авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный технологический университет

СТАНКИН

МАТЕРИАЛЫ

III НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

МАШИНОСТРОЕНИЕ – ТРАДИЦИИ И

ИННОВАЦИИ

(МТИ-2010)

СЕКЦИЯ «МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

ноябрь-декабрь 2010 г.

МОСКВА

2010 УДК 002:621 Материалы научно-образовательной конференции III «Машиностроение – традиции и инновации» (МТИ-2010). Секция «МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ». Сборник ДОКЛАДОВ. – М.: МГТУ «Станкин», 2010. – 237с.

В сборник докладов включены материалы III научно-образовательной конференции «Машиностроение – традиции и инновации» (МТИ-2010).

Конференция проводится с целью расширения спектра исследовательской деятельности, повышения профессионального уровня, развитию творческой активности и реализации научного потенциала ученых, преподавателей, аспирантов и студентов и приурочена к 80-летию Университета.

ОРГКОМИТЕТ Председатель оргкомитета:

Григорьев С.Н. – ректор МГТУ «Станкин»

Члены оргкомитета:

Соломенцев Ю.М. – президент МГТУ «Станкин»

Волосова М.А. – проректор по научной работе Подураев Ю.В. – проректор по учебной работе Андреев А.Г. – проректор по развитию Руководитель секции:

Гречишников В.А – профессор, Заместители руководителя секции:

Кутин А.А. – профессор, д.т.н.

Петухов Ю.Е. – профессор, д.т.н.

Вороненко В.П. – профессор, д.т.н.

Синопальников В.А. – профессор, д.т.н.

Шварцбург Л.Э. – профессор, д.т.н.

ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», Содержание 1. Артюхин Л.Л., Отт О.С. ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ДИСКОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ НА СТАНКАХ С ЧПУ…………………………………………………………………………………… 2. Бармакова Т.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЁТЫ ПРОЦЕССОВ МАССОПЕРНСА В ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЯХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ………………………………………………………….. 3. Бахарев В.П., Верещака А.С., Муравьев Н.С., Кнутова Е.Е. УПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКОЙ ПРОИЗВОДСТВА И ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ………………………………………………………………. 4. Бахарев В.П., Верещака А.С., Муравьев Н.С., Кнутова Е.Е. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРЕЦИЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ КЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ АЛМАЗНОЙ ДОВОДКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ……………………………………….

.. 5. Бондарева Г.И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИМЕНЬШЕГО НАТЯГА В СОЕДИНЕНИЯХ «ВАЛ – УПЛОТНЕНИЕ………………………………………………………………………………………… 6. Борисов А.А., Маслов А.Р. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФРЕЗЕРОВАНИЯ 3D-ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛОЩАДЬЮ МЕНЕЕ 1500 ММ2…………………………………………. 7. Борисов А.А., Маслов А.Р., Прохоров А.В. СБОРНЫЕ ТОРЦЕВО-ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФРЕЗЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ……………………………………………. 8. Верещака А.А. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ТЯЖЕЛЫХ УСЛОВИЯХ ОБРАБОТКИ………………………………….. 9. Верещака А.С., Дачева А.В. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ УЛУЧШЕННОГО СОСТАВА С ПОКРЫТИЕМ КАК ПРОГРЕССИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА……………………………………………………………………….. 10. Верещака А.С., Мигранов М.Ш. ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ИНСТРУМЕНТА С НАНОСТРУКТУРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ПРИ СКОРОСТНОМ РЕЗАНИИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ……………………………………………………………………………………………… 11. Волков А.Э., Жучков И.В., Медведев В.И. РАСЧЕТ НАЛАДОК ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЛИННОКОНУСНЫХ СПИРАЛЬНО-КОНИЧЕСКИХ ШЕСТЕРЕН……………………………. 12. Вороненко В.П. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СЕРИЙНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СБОРОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ…………………………………….. 13. Вычеров В.А., Маслов А.Р. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С M30 ММ…………………………………………………………………….. 14. Гуров А.В. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПО ВЕЛИЧИНЕ ДОПУСКА……………………………………………………………………………………………… 15. Димитров Л.В. ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА ПОВЕРХТНОСТНЫХ ТРЕЩИН ПРЯМОЗУБЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС…………………………………………………………………………………… 16. Журавлева А.Р. ВЫБОР НОМЕНКЛАТУРЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОТВЕРСТИЙ КОРЕННЫХ ОПОР БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ЯМЗ…………….... 17. Исаев А.В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРНЫХ ФАСОННЫХ ФРЕЗ СО СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ НА ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ……………………………………………………………………………………….. 18. Картамышев А.Ю. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, ВОССТАНОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ЭКТ…………… 19. Кириллов А.К. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО РЕЗАНИЯ………………….….. 20. Колесов Н.В. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ НА СТАНКАХ С ЧПУ……………… 21. Косарев В.А., Дымов М.С. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ РЕЗЬБ ИНСТРУМЕНТОМ С ПЛАНЕТАРНЫМ ДВИЖЕНИЕМ……………………………………………… МТИ- 22. Косинский Д.В. ЛАЗЕРНЫЙ ГЕТЕРОДИННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ………………………………………………………….. 23. Куликов М.Ю., Иноземцев В.Е., ФЛОРОВ А.В. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ДЕТАЛЕЙ ИЗ МЕТАЛЛОПОРОШКОВЫХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ФИНИШНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ………………………………………………………………………. 24. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж. ВЫБОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ В РЕМОНТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ…………………………………………………………………………………..……. 25. Луцюк С.В. ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОТЕНЦИАЛА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУРНО МАТРИЧНОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ…………………………………………………………………….. 26. Матвеенков Д.С., Медведев В.И. ПОВЫШЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ЗУБЬЕВ КОНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ПРИ СОХРАНЕНИИ ИСХОДНЫХ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ…………………………………………………………………………………………….…. 27. Мигранов М.Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИОННОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА………….. 28. Петухов Ю.Е., Домнин П.В. ПРИМЕНЕНИЕ СТАНДАРТНОЙ КОНЦЕВОЙ ФРЕЗЫ ПРЯМОГО ПРОФИЛЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ФАСОННОЙ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ……………………… 29. Проскурина Е.М., Егорова Е.В. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АДСОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ СОЖ…………………………………………………………………………………………..

