3D-принтер

Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2017, том 2 УДК 621.787.4.07:534.8

Артемьев В.А., Крылова Н.А., Шуваев В.Г.

ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет», Самара, Россия

УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

В работе раскрыты вопросы упрочнения поверхностного слоя детали с помощью ультразвуковых колебаний. Описывается разработанное устройство для формирования сложных колебательных воздействий, позволяющее создавать на поверхности детали определенный микрорельеф Ключевые слова:

финишная обработка, поверхность детали, ультразвук, сложные колебательные воздействия

Разрушение деталей в эксплуатации, как правило, начинается с поверхности, что объясняется тем, что поверхностные слои оказываются наиболее напряженными, являются границей раздела фаз и подвергаются активному воздействию внешней среды. Отсюда вытекает необходимость улучшения физико-механических характеристик и геометрии рабочих поверхностей деталей, причем состояние рабочей поверхности детали оказывает влияние на такие ее эксплуатационные свойства, как износостойкость, усталостная прочность, коррозионная стойкость и др.

Одним из наиболее эффективных и экономичных видов упрочнения является поверхностное пластическое деформирование (ППД), позволяющее полнее реализовать потенциальные свойства конструкционных материалов в реальных деталях, особенно в деталях сложной формы с концентраторами напряжений. Известно [1], что через короткое время приработки в любой паре трения наблюдается существенное отличие свойств материала поверхностного слоя глубиной порядка нескольких микрометров от состояния материала после технологической обработки, причем самые существенные изменения происходят вследствие силового и температурного воздействия трения, вызывающие деформацию поверхности (наклеп), текстурирование, химическую модификацию, что приводит к значительному изменению значений энергии активации.

Одним из эффективных методом решения задач, возникающих при ППД, является наложение ультразвуковых колебаний, дающих возможность управлять микрогеометрией формируемой поверхности, её твёрдостью, степенью деформационного упрочнения, а также получать регулярный микрорельеф [2].

На рис. представлено разработанное авторами ультразвуковое устройство для формирования микрорельефа поверхностей. Устройство содержит концентратор 3 на выходном конце которого размещается деформирующий элемент - шарик 2, который воздействует на обрабатываемую поверхность 1.

Для возбуждения ультразвуковых колебаний применен пакетный пьезокерамический преобразователь 5, зажатый при помощи шпильки 7 и гайки 8 между концентратором 3 и противовесом 6. На боковой поверхности концентратора выполнены наклонные пазы 4, позволяющие возбуждать продольно-крутильные колебания деформирующего элемента. Кроме того, деформирующий элемент смещен относительно оси концентратора, что приводит к формированию сложной траектории вибрационного воздействия на поверхность обрабатываемой детали. При подаче с генератора электрического напряжения синусоидальной формы и резонансной частоты на обкладки пакетного пьезокерамического преобразователя, он, изменяя вследствие обратного пьезоэффекта свои геометрические размеры, возбуждает механические колебания концентратора и, соответственно, деформирующего элемента.

Рисунок - Ультразвуковое устройство для формирования микрорельефа поверхностей

Устройство выполнено на основе пакетного пье-зокерамического преобразователя из четырех шайб пьезокерамики типа ЦТС-19.

Технический результат предлагаемой разработки заключается в повышении эффективности и расширении технологических возможностей ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей с целью повышения их эксплуатационных характеристик, улучшении качества обработанной поверхности, повышения надежности и долговечности ее работы, сокращения длительности приработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. -М.: Машиностроение, 2002. - 300 с.

2. Шуваев В.Г., Папшев В.А., Шуваев И.В. Инструмент для формирования параметров качества поверхностного слоя деталей при ультразвуковой финишной обработке // СТИН. 2012. № 10. С. 37-40.

3. Шуваев В.Г., Крылова Н.А. Влияние режимов ультразвуковой обработки на свойства цилиндрических поверхностей// Международный симпозиум «Надежность и качество», 2016. №2 С.185-186.

4. Шуваев, В.Г. Направленное формирование параметров качества поверхностного слоя деталей при ультразвуковой финишной обработке // Международный симпозиум «Надежность и качество», 2015. С.168-169

5. Патент РФ на полезную модель № 143794. Устройство для ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей вращающихся деталей / В.Г. Шуваев, М.С. Горобец // 27.07.2014. Бюл. № 21.

