автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технология импульсно-вибрационного удаления толстослойных покрытий

На правах рукописи

ГРЕБЕНЩИКОВ Александр Владимирович

ТЕХНОЛОГИЯ ИМПУЛЬСНО-ВИБРАЦИОННОГО УДАЛЕНИЯ ТОЛСТОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ

Специальности: 05.02.08 - Технология машиностроения 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г г О

Воронеж-2009

003467181

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Защита состоится 20 мая 2009 г. в 1400 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д212.037.04 ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан // апреля 2009 г.

Научный доктор технических наук

руководитель Бондарь Александр Викторович

Научный доктор технических наук,

консультант профессор

Смоленцев Владислав Павлович Официальные доктор технических наук, оппоненты: профессор

Киричек Андрей Викторович; кандидат технических наук, доцент

Гордиенко Екатерина Петровна

Ведущая ГОУ ВПО «Московский

организация государственный открытый университет», г. Москва

Ученый секретарь диссертационного совета

Кириллов О.Н.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Актуальность темы. При транспортировке грузов внутри предприятия и поставках внешних заказов требуется обеспечить чистоту тары (ящиков, контейнеров, вагонеток, грузовых вагонов и т.д.). Транспортные организации ограничивают время простоев подвижного состава, а длительная очистка со стенок перевозимых продуктов вызывает нарушение работы внутризаводского транспорта и крупные штрафы, например, железной дороге. Анализ перевозимых сыпучих и твердеющих материалов показывает, что в зависимости от условий и длительности транспортировки формовочные смеси и связующие создают на стенках вагонов и контейнеров слои толщиной до 50 мм, а в зимнее время - до 100 мм. Все эти слои, покрывающие внутренние стенки тары, должны быть удалены в течение нескольких часов. В настоящее время для этих целей на предприятиях используют ручные ударные инструменты (кувалды, отбойные молотки, трамбовки и др.). Ручная работа с такими устройствами опасна для здоровья, малопроизводительна и не престижна. Сила ударов не контролируется и нередко приходится операцию повторять или устранять механические дефекты (вмятины, разрывы, обрывы, стяжка и др.). Крупные заводы вынуждены содержать в транспортных цехах бригады рабочих для очистки внутризаводских средств и вагонов железной дороги. Это становится заметным накладным расходам, снижающим экономические показатели предприятия и конкурентоспособность продукции. Кроме того, крупные заводы и объединения вынуждены своими силами ремонтировать подвижный состав для железной дороги, что отвлекает производство от своевременного выполнения заказов. Аналогичные трудности имеются при удалении остатков керамических форм при точном литье деталей.

Анализ показал, что затраты на очистку тары (особенно в зимнее время) сравнимы со стоимостью транспортировки грузов. Механизация и автоматизация этого процесса является необходимой для заводов. Для этого требуется разработка новых методов, технологии и оборудования для удаления остатков переводимых без повреждения тары, очистки литых заготовок от формовочных смесей, керамических форм.

Решение вопросов очистки изделий представляет большой интерес для предприятий, поскольку ускоряет технологическую подготовку производства в процессе освоения новой продукции, снижает затраты на оснастку и позволяет достичь конкурентоспособной стоимости продукции. Это актуально для современного машиностроения при вхождении в международную структуру промышленного производства востребованных наукоемких изделий.

Работа выполнялась в соответствии с государственной программой «Мобильный комплекс» (раздел «Техническое перевооружение») Постановление Правительства РФ № 2164-П.

Целью работы является разработка метода, технологии, средств технологического обеспечения для удаления слоя покрытий из хрупких, сыпучих материалов с использованием комбинированных импульсных и вибрационных способов на режимах, обеспечивающих высокий уровень очистки и сохранность изделий.

Для достижения поставленной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Обоснование режимов импульсного воздействия на твердые оболочки с внутренним толстослойным покрытием из различных материалов.

2. Разработка метода качественной очистки и моделирование его как части технологии импульсного воздействия на стенки изделий во время очистки.

3. Установление закономерностей между характеристиками оболочек, покрытий и энергией импульсного воздействия.

4. Разработка требований к мобильному оборудованию для комбинированного процесса удаления покрытия и разработке режимов импульсного воздействия на оболочки.

5. Разработка технологии комбинированной очистки изделий от типовых покрытий.

6. Внедрение технологии, режимов, средств технологического оснащения для очистки тары и изделий различного назначения.

Методы исследований. В работе использованы теоретические основы технологии машиностроения, теория построения сложных технических систем с нечетко определенными начальными и граничными условиями, процессы электромагнитной и вибрационной обработки, теория вибраций и колебаний в технологических системах, современные исследования в области оптимизации процессов.

Научная новизна работы включает:

1. Разработку комбинированного способа импульсного удаления покрытий с управлением энергией воздействия по сигналу диагностического устройства и ограничением энергии по пределу упругой деформации оболочки.

2. Создание модели и механизма удаления покрытий с учетом прямых импульсных воздействий и обратных сигналов, отражающих состояние покрытия в месте импульсного воздействия.

3. Механизм управления режимами импульсных воздействий, обеспечивающих получение автоколебательных процессов удаления покрытий и гарантирующих сохранность тары при любом виде покрытий.

Практическая значимость работы:

1. Технология комбинированной очистки тары и литых заготовок с регулированием энергии импульсного воздействия по сигналу датчиков

амплитуды и частоты воздействий с выходом на автоколебательные режимы.

2. Разработка универсального оборудования и средств технологического оснащения с регулируемой емкостью конденсаторов и управляемым перемещением импульсного механизма, позволяющим устранить разрушение изделий и сократить время очистки в пределах нормированной величины.

3. Внедрение технологии, режимов и требований для разработки мобильного оборудования в транспортных цехах предприятий и заводских отделениях железной дороги в крупных производственных объединениях.

Личный вклад соискателя включает:

1. Создание комбинированного способа удаления толстослойных покрытий применительно к очистке тары, литых изделий.

2. Механизм и модель взаимодействия импульсного воздействия, упругой оболочки и хрупкого или уплотненного покрытия с обратной связью от датчиков амплитуды вибраций, что позволило создать новую технологию адаптивного удаления покрытий с различными характеристиками.

3. Требования к оборудованию для реализации комбинированного способа очистки тары, на который получен патент РФ.

4. Организацию внедрения разработанного способа, технологии и оборудования на предприятиях машиностроения.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались в стране и за рубежом на следующих научных конференциях различного уровня: V Международной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва, 2006); Международной научно-технической конференции «Технологическое обеспечение и автоматизированное управление параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки деталей и сборки газотурбинных двигателей» (Рыбинск, 2007); отраслевой научно-технической конференции «Совершенствование производства поршневых двигателей для малой авиации» (Воронеж, 2008); II Всероссийской научно-практической конференции «Проектирование механизмов и машин» (Воронеж, 2008); II Международной научно - практической конференции «Проектирование механизмов и машин» (Воронеж, 2008); Международной научно-технической конференции «JSAAT 2007» (Deaborn, USA, 2007); II Международной научно-практической конференции «ССП-2007» (Воронеж, 2007); Международном научно-техническом семинаре «Применение низкочастотных колебаний в технологических целях» (Ростов на Дону, 2007).

Использование результатов. Работа внедрена на Воронежском механическом заводе, на ПФК ВСЗ Холдинг, в НПП «Гидротехника» с общим экономическим эффектом более 680 тысяч рублей. При этом ожидаемый эффект превышает 1000 тысяч рублей.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 8 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 9 патентов на изобретения.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - механизм импульсной очистки изделий; [2] -методика расчета инструмента для импульсной обработки; [3] - модель колебаний обечайки; [4] — механизм формирования поверхностного слоя; [5] - механизм удаления покрытий; [6] - технология импульсной обработки; [7] - метод ускоренной оптимизации расчета режимов; [8] - способ снижения теплонапряженности литых деталей; [9] -пути материального обеспечения системы подготовки производства; [10] -разработка инструмента; [11] - пути повышения качества изделий на стадии обработки; [13] - методы автоматизации процессов; [14] - пути повышения качества изделий; [15] - обеспечение условий хранения оснастки; [16] - пути поддержания качества изделий.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений. Основная часть работы изложена на 163 страницах, содержит 70 рисунков, 11 таблиц и список литературы из 127 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна, практическая значимость и личный вклад соискателя. Приведена область реализации исследований и доля автора в совместных работах.

В первой главе рассмотрены известные исследования в области технологии и создания оборудования для импульсно-вибрационного удаления толстослойных покрытий. Проанализированы результаты работ в этой отрасли ученых Москвы, Брянска, Самары, Казани, Воронежа и других городов России, а также исследования зарубежных ученых.

Анализ состояния вопроса показал:

1. В литературных источниках практически не имеется результатов комплексных исследований по удалению загрязнений и покрытий с большой толщиной слоя без использования моющих средств. Импульсные методы обработки нашли использование для очистки мелких деталей и для формообразования изделий. Технологические режимы подобных операций не учитывают локальную жесткость обрабатываемых листовых материалов с переменными характеристиками, что не обеспечивает эффективной очистки зон деталей с элементами жесткости и приводит к повреждению участков изделий между границами крепления стенок тары или полотна заготовок, получаемых методом точного литья в керамические формы.

