Том 26 № 3 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сухов А.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний.................................................................................................................................................. 6 Барабошкин К.А., Адигамов Р.Р., Юсупов В.С., Кожевникова И.А., Карлина А.И. Термомеханическая прокатка при производстве обсадных труб (обзор исследований)................................................................................. 24 Двиведи Р., Соматкар А., Чинчаникар С. Моделирование и оптимизация процесса накатывания роликом Al6061-T6 для достижения минимального отклонения от круглости, минимальной шероховатости поверхности и повышения ее микротвердости....................................................................................................................................... 52 Ильиных А.С., Пикалов А.С., Милорадович В.К., Галай М.С. Экспериментальные исследования режимов шлифования рельсов с применением нового скоростного электропривода.................................................................. 66 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка возможности контактно-стыковой сварки оплавлением труб из теплоустойчивой стали 15Х5М............................................................................................................................ 79 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Шеленок Е.А. Жизненный цикл изделия: мониторинг процессов механической обработки и фильтрация виброакустических сигналов.......................................................................................... 94 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства частотных характеристик динамической системы резания при диагностике износа инструментов...................................................................... 114 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Особенности применения электродовинструментов, изготовленных аддитивными технологиями, при электроэрозионной обработке изделий............... 135 Сидоров Е.А., Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Рубцов В.Е., Утяганова В.Р., Осипович К.С., Колубаев Е.А. Закономерности износа плазмотронов при плазменной резке толстолистового проката на токе обратной полярности........................................................... 149 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Семин В.О., Панфилов А.О., Утяганова В.Р., Воронцов А.В., Зыкова А.П. Коррозионные характеристики композитов БрАМц9-2/06Х18Н9Т, полученных двухпроволочным электронно-лучевым аддитивным производством........................................................................................................................................................................ 163 Деванган Р., Шарма Б.П., Шарма Ш.С. Исследование характера изменения твердости композиционных материалов с алюминиевой матрицей, упрочненной золой кокосовой скорлупы и красным шламом, с использованием анализа Тагучи..................................................................................................................................................................... 179 Сапрыкина Н.А., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А. Влияние технологических параметров на микроструктуру и свойства сплава AlSiMg, полученного методом селективного лазерного плавления.............. 192 Бурдилов А.А., Довженко Г.Д., Батаев И.А., Батаев А.А. Методы монохроматизации синхротронного излучения (обзор исследований)................................................................................................................................................ 208 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Износостойкость и коррозионное поведение Cu-Ti-покрытий в растворе SBF......................................................................................................................................... 234 Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Сирош В.А., Макаров А.В. Структурные особенности и трибологические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий....................................................................... 250 Шарма Б.П., Деванган Р., Шарма Ш.С. Механические свойства экологически чистых гибридных полимерных композитов с джутовыми волокнами и волокнами сиды сердцелистной...................................................................... 267 Корниенко Е.Е., Гуляев И.П., Смирнов А.А., Плотникова Н.В., Кузьмин В.И., Головахин В., Тамбовцев А.С., Тырышкин П.А., Сергачёв Д.В. Особенности тонкой структуры Ni-Al покрытий, полученных методом HV-APS.................................................................................................................................................................. 286 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 298 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 307 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 09.09.2024. Выход в свет 17.09.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 38,5. Уч.-изд. л. 71,6. Изд. № 112. Заказ 175. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 3 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 3 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sukhov A.V., Sundukov S.K., Fatyukhin D.S. Assembly of threaded and adhesive-threaded joints with the application of ultrasonic vibrations...................................................................................................................................... 6 Baraboshkin K.A., Adigamov R.R., Yusupov V.S., Kozhevnikova I.A., Karlina A.I. Thermomechanical rolling in well casing production (research review)......................................................................................................................... 24 Dwivedi R., Somatkar A., Chinchanikar S. Modeling and optimization of roller burnishing of Al6061-T6 process for minimum surface roughness, better microhardness and roundness................................................................................ 