.: Энергия, 1968. - 152 с.

51. Юревич Е. И. Электромагнитные устройства автоматики / Е. И. Юревич. — М., Л.: Энергия, 1964.-416 с.

52. Новиков Ю. Н. Теория и расчёт электрических аппаратов / Ю. Н. Новиков. Л. : Энергия, 1970. - 328 с.

53. Балагуров В. А. Проектирование электрических аппаратов авиационного электрооборудования / В. А. Балагуров, Ф. Ф. Галтеев, А. В. Гордон, А. Н. Ларионов; Под ред. А. Н. Ларионова. — М.: Оборонгиз, 1962. 515 с.

54. Угаров Г. Г. Импульсные линейные электромагнитные двигатели с повышенными силовыми и энергетическими показателями: Дис. . д-ра техн. наук. Новосибирск, 1992. — 492 с.

55. Ряшенцев Н. П. Динамика электромагнитных импульсных систем / Н. П. Ряшенцев, Ю. 3. Ковалёв. Новосибирск.: Наука, 1974. - 188 с.

56. Львицын A.B. Оптимальная геометрия и методика расчета приводных цилиндрических электромагнитов постоянного тока с притягивающимся якорем / А. В. Львицын, Н. П. Ряшенцев, Г. Г. Угаров, В. В. Шамаро //

57. Ненормальные режимы работы и борьба с ними в электрических системах. Саратов: СПИ, 1977. Вып.1. - С. 120-126.

58. Курносов A.B. К вопросу об оптимальной геометрии цилиндрического электромагнита постоянного тока / А. В. Курносов // Электричество, 1971. №7. - С. 29-32.

59. Курносов А. В. Наивыгоднейшее соотношение основных геометрических размеров электромагнитов постоянного тока цилиндрического типа / А. В. Курносов. В кн.: Известия ТПИ, 1969. Т. 160. С. 56-62.

60. Вдовина О. В. Технология локального вытеснения металла инструментом с приводом от линейного электромагнитного двигателя: Дис. . канд. техн. наук. Саратов: СГТУ, 2002. - 139 с.

61. Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя / В. И. Анурь-ев. М.: Машиностроение, 1979. Т. 3. - 560 с.

62. Расчёт динамических характеристик электромагнитных прессов / Н. П. Ряшенцев, В. Н. Федонин, Г. Г. Угаров и др. // Элементы и схемы автоматизированного электропривода — Комсомольск н / А: ХПИ, 1983. С. 118128.

63. Шапиро Е. А. Пружины электрических аппаратов / Е. А. Шапиро. М., Л.: Госэнергоиздат, 1959.-33 с.

64. Соколов В. П. Почтообрабатывающие машины и автоматы / В. П. Соколов. М.: связь, 1977. — 264 с.

65. Буйлов А. Я. Электромагнитные механизмы / А. Я. Буйлов. — М., Л.: Гос-энергоиздат, 1946. 364 с.

66. Оптимизация электромагнитных ударных систем. Экспресс-информация. «ЭМА», 1973. Вып. 35, реф. 152.

67. Серебряков В. Н. Аппроксимация основной кривой намагничивания магнитных материалов / В. Н. Серебряков, А. Ф. Катаев // Проблемы электроэнергетики: Сб. науч. статей. Саратов: СГТУ, 2004. - С. 244-247.

68. Электромагнитные молоты / А. Т. Малов, Н. П. Ряшенцев, А. В. Носовец, Г. Г. Угаров и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1981. — 268 с.

69. Катаев А. Ф. Импульсные линейные электромагнитные двигатели с интегрированной структурой: Дис. . канд. техн. наук. — Саратов: СГТУ, 2000.- 198 с.

70. Массад А. X. Универсальный электромагнитный привод для переносных ударных механизмов: Дис. . канд. техн. наук. Саратов: СГТУ, 2001.- 140 с.

71. Резников А. Н. Исследование теплофизики процесса резания с плазменным подогревом обрабатываемого материала: Автореф. Дис. . канд. техн. наук. — Тбилиси. 1983. 23 с.