2. Необходимы исследования для установления связей между характеристиками твердых оболочек с покрытиями переменной толщины и параметрами импульсов, вызывающих вибрационные перемещения стенок емкостей для транспортирования и хранения сыпучих сред или удаления участков литых заготовок.

3. Отсутствуют сведения о механизме разделения твердых обечаек и монолитных хрупких покрытий из спрессованных сыпучих материалов за счет одного или нескольких импульсных воздействий и вибраций стенок тары.

4. Не имеется обоснованных рекомендаций о местах приложения импульсов в интервалах между временем приложения импульсных воздействий с расчетной энергией удара, обеспечивающих удаление основной части покрытия и сохранение геометрии стенки тары без пластической деформации за счет излишней энергии импульса.

5. Имеющееся оборудование для импульсно-вибрационной обработки используется в основном для штамповки, упрочнения и недостаточно учитывает возможности эффективного удаления толстослойных покрытий. Так по литературным данным время очистки изделий от окалины, загрязнений на вибрационных установках может занимать до нескольких часов, что не приемлемо для технологии удаления загрязнений с литых заготовок и тары. Анализ исследований в области магнитоимпульсной и вибрационной обработки показывает, что не имеется серийного оборудования для комбинированной импульсно-вибрационной очистки деталей от толстослойных покрытий, хотя в машиностроении имеется большая потребность в удалении остатков керамических литейных форм, толстостенных покрытий, остающихся на стенках тары при транспортировке сыпучих смесей в пределах предприятия и после доставки грузов заказчику.

6. Результаты намеченных исследований восполнят недостаток информации по удалению покрытий с изделий и будут востребованы при очистке литья, тары для транспортировки грузов, удалении загрязнений в процессе ремонта оборудования и транспортной техники.

7. Анализ процесса автоколебаний показал, что создание резонансных режимов для систем «стенка-покрытие» позволяет интенсифицировать удаление загрязнений. Однако в литературе не рассмотрены вопросы поддержания резонансных режимов автоколебаний при изменении параметров объекта обработки, что затрудняет использование импульсно-вибрационного метода для технологии очистки изделий.

Проведенный анализ подтверждает актуальность темы и позволяет сформулировать задачи для достижения заявленной цели работы. Цель и задачи исследований приведены во введении.

Во второй главе приведены пути разработки технологии и оборудования, позволяющие достичь заявленной цели.

Сформированы научные гипотезы:

- удаление загрязнений в виде толстослойных покрытий с металлических поверхностей возможно для хрупких и сыпучих спрессованных материалов, не имеющих диффузионной или клеевой связки с металлической обечайкой;

- импульсный контактный метод воздействия на обечайку обеспечивает деформацию поверхности с различным изгибом обечайки и покрытия (загрязнения), что позволяет отделить покрытие от обечайки по месту сопряжения и обеспечить высокую степень очистки объекта;

- для повышения эффективности очистки необходима наибольшая деформация обечайки, которая ограничена пределом упругости материала;

- конструкция, технические характеристики обечайки и покрытия изменяют жесткость системы и эффективность очистки, поэтому предельную силу импульса рассчитывают для участка обечайки с постоянной геометрией и свойствами материала обечайки;

- наибольшая интенсивность очистки достигается при амплитуде колебаний обечайки, близкой к резонансной, поэтому необходима обратная: связь между колебательной системой обечайки и управлением частотой импульсов магнито-импульсного генератора. Это требует создания систем автоматизации работы разрядного контура;

- обеспечение качественной очистки при интенсификации процесса возможно при создании системы приводов перемещения бойка относительно обечайки тары с адаптивным регулированием положения бойка относительно места нахождения покрытия.

Определены объекты исследований. Показано, что на машиностроительных предприятиях имеется большое количество объектов, где требуется использование импульсных методов очистки. Это литые ажурные заготовки, тара для транспортировки вспомогательных сыпучих материалов, связующих (формовочные смеси, полимеры и др.), транспортные средства для доставки к рабочим местам технологических сред с различными емкостями и тарой многоразового использования, железнодорожный грузовой транспорт, требующий быстрой разгрузки и очистки емкостей.

На базе гипотез созданы новые способы импульсно-вибрационной обработки и оборудование для реализации способа. Способы и устройства имеют элементы новизны, позволяющие сформировать заявки на изобретения (получен патент на установку, направлены заявки на способы).

Разработана последовательность выполнения теоретических и экспериментальных работ для достижения поставленной цели. В частности, обоснована возможность и целесообразность проведения исследований путем масштабного моделирования фрагментов изучаемых объектов,

позволяющих подтвердить правомерность полученных закономерностей процесса импульсно-вибрационного способа удаления толстослойных покрытий.

Таким образом, разработанные в главе рабочие гипотезы позволяют сформировать требования к новым способам и устройствам, создать механизм импульсно-вибрационной обработки с учетом специфики удаления толстослойных покрытий с невысокой адгезией к обечайкам и ажурным литым заготовкам.

На базе гипотез созданы условия проектирования новых (на уровне изобретений) способов и устройств получения теории импульсно-вибрационного удаления покрытий с оболочек из листа с различными габаритами и конструкцией, с ажурных литых деталей ограниченной жесткости.

Показаны особенности проектирования технологического процесса удаления покрытий с учетом свойств обрабатываемых объектов и даны исходные материалы для ускоренного обоснования выбора объектов обработки, что может использоваться при технико-экономическом обосновании целесообразности внедрения нового процесса.

В главе изложена программа выполнения исследований, необходимых для решения поставленных задач и достижения поставленной цели.

В третьей главе рассмотрено моделирование процессов импульсного воздействия на оболочки.

Приведены физическая и математическая модели, раскрывающие механизм удаления толстослойных покрытий с металлических оболочек при единичных и многократных воздействиях, в том числе при резонансном режиме.

На рис. 1 показан механизм удаления покрытий с оболочки под действием импульса и последующих колебаний стенки.

Исходное состояние (рис. 1,а) характеризуется видом оболочки, покрытия, их геометрическими данными. Принимают, что оболочка (стенка тары) имеет возможность (хотя бы в пределах упругого изменения участка материала) перемещаться в направлении оси бойка, а прочность сцепления покрытия с оболочкой не высока.

Далее (рис. 1,6) под действием импульса оболочка 2 прогибается на величину (в зависимости от режима и жесткости оболочки) до Ьтах=10 мм.

Боек 1 (рис. 1,6) перемещается с высокой скоростью в направлении оболочки 2, которая быстро прогибается. Покрытие (загрязнение), как правило, обладает низкой пластичностью и при изгибе оболочки 2 деформируется в меньшей степени, т.е. отстает от оболочки 2 в зоне действия импульса. Без адгезии с оболочкой 2 хрупкое покрытие 3 трескается (показано на рис. 1,6 под индексом 4) и частично осыпается (рис. 1,в).

а) б) в) г)

Рис. 1. Последовательность процессов удаления толстослойных покрытий с

оболочки

а) — исходное состояние; б) состояние в конце импульса; в) начальный период перемещения оболочки после прекращения действия импульса; г) удаление покрытия;

1 - боек; 2 - оболочка (стенка тары); 3 - покрытие (загрязнение); 4,5,6 - фрагменты разрушаемого покрытия; - толщина оболочки; толщина покрытия; V,, У2 — скорости перемещения оболочки и покрытия при упругом перемещении; Б - зазор между бойком и оболочкой;

Ру - сила.

После снятия силы Ру (прекращение импульса) и отхода бойка от оболочки 2 она начинает обратное перемещение, что может вызвать образование вторичных волн на периферии зоны действия импульса. Такие волны способствуют отделению покрытий и разрушению их слоя на несвязанные фрагменты 5, 6 (рис. 1,в). Происходит удаление основной части загрязнений.

После прохождения стенкой оболочки 2 исходного положения за счет упругих свойств материала оболочки 2 при выравнивании поверхности оболочки в месте вторичных волн образуется обратная полуволна, скорость которой достаточно высока.

Полуволна обгоняет оставшийся фрагмент загрязнения 3 (рис. 1г) и отделяет его от оболочки 2.

При математическом описании процесса учитывают, что покрытия (загрязнения) могут эффективно устраняться, если обечайка (стенка тары, заготовки) под действием импульсов достаточно сильно прогибается, что нарушает адгезионные связи между обечайкой и покрытием. Для этого необходимо обеспечить наибольшую амплитуду колебаний стенки тары, что регулируется изменением частоты следования импульсов по сигналам датчиков, установленных вблизи бойка на поверхности обечайки.

При этом скорость перемещения стенки и загрязнений различная. Она зависит от массы материалов, амплитуды колебаний. Можно принять силу (в период прохождения обечайкой состояния равновесия) равной

КрРу, где КР - коэффициент потерь (для однородной обечайки Кр = 0,5 - 0,7, обечайки с элементами жесткости КР =0,2-0,5).

