8 (209)
2014
СОДЕРЖАНИЕ
Современные технологии
Макаров В. Ф., Абзаев Р. С. Влияние увеличения скорости резания на параметры
качества поверхностного слоя пазов дисков турбин при протягивании
твердосплавными протяжками ……………………………………………………….. 3
Бойцов А. Г., Качко В. В., Курицын Д. Н. Технологические возможности и
специальное оснащение высокоскоростной перемешивающей сварки трением
авиационных материалов и конструкций ……………………………………………. 9
Афонасов А. И. Обрабатываемость заготовок из титанового сплава ВТ22,
прошедших горячую обработку с защитными покрытиями ……………………….. 18
Конструирование, расчеты
Архангельский Г. В., Ромашкевич С. А. Обобщенный метод определения
жесткости и построения упругой характеристики роликовых механизмов
свободного хода ……………………………………………………………………….. 22
Зябликов В. М., Ширшов А. А. Расчет жесткости муфт с упругими элементами
в виде стальных стержней круглого сечения ………………………………………... 26
Балезин Н. М. Современность конструкторского решения ……………………….. 31
Автоматизация инженерного труда
Жилин В. И., Кондаков А. И. Оценивание технологического потенциала и
временных ресурсов производственной системы …………………………………... 36
Металлорежущие станки и инструменты
Кирсанов С. В., Трифонов С. В., Бабаев А. С. Шлифование твердосплавных
стержней на бесцентровых круглошлифовальных станках ………………………... 40
Баландин А. Д., Даниленко Б. Д. Анализ возможностей оптимизации методов
получения винтовых стружечных канавок на цилиндрических фрезах …………... 42
Коротков В. А., Минкин Е. М. Взаимосвязь геометрии и напряжений
в ориентированных шлифовальных зернах …………………………………………. 46
Сегодня – студент, завтра – инженер
Кондаков А. И., Васильев А. С. Теория принятия проектных решений
(конспект лекций). Продолжение …………………………………………………… 50
Журнал зарегистрирован в Комитете Российской Федерации по печати. Свидетельство о регистрации
№ 014670 от 25.12.1997 г., Свидетельство о перерегистрации ПИ № ФС 77-46364 от 26.08.2011 г.
Журнал входит в перечень утвержденных ВАК РФ изданий для публикации трудов
соискателей ученых степеней
Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, публикуемых в журнале
«Справочник. Инженерный журнал», допускаются со ссылкой на источник информации и только
с разрешения редакции
Председатель
редакционного совета
академик РАН, д-р техн. наук
Р. Ф. ГАНИЕВ
Заместитель председателя
редакционного совета
д-р техн. наук, проф.
А. В. КИРИЧЕК
Главный редактор
П. Е. КЛЕЙЗЕР
Заместитель главного редактора
А. А. КУЛИКОВА
Редакция:
С. М. МАКЕЕВА, А. А. КУЛИКОВА
Редакционный совет:
В. Ф. БЕЗЪЯЗЫЧНЫЙ,
д-р. техн. наук, проф.
А. И. БЕЛЯКОВ,
канд. техн. наук
А. И. БОЛДЫРЕВ,
д-р. техн. наук, проф.
Р. БЛАШКОВИЧ,
д-р. техн. наук, проф.
(Словакия)
Р. Я. ВАКУЛЕНКО,
д-р. эконом. наук, проф.
В. А. ГОЛЕНКОВ,
д-р. техн. наук, проф.
О. А. ГОРЛЕНКО,
д-р. техн. наук, проф.
С. Н. ГРИГОРЬЕВ,
д-р. техн. наук, проф.
М. А. ЕВДОКИМОВ,
д-р. техн. наук, проф.
А. А. ЖУКОВ,
канд. техн. наук, проф.
В. Л. ЗАКОВОРОТНЫЙ,
д-р. техн. наук, проф.
Ю. М. ЗУБАРЕВ,
д-р. техн. наук, проф.
А. С. КАЛАШНИКОВ,
д-р. техн. наук, проф.
С. В. КИРСАНОВ,
д-р. техн. наук, проф.
А. Ю. КОНЬКОВ,
канд. техн. наук
В. Г. МАЛИНИН,
д-p. физ.-мат. наук, проф.
Г. А. НУЖДИН,
канд. техн. наук
Ю. В. ПАНФИЛОВ,
д-р. техн. наук, проф.
В. П. ПУЧКОВ,
д-р. техн. наук, проф.
С. В. ПЫТКО,
д-р. техн. наук, проф.
(Польша)
В. Я. РАСПОПОВ,
д-р. техн. наук, проф.