72. Резников А. Н. Теплофизика процесса механической обработки материалов / А. Н. Резников. М.: Машиностроение. 1981. - 280 с.

73. Бойко Н. И. Распределение температуры в зоне обработки наплавленного металла / Н. И. Бойко // Межвузовский сборник научных трудов / РИИЖТ- Ростов н / Д, 1978. Вып. 142. С. 82-86.

74. Бойко Н. И. Современные способы восстановления деталей строительных и дорожных машин наплавкой с термомеханической обработкой / Н. И. Бойко / РИИЖТ Ростов н / Д, 1974. - 34 с.

75. Бойко Н. И. Повышение эффективности механической обработки наплавленного металла за счет тепла, генерируемого сварочной дугой. Дис. . док. техн. наук. Самара: Куйбышевский политехи, ин-т. 1991. - 540 с.

76. Ивенин А. А. Технология электродуговой наплавки и обработки металла в процессе его нанесения на плоские поверхности: Дис. . канд. техн. наук. -Саратов: 2000.- 191 с.

77. Таран В. Д. Сварка магистральных трубопроводов и конструкций / В. Д. Таран. М.: Недра. 1970. - 374 с.

78. Казаков Ю. Н. Технологическое обеспечение трибологических свойств деталей при наплавке: Монография / Ю. Н. Казаков, В. В. Хорев. — Саратов: СГТУ, 2000. 80 с.

79. Пацкевич И. Р. Исследование и применение вибродуговой наплавки / И. Р. Пацкевич. М.: Машиностроение, 1964. - 232 с.

80. Бойко Н. И. Технология наплавки и температурные поля при комплексном восстановлении цилиндрических деталей / Н. И. Бойко, В. А. Богачев. — Сварочное производство, 1984, №8.

81. Фильчаков П. Ф. Интеграторы ЭГДА. Моделирование потенциальных полей на электропроводной бумаге / П. Ф. Фильчаков, В. И. Панчишин. — Киев: АН УССР, 1961.- 170 с.

82. Taylor Т. Welding advances in power plant construction, orbital TIG welding / T. Taylor // Metal Construction and British Welding Journal, 1984. N 9. - P. 551-554.

83. Stark L. E. Gas tungsten arc welding. American Welding Society / L. E. Stark, E. F. Gorman, J. A. Hogan, E. P. Vilkas // Welding Handbook Seventh Edition, 1978.-P. 77-112.

84. Derby В. Theoretical model for diffusion bonding / B. Derby, E. R. Wollach // Metal Science, 1982. V.16. - N 1. - P. 49-56.

85. Garmong G. Attainment of full inter facial contact during diffusion bonding / G. Garmong, N. E. Paton // Metallurgical Transactions, 1975. V. A6. - N6. - P. 969-979.

86. Mc. Glone I. C. Weld bead geometry prediction a review / Mc. I. C. Glone // Metal Construction and British Welding Journal, 1982 - N 7. - P. 378-384.

87. Smith R. High integrity production at Thompson Nuclear Engineering / R. Smith // Metal Construction and British Welding Journal, 1986. N 8. - P. 476-478.

88. Одинг И. А. Теория дислокаций в металлах и её применение / И. А. Одинг. М.: АН СССР, 1969. - 324 с.

89. Балтер М. А. Упрочнение деталей машин / М. А. Балтер. М.: Машиностроение, 1968.-280 с.

90. Лахтин Ю. M Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева — М.: Машиностроение, 1980. 2-е изд., перераб. и доп. 493 с.

91. Арсентьев П. П. Металлические расплавы и их свойства / П. П. Арсентьев, Л. А. Коледов. М.: Металлургия, 1976. - 376 с.

92. Smin = Я„2 sin(2arccosfc+/e,-Лд2)/(2Ли1/вк).)/ cos^min 2l„, = -Л)2 -/i)cos(^ + a'/4)$ = 180 arceos (/2, + (Ra - h)2- < )/(2/п x (/?д - *)).

93. R, =/n.x/2coS(|)fH lB0=R +Ra-h |= 180 arcsin laos\n^- jR0