Тогда ускорение (а,) в рассматриваемый момент для обечайки составит

КРРу

0)

т

где Ру ~ сила, действующая на боек от электромагнитного воздействия Ру =

Ру - давление на боек, Бц - площадь поверхности бойка со стороны индуктора; т - масса единичной площади (5/) обечайки с толщиной стенки

Н

да = 5,-VI»

где у! - плотность материала обечайки. Ускорение для покрытия (загрязнения)

" - У (2)

^КГг

где И2 - толщина покрытия; у2 - плотность материала покрытия. Скорости стенки обечайки (VI) и покрытия (У2) в рассматриваемый момент времени

У^а,!, У2 = а2т, (3),(4)

где т - время перемещения стенки обечайки и покрытия до состояния равновесия. С достаточной точностью можно принять

где хи - время импульса, которое составляет хи = (20 -н 40)10~6 сек-Тогда перемещения обечайки (Ь)) и покрытия (Ь2) составят

1 2 2 2 Критерием оценки эффективности очистки тары может служить условие

Ь,>Ь2. (8)

Из (1) - (8) это условие имеет вид

Ь2 у2> Ь, уь (9)

Величины у(, у2, ^ не изменяются, поэтому условие (9) можно выразить через переменную И2

ь2>И-иг Уг

По критерию (9) для эффективной очистки необходимо величину Ь2 иметь наибольшей. В то же время целью операции является снижение толщины загрязнений, т.е. достижение условия

/^-»0. (11) Величина в (7) зависит от емкости конденсаторов (С). Чем выше емкость, тем больше сила импульса.

В работе приведены численные расчеты параметров процесса по разработанным моделям и методикам.

На рис. 2 показаны расчетные (большие) и экспериментальные (меньшие) значения амплитуды прогиба стальной обечайки толщиной 1 мм.

8.6

6.1

2,5

43

1,76

0,7

6,2

XI

1.5

Рис. 2.Амплитуды прогиба стенки обечайки А - для однородного листа; Б - для листов с усилителями жесткости I - сталь, боек диаметром 16 мм; II - сталь, боек диаметром 35 мм, III - алюминиевый сплав Д16Т, боек диаметром 16 мм

Разработана методика расчета колебаний обечайки при очистке её от покрытий (загрязнений). Амплитуда прогиба (Ьа) свободной (без элементов жесткости) обечайки может быть рассчитана по формуле 12

а 4 у Е8б [ Е86 ;

где Е - модуль продольной упругости обечайки; Б'б - площадь контактной поверхности бойка со стороны индуктора; 86 - площадь контактной поверхности бойка со стороны обечайки.

При наличии загрязнений прогиб обечайки (рис. 2) имеет меньшую амплитуду, последующие импульсные воздействия бойка с автоматической поднастройкой частоты позволяют увеличить амплитуду при любом диаметре бойка (I, А, Б), (И, А, Б), (III, А, Б).

Увеличение диаметра бойка в 2 - 3 раза снижает амплитуду как при однородной обечайке (I, III), так и при наличии краевых участков, ребер жесткости, что показано на рис. 2.

Для твердого дюралевого сплава (III) амплитуда возрастает до 30%, но в случае наличия элементов жесткости различие в вариантах I, Б и III, Б практически устраняется.

Из формулы (12) видно, что при снижении размеров участка обечайки, предварительно очищаемого за первый импульс, амплитуда снижается и для материалов покрытия с более высокой адгезией к обечайке начальная амплитуда прогиба однородной стенки может снизиться до 0,32 мм, что значительно увеличивает время очистки, особенно при неоднородной поверхности обечайки (различная толщина участков листа, наличие кромок, усилений и др.).

Автоматический поиск наибольшей амплитуды прогиба стенки позволяет через 2-3 импульса воздействия бойком удалить основную часть загрязнений и увеличить амплитуду, приблизив ее к наибольшему размеру, свойственному автоколебательному режиму системы «обечайка боек». Резонансный режим с наибольшей амплитудой позволяет ускорить процесс очистки изделий от загрязнений, хотя и требует сложной (и соответственно дорогой) системы управления процессом.

Для получения реальной амплитуды колебаний обечайки в формулу (12) вводят экспериментальный коэффициент (его величина 1,2-1,5).

В четвертой главе разработаны технологические режимы импульсно-вибрационного удаления покрытий. Приведена методика расчета режимов импульсно-вибрационной обработки.

Для этого находится основной технологический параметр для назначения режима обработки - емкость конденсаторов RC - генератора.

с -з gQ7i3R20 -Ii2)L3KBs6 (13)

0,72HoE(Hh1N)2U2

В (13) численные значения о0, я, ц, Po, Е, L3KB могут быть выбраны из справочной литературы.

Напряженность: Нн] = K^N^, (14)

где K„i - постоянная контура генератора. Находится экспериментально в процессе отладки и настройки RC - генератора. Берется из паспорта генератора; I] - сила тока в обмотке индуктора.

Il= U гдеКэкв = Е, (15)

экв ' ^

где L„ - индуктивность разрядного контура. В первом приближении для соленоида (индуктора) L„ = L3KB. Тогда

Ьн = кь%, (16)

где Кь - постоянная контура индуктивности, определяется табличным методом по соотношению ^б/ ; £ к - длина стержня бойка в

А

соленоиде; гб - радиус стержня бойка в соленоиде.

Анализ зависимостей (13) - (16) показывает, что расчет емкости конденсаторов возможен только численными методами, что затрудняет процедуру вычислений. С некоторой погрешностью можно принять напряженность как постоянную величину. Приближенно величина Нн1 в начале пластической деформации материала обечайки составляет: для сталей - 6-Ю5 ; для алюминиевых сплавов - 2-Ю5 ; для медных сплавов -3-Ю5.

Тогда расчет по (13) дает приближенное (точность достаточна для расчета технологических режимов) решение и позволяет однозначно установить требуемую емкость контура генератора.

Частота следования импульсов индуктора ("Уи) для ЛС-контура может быть оценена.

-1Рй1

(17)

2,3RClg

и-ипр

где и* - напряжение в индукторе в конце разряда; и„р - напряжение пробоя в индукторе (ипр=0,7и).

КЦб ■ (18)

R-сопротивление индуктора (R=R3KB), R ^

V ¿бС

Для диапазона емкостей 500-2000 мкф частота разрядов индуктора может достигать 250 кГц.

Коэффициент полезного действия (т|) электромагнитной штамповки составляет 2 - 20%. Отсюда для диапазона т|=0,02-0,2 можно приближенно определить скважность процесса. Без учета потерь на преодоление упругих деформаций в обечайке скважность (q) составит

9™ = = 10 ; = — = 50 .

"птах min

Тогда частота импульсов

0,837 D _ U

v = ■

(19)

Я11С 1

Для силы тока в импульсе от 100 до 200 кА и напряжении не менее 1 кВ сопротивление контура (Я)

Ятт=0,005 ом; Ятах=0,01 ом.

Тогда частота рабочих импульсов составит: уГГ1П=0,04 Гц (для с=2000 МФ); утах=0,84 Гц (для с=200 МФ).

Ток в импульсе составляет (100-г200) 103А.

Для вычисленных значений емкости скорость движения бойка (У6) в конце свободного хода (зазор 0,2-1,0 мм) составляет 100-250 м/с, что соответствует прямым измерениям.

Энергия (работа) импульса (А„) в момент соударения бойка с обечайкой

д Шбу| (20)

2

При оценке Ац массу (т6) бойка рассчитывают как величину подвижной системы, перемещающейся под действием электромагнитных сил.

По известной энергии импульса можно оценить мощность генератора и расход электричества.

Мощность, потребляемая генератором, зависит от емкости конденсаторов, потерь на нагрев и рассеивание тепла, на трение. В процессе зарядки конденсаторов потери могут достигать 50 %. С возрастанием скважности потери энергии увеличиваются. В соответствии с этим растут затраты электричества, которые можно снизить за счет увеличения напряжения на индукторе до 2 -3 кВ.

Разработана методика расчета размеров бойка, параметров генератора импульсов.

Раскрыты особенности проектирования технологического процесса удаления покрытий для тары и ажурных литых деталей.

Разработана технология удаления толстослойных покрытий с тары, которая пригодна для очистки тонкостенных крупногабаритных заготовок, получаемых литьем в земляные формы и методом точного литья по выплавляемым моделям. Магнитоимпульсный вибрационный метод позволяет удалять с литых заготовок формовочные смеси, в том числе пригоревшие слои, остатки керамических оболочек, не повреждая при этом ажурные элементы заготовок. Механизация операций очистки крупногабаритного литья решает не только технические, но и социальные проблемы заготовительного производства (улучшение условий труда, возможность автоматизации процесса очистки литья и др.).

Выполнены расчеты для случаев очистки типовых изделий. Для плоских обечаек время удаления покрытий (например, формовочной земли) с 1 м2 составляет от 44 секунд до 4,4 минут (в зависимости от наличия элементов жесткости).

