ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Основной проблемой при эксплуатации резьбовых соединений является уменьшение усилия предварительной затяжки под действием рабочих нагрузок, которые способствуют релаксации напряжений в элементах соединения. Основными направлениями интенсификации сборочных операций с целью повышения эксплуатационных свойств резьбового соединения являются совершенствование конструкции соединений и использование клеевых составов, которые после полимеризации препятствуют раскручиванию. Одним из способов модернизации сборки является применение ультразвуковых колебаний, позволяющих воздействовать на распределение сил, возникающих при сборке, а также обрабатывать клей для повышения его свойств. Методика исследований. Экспериментальные исследования проводились в три этапа. На первом этапе оценивалось влияние сдвиговых ультразвуковых колебаний на процесс сборки резьбового соединения. В качестве комплексного показателя, определяющего эффективность воздействия, предложен относительный момент откручивания, который учитывает изменение момента закручивания в условиях колебаний и увеличение момента откручивания после сборки. На втором этапе проводились исследования по влиянию ультразвуковой обработки на свойства эпоксидного клея в жидком (вязкость) и полимеризованном (субмикроструктура, микротвердость, сдвиговое напряжение) состоянии. На третьем этапе производилась сборка клеерезьбового соединения с одновременным добавлением клея и наложением колебаний. Результаты и обсуждение. Наложение сдвиговых ультразвуковых колебаний с амплитудой от 5 до 9 мкм приводит к повышению относительного момента откручивания в 1,5 раза, что связано с созданием дополнительной силы, способствующей закручиванию, и уменьшением трения, которое приобретает особенности квазивязкого. При этом ультразвук повышает равномерность распределения нагрузки по виткам резьбы, что подтверждается отсутствием их деформации при большем моменте закручивания. Ультразвуковая обработка клея при амплитудах 8...12 мкм приводит к снижению вязкости до 70–80 % и повышению прочности до 24 %, что объясняется действием кавитации и акустических потоков. Сборка клеерезьбового соединения при амплитуде колебаний 9 мкм сочетает в себе эффекты, способствующие закручиванию и обеспечивающие повышение свойств клея. В результате такое соединение имеет относительный момент откручивания в 1,95 раза больший по сравнению с контрольным.

1. Бердников Л.А. Основы технологии производства и ремонта автомобилей. Конспект лекций по курсу. – Н. Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2015. – 339 с. – ISBN 978-5-502-01043-6.

2. Бобровицкий В.И., Сидоров В.А. Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с. – ISBN 978-966-374-636-4.

3. Осипов К.Н. К вопросу оценки качества сборки резьбовых соединений в автоматизированном производстве // Автоматизация и измерения в машино-приборостроении. – 2018. – № 1 (1). – С. 23–29. – EDN YMHNXV.

4. Липка В.М., Рапацкий Ю.Л. Оценка влияния параметров резьбовых крепежных изделий на качество сборки силовых агрегатов автомобилей // Вестник СевНТУ. – Севастополь, 2010. – Вып. 107: Машиностроение и транспорт. – С. 121–127.

5. ГОСТ ISO 898-1–2014. Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Ч. 1. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы: дата введения 2017–01–01. – М.: Стандартинформ, 2015. – 59 с.

6. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. – М.: Машиностроение, 1990. – 368 с. – ISBN 5-217-00834-2.

7. Павленко В.А. Исследование причин ослабления и разрушения болтовых соединений кожуха редуктора тягового двигателя электровоза // Электропривод на транспорте и в промышленности: труды II Всероссийской научно-практической конференции, Хабаровск, 20–21 сентября 2018 г. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2018. – С. 64–69. – EDN YTZTQD.

8. Study on the fastening property of precision locknut under simulated dynamic impact loading with consideration of interference factors / H.-L. Chang, C.-M. Chen, C.-Y. Lee, Z.-X. Huang // Journal of Mechanics. – 2024. – Vol. 40. – P. 19–30. – DOI: 10.1093/jom/ufae001.

9. Kováciková P., Dubec A., Koštialiková D. The threaded part wear of the tensioner with lock nut // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2020. – Vol. 776 (1). – P. 012094. – DOI: 10.1088/1757-899X/776/1/012094.

10. Жуковский Н.Е. Распределение давлений на нарезках винта и гайки // Жуковский Н.Е. Полное собрание сочинений. Т. 8. – М.: ОНТИ, 1937. – C. 48–54. – ISBN 978-5-458-58194-3.

11. Achieving uniform thread load distribution in bolted joints using different pitch values / I. Coria, M. Abasolo, A. Gutiérrez, J. Aguirrebeitia // Mechanics & Industry. – 2020. – Vol. 21 (6). – P. 616. – DOI: 10.1051/meca/2020090.

12. Патент на полезную модель № 172373 U1 Российская Федерация, МПК F16B 5/02. Высоконагруженное резьбовое соединение судового машиностроения: № 2017101668: заявл. 19.01.2017: опубл. 05.07.2017, Бюл. № 19 / В.И. Малыгин, Л.В. Кремлева, Н.В. Лобанов; заявитель Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (САФУ).