52 Ilinykh A.S., Pikalov A.S., Miloradovich V.K., Galay M.S. Experimental studies of rail grinding modes using a new high-speed electric drive...................................................................................................................................................... 66 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the possibility of resistance butt welding of pipes made of heat-resistant steel 0.15C-5Cr-Mo................................................................................................................................... 79 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Shelenok E.A. Product life cycle: machining processes monitoring and vibroacoustic signals fi lterings.................................................................................................................................................................... 94 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of frequency characteristics of dynamic cutting systems in the diagnosis of tool wear....................................................................................................................... 114 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Features of the use of tool electrodes manufactured by additive technologies in electrical discharge machining of products....................................................... 135 Sidorov E.A., GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Panfi lovA.O., Knyazhev E.O., NikolaevaA.V., CheremnovA.M., Rubtsov V.E., Utyaganova V.R., Osipovich K.S., Kolubaev E.A. Patterns of reverse-polarity plasma torches wear during cutting of thick rolled sheets..................................................................................................................................... 149 MATERIAL SCIENCE Semin V.O., Panfi lov A.O., Utyaganova V.R., Vorontsov A.V., Zykova A.P. Corrosion properties of CuAl9Mn2/ER 321 composites formed by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing................................ 163 Dewangan R., Sharma B.P., Sharma S.S. Investigation of hardness behavior in aluminum matrix composites reinforced with coconut shell ash and red mud using Taguchi analysis............................................................................ 179 Saprykina N.А., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А. The eff ect of technological parameters on the microstructure and properties of the AlSiMg alloy obtained by selective laser melting......................................................... 192 Burdilov A.A., Dovzhenko G.D., Bataev I.A., Bataev A.A. Methods of synchrotron radiation monochromatization (research review).................................................................................................................................................................. 208 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. Wear resistance and corrosion behavior of Cu-Ti coatings in SBF solution..................................................................................................................................................................... 234 Pugacheva N.B., Bykova T.M., Sirosh V.A., MakarovA.V. Structural features and tribological properties of multilayer high-temperature plasma coatings........................................................................................................................................ 250 Sharma B.P., Dewangan R., Sharma S.S. Characterizing the mechanical behavior of eco-friendly hybrid polymer composites with jute and Sida cordifolia fi bers.................................................................................................................... 267 Kornienko E.E., Gulyaev I.P., Smirnov A.I., Plotnikova N.V., Kuzmin V.I., Golovakhin V., Tambovtsev A.S., Tyryshkin P.A., Sergachev D.V. Fine structure features of Ni-Al coatings obtained by high velocity atmospheric plasma spraying.................................................................................................................................................................... 286 EDITORIALMATERIALS 298 FOUNDERS MATERIALS 307 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 6 ТЕХНОЛОГИЯ Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний Александр Сухов a, *, Сергей Сундуков b, Дмитрий Фатюхин c Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Ленинградский проспект, 64, г. Москва, 125319, Россия a https://orcid.org/0009-0009-9097-8216, sukhov-aleksandr96@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0003-4393-4471, sergey-lefmo@yandex.ru; c https://orcid.org/0000-0002-5914-3415, mitriy2@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 6–23 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-6-23 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 534-8 + 621.813+ 62-771 История статьи: Поступила: 24 апреля 2024 Рецензирование: 14 мая 2024 Принята к печати: 05 июня 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Ультразвук Сборка Ультразвуковые колебания Резьбовое соединение Клеерезьбовое соединение Эпоксидная смола Финансирование Материал подготовлен в рамках научных исследований по проекту № FSFM-2024-0001. АННОТАЦИЯ 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. Для цитирования: Сухов А.