Практически полную (100%) очистку изделий не производят (ограничивают очисткой 90-95% площади участка), что ускоряет процесс в 2,5-3 раза по сравнению с полной очисткой.

Исследовано влияние магнито-вибрационной обработки на качество поверхностного слоя. Установлено, что при расчетных режимах возможно появление сжимающих напряжений, что увеличивает механические показатели материала изделий. Разработаны рекомендации по использованию импульсно-вибрационного метода для очистки изделий.

Для тонких (до 3 мм) стенок за 1 импульс можно удалить большинство загрязнений с площади до 0,4-0,5 м2 при свободной от элементов жесткости поверхности (участок очищаемой поверхности связан с остальной частью заготовки одним краем). Если элемент обработки обрамлен хотя бы с 3 сторон силовыми составляющими заготовки, то эффективность воздействия импульса снижается в 2-3 раза. Степень очистки (отношение площадей без загрязнений к общей площади) составляет 70-90%, поэтому минимальное количество импульсов назначают 3-5, приближаясь при этом к области резонансных колебаний системы заготовки и покрытия. После этого степень очистки может достигать 100%.

С увеличением толщины стенки требуется повышать энергию импульса, которая ограничена механической прочностью заготовки (интенсивность воздействия бойка на обрабатываемый участок не должна вызывать его повреждения от удара). Для участков с элементами жесткости значительное увеличение числа импульсов может не дать положительного эффекта, особенно на границах элементов заготовки с различной толщиной. Поэтому принимается, что операцию очистки в этом случае можно считать законченной, если устранены толстослойные покрытия, а остаточные загрязнения занимают не более 20-30% площади.

Удаление покрытий (загрязнений) происходит практически аналогично как для наружных, так и внутренних поверхностей с одинаковой толщиной стенки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Создан комбинированный способ, технология оборудования и средства технологического оснащения для удаления покрытий из хрупких и спрессованных сыпучих материалов путем регулируемых импульсных воздействий с оптимизацией режимов по сигналам датчиков амплитуды колебаний оболочки тары и адаптацией показателей по результатам процесса.

Внедрение созданного оборудования позволило снизить вредное воздействие (шумы) до величины, допустимой стандартами, ускорить до 10-20 раз очистку тары многократного использования, практически

полностью исключить повреждение оболочек транспортных средств, успешно удалять с литых заготовок загрязнения, ранее трудно поддающиеся разделению при очистке.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан комбинированный способ импульсного воздействия на оболочки с толстостенными покрытиями, включающий пульсатор, датчики амплитуды и адаптивный регулятор частоты вибраций, отличающийся адаптивным управлением режимами воздействия, перемещения бойка и временем обработки элементов оболочки с различными характеристиками покрытий,

2. Спроектированы режимы работы для импульсных индукторов с релаксионной схемой управления режимами, позволяющие использовать переменную емкость конденсаторов, что снизило требования к технике безопасности и устранило травматизацию при очистке тары.

В качестве режимов рекомендованы: напряжение 900-1000 В, емкость конденсаторов 500-2000 МФ, частота импульсов бойка 0,5-1,0 Гц.

3. Предложены механизм и модель адаптивного управления технологическим процессом и режимами удаления покрытий, что позволило на порядок и более ускорить процесс очистки без повреждения оболочек, достичь сроков очистки, не вызывающих штрафных санкций со стороны железной дороги, в 1,5-2,0 раза повысить полезное использование внутризаводского транспорта при перевозке загрязняющих грузов, механизировать и ускорить процесс очистки литья.

4. Создано универсальное оборудование, имеющее следующие характеристики:

- наибольшая толщина стенок оболочки очищаемой тары и заготовок - до 5 мм

- наибольшая толщина покрытия на стенках тары и заготовках - до 150 мм

- энергия импульса до 2,5 КДж

- скорость очистки с учетом местных "жесткостей" 0,2-0,9 м2/сек.

5. Разработан комбинированный технологический процесс очистки литья и тары с адаптацией к условиям удаления покрытия по энергии воздействия на оболочку и частоте следования импульсов с поддержанием оптимальной амплитуды для всех видов изделий.

6. Процесс, оборудование и средства технологического оснащения прошли экспериментальную проверку, внедрены и нашли широкое использование для литейного производства, внутризаводского транспорта и подвижного состава, поступающего на предприятие при доставке грузов. Документально подтвержденный эффект от внедрения составил более 680 тысяч рублей.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Гребенщиков А.В. Очистка изделий от загрязнений импульсными воздействиями / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. № 9. - С. 53-56

2. Гребенщиков А.В. Расчет инструмента для импульсной обработки / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев, Г.М. Фатыхова // Металлообработка. 2008. №2. - С. 19-23

3. Гребенщиков А.В. Расчет колебаний обечайки изделий при очистке ее от загрязнений / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Металлообработка. 2008. №1. - С. 25-27

4. Гребенщиков А.В. Поверхностный слой материалов после импульсной обработки / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. №10. - С.45-47

5. Гребенщиков А.В. Ресурсосберегающие способы удаления толстослойных загрязнений и покрытий /А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Металлообработка. 2008. № 5. - С. 32-35

6. Смоленцев В.П. Технологические режимы импульсного удаления толстослойных покрытий / В,П. Смоленцев, А.В, Гребенщиков// Металлообработка. 2008. №1. - С.39-41

7. Зуйков К.Г. Принятие квалифицированных решений при рассмотрении динамичных процессов / К.Г. Зуйков, А.В. Гребенщиков // Справочник. Инженерный журнал. 2008. №2. - С.39-44

8. Гренькова А.М. Технология разделения материалов с переменными характеристиками / А.М. Гренькова, А.В. Гребенщиков // Металлообработка. 2008. №6. - С.28-33

Статьи и материалы конференций:

9. Смоленцев В.П. Управление научными исследованиями конверсионного предприятия / В.П. Смоленцев, А.В. Бондарь, А.В. Гребенщиков // Вестник, Рыбинск: РГАТА им. П.А. Соловьева. 2007,- С. 28-31

10. Smolentsev V.P. Manufacturing of Coated Production Tooling / V.P. Smolentsev, A.V. Levin, A.V. Grebenthicov // Advanced Materials, Research, Vols 24-25, Switzerland, 2007. - P. 321-324

11. Технологический процесс нанесения покрытий с требуемыми характеристиками / H. М. Бородкин, Г. К. Фатыхова, А. Ю Сухочев, А. В. Гребенщиков // Совершенствование производства поршневых двигателей для малой авиации: труды отраслевой науч.-техн. конф. М.: Машиностроение, 2008. - С. 59-62.

12. Гребенщиков А.В. Трудоемкость очистки изделий от толстослойных покрытий / А.В. Гребенщиков // Совершенствование

производства поршневых двигателей для малой авиации: труды отраслевой науч.-техн. конф. М.: Машиностроение, 2008. - С. 87-91

13. Гребенщиков A.B. Реализация методов автоматизации двигателестроения при эксплуатации газовых скважин Северных месторождений / A.B. Гребенщиков, А.И. Скуфимский А.И. Шелякин // Совершенствование производства поршневых двигателей для малой авиации: труды отраслевой науч.-техн. конф. М.: Машиностроение, 2008. -С. 104-110

14. Гребенщиков A.B. Обеспечение качества деталей машин технологическими методами / A.B. Гребенщиков, A.B. Бондарь, В.П. Смоленцев // Проектирование механизмов и машин: труды II Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж: ЦНТИ, 2008. - С. 125-130

15. Уваров М.А. Техническое обоснование выбора складских помещений для обеспечения качества ремонта транспортной техники / М.А.Уваров, A.B. Гребенщиков // Проектирование механизмов и машин: труды II Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж: ЦНТИ, 2008. - С.134-137

16. Гребенщиков A.B. Пути повышения качества наукоемких изделий / A.B. Гребенщиков, A.B. Бондарь, В.П. Смоленцев // Проектирование механизмов и машин: труды II Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж: ЦНТИ, 2008.-С. 168-174

17. Гребенщиков A.B. Разработка методов и средств снижения теплонапряженности и повышения эффективности авиационных поршневых двигателей семейства М14 / A.B. Гребенщиков, Н.В. Сухоруков, И.М. Илюхин // Авиация и космонавтика - 2006: труды V Междунар. конф. М.: Энергия, 2006. - С. 297-298

Патенты на изобретения:

18. Патент RU 2255827 С1, МПК B21D22/16. Способ изготовления оболочек оживальной формы / А.В.Бондарь (RU), В.Н.Борисов (RU), В.Г.Грицюк (RU), А.В.Гребенщиков (RU) // Заявка 2003133754/02,

19.11.2003, опубл. 10.07.2005, Бюл. № 19.

19. Патент RU 2242319 С2, МПК B21D51/10, 22/16. Способ получения заготовки крупногабаритного корпуса стыковочного агрегата космического аппарата /А.В.Бондарь (RU), В.Н.Борисов (RU), В.Г.Грицюк (RU), А.В.Гребенщиков (RU) // Заявка 2002125543, 24.09.2002, опубл.