30. Русинов М. А. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ И МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ПРИМЕРЕ БЫСТРООБНОВЛЯЕМЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ………………………………………………………………………………………………… 31. Рябов С. А., Иванова Н. А. ПРИЧИНЫ НАРУШЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ПЭВМ………………………..… 32. Симанженков К.А., Капитанов А.В., Тясто С.А.МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ…………………………………………….. 33. Старков В. К., Рябцев С. А., Горин Н. А.СОЗДАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ СТРУКТУРНОСТЬЮ И УПРАВЛЯЕМОЙ ПОРИСТОСТЬЮ……………………………………………………………………. 34. Сотова Е.С., Верещака А.С., Лазарева М.Н. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОЙ РЕЖУЩЕЙ КЕРАМИКИ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ПОКРЫТИЕМ…………………………………………………………………………………………….. 35. Телешевский В. И., Забелин А. В. К ПРОБЛЕМЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ С НАНОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТЬЮ МЕТОДАМИ МНОГОВОЛНОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ……………………………………………………………………………….…. 36. Трышкина О. В. ВЛИЯНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЯЖЕСТИ И НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДОВОГО ПРОЦЕССА НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА, ОТНОШЕНИЕ К ТРУДУ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА…………………………………………………………………………………….… 37. Федоров С. Ю.УПРАВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫМ СОСТОЯНИЕМ КЕРАМИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ…………………………………………………………………. 38. Чеканина Е. А. РАЗРАБОТКА ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЗУБА ЭВОЛЬВЕНТНОЙ ПРЯМОЗУБОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ……………………………………………………………………………………………… 39. Чемоданова М. Ю., Муравьев И. В. ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЦЕССА ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ…………………………………………………………………………………….. 40. Гречишников В.А., Романов В.Б., Домнин П.В. РАЗРАБОТКА РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ НСТМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОТЕХНОЛОГИЙ………………………………………….. 41. Макаров В.М. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭФФЕКТИВНОЙ ФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ CИСТЕМЫ………………………………………………………………………………………………...

МТИ- Артюхин Л.Л., Отт О.С.

ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ДИСКОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ НА СТАНКАХ С ЧПУ Артюхин Леонид Леонидович, Отт Олеся Сергеевна Россия, Москва, МГТУ «Станкин»

olesy@hotmail.ru Сегодня основным направлением развития металлообработки является рост уровня автоматизации производства. Такая тенденция заметна и в обработке зубчатых колес. Здесь основной проблемой является то, что для получения одного зубчатого колеса требуется выполнить большое количество различных операций (токарных, зубофрезерных, снятие заусенцев, термическую и финишную обработку). В настоящее время на большинстве отечественных предприятий каждая из таких операций выполняется на отдельных однооперационных станках, в основном стандартной компоновки и со стандартными технологическими характеристиками. Традиционная технология обработки зубчатых колес была разработана с применением универсального стандартного режущего инструмента, как правило, быстрорежущего.

