Ғылыми журнал 1996 жылдың қарашасынан бастап екі айда бір рет шығады
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010
жүктеу/скачать 5,72 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Оценка качества упрочненных поверхностей...
- А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010
- А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Ж.Т.АЙМЕНОВ
- А.Ж.АЙМЕНОВ
- This article deals with some calculations of energy rating of thermo-active formwork.
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Бердиева М.А., Сейткулов А.Р., Раимбердиев Т.П. Оценка качества упрочненных поверхностей...
где U P d e U Ф 0 2 2 2 1 ) ( - интеграл ошибок. z m z z U ) ( – квантиль распределения для некоторой вероятности Р. Используя (1) для самого неблагоприятного случая P(z)= , получим:
)) (
5 , 0 ) 0 ( z U Ф z P (4) где индекс Р у квантиля заменен на γ в соответствии с равенством Р=
При расчете вероятности безотказной работы также используют самый неблагоприятный случай по соотношению между случайными величинами, т.е. z=0. В результате уравнение для вероятности безотказной работы (1) при- нимает вид: γ =P(z=0)=0.5 – Ф{U
(z=0)}, (5) где U
Преобразуем выражение для квантиля {u r (z = 0)} к виду:
2
2 1 ) ( x y n n z U , (6) где n=m y /m x - коэффициент безопасности (запаса надежности); γ y = σ x /m x -
коэффициент вариаций. В случае, когда величина X является детерминированной постоянной со значением Х=Хо, выражение для квантиля (6) принимает вид:
, 1
y n n U (7) где n = m у /Х 0 . Однако понятно, что в большинстве случаев нет необходимости обеспечивать расчетную вероятность безотказной работы на уровне "пяти девяток", поэтому результаты испытаний образцов с покрытием и без должны быть приведены к одному разумному значению вероятности без- отказной работы. Для этого можно воспользоваться соотношением (4) для случая Х
При этом выражение для квантиля будет иметь вид:
для образца с покрытием и
z m Y U для образца без покрытия. При этом значение показателя (предела выносливости), обеспечивающего вероятность γ, обозначено через Y γ - для образца с покрытием и Y' γ - без покрытия. Используя эти выражения, величину эффективности повышения показателя качества можно оценить коэффициентом:
) 1 ( 1 ' ' U m U m y эф . (8) 21
Данный коэффициент эффективности повышения качества по какому- либо показателю учитывает изменение среднего значения показателя, изменение его дисперсии и учитывает уровень вероятности безотказной
22
А.Ясауи университетініњ хабаршысы, №6, 2010 Бердиева М.А., Сейткулов А.Р., Раимбердиев Т.П. Оценка качества упрочненных поверхностей...
работы, при котором должен использоваться данный показатель. По своей сути он является отношением гамма-процентных значений исследуемого параметра качества. Например, для γ 1 =0.9987 и γ 2 =0.9999 он принимает значения 1,19 и 1,37, т.е. эффективность мероприятия дает увеличение показателя на 19% и 37%, а не на 5%. Видно, что значение показателя (8) объективно отражает повышение качества изделия по выносливости в результате нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий. Причем при повышении требований к изделию по величине вероятности безотказной работы эффективность ионно-плазменной технологии возрастает. При внедрении вакуумной ионно-плазменной технологии напыления износостойких покрытий на высокоответственные детали пар трения, изготовленных из титановых сплавов была поставлена задача - определить влияние этой технологии на статические механические характеристики материала основы. Испытания проводились на образцах из ВТ-14 с диаметром рабочей зоны 5 мм путем их растяжения со скоростью 0,5 мм/мин на разрывной машине. В результате испытаний проводилось определение предела текучести σ 0.2 , предела прочности σ В , удлинения δ (%) и сужения φ (%) для образцов с покрытием на основе нитрида титана и без него. Результаты испытаний по определению σ 0.2 образцов с покрытием и без были следующие: σ 0.2 = m y = 892 MПa; σ у =27 МПа; σ' 02 =m y '=890 MПа и σ у ΄=80 МПа. Данные результаты, а также результаты по σ В , δ и ψ позволили сделать заключение, что вакуумные ионно-плазменные покрытия, полученные на данном режиме, не изменяют механических характеристик материала основы, что послужило одним из оснований для их дальнейшего внедрения (естественно, при существенном повышении триботехнических характеристик системы). Однако в результатах по σ 0.2 было обнаружено существенное снижение (в 2,96 раза) дисперсии показателя. Проводя расчеты, как и в предыдущем примере, получаем для вероятности безотказной работы образцов с покрытием и без покрытия значения γ=1 . 10 -11 и γ'=0,9999, при квантилях Uγ= -11,1 и Uγ ΄ = -3,7. Следовательно, и в этом случае существенное уменьшение дисперсии предела текучести (при равенстве средних значений показателя) привело к существенному уменьшению вероятности отказа. Оценить эффективность такого изменения показателя σ 0.2
можно по-прежнему с по- мощью коэффициента (8), который при γ=0,9999 равен α ЭФ =1,33. Сам по себе факт сильного влияния тонких покрытий (толщина 6–20 мкм) на вероятность безотказной работы по параметрам σ -1 и σ
0..2 является достаточно неожиданным и объясняется существенным снижением дисперсии этих показателей. Физическое объяснение этого эффекта, по- видимому, в каждом конкретном случае будет индивидуальным, однако оно основывается на следующем. По сравнению с финишными механическими
23
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Бердиева М.А., Сейткулов А.Р., Раимбердиев Т.П. Оценка качества упрочненных поверхностей...