В. П. СМОЛЕНЦЕВ,
д-р. техн. наук, проф.
Ю. С. СТЕПАНОВ,
д-р. техн. наук, проф.
А. Г. СХИРТЛАДЗЕ,
д-р. техн. наук, проф.
В. М. ТРУХАНОВ,
д-р. техн. наук, проф.
В. М. ШАРИПОВ,
д-р. техн. наук, проф.
С. Ю. ШАЧНЕВ,
канд. техн. наук.
В. П. ЧИРКОВ,
д-р. техн. наук, проф.
Подписку на журнал можно оформить в
любом почтовом отделении, или
непосредственно в издательстве. Индексы
по каталогам:
«Роспечать» 72428, «Пресса России»
41299, «Почта России» 60255
Телефоны редакции:
(495) 589 56 81, (495) 514 76 50
Адрес редакции: 119048, г. Москва,
ул. Усачева, д. 35, стр. 1
E-mail: hb@idspektr.ru; sizhpost@gmail.com
Http://www.handbook-j.ru; Http://www.idspektr.ru
© ООО «Издательский дом «СПЕКТР», «Справочник. Инженерный журнал», 2014
Стр.5
8 (209)
2014
CONTENTS
Up-to-date Technologies
Makarov V. F., Abzayev R. S. Research of Influence of Increase of Speed of Cutting
on Change of Parameters of Quality of a blanket of Grooves of Disks of Turbines
at Drawing Hard-alloy Protyazhka ……………………………………………………….. 3
Boytsov A. G., Kachko V. V., Kuritsyn D. N. Technological Capabilities
and Special Equipment of High-Speed Friction Stir Welding by Aviation Materials
and Assemblage ………………………………………………………………………….. 9
Afonasov A. I. Machinability of Titanium Alloy VT22 Workpieces After hot Working
with Protective Coatings …………………………………………………………………. 18
Constructing, Calculations
Archangelsky G. V. The Generalized Method of Stiffness Determining and Constructing
of the Elastic Characteristic of the Free-Wheel Mechanisms ……………………………. 22
Zyablikov V. M., Chirchov A. A. The Calculation of the Stiffness of Joints with Elastic
Elements in the Form of Steel Bars of Round Section …………………………………… 26
Balezin N. M. Modernity of the Designer Decision ……………………………………... 31
Automation of Engineer's Work
Jilin V. I., Kondakov A. I. Evaluation of Technological Potential and Time Resources
of Manufacturing System ………………………………………………………………… 36
Metal-Cutting Machines and Tools
Kirsanov S. V., Trifonov S. V., Babaev A. S. Grinding of Cemented Carbide Rods
on Centerless Grinding Machines ………………………………………………………... 40
Balandin A. D., Danilenko B. D. Analysis of Optimization Possibilities for Tool Chip
Grooves Production on Plane Milling Cutters …………………………………………… 42
Korotkov V. A., Minkin E. M. Interconnection of Geometry and Tension
in the Orientated Abrasive Grains ………………………………………………………... 46
Today – a Student, Tomorrow – Engineer
Kondakov A. I., Vasiliev A. S. The Theory of Making Design Decisions
(Lecture Notes). Continuation …………………………………………………………… 50
The journal is registered in State Committee of Russian Federation on printing. Registration certificate
N 014670 at 25.12.1997. Re-registration ПИ N ФС 77-46364 at 26.08.2011.
The Journal is among those approved by VAC RF for dissertation publication.
Reprint, all types of copying and reproduction of the materials published in the journal "Handbook. An
Engineering journal" are allowed only with he permission from the editors and with the reference to the source
of information. Advertisers are fully responsible for the content of the
© LLC “Publishing house “SPEKTR”, “Handbook. An Engineering journal”, 2014
President of Editorial advisory
Academician of RAS, Dr of Eng. Sc.
R. F. GANIEV
Chairman Assistant
Dr of Eng. Sc., Prof.
A. V. KIRICHEK
Editor-in-Chief
P. E. KLEYZER
Editorial council
A. A. KULIKOVA
Edition:
S. M. MAKEEVA, A. A. KULIKOVA
Editorial council:
V. F. BEZYAZYCHNY,
Dr of Eng. Sc., Prof.
A. I. BELYAKOV,
Cand. of Eng. Sc.
A. I. BOLDYREV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
R. BLAZHKOVICH,
Dr of Eng. Sc., Prof.
(Slovakia)
R. Ya. VAKULENKO,
Dr. of Econom. Sc, Prof.