20.12.2004, Бюл. №35.

20. Патент RU 46218 U1, МПК В24В23/02. Устройство для шлифования / А.В.Гребенщиков (RU) // Заявка 2005101894/22, 26.01.2005, опубл. 27.06.2005, Бюл. № 18.

21. Патент RU 69787 U1, МПК B23H3/00. Установка для очистки тары от загрязнений / В.П.Смоленцев (RU), А.В.Гребенщиков (RU), И.Б.Никоненко (RU), С.Л. Калужин (RU) // Заявка 2007133997/22, 11.09.2007, опубл. 10.01.2008, Бюл.№1.

""22." Патент 1Ш 2317171 С2, МПК В21026/08. Способ формообразования пакета деталей оживальной формы / А.В.Гребенщиков (Щ) и др.//3аявка 2006104576/02, 14.02.2006, опубл. 20.02.2008, Бюл. № 5.

23. Патент Ш 2330255 С2, МПК 001М13/00. Стенд замкнутого контура для испытания 2-х зубчатых редукторов / А.В.Бондарь (РШ), М.А.Баканов (1Ш), А.В.Гребенщиков (1Ш), Н.В.Сухоруков (1Ш), В.Г. Небогин (1Ш) // Заявка 2006119867/28, 06.06.2006, опубл. 27.07.2008, Бюл. №21.

24. Патент 1Ш 62891 Ш, МПК В64С27/12, В64035/06. Редуктор привода соосных несущих винтов вертолета / А.В.Бондарь (1Ш), М.А.Баканов (1Ш), А.В.Гребенщиков (Ш), Н.В.Сухоруков (1Ш), В.Г. Небогин (Яи) // Заявка 2006139389/22, 07.11.2006, опубл. 10.05.2007, Бюл. № 13.

25. Патент 1Ш 65597 Ш, МПК Р1607/02. Встроенная фрикционная муфта / А.В.Бондарь (Яи), М.А.Баканов (Яи), А.В.Гребенщиков ((Ш), А.И.Шелякин (Яи), В.Г. Небогин // Заявка 2007109093/22, 12.03.2007, опубл. 10.08.2007, Бюл. № 22.

26. Патент Я1! 2323363 С1, МПК Р02К 9/62. Способ изготовления сварно-паяной конструкции крупногабаритного сопла камеры ЖРД / А.В.Бондарь (1Ш), А.В.Гребенщиков (1Ш) и др. // Заявка 2007108265/06, 05.03.2007, опубл. 27.04.2008, Бюл. № 12.

Подписано в печать 03.04.2009. Формат 60x84/1 б.Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. №/^3 ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

Введение

Глава 1. Технология и оборудование для импульсно-вибрационного удаления толстослойных покрытий

1.1 Область использования

1.2 Описание процесса

1.3 Технологические режимы и процессы

1.4 Использование резонансных режимов для интенсификации процесса

1.5 Оборудование для импульсно-вибрационной обработки 51 Анализ состояния вопроса и задачи исследований

Глава 2 Пути разработки технологии и оборудование для удаления толстослойных покрытий 73 2.1 Основные научные гипотезы 73 2.2. Объекты исследований

2.3 Научная база для создания новых способов и устройств

2.4 Построение исследований 85 Выводы

Глава 3 Моделирование процессов импульсного воздействия на металлические оболочки с толстослойным покрытием

3.1 Физическая модель процесса

3.2 Математическое описание процесса

3.3 Методика расчета колебаний обечайки при очистке ее от загрязнений

3.4 Численные расчеты параметров процесса 99 Выводы

Глава 4. Технологическое приложение результатов исследований

4.1 Технологические режимы и технология импульсно-вибрационного удаления толстослойных покрытий

4.2 Особенности построения технологического процесса очистки изделий от загрязнений

4.3 Обоснование области рационального использования технологии и оборудования для удаления толстослойных покрытий

4.4 Особенности использования результатов в конверсионных предприятиях и пути выхода на международные рынки

4.5 Структура оборудования для удаления покрытий

4.6 Примеры расчета времени удаления покрытий

4.7 Обеспечение качества поверхностного слоя материалов стенки

4.8 Область рационального использования технологии и оборудования для очистки

Выводы

Актуальность темы. При транспортировке грузов внутри предприятия и поставках внешних заказов требуется обеспечить чистоту тары (ящиков, контейнеров, вагонеток, грузовых вагонов и т.д.). Транспортные организации ограничивают время простоев подвижного состава, а длительная очистка со стенок перевозимых продуктов вызывает нарушение работы внутризаводского транспорта и крупные штрафов, например, железной дороге. Анализ перевозимых сыпучих и твердеющих материалов показывает, что в зависимости от условий и длительности транспортировки формовочные смеси и связующие создают на стенках вагонов и контейнеров слои толщиной до 50 мм, а в зимнее время — до 100 мм. Все эти слои, покрывающие внутренние стенки тары, должны быть удалены в течение нескольких часов. В настоящее время для этих целей на предприятиях используют ручные ударные инструменты (кувалды, отбойные молотки, трамбовки и др.). Ручная работа с такими устройствами опасна для здоровья, малопроизводительна и не престижна. Сила ударов не контролируется и нередко приходится операцию повторять или устранять механические дефекты (вмятины, разрывы, обрывы стяжек и др.). Крупные заводы вынуждены содержать в транспортных цехах бригады рабочих для очистки внутризаводских средств и вагонов железной дороги. Это становится заметным накладным расходам, снижающим экономические показатели предприятия и конкурентоспособность продукции. Кроме того, крупные заводы и объединения вынуждены своими силами ремонтировать подвижный состав для железной дороги, что отвлекает производство от своевременного выполнения заказов. Аналогичные трудности имеются при удалении остатков керамических форм при точном литье деталей.

Анализ показал, что затраты на очистку тары (особенно в зимнее время) сравнимы со стоимостью транспортировки грузов. Механизация и автоматизация этого процесса является необходимой для заводов. Для этого требуется разработка новых методов, технологии и оборудования для удаления остатков перевозимых грузов без повреждения тары, очистки литых заготовок от формовочных смесей, керамических форм.

Решение вопросов очистки изделий представляет большой интерес для предприятий, поскольку ускоряет технологическую подготовку производства в процессе освоения новой продукции, снижает затраты на оснастку и позволяет достичь конкурентоспособной стоимости продукции. Это актуально для современного машиностроения при вхождении в международную структуру промышленного производства востребованных наукоемких изделий.

Работа выполнялась в соответствии с государственной программой «Мобильный комплекс» (раздел «Техническое перевооружение») Постановление Правительства РФ № 2164-П

Целью работы является разработка метода, технологии, средств технологического обеспечения для удаления слоя покрытий из хрупких, сыпучих материалов с использованием комбинированных импульсных и вибрационных способов на режимах, обеспечивающих высокий уровень очистки и сохранность изделий.

Для достижения поставленной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Обоснование режимов импульсного воздействия на твердые оболочки с внутренним толстослойным покрытием из различных материалов.

2. Разработка метода качественной очистки и моделирование его как части технологии импульсного воздействия на стенки изделий во время очистки.

3. Установление закономерностей между характеристиками оболочек, покрытий и энергией импульсного воздействия.

4. Разработка требований к мобильному оборудованию для комбинированного процесса удаления покрытия и разработке режимов импульсного воздействия на оболочки.

5. Разработка технологии комбинированной очистки изделий от типовых покрытий.

6. Внедрение технологии, режимов, средств технологического оснащения для очистки тары и изделий различного назначения.

Методы исследований. В работе использованы теоретические основы технологии машиностроения, теория построения сложных технических систем с нечетко определенными начальными и граничными условиями, процессы электромагнитной и вибрационной обработки, теория вибраций и колебаний в технологических системах, современные исследования в области оптимизации процессов.

Научная новизна работы включает:

1. Разработку комбинированного способа импульсного удаления покрытий с управлением энергией воздействия по сигналу диагностического устройства и ограничением энергии по пределу упругой деформации оболочки.

2. Создание модели и механизма удаления покрытий с учетом прямых импульсных воздействий и обратных сигналов, отражающих состояние покрытия в месте импульсного воздействия.

3. Механизм управления режимами импульсных воздействий, обеспечивающих получение автоколебательных процессов удаления покрытий и гарантирующих сохранность тары при любом виде покрытий.

Практическая значимость:

1. Технология комбинированной очистки тары и литых заготовок с регулированием энергии импульсного воздействия по сигналу датчиков амплитуды и частоты воздействий с выходом на автоколебательные режимы.

2. Разработка универсального оборудования и средств технологического оснащения с регулируемой емкостью конденсаторов и управляемым перемещением импульсного механизма, позволяющим устранить разрушение изделий и сократить время очистки в пределах нормированной величины.

3. Внедрение технологии, режимов и требований для разработки мобильного оборудования в транспортных цехах предприятий и заводских отделениях железной дороги в крупных производственных объединениях.

Личный вклад соискателя включает:

1. Создание комбинированного способа удаления толстослойных покрытий применительно к очистке тары, литых изделий.