процессами обработки поверхности обработка плазменными потоками в вакууме: снижает
возможность возникновения неконтролируемых микроповреждений поверхности; является более однородной по интенсивности воздействия, как во времени, так и по площади поверхности; избирательна по залечиванию микроповреждений и уменьшению микрогео- метрических неоднородностей, превышающих средние значения; исключает субъективное воздействие ручного труда на разных участках обрабатываемой поверхности; в рассмотренных покрытиях возникают благоприятные оста- точные напряжения сжатия и т.п. Еще более существенна роль вакуумных ионно-плазменных покрытий в повышении показателей надежности в тех случаях, когда наблюдается существенное увеличение средних значений показателя качества. Многие из этих показателей характеризуются тем, что они изменяются со временем. К ним можно отнести: величину износа сопряжения и износа отдельной пары трения; величину эрозии; величину эрозионного, химического и окислительного повреждения материала поверхности; величину ультра- фиолетового, радиационного и другого накопления микроповреждений и т.д. В теории надежности существуют две основные методики оценки показателей надежности в этом случае. Одна строится на том, что показатель качества Y является функцией времени, которую с должной степенью точности представляют в виде линейной функции Y = kt, где k - скорость повреждения показателя качества (интенсивность износа, скорость окисления и т.д.). В этом случае величина k является случайной величиной со своим законом распределения. На основании этого закона зависимости Y = kt и уравнений (3) и (5) находят распределения и соответствующие уравнения для случайной величины - наработки изделия до отказа. Вторая методика заключается в том, что сразу вводится случайная величина Т - наработка до отказа или наступления предельного состояния. При этом экспериментально для каждого параметра качества определяется распределение этой случайной величины и его числовые характеристики: среднее значение (математическое ожидание) и среднеквадратичное отклонение (дисперсия). В этом случае вероятность безотказной работы для случайной величины, распределенной по формальному закону, определяется соотношением, аналогичным (4):
0,5-Ф{Uγ (Tγ)}, (9) где Uγ= T T m T , где m Т и σ Т - математическое ожидание и дисперсия наработки до отказа: Т
данного параметра качества. Испытания твердосплавных пластин из одной партии с многослойным ионно-плазменным покрытием и без покрытия в состоянии поставки позволили
24
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Бердиева М.А., Сейткулов А.Р., Раимбердиев Т.П. Оценка качества упрочненных поверхностей...
получить следующие результаты: m Т =63,0 мин: σ Т =13,2 мин; m' Т =22,5 мин; σ' Т =8,5 мин. Оценка эффективности покрытия по средним значениям показателя стойкости дает величину 2,8 раза. Коэффициент эффективности (8), равный в этом случае:
, 1 1 T y T Т у эф U m U m Т Т (10) дает для γ 1 =0,98 и γ 2 =0,90 (U γ1 = -2,054; U γ2 = -1,282) величину α эф1 =7,25 и α эф2
=-3,99. Следовательно, отношение гамма-процентных периодов стойкости инструментов с покрытием и без существенно превышает отношение средних значений стойкости инструмента. Причем это отношение возрастает с ростом величины γ и уменьшением дисперсии показателя инструмента с покрытием по сравнению с дисперсией показателя инструмента без покрытия. Таким образом, анализ повышения качества изделий машиностроения вакуумной ионно-плазменной обработкой на основе критериев теории надежности показывает, что сравнение только средних значений показателя качества лишь в малой степени отражает эффективность этой технологии. Объективным критерием при оценке эффективности может быть только сравнение гамма-процентных периодов стойкости или использования коэффициентов эффективности (8) и (10). Существенным резервом по- вышения надежности изделий машиностроения является возможность уменьшения дисперсии показателя качества при вакуумной ионно- плазменной обработке.
