OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 67 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Структурные исследования образцов проводились на оптическом микроскопе Carl Zeiss Axio Observer Z1m и на растровом электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 50 XVP, который оснащен энергодисперсионным анализатором INCA X-ACT (Oxford Instruments). Микроструктура образцов выявлялась с использованием 5%-го спиртового раствора азотной кислоты и насыщенного раствора пикриновой кислоты в этиловом спирте с добавлением поверхностноактивных веществ [99]. Микротвердость упрочненного поверхностного слоя деталей оценивали с помощью прибора Wolpert Group 402MVD. Остаточные напряжения измеряли с использованием рентгеновского метода на дифрактометре высокого разрешения ARL X`TRA и механического разрушающего метода – послойного электролитического травления образца [100, 101]. Для выявления дефектов поверхностного слоя использовали визуальнооптический метод с применением микроскопа Carl Zeiss Axio Observer A1m, капиллярный метод и токовихревой метод с применением вихретокового дефектоскопа ВД-70. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований производилась в программных продуктах Statistica, Table Curve 2D и Table Curve 3D. Результаты и их обсуждение В процессе разработки интегрального металлообрабатывающего оборудования планируется внедрение метода высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты на гибридном станке во время одного из технологических этапов. Учитывая особенности конструкции индукторов для этого процесса, поверхностный нагрев обрабатываемой поверхности осуществляется локализованными участками, размеры которых определяются шириной активного провода индуктора и длиной ферритового магнитопровода (рис. 2). Для обеспечения поверхностной закалки необходимы согласованные движения заготовки и инструмента, аналогичные тем, которые используются при фрезеровании [7, 14, 17, 47, 82, 87]. Структурно-кинематический анализ показал, что на всех этапах интегральной обработки (предварительное фрезерование, закалка токами высокой частоты и чистовое фрезерование) требуется аналогичный набор исполнительных движений и настраиваемых параметров. Последующий синтез обобщенной кинематической структуры разрабатываемой гибридной металлообрабатывающей системы выполнялся на основе пятикоординатного обрабатывающего центра МС 032.06 с CNC-системой управления, предназначенного для высокопроизводительной обработки произвольно расположенных поверхностей деталей, установленных на рабочем столе (рис. 4). При этом методе формулу компоновки можно представить в следующем виде: { } [ 0 ] [ ] h CAY XZ D d ⎡ ⎤ + ⎣ ⎦ , где A и С – поворотные оси стола; Y – вертикальное перемещение стола с заготовкой; X и Z – линейные перемещения инструмента; h D – вращение шпинделя с режущим инструментом; d – установочное вращательное движение индуктора. Блок Dh, выполняющий главное движение резания при фрезеровании, дополнительно помечен знаком ∧. После проведения всестороннего анализа требуемой структурной формулы компоновки гибридного оборудования, кинематической структуры станка МС 032.06 и жесткости его базовых узлов были выявлены основные направления модернизации указанной модели металлообрабатывающего оборудования. Проведенный комплекс предпроектных исследований позволил подготовить рабочую документацию для реализации гибридного технологического оборудования, объединяющего механическую и поверхностно-термическую обработку (рис. 5). В результате расчетов технических характеристик гибридного металлообрабатывающего оборудования было зафиксировано, что для обеспечения сравнимого с механическими операциями уровня производительности формообразования необходимо осуществлять обработку ВЭН ТВЧ на скоростях порядка VS ∈ [50, 100] мм/с. Проведение натурных экспериментов позволило определить диапазон удельных мощностей источника qS (h, VS), с которыми требуется производить обработку ВЭН ТВЧ: qS ∈ [1,5; 4,0] 10 8 Вт/м2. Для подтверждения эффективности внедрения разработанного гибридного оборудования рассмотрим конкретный пример: финишную стадию технологического процесса обработки
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1