2. Механизм и модель взаимодействия импульсного воздействия, упругой оболочки и хрупкого или уплотненного покрытия с обратной связью от датчиков амплитуды вибраций, что позволило создать новую технологию адаптивного удаления покрытий с различными характеристиками.

3. Требования к оборудованию для реализации комбинированного способа очистки тары, на который получен патент РФ.

4. Организацию внедрения разработанного способа, технологии и оборудования на предприятиях машиностроения.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались в стране и за рубежом на научных конференциях различного уровня: на 5-й международной конференции «Авиация и космонавтика» («Энергия», Москва, 2006); Международной научно-технической конференции «Технологическое обеспечение и автоматизированное управление параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки деталей и сборки газотурбинных двигателей» (Рыбинск, 2007); • отраслевой научно-технической конференции «Совершенствование производства поршневых двигателей для малой авиации» (Воронеж, 2008); 2-й Всероссийской научно- практической конференции «Проектирование механизмов и машин» (Воронеж, 2008); II Международной научно - практической конференции «Проектирование механизмов и машин» (Воронеж, 2008); Международной научно-технической конференции «JSAAT 2007» (Deaborn, USA, 2007); II Международной научно-практической конференции «ССП-2007» (Воронеж, 2007); Международном научно-техническом семинаре «Применение низкочастотных колебаний в технологических целях» (Ростов н/Д, 2007).

Использование результатов. Работа внедрена на Воронежском механическом заводе, на ПФК ВСЗ Холдинг, в НЛП «Гидротехника» с общим экономическим эффектом более 680 тысяч рублей. При этом ожидаемый эффект превышает 1 ООО тысяч рублей.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 17 научных статьях, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ - 8, получено 9 патентов на изобретения. В указанных публикациях автору принадлежит:

1] - механизм импульсной очистки изделий; [2] -методика расчета инструмента для импульсной обработки; [3] - модель колебаний обечайки; [4] -механизм формирования поверхностного слоя; [5] - механизм удаления покрытий; [6] - технология импульсной обработки; [7] — метод ускоренной оптимизации расчета режимов; [8] — способ снижения теплонапряженности литых деталей; [9] — пути материального обеспечения системы подготовки производства; [10] — разработка инструмента; [11] — пути повышения качества изделий на стадии обработки; [13] - методы автоматизации процессов; [14] -пути повышения качества изделий; [15] — обеспечение условий хранения оснастки; [16] - пути поддержания качества изделий.

Структура и объем работы. Диссертация включает 4 главы, заключение, приложения, список использованной литературы из 127 наименований, 163 страниц текста, 70 рисунков, 11 таблиц.

Выводы.

1. Разработан комбинированный способ импульсного воздействия на оболочки с толстостенными покрытиями, включающий пульсатор, датчики амплитуды и адаптивный регулятор частоты вибраций, отличающийся адаптивным управлением режимами воздействия, перемещения бойка и временем обработки элементов оболочки с различными характеристиками покрытий.

2. Спроектированы режимы работы для импульсных индукторов с релаксионной схемой управления режимами, позволяющие использовать переменную емкость конденсаторов, что снизило требования к технике безопасности и устранило травматизацию при очистке тары.

В качестве режимов рекомендованы: напряжение 900-1000 В, емкость конденсаторов 500-2000 МФ, частота импульсов бойка 0,5-1,0 Гц.

3. Предложены механизм и модель адаптивного управления технологическим процессом и режимами удаления покрытий, что позволило на порядок и более ускорить процесс очистки без повреждения оболочек, достичь сроков очистки, не вызывающих штрафных санкций со стороны железной дороги, в 1,5-2,0 раза повысить полезное использование внутризаводского транспорта при перевозке загрязняющих грузов, механизировать и ускорить процесс очистки литья.

4. Создано универсальное оборудование, имеющее следующие характеристики:

- наибольшая толщина стенок оболочки очищаемой тары и заготовок — до

5 мм

- наибольшая толщина покрытия на стенках тары и заготовках - до 150 мм

- энергия импульса до 2,5 КДж

- скорость очистки с учетом местных "жесткостей" 0,2-0,9 м /сек.

5. Разработан комбинированный технологический процесс очистки тары с адаптацией к условиям удаления покрытия по энергии воздействия на оболочку и частоте следования импульсов с поддержанием оптимальной амплитуды для всех видов изделий.

6. Процесс, оборудование и средства технологического оснащения прошли экспериментальную проверку, внедрены и нашли широкое использование для литейного производства, внутризаводского транспорта и подвижного состава, поступающего на предприятие при доставке грузов. Документально подтвержденный эффект от внедрения составил более 680 тысяч рублей.

Заключение

Создан комбинированный способ, технология оборудование и средства технологического оснащения для удаления покрытий из хрупких и спрессованных сыпучих материалов путем регулируемых импульсных воздействий с оптимизацией режимов по сигналам датчиков амплитуды колебаний оболочки тары и адаптацией показателей по результатам процесса.

Внедрение созданного оборудования позволило снизить вредное воздействие (шумы) до величины, допустимой стандартами, ускорить до 10-20 раз очистку тары многократного использования, практически полностью исключить повреждение оболочек транспортных средств, успешно удалять с литых заготовок загрязнения, ранее трудно поддающиеся разделению при очистке.

1. Авсеевич О.И. О закономерностях эрозии при импульсных разрядах / Физические основы электроискровой обработки материалов, М.: Наука, 1966. -С.32-42.

2. А. с. 730522 (СССР) Способ электроискрового нанесения тонкослойных покрытий / М. К. Мицкевич, А.И. Бушик, И.А. Бакуто и др. // Открытия. Изобретения, 1980, N16.

3. А. с. 1434513 (СССР) Способ электроэрозионного легирования / Ю. И. Мансозин, Б.С. Никешин, В.В. Тарахин и др.// Открытия. Изобретения, 1989, N21.

4. А. с. 1509205 (СССР) Устройство для электроэрозионного легирования /B.C. Тарасов // Открытия. Изобретения, 1989, N35.

5. А. с. 15014527 (СССР) Способ электроэрозионного легирования и устройство для его осуществления / B.C. Тарасов // Открытия. Изобретения, 1988, N38.

6. А. с. 16114731 (СССР) Способ электроэрозионного легирования / Б.И. Никулин, И.К. Петуховский, А.И. Федотов // Открытия. Изобретения, 1989, N25.

7. А. с. 837716 (СССР) Способ электроискрового нанесения покрытий / А.Е. Гитлевич, Н.Я. Парканский, В.М. Ревуцкий, В.В. Михайлов // Открытия. Изобретения, 1981, N22.

8. А. с. 1125115 (СССР) Спеченный электродный материал на основе карбида вольфрама / В.П. Нестеренко, А.Н. Кваша, Ф.П. Санин, В.И. Калиниченко, И.А. Стороженко, А.В. Дробот // Открытия. Изобретения, 1989, N23.

9. А. с. 1514526 (СССР) Устройство для электроэрозионного легирования / И.А. Переяславцев, В.Б. Марголин // Открытия. Изобретения, 1989, N33.

10. А. с. 1395435 (СССР) Многоэлектродное устройство для электроэрозионного легирования / Ю.И. Климухин, М.Р. Глебов, А.И. Кузьиенко, В.П. Дятлов// Открытия. Изобретения, 1988, N18.

11. А. с. 1434516 (СССР) Устройство для электроэрозионного легирования / B.C. Тарасов // Открытия. Изобретения, 1989, N21.

12. А.с. 428903 (СССР) Многоэлектродный вращающийся инструмент / В.И. Морозенко, В.И. Андреев, И.И. Беда и др.// Открытия. Изобретения, 1974, N19.

13. А. с. 1255330 (СССР) Многоэлектродный инструмент дляЭИЛ/ В.П.Ашихмин, А.И. Уршанский, Б.Л. Кузнецов и др // Открытия. Изобретения, 1986,N33.-С. 53.

14. Аксенов А.Ф. Повышение долговечности инструмента из стали 45 электроискровым легированием / А.Ф. Аксенов, А.В. Верхотуров, Э.А. Кульгавый и др. // Вестник машиностроения, 1984, N2. С. 69-70.

15. Андреев В.И. Электроискровое упрочнение поверхностей крупногабаритных деталей / В.И. Андреев, В.Г. Ситало, Н.Г. Воронов // Технология и организация производства, 1989, N2. С. 16-17.

16. Бабичев А.П. Основы вибрационной техники / А.П. Бабичев, И.А. Бабичев // Ростов н/Д: ДГТУ, 1999. 528 с.

17. Бакуто И.А. О факторах, влияющих на образование покрытий при электроискровом способе обработки / И.А. Бакуто, М.К. Мицкевич // Электронная обработка материалов, 1977, N3. — С. 17-19.

18. Баранова Л.В. Металлографичекое травление металлов и сплавов / Л.В. Баранова, Э.Л. Демина // М: Металлургия, 1986. 256 с.