V. A. GOLENKOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
O. A. GORLENKO,
Dr of Eng. Sc., Prof.
S. N. GRIGORIEV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
A. A. ZHUKOV,
Cand. of End. Sc., Prof.
V. L. ZAKOVOROTNY,
Dr of Eng. Sc., Prof.
Yu. M. ZUBAREV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
A. S. KALASHNIKOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
S. V. KIRSANOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
A. Yu. KON'KOV,
Cand. of Eng. Sc., Prof.
V. G. MALININ,
Dr P.-H. Sc., Prof.
G. A. NUZHDIN,
Cand. of Eng. Sc.
Yu. V. PANFILOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
V. P. PUCHKOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
S. V. PYTKO,
Dr of Eng. Sc., Prof.
(Poland)
V. Ya. RASPOPOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
V. P. SMOLENTSEV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
Yu. S. STEPANOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
A. G. SHIRTLADZE,
Dr of Eng. Sc., Prof.
V. M. TRUHANOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
V. M. SHARIPOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
S. Yu. SHACHNEV,
Cand. of Eng. Sc.
V. P. CHIRKOV,
Dr of Eng. Sc., Prof.
The journal is being distributed according to a
subscription, which is available in any post
office or at the publishing house directly. Indexes in
the catalogue: "Rosspechat" – 72428, Joint
Catalogue "Pressa Rossii" – 41299, bi the
catalogue “Pochta Rossii" – 60255
Tel.: (495) 589 56 81; (495) 514 76 50
Edition address: Buil. 1, Usacheva St. 35,
Moscow, Russia, 119048
E-mail: hb@idspektr.ru; sizhpost@rambler.ru
Http://www.handbook-j.ru; www.idspektr.ru
Стр.6
РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ
Для условий оптимального резания, используя факт
стабильности процесса резания и, как следствие, высоты
неровностей, можно определять влияние условий обработки,
в частности, режимов резания на предел выносливости,
который характеризуется эффективным коэффициентом
концентрации напряжений, приведенным в работах
Р. Петерсоном:
– при кручении и сдвиге:
K = +
σ
1
Sm + 0,875
2
– при растяжении и изгибе:
K = +
σ
1
Sm + 0,875
2
0,66
Sm
r
2
γA1
aм
1−n0
2
r A1
1−n 0
где Sm – средний шаг неровностей профиля, м; r – радиус
при вершине резца в плане, м; γ – коэффициент, зависящий
от отношения шага неровностей к их высоте.
Значение его определяется по графику, представленному
на рис. 1; ам – константа материала. Значения ее следует
принимать в зависимости от предела прочности материала
на растяжение из табл. 2:
K = + α −
σ
qσ
1 (),1σ
где ασ – теоретический коэффициент концентраций нормальных
напряжений.
,
(3)
0,33
Sm
r
2
γA1
aм
1−n0
2
r A1
1−n 0
;
– при кручении и сдвиге
– при растяжении и изгибе
α = +
σ 1
α = +
γ ρ
t
σ 1 2 γ ρ
t
;
,
где ασ – максимальная глубина впадины концентрата
напряжений; ρ – радиус кривизны на дне впадины; γ –
коэффициент, зависящий от отношения шага неровностей
к их высоте; t – высота микронеровностей. Значение
его определяется по графику, представленному на рис. 1.
Принимаем t = Rz, так как при обработке при оптимальной
температуре резания высота микронеровностей
на поверхности Rz ≈ Rmax. Принимаем также ρ = rвп ,
который при обработке лезвийным инструментом равен
0,03(Sm Ra q σ)
2
/
– коэффициент чувствительности
металла к концентрации напряжений (по данным
Н. Б. Демкина). На основании исследований Р. Петерсона
qσ =
1
1+
ле (1).
На основе этого представляется возможным определять
при допустимом коэффициенте концентрации напряжений
величину подачи и других параметров, характеризующих
условия резания и обеспечивающих требуемые
значения усталостной прочности.
Рис. 1. Зависимость коэффициента γ от отношения шага
неровностей к их высоте
2. Значение ам
Предел прочности
материала
на разрыв σв МПа
ам, мм
350 0,38
530 0,25
700 0,17
Предел прочности
материала
на разрыв σв МПа
1050
1400
1760
880 0,13 –
ам, мм
0,09
0,05
0,03
–
Для обеспечения заданного предела выносливости
необходимы определенные сочетания значений параметров
качества поверхностного слоя, получить которые
можно при управлении процессом резания. С этой целью
целесообразно найти зависимость между пределом
выносливости материала обрабатываемой детали и режимами
обработки, а следовательно, и параметрами качества
поверхностного слоя через энергетический критерий
процесса резания А, характеризующий работу, затрачиваемую
на снятие припуска. В качестве характеристик
сопротивления усталости используется предел выносливости
и критерий степени поврежденности металла.
