Эътибар Юсиф Оглы Балаев, старший научный сотрудник кафедры нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна; инженер по изобретательской и патентной деятельности
350072, г. Краснодар, ул. Московская
350080, г. Краснодар, ул. Уральская, 144
Etibar Yusif Ogly Balaev, Senior Research Fellow of the Department of Oil and Gas Engineering named after Prof. GT Vartumyan; Invention and Patent Engineer
2, Moskovskaya Str., Krasnodar, 350072
144, Uralskaya Str., Krasnodar, 350080
Introduction Violation of mutual positioning and fixation of parts worsens the operation of the equipment. Traditional approaches to solving the problem under consideration have been sufficiently studied: interchangeability of parts and the use of special equipment. Both methods involve a significant number of additional elements and assembly operations. Fixation is often provided by means of force fitting and welding. Disadvantages of these methods include assembly, residual and other stresses, engineering constraints, etc. To solve these problems, alloys with thermoelastic phase transformations are used, which provide shape memory effects (SME) to manifest themselves. This article describes, for the first time, self-positioning and self-fixation using the example of parts specially made from an alloy with SME. Materials and Methods. The pin element under pressing mandrels the blind hole of the cup and enters the seat. The alloy with SME was Ti-55.7wt%Ni. The temperature of the onset of its austenitic transformation was As = 95°C ± 5°C. The elemental composition was determined by a Shimadzu EDX-8000 X-ray fluorescence spectrometer, the phase composition — by a Shimadzu XRD-7000 diffractometer. The temperature was specified through differential scanning calorimetry. The range was 20–300°C, the heating rate was 5 deg/min. A Guide T120 thermal imager and a RangeVision DIY 3D scanner with structured illumination were used. After pressing the pin into the cup at different angles, the alignment and deviations between the axes of the cup and the pin were examined. Then, the cup was heated to 110–120°C, cooled, and control measurements were taken.Results. Values of the deflection angle after pressing were 0.2–11°. With a rigid structure and an installation angle of 0°, the pin deflected in the mounting hole by 0.2–0.5°. The axes shifted and did not intersect. The pin was not always completely pressed in. This indicated uneven deformation of the metal and different stress values around the hole. Such a unit would soon fail. The pin took the required position after heating the cup to 110–120°C (this temperature was higher than at the end of the reverse martensitic transformation). The angular deviation of the axes was noted to be 0.03–0.1°. The maximum misalignment (0.04 mm) corresponded to high positioning accuracy. Heating during the reverse martensitic transformation created internal stresses that returned the initial geometry of the cup. They also formed the forces that positioned and fixed the pin in the hole. That is, it is the parts that provide positioning and fixation (this is selfpositioning and self-fixation).Discussion and Conclusion. For self-positioning and self-fixation of parts due to the shape memory effect, it is necessary to avoid sharp transition lines between the surfaces of parts during design, select rounded corners or fillets, and get a clean surface without burrs. Self-fixation and self-positioning reduce defects and inaccuracies during assembly. The use of certain alloys increases the profitability of equipment production.
Введение. Нарушение взаимного позиционирования и фиксации деталей ухудшает работу оборудования. Достаточно изучены традиционные подходы к решению рассматриваемой проблемы: взаимозаменяемость деталей и использование специальной оснастки. Оба метода предполагают значительный объем дополнительных элементов и монтажных операций. Фиксацию часто обеспечивают с помощью посадки с натягом и сварки. Недостатки этих методов: монтажные, остаточные и другие напряжения, технические ограничения и пр. Для решения указанных проблем используют сплавы с термоупругими фазовыми превращениями, которые позволяют проявляться эффектам памяти формы (ЭПФ). В данной статье впервые описаны самопозиционирование и самофиксация на примере деталей, специально изготовленных из сплава с ЭПФ.Материалы и методы. Исследовались стаканы из сплава с ЭПФ — Ti-55,7wt%Ni при запрессовке: штыревой элемент дорнует глухое отверстие и попадает в посадочное место. Температура начала аустенитного превращения — As = 95 °C ± 5 °C. Элементный состав определяли рентгенофлуоресцентным спектрометром Shimadzu EDX-8000, фазовый — дифрактометром Shimadzu XRD-7000. Температуру определяли дифференциальной сканирующей калориметрией. Диапазон 20–300 °C, скорость нагрева — 5 °C/мин. Задействовали тепловизор Guide T120 и 3D-cкaнeр со структурированным подсветом RаngеVisiоn DIY. После запрессовки под разными углами штыря в стакан исследовали соосность и отклонения между осями стакана и штыря. Затем стакан нагревали до 110–120 °C, охлаждали и делали контрольные замеры.Результаты исследования. Значения угла отклонения после запрессовки — 0,2–11°. При жесткой конструкции и угле установки 0° штырь отклоняется в посадочном отверстии на 0,2–0,5°. Оси смещаются и не пересекаются. Штырь не всегда полностью запрессовывается. Это говорит о неравномерной деформации металла и о разных по значению напряжениях вокруг отверстия. Такой узел быстро выйдет из строя. Штырь занимает требуемое положение после нагрева стакана до 110–120 °C (эта температура выше, чем в конце обратного мартенситного превращения). Отметили угловое отклонение осей — 0,03–0,1°. Максимальная несоостность (0,04 мм) соответствует высокой точности позиционирования. Нагрев при обратном мартенситном превращении создает внутренние напряжения, возвращающие первоначальную геометрию стакана. Они же формируют усилия, которые располагают и фиксируют штырь в отверстии. То есть именно детали обеспечивают позиционирование и фиксацию (это самопозиционирование и самофиксация).Обсуждение и заключение. Для самопозиционирования и самофиксации деталей за счет эффекта памяти формы при конструировании следует отказаться от резких линий переходов между поверхностями деталей, выбирать скругленные углы или галтели, добиваться чистой поверхности без заусенцев. Самофиксация и самопозиционирование сокращают брак и неточности при сборке. Использование сплавов с эффектом памяти может повышать рентабельность производства.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.