Решение проблемы автоматизации производства зубчатых колес возможно только путем создания специализированного многокоординатного оборудования с ЧПУ, способного объединить в себе возможности токарного и зуборезного оборудования.

Применение такого оборудования совместно с использованием высокопроизводительного специального твердосплавного инструмента, в том числе зуборезного, позволит повысить производительность обработки, снизить себестоимость и улучшить качество обработки зубчатых колес.

Например, анализ производства типичной серийной детали трансмиссии трактора – бортовой шестерни показал, что использование прогрессивных режущих инструментов на оптимальных режимах резания в совокупности с возможностями многокоординатного оборудования позволяет повысить эффективность технологического процесса механической обработки (Таблица 1).

Были рассчитаны основные сравнительные показатели традиционного и инновационного производства деталей типа бортовой шестерни с модулем 11 мм и объемом выпуска 18 тыс. шт. в год.

Расчет показал, что инновационная технология позволяет более, чем в 14 раз повысить производительность обработки при одновременном многократном сокращении парка станочного оборудования и персонала.

Таблица Показатели производства Наименование показателя Традиционного Инновационного Количество операций механической обработки 12 Количество вспомогательных операций 7 Количество ручных загрузок-выгрузок 21 Количество транспортировок 10 Общее штучное время, мин 354 Количество станков/модулей 28 Количество рабочих/операторов 43 Общая площадь, м2 560 Наиболее актуальным является использование такого оборудования в производстве крупномодульных зубчатых колес. Особенностью обработки этих изделий является высокая трудоемкость, которая обусловлена, прежде всего, необходимостью удаления из впадин зубчатого венца большого объема металла. К тому же, применение многокоординатных станков с ЧПУ дает возможность быстрой переналадки, что особенно важно при производстве зубчатых колес крупного модуля, т.к. тип производства этих изделий носит, в основном, единичный и мелкосерийный характер.

К крупномодульным относят колеса модулем m = 10 – 75 мм, а диаметры изделий колеблются от 250 до 12500 мм. Такие детали широко используются в тяжелом транспортном машиностроении, судостроении, атомном и энергетическом машиностроении, горнодобывающем и подъемно транспортном машиностроении, а также в интенсивно развивающейся во всем мире ветроэнергетике.

МТИ- Инновационный процесс обработки крупномодульных зубчатых колес дисковым инструментом на станках с ЧПУ При обработке крупномодульного зубчатого колеса операции зубофрезерования занимают 70 80% технологического времени, затрачиваемого на полную обработку детали, поэтому важно уделять повышенное внимание этому процессу.

Применение современных станков с ЧПУ позволяет резко увеличить скорости резания, что дает возможность эффективного использования зуборезного инструмента с режущей частью из твердого сплава. Кроме того, вследствие замены традиционных кинематических цепей электрическими связями и индивидуальными приводами, управляемыми ПК, появилась возможность электронного согласования движений инструмента и изделия. К тому же, на таком оборудовании точности методов обкатки и единичного деления практически совпадают. Поэтому, представляется возможным получить максимальный эффект от внедрения разрабатываемых инновационных технологий и твердосплавных инструментов за счет возможности усложнения кинематики обработки при одновременном упрощении конструкции инструмента.

Поскольку работы по использованию кинематики станка при формообразовании зубчатых профилей практически отсутствуют, был разработан математический аппарат формообразования цилиндрических зубчатых деталей дисковой фрезой, имеющей в осевом сечении профиль зуба инструментальной зубчатой рейки. В основу построения модели положена кинематическая теория огибающей семейства поверхностей, позволяющая детально исследовать основные характеристики процесса зубообработки на станках с ЧПУ.

В качестве исходных данных для построения модели применяются основные характеристики зубчатых изделий, совокупность которых с законом движения инструмента и заготовки, позволяет получить эвольвентный профиль. В зависимости от закона движения рассматривается пространственное зацепление зубчатого колеса с дисковым инструментом. Исходя из особенностей процесса, разработана методика расчета профиля детали, базирующаяся на кинематическом методе профилирования с применением матричного исчисления, позволяющая определить профиль детали при изменении закона движения и изменения величин начальных поверхностей.

Разработанная математическая модель для предлагаемого процесса, позволяет исследовать дальше и ставить задачи о нахождении погрешностей профиля, о выборе числа режущих кромок инструмента, режимов обработки, толщины снимаемой стружки, возможности вписания данных профилей в поле допуска и других необходимых параметров, возникающих при обработке зубчатого колеса.