19. Бондарь А. В. Обеспечение качества при многослойных комбинированных покрытиях металлов / А.В. Бондарь, Г.М. Фатыхова, Е.В. Смоленцев // Ж. "Упрочняющие технологии и покрытия", 2008, № 4.

20. Бондарь А.В. Качество и надежность. М: Машиностроение, 2007. — 308с.

21. Бутовский М.Э. Нанесение покрытий и упрочнение материалов концентрированными потоками энергии, 4.1, Электроэрозионное упрочнение, Техника и технология // М.: ИКФ «Каталог», 1998. 321 с.

22. Верхотуров А.Д. Формирование упрочненного слоя при электроискровом легировании сталей и титановых сплавов / А.Д. Верхотуров, А.А. Рогозинская, И.И. Тимофеева // Киев: Изд-во о-ва "Знание", 1979. 27 с.

23. Верхоторов А.Д. Распределение вещества электродов в их рабочие поверхностях после электроискрового легирования стали переходными материалами IV-VI групп / А.Д. Верхоторов, И.С. Анфимов // Физика и химия обработки материалов, 1978, N3. С. 93-98.

24. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании / Владивосток: Дальнаука, 1995. 323 с.

25. Газизуллин К.М. Опыт обработки крупногабаритных типовых деталей в пульсирующей рабочей среде / К.М. Газизуллин, Г.М. Фатыхова, P.M. Газизуллин // ИВУЗ. "Авиационная техника", 2007, № 1.-е. 76-77.

26. Газизуллин К.М. Выбор схемы электрохимической обработки в пульсирующем электролите // Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии. Сб. матер. Всероссийской НТ конференции. Липецк: ЛГТУ.2002. С. 106-109

27. Газизуллин К.М. Электрохимическая размерная обработка крупногабаритных деталей в пульсирующих рабочих средах // Воронеж: ВГУ. 2002. 243 с.

28. Галанин С.И. Электрохимическая обработка металлов и сплавов микросекундными импульсами тока // Кострома: КГТУ, 2001. 118 с.

29. Гребенщиков А.В. Очистка изделий от загрязнений импульсными воздействиями / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Ж. «Упрочняющие технологии и покрытия», 2008, №9 — С. 53-56

30. Гребенщиков А.В. Расчет инструмента для импульсной обработки / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев, Г.М. Фатыхова// Ж. «Металлообработка», 2008, №2 С. 19-23

31. Гребенщиков А.В. Расчет колебаний обечайки изделий при очистке ее ■ от загрязнений / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Ж. «Металлообработка», 2008, №1 С. 25-27

32. Гребенщиков А.В. Расчет инструмента для импульсной обработки / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев, Г.М. Фатыхова // Ж. «Металлообработка», 2008, №2-С. 19-23

33. Гребенщиков А.В. Трудоемкость очистки изделий от толстослойных покрытий / А.В. Гребенщиков // Совершенствование производства поршневыхдвигателей для малой авиации: Тр. отрасл. науч.-техн. конф.,М.: Машиностроение, 2008. С. 87-91

34. Гребенщиков А.В. Обеспечение качества деталей машин технологическими методами / А.В. Гребенщиков, А.В. Бондарь, В.П. Смоленцев // Проектирование механизмов и машин: Труды 2-й Всерос. научно-практич. конф., Воронеж: ЦНТИ, 2008. С.125-130

35. Гребенщиков А.В. Пути повышения качества наукоемких изделий / А.В. Гребенщиков, А.В. Бондарь, В.П. Смоленцев // Проектирование механизмов и машин: Труды 2-й Всерос. научно-практич. конф., Воронеж: ЦНТИ, 2008. С. 168-174

36. Гренькова A.M. Модульный принцип комплектации специального оборудования/ A.M. Гренькова, Е.В. Смоленцев, Г.М. Фатыхова // ПММ 2007: Труды всероссийской научно-практической конференции, Воронеж: ВГТУ, 2008. - С. 26-29.

37. Жачкин С.Ю. Холодное гальваническое восстановление деталей. Воронеж: ВГТУ, 2002. 138 с.

38. Золотых Б.Н. О роли механических факторов в процессе эрозии в импульсном разряде / Б. Н. Золотых, И. П. Коробова, Э.М. Стрыгин // Физические основы электроискровой обработки материалов, М.: Наука, 1966. -С. 63-74.

39. Золотых Б.Н. Физические основы электроэрозионной обработки / Б.Н. Золотых, P.P. Мельдер // М.: Машиностроение, 1977. 43 с.

40. Зуйков К.Г. Принятие квалифицированных решений при рассмотрении динамичных процессов / К.Г. Зуйков, А.В. Гребенщиков // Ж. «Справочник. Инженерный журнал», 2008, №2 С. 39-44

41. Источники питания для электроискрового легирования / С.П.Фурсов, А.М.Парамонов, А.В. Семенчук, А.В. Семенник // Кишинев: Штиинца, 1978. -118 с.

42. Каримов А.Х. Методы расчета электрохимического формообразования / А.Х. Каримов, В.В. Клоков, Е.И. Филатов // Казань: Изд-во КГУ, 1990. 388 с.

43. Канарчук В.Е. Электроискровое легирование деталей из алюминиевых сплавов / В.Е. Канарчук, А.Д. Чирринец, В.И. Шевченко и др. // Технология и организация производства, 1990, N2. С. 48-43.

44. Каськова Э.Г. Электроискровое легирование порошками в магнитном поле деталей, работавших в условиях абразивного износа // Передовой производственный опыт в тяжелом и транспортном машиностроении, М.: ЦНИИТЭИТяжмаш, 1987, Сер 3, Вып. 9. 24 с.

45. Корниенко А.И. Установки для электроискрового легирования поверхностей / А.И. Корниенко, А.Г. Базылько // Станки и инструмент, 1981, N2. С. 29-32.

46. Коваленко B.C. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов / B.C. Коваленко, А.Д. Верхотуров, Л.Ф. Головко, И. А. Подчерняева // М.: Наука, 1986.- 276 с.

47. Коваленко B.C. Лазерная технология. Киев: Выша школа, 1989. — 280 с.

48. Клименко В.Н. Кинетика нанесения покрытия из корбидохромовых сплавов методом электроискрового легирования / В.Н. Клименко, В.Г. Канж, А.Д. Верхотуров и др. // Порошковая металлургия, 1992, N2. С. 32-37.

49. Лазарев Г.С. Автоколебания при резании металлов. М.: Высш. шк., 1971.-244 с.

50. Лазаренко Б.Р. Об электроискровом легировании металлических поверхностей в вакууме / Б.Р.Лазаренко, Н.И. Лазаренко, С.З. Бакал, Т.Л. Мастика // Электронная обработка материалов, 1973, N6. С. 34-36.

51. Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей, М.: Машиностроение, 1976. — 46 с.

52. Лазаренко Б.Р. Распределение элементов в поверхностных слоях при электроискровом легировании / Б.Р. Лазаренко, В.В. Михайлов, А.Е. Гитлевич и др. // Электронная обработка материалов, 1977, N3. С.23-33.

53. Машиностроение. Энциклопедия. ТIV-7 / Под ред. Б.И. Черпакова // М.: Машиностроние, 1998.

54. Максименков В.И. Технология создания многослойных звукопоглощающих конструкций / В.И. Максименков, М.В. Молот // "Авиакосмические технологии", Труды 4-й российской авиакосмической НТ конференции, Самара: СГАКУ, 4.1, 2003. С. 136 -143

55. Машиностроение. Энциклопедия. Т III-3 / Под ред. А.Г. Суслова // М.: Машиностроние, 2000. 840 с.

56. Мельников В.П. Управление качеством / В.П. Мельников, В.П. Смоленцев, А.Г. Схиртладзе // М.: Академия, 2007. 352 с.

57. Михаленко Ф.П. Способы повышения стойкости разделительных штампов // Вестник машиностроения, 1982, N1. — С. 60-65.

58. Модель оптимального проектирования оборудования / В.В. Сысоев, В.М. Самойлов // Электронная техника, Сер. 7, 1992, Вып.4. С. 12-15

59. Мороз И.И. Электрохимическое формообразование. Технология и оборудованием.: НИИМаш, 1978.- 81 с.

60. Назаров Ю.Ф. Применение электроискрового легирования для изменения оптических свойств металлических поверхностей / Ю.Ф. Назаров, В.Б. Златковский // Электронная обработка материалов, 1981, N2. С. 28-30.

61. Обработка металлов резанием с плазменным нагревом / Под ред. А.И. Резникова // М.: Машиностроние, 1985. 232 с.

62. Основы ремонта машин /Под ред. Ю.Н.Петрова // М.:Колос, 1972.-528 с.

63. Палатник JI. С. Фазовые превращения при электроискровой обработке металлов, и опыт установления критериев наблюдаемых взаимодействий, М.: ДАН СССР, 1953, Т.89, N3 С. 455-489.

64. Паустовский А. В. Повышение износостойкости инструментальных сталей электроискровым легированием / А.В. Паустовский, Т.В. Куринная, И.А. Руденко // Станки и инструмент, 1983, N2. С . 29-30.

