Разработка и создание функциональных материалов и изделий с заданными физико-механическими иэксплуатационными свойствами с использованием методов электрофизических воздействий и механической обработки (промежуточный)

В процессе выполнения работ по второму этапу Проекта проведены исследования формирования структуры металла при плазменной наплавке и плазменной наплавке плавящимся электродом установлено, что формирование структуры сопровождается транскристаллизацией наплавленного металла. В результате этого образуются длинные столбчатые зерна, протяженностью через несколько слоев. Кристаллизация наплавляемых слоев в основной происходит по феррито-аустенитной (FA) схеме с небольшой долей по аустенито-ферритной (AF) схеме. Повышение скорости кристаллизации наплавляемого металла приводит к уменьшению дисперсности литой структуры и уменьшению доли -феррита в междендритном пространстве. При этом наблюдается повышение доли металла, кристаллизующегося по аустенито-ферритной (AF) схеме. При получении изделий по аддитивной технологии методом плазменной наплавки металла и Плазма-МИГ, механические характеристики не уступают требованиям, предъявляемым к изделиям, полученным традиционными методами из сталей подобного класса. Установлено, что коэффициент переноса материала катода на подложку для различных металлов при одинаковых параметрах различен. Разработана модель описывающая процесс эрозии электродов плазмотронов, позволяющая оценить скорость эрозии электрода, количество перенесенного материала с электрода на обрабатываемую поверхность. Для повышения прочности изделий из сплава 1580, получаемых методом многослойной наплавки, целесообразно применять отжиг при температуре 330℃ в течение 6 часов. Если более приоритетной целью ТО является повышение пластичности наплавленных изделий, то имеет место отжиг при температуре 360℃ в диапазоне времени от 3 до 6 часов. Получены модели, позволяющие рассчитать: межэлектродный зазор, величину коррекции траектории движения в процессе резания, величину прогиба электрода проволоки. Из анализа полученных моделей установлены взаимосвязи между показателями качества процесса ПВЭЭО и физическими свойствами обрабатываемой детали, режимами резания, высотой заготовки из функционального материала. Выявлены три основных параметра, влияющих на формирование показателей качества при ПВЭЭО. Данными параметрами являются: высота обработки, физико-механические свойства обрабатываемого функционального материала, скважность импульсов. На основе экспериментальных исследований получены математические модели, устанавливающие взаимосвязь шагов плотности сетки результирующей растровой траектории резания при жесткой кинематической связи между инструментом и обрабатываемой деталью с параметрами шероховатости, позволяющие управлять процессом формирования микрорельефа обрабатываемой поверхности при различной зернистости инструмента. Разработана методика управления плотностью сетки следов обработки результирующих растровых траекторий путем изменения величины и соотношений параметров элементарных движений при растровом методе абразивной обработки поверхностей, позволяющая установить необходимые параметры сетки следов обработки в зависимости от операций доводки. Разработана математическая модель и методика расчета геометрических размеров и основных параметров и характеристик ЦЛВД для электропривода инструмента плоскодоводочного станка. Применение специализированного источника питания позволит совместно с ЦЛВД организовать движение инструмента доводочного станка по более сложной и тонко управляемой траектории. На базе основных уравнений электродинамики получена трехмерная система дифференциальных уравнений, которая позволяет решать широкий круг задач по математическому исследованию электромагнитных процессов в линейных двигателях, которые могут успешно использоваться при организации электропривода возвратно-поступательного движения в прецизионных шлифовальных и доводочных станках, а также в магнитогидродинамических машинах. Разработана технология производства ЦЛВД в виде последовательности действий, отражающих особенности выбора материала и самих операций. Проведены испытания произведенного опытного образца ЦЛВД, спроектированного специально для прецизионного доводочного станка, во всех предусмотренных режимах с высокой степенью сходимости расчетных и экспериментальных значений тягового усилия, развиваемого опытным образцом. В процессе выполнения второго этапа НИР разработаны расчетные алгоритмы для решения задач топологической оптимизации в условиях противоречащих требований и ограничений, определены эффективные алгоритмы решения задач топологической оптимизации и создана научно-обоснованная методология проектирования ячеистой структуры материала с заданными физико-механическими свойствами; созданы модели механического поведения функциональных материалов. Предложены подходы к решению задач мультиматериальной оптимизации, которые, в частных случаях, позволяют определять рациональное размещение в деталях зон с ячеистым заполнением. Показана возможность эффективного применения нейронных сетей к задачам топологической оптимизации. Предложенные подхода апробированы и успешно применены для решения отдельных задач проектирования. В критическом и сверхкритическом случае получены критерии устойчивости скалярных автономных ФДУ нейтрального типа используемых для оптимизации математических моделей Проекта. Для используемых при моделировании в Проекте скалярных ФДУ нейтрального типа с соизмеримыми запаздываниями и периодическими коэффициентами получены эффективные условия устойчивости. Найдены неулучшаемые достаточные условия разрешимости резонансных и нерезонансных краевых задач для широкого класса функционально-дифференциальных уравнений с большим числом параметров в ограничениях на коэффициенты. Полученные условия пригодны для оптимизации моделей технологических процессов и материалов, исследуемых в Проекте.