В работе были подробно рассмотрены два способа формообразования профиля зубчатого колеса:

Фреза, вращаясь, последовательными прямолинейными проходами прорезает 1.

впадину зубчатого колеса на всю ширину венца и после каждого прохода инструмента заготовка поворачивается на определенный угол, а фреза перемещается в согласованном движении, имитируя процесс обката эвольвентного профиля инструментом реечного типа. Таким образом, эвольвентная поверхность впадины зубчатого колеса образуется как огибающая ряда последовательных положений поверхности инструмента (рис. 1а).

Фреза, вращаясь, и перемещаясь согласованно с вращением заготовки, имитирует 2.

процесс обката зубчатого колеса. Далее фреза смещается на определенный шаг вдоль оси заготовки и в следующем сечении вновь обкатывает профиль зуба и так до тех пор, пока полностью не будет сформирован профиль впадины зуба по всей ширине зубчатого венца. Такой цикл повторяется столько раз, сколько зубьев необходимо нарезать. Переход к нарезанию следующего зуба 360° осуществляется методом единичного деления на угол (рис. 1б).

z Была разработана программа расчета величины погрешности профиля зуба колеса, вызванной его огранкой, которая позволяет исследовать влияние различных характеристик зубчатых колес на величину погрешности.

В результате численного эксперимента на ЭВМ были получены величины погрешности профиля в зависимости от модуля зубчатого колеса, а также от угла поворота заготовки после каждого прохода инструмента.

На графике представлены эти зависимости (рис. 2). Нижний график построен при дискретности поворота заготовки на 1 градус, средний – на 2 градуса и верхний – на 3 градуса. Из графика видно, что при увеличении угла поворота заготовки и, соответственно, уменьшения числа проходов, величина огранки растет в зависимости от увеличения модуля зубчатого колеса.

МТИ- Артюхин Л.Л., Отт О.С.

а б Рис. 1. Способы формообразования зубьев Рис. 2. Зависимость погрешности профиля зубчатого колеса от величины модуля Рис. 3. Моделирование эксперимента в среде Компас 3D В работе предпринята попытка использовать дисковый твердосплавный инструмент с МТИ- Инновационный процесс обработки крупномодульных зубчатых колес дисковым инструментом на станках с ЧПУ прямолинейными режущими кромками для получистовой или чистовой обработки крупномодульных зубчатых колес. Для проведения лабораторных испытаний процесса в системе трехмерного твердотельного моделирования Компас 3D была разработана конструкция режущего инструмента и оснастки, а также смоделирован процесс обработки зубчатой детали дисковым сборным инструментом (рис. 3).

Для проверки функционирования разработанной модели был поставлен физический эксперимент на зубчатом колесе m = 12 мм, z = 12, x = 0,3 с шириной венца B = 15 мм. Для этих целей был разработан и изготовлен специальный режущий инструмент, оснащенный твердосплавными пластинами с прямолинейными режущими кромками (рис. 4).

Рис. 4. Сборная дисковая фреза, оснащенная пластинами твердого сплава.

Эксперимент проводился на 5-координатном обрабатывающем центре с ЧПУ Willemin W- (рис. 5а). Эксперимент показал адекватность разработанной модели и реального метода обработки на станке с ЧПУ.

Рис. 5. Проведение эксперимента на обрабатывающем центре с ЧПУ Проведенные испытания подтвердили предположение о правомерности использования предложенного метода формообразования крупномодульных зубчатых колес. Наши наблюдения колес позволили выделить следующие преимущества предложенного инструмента:

простая форма профиля инструмента позволяет эффективно использ использовать в качестве инструментального материала твердый сплав;

упрощается конструкция инструмента и улучшаются его геометрические параметры;

метод позволяет управлять погрешностью обработки, в отличие от стандартных зуборезных инструментов;

расширяется диапазон обрабатываемых модулей одним инструментом;

открывается возможность оптимизации схем срезания припуска и улучшения условий стружкоотвода.

МТИ- Бармакова Т.В.

Библиографический список:

1. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. – М.: Машиностроение, 1981. – 104с.

2. Сидоренко А.К. Производство крупных зубчатых передач/ Адам Я.И., Овумян Г.Г. – МАШГИЗ, 1961г.

3. Старжинский В.Е., Кане М.М. Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач: учебное пособие – СПб.: Профессия, 2007 – 832с.