65. Патент 2318637 (РФ). Способ электроэрозионного восстановления чугунных деталей / В.П. Смоленцев и др // Бюл. изобр. 2008, №7.

66. Патент 2216437 (РФ). Способ электрохимической обработки / В.П. Смоленцев, К.М. Газизуллин // Бюл. изобр. 2003, №32.

67. Патент 69787 (РФ). Установка для очистки тары от загрязнений / В.П. Смоленцев, А.В. Гребенщиков, И.Б. Николаенко, C.JI. Калужин // Бюл. изобр., 2008, №1

68. Патент 2255827 (РФ). Способ изготовления оболочек оживальной формы / А.В. Бондарь, В.Н. Борисов, В.Г. Грицюк, А.В. Гребенщиков // Бюл. изобр., 2005, №19

69. Патент 22422319 (РФ). Способ получения заготовки групногабаритного корпуса стыковочного агрегата космического аппарата / А.В. Бондарь, В.Н. Борисов, В.Г. Грицюк, А.В. Гребенщиков // Бюл. изобр., 2004, №35

70. Патент 2323363 (РФ). Способ изготовления сварно-паяной конструкции крупногабаритного сопла камеры ЖРД / А.В. Бондарь, А.В. Гребенщиков и др. // Бюл. изобр., 2008, №12

71. Ракошиц Г.С. Электроимпульсная штамповка //М.: Высш. шк., 1984 — 192с.

72. Ревуцкий В.М. 0 распределении элементов в поверхностных слоях при электроискровом легировании / В.М. Ревуцкий, В.Ф. Душенко, А. Е. Гитлевич, В.В. Михайлов // Электронная обработка материалов, 1980, N5. С. 41 - 43.

73. Рискин И.В. Анодное поведение титана с покрытиями, полученными электроискровым легированием в хлоридно-щелочных растворах / И.В. Рискин, В.А.Тимонин, А.Е. Гитлевич, В.В. Михайлов // Защита металлов, 1982, Т. 8 , Вып. 3-С. 410-413.

74. Саушкин Б.П. Физико-химические методы обработки в машиностроении: Кишинев: КПИ им. С. Лазо, 1990 80 с.

75. Седыкин Ф.В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. М.: Машиностроение, 1976. 309 с.

76. Справочник металлиста. В 5Т, Т.2 / Под ред. А.Г. Рихштадта и В.А. Брострема//М.: Машиностроение, 1976. —720 с.

77. Смоленцев В.П. Поверхностный слой' материалов после импульсной обработки / В.П. Смоленцев, Г.К. Фатыхова, А.В. Гребенщиков// Ж. «Упрочняющие технологии и покрытия», 2008, № 10 С.45-47

78. Смоленцев В.П. Технологические режимы импульсного удаления толстослойных покрытий / В.П. Смоленцев, А.В. Гребенщиков// Ж. «Металлообработка», 2008, № 1 С. 39-41

79. Смоленцев В.П. Управление научными исследованиями конверсионного предприятия / В.П. Смоленцев, А.В. Бондарь, А.В. Гребенщиков // Вестник, Рыбинск: РГАТА им. П.А. Соловьева, 2007. С. 158162

80. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. М.: Машиностроение, 1978. — 176 с.

81. Смоленцев В.П. Проектирование технологической оснастки для электрических методов обработки / В.П.Смоленцев, А.В. Кузовкин, М.Г. Поташников и др. // Воронеж: ВГТУ, 2006. 149 с.

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

83. Снежков В.А. Восстановление эксплуатационных свойств деталей при капитальном ремонте / В.А. Снежков, Ю.В.Полоскин, Н.И.Лазаренко // Электронная обработка материалов, 1977, N3. С. 83-86.

84. Справочник технолога-машиностроителя. В 2т. Т2 / Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Суслова // М.: Машиностроение , 2001. — 944 с.

85. Сухочев Г.А. Управление качеством изделий, работающих в экстремальных условиях при нестационарных воздействиях. Воронеж: ВГУ, 2003.-287 с.

86. Сулима A.M. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из энергопрочных и титановых сплавов / A.M. Сулима, М.И. Евстигнеев // М.: Машиностроение, 1974. —256 с.

87. Технический контроль в машиностроении / Под ред. В.Н. Чупырина,

88. A.Д. Никифорова //М.: Машиностроение, 1987. -512 с.

89. Тимошенко В.А. Повышение износостойкости штампов для горячей объемной штамповки/ Вестник машиностроения, 1993, N9. — С. 37-39.

90. Ткаченко Ю.Г. Износостойкость покрытий, полученных электроискровым нанесением порошков в электрическом поле / Ю.Г.Ткаченко, Н.Я. Парканский, Д.Э. Юрченко // Электронная обработка материалов, 1980, N2.-С. 31-33.

91. Томашов Н.Д. Катодное модифицирование поверхности металлов как метод повышения их пассивируемости и коррозионной стойкости // Поверхности, 1982,N2.-С. 18-22.

92. Тимошенко В.А. Повышение стойкости разделительных штампов /

93. B.А.Тимошенко, В.И. Иванов//Машиностроитель, 1991, N11. С. 27.

94. Фатыхова Г.М. Нанесение покрытий на металлическую основу / Г.М. Фатыхова, В.П. Смоленцев // ССП 07: Труды II международной научно-технической конференции, М: Машиностроение, 2007. - С. 100-106.

95. Фатыхова Г.М. Динамическая модель формирования покрытий при комбинированной обработке / Г.К. Фатыхова, В.П. Смоленцев, М.А. Уваров // Ж. "Упрочняющие технологии и покрытия", 2008, № 5.

96. Фатыхова Г.М. Повышение качества покрытий при восстановлении чугунных деталей / Г.М. Фатыхова // Проектирование механизмов и машин, Труды 2-й Всероссийской научно-технической конференции, Воронеж: ЦНТИ, 2008.

97. Физико-химические методы обработки в производстве газотурбинных двигателей / Под ред. Б.П. Саушкина // М.: Дрофа, 2006. — 656 с.

98. Чаругин Н.В. Электроискровое упрочнение холодновысадочного инструмента / Н.В. Чаругин А.Т. Литвиненко // Технология и организация производства, 1996, N3. С. 45-46.

99. Чижов М.И. Гальваномеханическое хромирование деталей машин / М.И. Чижов, В.П. Смоленцев // Воронеж: ВГТУ, 1998.- 162 с.

100. Шемегон В.И. Электроискровое упрочнение пробивных штампов / Станки и инструмент, 1995, N5. С. 27-29.

101. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов, TII / Под ред. В.П. Смоленцева // М: Высшая шк., 1983. — 208 с.

102. Электрохимическая обработка изделий из титановых сплавов / Б.П. Саушкин, Ю.Н. Петров, А.З. Нистрян, А.В. Маслов // Кишинев: Изд-во «Штиинца», 1998.

103. Электрохимическая размерная обработка деталей сложной формы / В.А. Головачев и др. // М.: Машиностроение, 1969. 198 с.

104. Электрохимическая размерная обработка металлов / Под ред. Ю.Н. Петрова // Кишинев: Изд-во «Штиинца», 1974. — 145 с.

105. Fluerenbrock F., Zerkle R.D., Thorpe J.F. Comressibility Effects in Electrochemical Machining. Transactions of the ASMI: Series В.J. of Engineering for Industry, 98, № 2. 1976. P.423-430;

106. Gazizulin K.M. Finish machining of colour alloys in a pulsating electroyte . Yugoslavia: RaDMI, 2002. P.120-130;

107. Golodenko B.A., Smolentsev V.P. Computeraided design principles combinet method of workpiece treament // EMR-90. Polska, 1994.

108. Pani D. Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit beim electrochemischen Senkenvzon Raumformen // Industrie-Anzeiger, 1967, Jg.89, Nr. 84.- P.1852-1856

109. Smolentsev E. Finish Machining of allays with imposing of electric current. Yugoslavia: RaDMI, 2002 P.131-140;

110. Smolentsev V.P., Smolentsev G.P. Technologija kombinirovannych metodov obrabotki materialov // EMR-90. Polska, 1990.

111. Smolentsev V.P., Smolentsev G.P. Принципы управления качеством поверхности при комбинированных методах обработки // 2th International technoscientific conference. CorzowWckp, 1993

112. Spizir J. C. Das Elysiersenken-ein electrochemisches Abtragverfahren // Werkstattstechnik , 1963, Bd. 53, nr. 11. P.570-575

113. Stengel K.F. Feedback Control of Cathode Gap Automates electrochemical Machining // Design News, 1963, v. 17, No. 6. Р.20-2Г

114. Thorpe J.E., Zerkle R.D. Analytic determination of the eguilibrium electrode gap in electrochemical machining // International Journal Mach. Tool and Research, 1969, v. 9, No. 2. P. 131-144

115. Smolentsev V.P. Manufacturing of Coated Production Tooling / V.P. Smolentsev, A.V. Levin, A.V. Grebenthicov // Advanced Materials, Research, Vols 24-25, Switzerland, 2007. P. 321-32