УДК 621.3

Емельянов1 А.С., Петрунин1 В.В., Каражанов? Б.Б., Куатов? Е.Ж, Жихарев1 К.В.

1ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия 2Военный институт сил воздушной обороны, Астана, Казахстан

3й-ПРИНТЕР

В статье рассмотрены технические вопросы создания 3D Принтера. Приведена принципиальная схема платы управления Ключевые слова:

3D Принтер, трёхмерный объект, 3D модель

В настоящее время широко развиваются 3D технологии. Телевизоры, 3D-мониторы, особые очки и прочие устройства. Также существуют и 3D Принтеры.

3D Принтер - устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D модели, выполненной на ПК [1-4].

При разработке какого-либо устройства или блока иногда возникают вопросы, связанные с конструкторским исполнением составных частей данного устройства или отдельных сложных элементов и деталей. Сделать такую деталь на станке довольно сложно и дорого, а бывают и такие изделия, которые невозможно сделать не применяя 3D печать.

Поэтому сейчас, используя специальное ПО, можно моделировать на компьютере различные детали и макеты, которые в дальнейшем можно распечатать в трёхмерном виде. При этом могут использоваться различные материалы, от ABS пластика до различных металлов [5, 6].

Разработка 3D Принтера имеет широкие перспективы развития и внедрения, т. к. обладает многими преимуществами, по сравнению с традиционными методами создания различных деталей. Одним из таких преимуществ является наглядность - деталь гораздо проще воспринимать, когда она является трёхмерным объектом, а не представлена, например, на чертежах. Вторым преимуществом является скорость создания - особенно это проявляется при выполнении сложных деталей. Также можно отметить отсутствие физических усилий со стороны человека [7].

Основным элементом 3D Принтера является плата управления, принципиальная схема которой изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Принципиальная схема платы управления 3D Принтера

3D Принтер предназначен для физического воспроизведения трёхмерной виртуальной модели. Для передачи сигналов используется LPT-интерфейс. Применение данного интерфейса обусловлено большим количеством команд, передающихся одновременно. Питание схемы и шаговых двигателей также осуществляется при помощи LPT-порта. Этот разъем соединяют стандартным кабелем LPT, который обычно используют для подключения принтеров и сканеров [8, 9].

Описание работы принципиальной схемы: Плата управления 3D принтером выполнена на пик контроллерах. В них зашита программа конвертирования сигналов управления в фазовое состояние шаговых двигателей.

Управляющие сигналы поступают на ЛПТ разъём XS1. Девятый, восьмой контакты - сигналы перемещения двигателя X; седьмой, шестой контакты -сигналы перемещения двигателя Y; пятый, четвёртый контакты - сигналы перемещения двигателя Z.

На плату подаётся питающее напряжение 5В. Положительные импульсы с П.К. проходят через сглаживающий фильтр

и поступают на опторазвязку DA1, DA2, которая представляет собой светодиод и фототранзистор. При подаче положительного импульса светодиод загорается и свет светит на фототранзистор, транзистор открывается и на выходе получается нулевой уровень, который поступает на вход контроллера.

Выходные сигналы контроллера поступают на мощный усилитель, драйвер шаговых двигателей. Каналы XYZ работают аналогично.

Три шаговых двигателя перемещая исполнительную головку формируют 3D образ изготавливаемой детали.

Создание данного принтера позволит сократить время на производство различных деталей, удешевить производство, можно распечатывать трёхмерные объекты любой конструкции, размер которых будет ограничиваться конструкцией 3D Принтера. Материалы, из которых будет выполнена деталь, также будут ограничиваться конструкторским исполнением самого принтера и тем, какая у него исполнительная головка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методическое пособие «Расчет надежности РЭА» Петрунин В.В. 2015г.