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Сборка резьбовых и клеерезьбовых соединений с наложением ультразвуковых колебаний // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 6–23. DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-6-23. ______ *Адрес для переписки Сухов Александр Вадимович, аспирант Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Ленинградский проспект, 64, 125319, г. Москва, Россия Тел.: +7 926 926-82-97, e-mail: sukhov-aleksandr96@mail.ru Введение В современных условиях для обеспечения конкурентоспособности изделий машиностроения предъявляются жесткие требования к качеству изделий и повышению технологичности их производства. Особое внимание уделяется изделиям машиностроения, которые работают в различных экстремальных условиях эксплуатации, в том числе в таких регионах, как Арктика. В этих случаях особенно важна надежность техники, что в значительной степени определяется качеством сборки соединений. Одним из наиболее распространенных видов соединений является резьбовое, позволяющее проводить сборку и разборку изделий без их повреждения. Примерно 70 % всех соединений составляют резьбовые, на которые приходится 25–30 % трудоемкости сборки и 25–64 % тру-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 7 TECHNOLOGY доемкости разборочных работ [1, 2]. По разным оценкам до 15–20 % отказов техники в процессе эксплуатации связано с резьбовыми соединениями. Соответственно обеспечение качества сборки резьбовых соединений является одной из основных задач в условиях производства [3, 4]. Надежность резьбового соединения определяется силовым взаимодействием его элементов. При сборке в крепежных и соединяемых деталях необходимо создать напряжения, приводящие к упругим и пластическим деформациям, чтобы обеспечить жесткость и прочность соединения, а также не допустить его самооткручивания. Эти напряжения обусловливаются усилием затяжки резьбы, нормативные значения которого определяются в соответствии с [5]. В процессе работы под действием статических и динамических нагрузок происходит релаксация напряжений в элементах резьбового соединения, что приводит к уменьшению усилия предварительной затяжки и раскручиванию резьбы. С этим связана одна из самых распространенных причин отказов резьбовых соединений [6, 7]. Для снижения вероятности раскручивания резьбы в процессе эксплуатации соединение выполняется с применением контргаек, гроверов и стопорящих шайб, которые обеспечивают дополнительное сцепление по их опорным поверхностям. Однако перечисленные методы не обеспечивают надежного стопорения при вибрационных и циклических нагрузках [8, 9]. Другой значимой проблемой при сборке резьбового соединения является неравномерное распределение усилий по виткам резьбы, что доказано в [10]. Так, более 70 % нагрузки приходится на первые три витка резьбы, что при увеличении момента затяжки может привести к срыву резьбы на этих витках [11]. Таким образом, повышение прочности соединения возможно только за счет увеличения диаметра резьбовых деталей и соответственно увеличения отверстий под них. Масштабы использования резьбовых соединений и их важность при сборке изделий обусловливают актуальность исследований, направленных на совершенствование сборочных операций и повышение эксплуатационных свойств соединений. Решению проблем, связанных со сборкой резьбовых соединений, посвящено значительное количество научных исследований и конструкторских изысканий. Ряд работ направлен на совершенствование элементов резьбовых соединений или добавление новых [12–16]. В патенте [12] предложено решение для уменьшения изгибных напряжений, возникающих в резьбовом соединении при поперечном смещении головки болта вследствие усилия на конце закручивающего устройства. При высоких нагрузках указанные напряжения приводят к повышению вероятности ослабления затяжки. С целью снижения напряжений предложено наносить на сферическую поверхность шайбы антифирикционное покрытие, а на опорную поверхность – фрикционное. В этом случае сила трения на нижней поверхности шайбы будет больше силы трения на сферической поверхности болта. Авторами [13] предложен способ перераспределения нагрузки по виткам резьбы, заключающийся в нарезании в болте пазов с последующей запрессовкой в них пластин из никелида титана. Далее резьбовые детали охлаждаются до температуры ниже –80°С, что приводит к сверхпластичности вставок, и производится сборка. После повышения температуры пластины восстанавливают свою упругость, что позволяет распределить нагрузку от первых витков к остальным. Для повышения надежности стопорения в [14] предлагается на все крепежные элементы соединения помещать термоусадочный колпачок с последующим его нагревом до температуры усадки. В качестве дополнительного эффекта указана защита соединения от коррозии. С этой же целью в работе [15] предложено размещать между наружной и внутренней резьбой тонкостенную трубку, которая при сборке деформируется в осевом направлении, что обеспечивает устойчивость к ослаблению резьбы. В исследовании [16] указано, что наиболее сложной нагрузкой для ослабления гайки является нагрузка, направленная перпендикулярно оси болта. Для повышения надежности соединения разработана конструкция контргайки с пружиной внутри, что дополнительно увеличивает осевую силу. Ряд исследований посвящен воздействию на резьбовые соединения ультразвуковыми колебаниями (УЗ), которые хорошо себя зарекомендовали как при операции сборки, так и для разборки.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 8 ТЕХНОЛОГИЯ Наложение ультразвуковых колебаний различных типов на резьбовое соединение способствует значительному снижению трения в элементах резьбы при сборочно-разборочных операциях, что позволяет снизить вероятность возникновения схватывания поверхностей при сборке [17–19]. Применение ультразвука также позволяет повысить качество соединения за счет создания большего осевого усилия в соединении [20–23]. Большинство работ в этой области направлено на создание ультразвуковых инструментов, обеспечивающих эффективную передачу колебаний на резьбовой элемент [24, 25]. В работе [26] рассмотрено влияние продольных ультразвуковых колебаний на качество сборки резьбовых соединений. Установлено, что колебания малой амплитуды повышают надежность затяжки, при этом увеличение амплитуды колебаний не приводит к росту момента откручивания без использования ультразвука. Указано, что в случае малых моментов закручивания ультразвук обеспечивает зазор, который свидетельствует о снижении качества сборки. Результаты исследования [27], которое также проводилось с продольной ориентацией