13. Патент № 2618644 C Российская Федерация, МПК F16B 39/00, F16B 31/00. Способ изготовления резьбового соединения и снижения нагрузки на его витки у опорного торца гайки: № 2016116108: заявл. 25.04.2016: опубл. 05.05.2017, Бюл. № 13 / Э.Б. Цхай, Л.Е. Столберов, А.А. Клопотов; заявитель Томский государственный архитектурно-строительный университет (ТГАСУ). – EDN ZTWKPZ.

14. Патент № 2303717 C1 Российская Федерация, МПК F16B 39/00, F16B 39/12. Способ Н.В. Землякова стопорения контргайки относительно крепежной гайки: № 2006101249/11: заявл. 16.01.2006: опубл. 27.07.2007, Бюл. № 21 / Н.В. Земляков.

15. Optimum design of thin walled tube on the mechanical performance of super lock nut / N.-A. Noda, Y. Xiao, M. Kuhara, K. Saito, M. Nagawa, A. Yumoto, A. Ogasawara // Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering. – 2008. – Vol. 2 (6). – P. 780–791. – DOI: 10.1299/jmmp.2.780.

16. Optimum shape design of the spring to improve the loose-proof performance of the lock nut / H.S. Song, W.-S. Chung, D.-H. Jung, Y.-K. Seo // Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers. – 2010. – Vol. 18 (2). – P. 91–96.

17. Блехман И.И., Молясян С.А. Об эффективных коэффициентах трения при взаимодействии упругого тела с вибрирующей плоскостью // Известия Академии наук СССР. Механика твердого тела. – 1970. – № 4. – С. 4–10. – EDN VNKOEH.

18. Применение ультразвуковых колебаний различной поляризации при проведении разборочных операций / В.Ф. Казанцев, Р.И. Нигметзянов, С.К. Сундуков, Д.С. Фатюхин // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2016. – № 12. – С. 25–28. – EDN XVBTCN.

19. Блехман И.И. Что может вибрация? О «вибрационной механике» и вибрационной технике. – М.: Наука, 1988. – 207 с. – ISBN 5-02-013808-8.

20. Improvement of threaded-joint assembly using ultrasound / R.I. Nigmetzyanov, S.K. Sundukov, A.V. Sukhov, D.S. Fatyukhin, D.S. Simonov // Russian Engineering Research. – 2021. – Vol. 41 (6). – P. 567–569. – DOI: 10.3103/S1068798X21060150. – EDN AHAISB.

21. Assembly of threaded joints in the presence of shear ultrasound / A.A. Nechai, R.N. Nigmetzyanov, S.K. Sundukov, A.V. Sukhov, D.S. Fatyukhin // Russian Engineering Research. – 2022. – Vol. 42 (2). – P. 169–171. – DOI: 10.3103/S1068798X22020174. – EDN LEXJUE.

22. Influence of vibration behavior on the energy dissipation of the bolted joints / W. Xu, L. Cai, Z. Liu, Q. Cheng, Y. Li // Proceedings of the ASME 2019 Pressure Vessels and Piping Conference, PVP 2019. Vol. 2: Computer Technology and Bolted Joints. – San Antonio, TX, USA, 2019. – P. V002T02A034. – DOI: 10.1115/PVP2019-93409.

23. Fatigue behavior of re-tightened bolted joints affected by vibration-induced loosening / B. Tanrikulu, R. Karakuzu, S. Dogan, S. Yurtdas // Duda, S., Correia, J.A.F.O., De Jesus, A.M.P. (eds) Fatigue and Fracture of Materials and Structures / ed. by G. Lesiuk et al. – Cham: Springer, 2022. – P. 141–146. – (Structural Integrity; vol. 24). – DOI: 10.1007/978-3-030-97822-8_16.

24. Неверов А.Н. Использование крутильных и изгибных ультразвуковых колебаний для разборки резьбовых соединений // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). – 2015. – № 2 (41). – С. 15–20. – EDN TUVQGR.

25. Шуваев В.Г., Папшев В.А., Шуваев И.В. Ультразвуковой инструмент для сборки и разборки резьбовых соединений // СТИН. – 2012. – № 5. – С. 37–40. – EDN OXHFEB.

26. Неверов А.Н. Исследование механизма самораскручивания резьбовых соединений при продольных ультразвуковых колебаниях // Ученые записки физического факультета Московского университета. – 2017. – № 5. – С. 1751202. – EDN YPDCQH.

27. Мишра А., Неверов А.Н. Применение продольных ультразвуковых колебаний для сборки резьбовых соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – № 1. – С. 3–4.

28. Крылова И.А., Шуваев В.Г. Повышение эффективности ультразвуковой сборки и разборки резьбовых соединений // Вестник РГАТА имени П.А. Соловьева. – 2018. – № 2 (45). – С. 57–61. – EDN XQRAQX.

29. Effect of tightening process parameters on the T-F curve of bolts in composite structures / Y. Xuande, D. Xiaogang, G. Tao, Z. Honghao, X. Ying // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. – 2024. – Vol. 238 (8). – P. 3578–3601. – DOI: 10.1177/09544062231205181.

