Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english
 Известно, что вибрационные процессы составляют основу разнообразных технологических машин и устройств, таких как вибрационные транспортеры, смесители и сепараторы, разнообразные ультразвуковые технологические устройства.
 
В лаборатории Вибротехнических систем развивается теория авторезонансных систем, обеспечивающих возбуждение и автоматическую стабилизацию наиболее эффективных резонансных режимов работы вибрационной машин при изменении параметров системы и технологической нагрузки в широких пределах. На примерах вибрационных транспортирующих устройств показано, что применение авторезонансной системы возбуждения позволяет существенно повысить эффективность машины, многократно снизить энергозатраты и металлоемкость. Эти выводы подтверждены экспериментами, выполненными на стенде, снабженном авторезонансными бункером и лотком для и транспортирования и дозирования сыпучих материалов. 
В лаборатории создана и развита теория ультразвуковых технологических процессов и созданы образцы ультразвуковых устройств, реализующих авторезонансные технологические процессы точения и упрочняющей обработки поверхности детали путем высокочастотного виброударного пластического деформирования.

 
Построены и исследованы математические модели виброударных процессов ультразвуковых технологических систем. 


Модель и динамические эффекты при ультразвуковом пластическом деформировании

Разработаны модели ряда вибрационных (в т.ч. ультразвуковых) машин с учетом нелинейной технологической нагрузки и свойств привода, найдены их динамические характеристики. 


Возможные конфигурации резонансных кривых при изменении скорости резания в процессе ультразвукового точения 

Созданы экспериментальные образцы высокоэффективных авторезонансных вибрационных и ультразвуковых технологических, измерительных и робототехнических систем: вибрационный бункер; вибрационный транспортер; устройство для ультразвукового точения; устройство для ультразвукового выглаживания и упрочнения поверхностей деталей; сканирующие системы для лазерных измерительных и технологических установок. Получены патенты Рф, Евразийского содружества, КНР. 


Схема авторезонансного устройства для ультразвукового точения 

 

а. Без ультразвука                                   б. С ультразвуком

 

Образование стружки

а – при традиционном,  б – при авторезонансном ультразвуковом точении 

На рисунке показаны образцы авторезонасноых устройств, содержащих генераторы и ультразвуковые головки с соответствующими сменными инструментами. 

Устройства могут использоваться как на универсальных токарных станках, так и станках с программным управлением.

Исследования деталей после авторезонансного ультразвукового точения выявил уникальные свойства как геометрических параметров полученных поверхностей, так и механических характеристик материала в приповерхностном слое. На рисунке а) показана фотографиа поверхности образца после авторезонансного ультразвукового точения, на которой видно четкое структурирование поверхности. Измерения показали возможность повышения чистоты поверхности, которая в ряде случаев не нуждается в последующей чистовой обработке. Подобное структурирование наблюдается и после проведения травления изготовленных шлифов. Фотографии слоев шлифов, протравленных в течение 10 мин., показаны на рисунке б), на котором хорошо видны упрочняющие поверхность наноструктуры, получившиеся в результате ультразвуковой обработки. 

 

а)                                              б)

Фотографии поверхности (а) и протравленных шлифов (б)

Исследование механических свойств нанокластеров и наноструктур показало их высокую твердость и высокую пластичность, причем все подвергнутые авторезонансной ультразвуковой обработке образцы из различных материалов имеют прирост микротвердости от 10 до 80%


Созданы экспериментальные образцы высокоэффективных авторезонансных вибрационных измерительных и робототехнических систем: вибрационный бункер; вибрационный транспортер; устройство для ультразвукового точения; устройство для ультразвукового выглаживания и упрочнения поверхностей деталей; манипуляционная авторезонансная система (робот МАРС); сканирующие системы для лазерных измерительных и технологических установок. 



Виброударный сканатор для лазерных технологических систем