ЛИТЕРАТУРА 1.
Барвинок В.А., Богданович В.И. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления. М.: Машиностроение, 1999. – 309 с. 2.
износ. М.: Интермет инжиниринг, 2001. -152 с. 3.
Колмаков А.Г., Тереньев В.Ф., Бакиров М.Б. Методы измерения твердости. М.: Интермет инжиниринг, 2000. -128 с. 4.
Советское радио, 1977. Т.1. – 664 с., Т.2. – 768 с.
25
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Ж.Т.АЙМЕНОВ доктор технических наук, профессор МКТУ им А.Ясави
инженер
Целью проводимых ниже расчетов энергетических параметров термоэлемента является установление величины подаваемого на него напряжения, которая бы обеспечила выделение потребного количества тепла для определенного объема бетона в течение заданного времени. На основе физической и математических моделей теплофизических процессов, происходящих при кондуктивном нагреве, затраты энергии на термообработку (рисунок 1) с достаточной степенью точности описываются уравнением теплового баланса: Qобщ = Qб+ Qт+ Qдн+ Qп- Qэкз , (1) где Qб – затраты тепла на нагрев бетона; Qт – затраты тепла на нагрев термоэлемента; Qдн – потери тепла через дно формы (нижний щит опалубки); Qп – потери тепла через открытую поверхность бетона; Qэкз - тепловыделение цемента.
1-бетон; 2 – понижающие трансформаторы; 3 – низковольтный термоэлемент – затраты тепла на нагрев бетона;
26
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Айменов Ж.Т., Айменов А.Ж. Расчет энергетических параметров термоактивной опалубки
Уравнение теплового баланса (1), отнесенное к единице площади термоэлемента, запишется в виде: . . . . . . уд экз уд n уд дн уд т уд б уд общ Q Q Q Q Q Q (2)
Далее определяем каждое из слагаемых входящих в уравнение (2). Поскольку для нагрева бетона устанавливаются два термоэлемента, то объем бетона, нагреваемого с одной поверхности термоэлемента площадью 1 м 2 , составит
R V уд б 1
(3) Здесь и в дальнейших расчетах под удельным объемом бетона, расходом тепла и теплопотерями следует понимать соответствующие им значения, приходящиеся на 1 м 2 поверхности термоэлемента. Определяем расход тепла на нагрев бетона óä á V согласно уравнению [1]:
max
1 ) ( 1 2 2 2 ) ( 1 t l l R tg R C Q n M a M bR bR B br a b b a R б б уд б R ar n n n (4) - затраты тепла на нагрев бетона; - потери тепла на нагрев термоэлемента; - потери тепла через неопалубленную поверхность бетона. - потери тепла через формы (утепленный нижний щит опалубки). Количество тепла, затрачиваемое на нагрев термоэлемента площадью 1 м 2 и толщиной СТ , определяем из выражения: CT CT СТ СТ уд Т t V С Q
(5) После подстановки V CT и CT t выражение (5) будет иметь вид: m ax
) 1 ( t l V С Q br CT СТ СТ уд Т (6) Для определения потерь тепла через открытую поверхность бетона и дно формы необходимо найти соответствующие площади поверхностей теплоотдачи, приходящиеся на 1м 2 поверхности термоэлементов. Площади поверхности теплоотдачи всецело зависят от размеров сторон термоэлемента, образующих единицу его площади и расстояния между ними. Их численные значения можно определить из следующей зависимости:
h R R F F h уд пов уд дн / 1 (7) Тогда потери тепла через дно формы и открытую поверхность бетона можно определить из соотношений:
/
(8)
R t t F t t Q cp B H cp дн пов B H cp уд пов / .. .. (9) |