30. Study on influence factors of sealing pipe thread connection / Q. Gao, C. Guo, Gt. Zhang, N. Wu, Wh. He // Proceedings of the International Field Exploration and Development Conference 2023. IFEDC 2023. – Singapore: Springer, 2024. – P. 558–567. – (Springer Series in Geomechanics and Geoengineering). – DOI: 10.1007/978-981-97-0256-5_47.

31. Liu J. Steel structures research update: adhesive steel-to-steel connections // Engineering Journal. – 2023. – Vol. 60 (4). – DOI: 10.62913/engj.v60i4.1314.

32. Kanaval J., Cézová E., Starý F. Screw connections with application of modern insurance sealants and adhesives analysis // Current Methods of Construction Design: Proceedings of the ICMD 2018. – Cham: Springer International Publishing, 2019. – P. 295–301. – DOI: 10.1007/978-3-030-33146-7_34.

33. Influence of thread geometry on the performance of retaining anaerobic adhesives / M.A. Martínez, M. Pantoja, J. Abenojar, J.C. Del Real, F. Velasco // International Journal of Adhesion and Adhesives. – 2011. – Vol. 31 (6). – P. 429–433. – DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2011.03.004.

34. Кочетков Д.В., Воячек И.И., Зверовщиков А.Е. Разработка и исследование функциональных моделей резьбовых соединений типа стяжки при сборке с анаэробными материалами // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2016. – № 4 (20). – С. 115–127. – EDN XKOMBJ.

35. Применение герметиков для уплотнения неподвижных разъемных соединений деталей и узлов в строительных и дорожных машинах / В.В. Буренин, Е.С. Иванина, О.И. Трифонова, Д.К. Воробьев // Механизация строительства. – 2017. – Т. 78, № 8. – С. 35–40.

36. Неверов А.Н. О механизме вибрационного самораскручивания резьбовых соединений // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). – 2015. – № 1 (40). – С. 46–52. – EDN TKOZLP.

37. Kumar V.C., Hutchings I.M. Reduction of the sliding friction of metals by the application of longitudinal or transverse ultrasonic vibration // Tribology International. – 2004. – Vol. 37 (10). – P. 833–840. – DOI: 10.1016/j.triboint.2004.05.003. – EDN KUMTWV.

38. Teidelt E., Starcevic J., Popov V.L. Influence of ultrasonic oscillation on static and sliding friction // Tribology Letters. – 2012. – Vol. 48. – P. 51–62. – DOI: 10.1007/s11249-012-9937-4.

39. Nigmetzyanov R.I., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Ultrasonic assembly of press-fit joints // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37 (12). – P. 1044–1047. – DOI: 10.3103/S1068798X17120139.

40. Improvement in ultrasound liquid machining by activating cavitational clusters / R.I. Nigmetzyanov, V.F. Kazantsev, V.M. Prikhod'ko, S.K. Sundukov, D.S. Fatyukhin // Russian Engineering Research. – 2019. – Vol. 39 (8). – P. 699–702. – DOI: 10.3103/S1068798X19080112.

41. Сундуков С.К. Особенности наложения ультразвуковых колебаний в процессе сварки // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 2. – С. 50–66. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-50-66.

42. Mason T.J. Ultrasonic cleaning: An historical perspective // Ultrasonics Sonochemistry. – 2016. – Vol. 29. – P. 519–523. – DOI: 10.1016/j.ultsonch.2015.05.004.

43. Nolting B.E., Neppiras E.A. Cavitation produced by Ultrasonics // Proceedings of the Physical Society. Section B. – 1950. – Vol. 63 (9). – P. 674. – DOI: 10.1088/0370-1301/63/9/305.

44. A comparison of the effects of ultrasonic cavitation on the surfaces of 45 and 40Kh steels / D.S. Fatyukhin, R.I. Nigmetzyanov, V.M. Prikhodko, A.V. Sukhov, S.K. Sundukov // Metals. – 2022. – Vol. 12 (1). – P. 138. – DOI: 10.3390/met12010138.

45. Characterization of focused-ultrasound-induced acoustic streaming / R.B.H. Slama, B. Gilles, M.B. Chiekh, J.C. Bera // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2019. – Vol. 101. – P. 37–47. – DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2018.10.001.

46. On the acoustic fountain types and flow induced with focused ultrasound / G. Kim, S. Cheng, L. Hong, J.-T. Kim, K.C. Li, L.P. Chamorro // Journal of Fluid Mechanics. – 2021. – Vol. 909. – P. R2. – DOI: 10.1017/jfm.2020.1012.

47. Sajjadi B., Raman A.A.A., Ibrahim S. Influence of ultrasound power on acoustic streaming and micro-bubbles formations in a low frequency sono-reactor: Mathematical and 3D computational simulation // Ultrasonics Sonochemistry. – 2015. – Vol. 24. – P. 193–203. – DOI:10.1016/j.ultsonch.2014.11.013.