2. Дж. Смит «Сопряжение компьютеров с внешними устройствами» Москва «Мир» 2000

3. Ю.А. Браммер, И.Н. Пащук «Импульсные и цифровые устройства» Москва «Высшая школа» 2002

4. А.Ю. Кузьминов «Интерфейс RS232. Связь между компьютерами и микроконтроллером» Москва «Радио и связь» 2004

5. Кочегаров, И.И. Алгоритм прямого перебора с применением теории графов для прогнозирования отказов сложных РЭС / И.И. Кочегаров, В.В. Стюхин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 130-131.

6. Меркульев, А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / А.Ю. Меркульев, Ю.А. Сивагина, И.И. Кочегаров, В.Я. Баннов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 119-128.

7. Кочегаров, И.И. Развитие систем изучения микроконтроллеров и ПЛИС / И.И. Кочегаров, В.А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 166-167.

8. Grishko, A.K. Dynamic analysis and optimization of parameter control of radio systems in conditions of interference / Grishko A.K., Goryachev N.V., Kochegarov I.I., Yurkov N.K. // 2016 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2016 - Proceedings 2016. С. 7491674.

9. Кочегаров, И.И. Системы удалённого рабочего стола при работе с конструкторскими САПР / И.И. Кочегаров, В.А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 2. С. 406407.

УДК 621.31

Морозов1 А.Д., Морозов1 И.Д. , Липатов2 А.И., Естифеев? Е.Р., Баннов1 В.Я.

1ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия 2ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. М.В. Проценко», Пенза, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛОСКИХ ПРУЖИН ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АКТЮАТОРОВ

В статье рассматриваются основные ограничения, которые возникают при монтаже пьезоэлектрических актюаторов, приводятся некоторые способы устранения данных ограничений. Данное исследование может служить теоретической основой для практической реализации различных конструкций приводов на основе многослойных пьезоактюаторов. Также в статье даётся краткая характеристика систем преднагрузки пьезоактюаторов на основе плоских пружин, приводятся примеры использования данного вида пред-нагрузки в изделиях ведущих мировых производителей пьезотехнической продукции Ключевые слова:

пьезоактюатор, привод, нагрузка, плоская пружина, преднагрузка, пружинная система, конструкция

При конструировании прецизионных приводов и систем высокоточного позиционирования на основе пьезоэлектрических актюаторов (пьезоактюаторов) часто приходится сталкиваться с определёнными ограничениями. Одно из наиболее существенных ограничений возникает в силу того, что многослойные и пакетные конструкции пьезоактюаторов способны выдерживать значительные нагрузки только по одной из осей, при этом воздействие сил по другим осям, косых и скручивающих моментов, растягивающих напряжений могут привести к разрушению пьезокерамики. Для решения данной

с

Для борьбы с поперечными и закручивающими силами, а также для устранения перекосов между опорной и движимой поверхностями применяют сферические толкатели (рисунок 2а) и флексеры -безлюфтовые шарниры (рисунок 2б).

Компенсировать растягивающую силу позволяет предварительная нагрузка пьезоактюатора с помощью пружины (рисунок 2в). За счёт такой нагрузки обеспечивается также симметрия хода вперёд-назад, а также улучшаются динамические характеристик привода.

проблемы применяется метод предварительного механического напряжения пьезопакетов [1]. В рамках данной работы будет рассмотрен один из частных случаев применения данного метода, основанный на использовании в конструкции плоских пружин.

Известно, что пакетные пьезоактюаторы чувствительны к воздействию вытягивающего усилия, приложению поперечных и закручивающих сил, перекосам опорной и движимой поверхностей [1]. На рисунке 1 представлены основные ограничения, возникающие при монтаже пьезоактюаторов.

)

В качестве элемента предварительной нагрузки ведущие производители пьезотехнической продукции активно используют плоские пружины, наиболее часто встречаются конструкции, представленные на рисунке 3.

К основным достоинствам плоских пружин, используемых для преднагрузки пьезоактюаторов, можно отнести компактность и возможность интеграции в конструкцию привода без использования крепёжных элементов, а также простоту расчета.

б

в

г

д

Рисунок 1 - Ограничения при монтаже пакетных пьезоактюаторов [1] а - приложение вытягивающего усилия; б - приложение поперечных сил; приложение закручивающих сил; г - непараллельность опорной и движимой поверхностей; д - жёсткое (например винтовое) крепление обоих концов актюатора

а

в