колебаний, показывают, что после достижения определенного значения амплитуды колебаний (6 мкм) применение ультразвука практически не влияет на надежность соединения. В работах [24, 28] рассматривается применение ультразвуковых колебаний другой поляризации – крутильных и продольно-изгибных. Исследования показали, что при крутильных колебаниях амплитудой всего 1 мкм, прикладываемых к соединению, момент откручивания снижается в два раза. Приложение продольно-изгибных колебаний также позволяет снизить момент откручивания. Исследований таких типов колебаний в процессе сборке резьб не найдено. Другим широко применяемым способом, предотвращающим раскручивание резьбового соединения, является использование в соединении полимерных материалов, как описано, например, в [29–35]. Способ заключается в нанесении на винтовую поверхность клея или герметика, который при закручивании распределяется по зазорам между профилями наружной и внутренней резьбы. После отверждения полимер препятствует ослаблению резьбы под действием эксплуатационных нагрузок. Данный способ позволяет отказаться от применения контргаек, пружинных и стопорных шайб, шплинтов и других механических стопорящих элементов, что облегчает и упрощает сборку и разборку узлов, агрегатов и машин. В результате анализа научных работ можно выявить следующие особенности: – применение дополнительных элементов резьбового соединения усложняет конструкцию изделия и повышает трудоемкость сборки, при этом основной эффект – это устойчивость к откручиванию без повышения осевого усилия; – преимуществами применения ультразвуковых технологий являются отсутствие необходимости усложнять конструкцию соединения и возможность повышения осевого усилия, а недостатком – ограниченность применения, обусловленная необходимостью расположения колебательной системы соосно резьбе, что не всегда возможно из-за габаритов и конструкции изделия; – применение полимеров является наиболее простым способом для стопорения резьбовых деталей, но оно не дает возможности повысить осевое усилие. В связи с этим поставлена цель и определены задачи исследования. Целью является разработка технологии создания клеерезьбового соединения, обладающего высокими эксплуатационными свойствами, с применением в процессе сборки ультразвуковых колебаний. Для достижения цели решены следующие задачи: – исследование влияния ультразвуковых колебаний сдвиговой поляризации (перпендикулярно оси резьбы) на параметры резьбового соединения; – исследование влияния ультразвуковой обработки на свойства полимера; – исследование процесса получения клеерезьбового соединения, собираемого с наложением ультразвуковых колебаний. Методика экспериментальных исследований Экспериментальные исследования проводились в три этапа. На первом этапе оценивалось влияние сдвиговых ультразвуковых колебаний
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 9 TECHNOLOGY на процесс сборки резьбового соединения. На втором этапе проводились исследования по влиянию ультразвуковой обработки на свойства эпоксидного клея. На третьем этапе выполнялась сборка с одновременным добавлением клея и наложением колебаний. Обработка результатов экспериментов производилась в программе Statistica. Наложение сдвиговых колебаний на собираемые резьбовые детали При проведении экспериментальных исследований в качестве образцов использовались болт и гайка М8 нормальной точности с классом прочности 5.8. Нормативный момент закручивания для данного типоразмера соединения составлял 24,5 Н·м. Экспериментальный стенд представлен на рис. 1. Для создания колебаний сдвиговой поляризации использовалась ультразвуковая стержневая трехполуволновая колебательная система ПМС 2,0/22, состоящая из магнитострикционного преобразователя, волновода и излучателя 1. Питание колебательной системы осуществлялось ультразвуковым генератором УЗГ5-1,6/22. К торцу излучателя через шпильку прикручивалось устройство для закрепления гайки, которое представляет собой две скобы 2 и 3 с пазами под шестигранник и имеет возможность регулирования размера. После установки и закрепления гайки в нее закручивался болт 4 с помощью ключа 5. Для измерения момента закручивания использовался динамометр 6, а для его плавного изменения применялась винтовая передача 7. При включении ультразвукового генератора на гайку передаются колебания, направление которых перпендикулярно оси резьбового соединения. В данной схеме основной фактор, определяющий характер процесса сборки резьбы, – это амплитуда колебаний ξm поверхности ультразвукового инструмента, которой является торцевая поверхность скобы. В процессе эксперимента значения амплитуды задавались по показаниям милливольтметра ВЗ-28Б, подключенного к электродинамическому датчику 8, предварительно соотнесенным с показаниями индикатора часового типа с ценой деления 0,001 мм. Амплитуда варьировалось в диапазоне 1…9 мкм. Такой диапазон выбран на основе предварительных экспериментов в связи с тем, что после превышения величины 9 мкм соединение нагревается свыше 50 °С, что в свою очередь существенно влияет на условия сборки и полимеризацию клеевого состава. Резонансная частота колебаний составляла f = 22 000 Гц. Исследование проводилось следующим образом. После закручивания с помощью динамометрического ключа до нормативного значения и контроля величины момента закручивания Мзакр включался источник колебаний. В результате действия ультразвуковых колебаний происходило снижение момента закручивания ∆Мзакр. Далее в условиях колебаний проводилось дозаРис. 1. Экспериментальный стенд: 1 – ультразвуковой излучатель; 2, 3 – скобы крепежного устройства; 4 – болт; 5 – ключ; 6 – динамометр; 7 – винтовая передача; 8 – электродинамический датчик; 9 – милливольтметр; 10 – ультразвуковой генератор Fig. 1. Experimental stand: 1 – ultrasonic emitter; 2, 3 – brackets of the fastening device; 4 – bolt; 5 – wrench; 6 – dynamometer; 7 – screw drive; 8 – electrodynamic sensor; 9 – millivoltmeter; 10 – ultrasonic generator
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1