Предел выносливости определяется в процессе усталостных
испытаний, проведение которых требует значительных
временных и материальных затрат. В этом
смысле выгодно отличается от предела выносливости
критерий поврежденности материала по изменению
модуля упругости.
При повреждении детали происходит изменение характеристик
материала: микротвердости, модуля нормальной
упругости и др. Для определения предела выносливости
детали после обработки можно воспользоваться
следующим соотношением:
−
−
σ
σ
1исх
1м
=
Е
f E
исх
обр
,
где σ–1м и σ–1исх – предел выносливости материала детали
после обработки и в исходном состоянии (до обработки);
Еобр и Еисх – модули упругости материала поверхностного
слоя детали после обработки и в исходном состоянии.
Приложение. Справочник. Инженерный журнал № 8, 2014
5
r
a
вп
м
.
Значение А1 в формулах (3) определяется по форму
Стр.69
РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ
УДК 621.8
DOI: 10.14489/hb.supp.2014.08.pp.009-015
В. Ф. Безъязычный, д-р техн. наук (Рыбинский государственный авиационный
технический университет им. П. А. Соловьева, e-mail: root@rgatu.ru)
РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
ОБРАБОТКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЗАДАННУЮ КОНТАКТНУЮ
ЖЕСТКОСТЬ СОПРЯГАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ∗
Изложена методика расчетного определения значения контактной жесткости контактируемых поверхностей с учетом технологических
условий их обработки.
Ключевые слова: контактная жесткость; режимы обработки.
V. F. Bezjazychnyi (Soloviev Rybinsk State Aviation Technical University)
CALCULATION OF PROCESSING CONDITIONS TO PROVIDE THE
REQUIRED CONTACT STIFFNESS OF AN INTERFACED SURFACES
The technique of calculation of the contact stiffness value of contacted surfaces taking into consideration processing conditions is offered.
Keywords: Contact stiffness; Cutting modes.
Контактная жесткость контактируемых поверхностей
деталей характеризует их взаимное сближение под действием
нагрузки и оценивается по величине коэффициента
контактной жесткости, а именно отношением приращения
давления, действующего в заданном направлении, к соответствующему
приращению взаимного перемещения контактирующих
поверхностей в том же направлении.
Если сила P направлена по нормали к контактируемой
поверхности, то контактная жесткость j называется
нормальной контактной жесткостью. Величина, обратная
коэффициенту нормальной контактной жесткости j, называется
коэффициентом нормальной податливости ω.
В том случае, когда между нагрузкой Р и перемещением
у существует линейная связь, можно записать:
y
j P=
и
P
ω= y .
При обработке сопрягаемых поверхностей лезвийным
инструментом, наибольшее влияние на коэффициент
податливости, а следовательно, и контактную жесткость,
оказывают подача S, радиус при вершине резца в
плане r и радиус округления режущей кромки ρ1 (рис. 1).
Эти же параметры оказывают существенное влияние на
шероховатость обработанной поверхности. Незначительное
влияние на контактную жесткость обработанной
поверхности оказывает глубина резания.
−
Формула для определения податливости в зависимости
от параметров процесса резания имеет следующий вид:
ω= 0,8
r
35 10
ρ
⋅
0,66 0,175
1
7 1,1
t
S
, м/Н,
где приняты следующие размерности: S, мм, r, мм,
ρ1, мкм, t, мм.
Может быть также решена задача по определению
параметров, характеризующих процесс резания по заданной
величине податливости. Например:
Рис. 1. Зависимость податливости от технологических
условий обработки
* Исследования выполнены в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России (НИР № 824 «Основы
формирования допустимого уровня накопительной энергии в поверхностном слое деталей ответственных узлов машин,
обеспечивающей требуемые эксплуатационные свойства»).
Приложение. Справочник. Инженерный журнал № 8, 2014
9
S = ω
0,09
0,91 0,73
r
ρ
0,6 0,1 6
1
t
10 , мм.
Данная формула справедлива для деталей из никелевых
сплавов ХН77ТЮР, ХН73МБТЮ, ХН56МВКЮ,
сталей 1Х12Н2ВМФШ, 1X17Н2, 2Х13, 1Х18Н10Т и титановых
сплавов ВТ3-1, ВТ5-1, ВТ9.
Стр.73