4. Схиртладзе А.Г. Технология обработки зубчатых зацеплений в машиностроении/ Тарапанов А.С., Харламов Г.А. – М.: Машиностроение, 1999г. – 216с.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЁТЫ ПРОЦЕССОВ МАССОПЕРНСА В ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЯХ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ Бармакова Татьяна Владимировна МГТУ «Станкин». Кафедра Прикладной математики barmakov2002@yandex.ru Введение.

Современное машиностроение широко использует материалы, содержащие железо, т.к. этот металл обладает целым рядом важнейших механических и термических качеств, делающих его прочным, долговечным, надёжным, термостойким. Его добыча и обогащение знаменуют собой одни из фундаментальных отраслей народного хозяйства (горнодобыча и металлургия), зародившиеся и получившие успешное развитие на протяжении нескольких столетий.

Вместе с тем в свете современных научных данных представляется целесообразным более детально рассмотреть и исследовать ряд модельных задач массопереноса в железосодержащих материалах, что, в свою очередь, может позволить расширение диапазона применения этих материалов в современном машиностроении.

Целью работы является креативное исследование термодинамических характеристик процессов массопереноса, математическое моделирование геометрий внутренних структур железосодержащих материалов и их влияние на скорости протекания процессов.

1. Математическое моделирование и исследование процессов массопереноса в железосодержащих материалах.

Руда. Расчёт железосодержания.

1.1.

Кажется, что о железной руде известно практически всё. Её добыча представляет собой очень дорогостоящий процесс. Залежи железа расположены на огромных территориях и на большой глубине, образуя обширные территориальные бассейны. Чрезвычайно интересным представляется Криворожский железорудный бассейн на Украине, протяжённость которого превышает 150 км. Это уникальное явление на земном шаре – весь город расположен вдоль шахт, а шахты находятся в черте города. Железосодержание в руде Криворожского бассейна является одним из самых высоких в мире – до 80 %. Добыча руды – подземная, ведётся на глубинах до 700 м.

Представляется целесообразным рассмотрение ряда модельных задач, служащих интерпретацией протекания ряда термодинамических процессов массопереноса в железосодержащих материалах.

Задача 1.

Железная руда имеет состав: магнетит Fe3 O4 (массовая доля 55%), ильменит FeTiO3 (массовая доля 15%) и некоторые другие примеси в значительно меньших количествах, не содержащие железо и титан. Установить массу железа и титана, которые можно получить из руды массой 300 кг (в расчёте на один погрузочный ковш).

МТИ- Математическое моделирование и расчёты процессов массопернса в железосодержащих соединениях, используемых в современном машиностроении а) б) Рис.1. а) Главный ствол шахты Октябрьской рудника им. Коминтерна г. Кривого Рога (Украина) – один из самых высоких в мире;

б) процесс добычи и обогащения железной руды после её вывоза из недр. Ажурные конструкции из железа выдерживают гигантские механические нагрузки.

Фото автора.

Рис.2. Математическое моделирование (компьютерные варианты) геометрий кристаллов основных компонентов железной руды. Твёрдость минералов показано по шкале Мооса.

Решение.

В процессе вычислений были получены следующие результаты:

ТАБЛИЦА ВЕЩЕСТВО МАССА КОЛИЧ ОБЩЕЕ ОБЩЕЕ МАССА ОБЩЕЕ МАССА ЕСТВО КОЛИЧ КОЛИЧЕС ЧИСТО КОЛИЧЕ ЧИСТО (кг) ВЕЩЕС ЕСТВО ТВО ГО СТВО ГО ТВА ВЕЩЕС ЧИСТОГО ЖЕЛЕЗ ИСТОГО ТИТАН ТВ ЖЕЛЕЗА А ТИТАНА А (моль) (моль) (моль) (кг) (моль) (кг) МАГНЕТИТ 165 711,2 2133, 2429,7 296, Fe3 O4 136,063 14, ИЛЬМЕНИТ 45 296,1 296, FeTiO Таким образом, подсчитана масса чистого железа при первоначальной добыче руды. Далее следуют процессы обогащения и очистки руды от механических и химических примесей.

Расчёт температур плавления и отвердевания и термодинамических характеристик 1.2.

железосодержащих сплавов Термодинамические характеристики растворов и сплавов отличаются от соответствующих характеристик чистых веществ. Вследствие понижения давления паров растворителя над растворами МТИ- Бармакова Т.В.

нелетучих или малолетучих веществ температуры замерзания растворов ниже, а температуры их кипения выше, чем у чистых растворителей. Понижение температуры замерзания раствора Т З определяется из соотношения:

g Т З = Е З M где Е З - криоскопическая постоянная (молекулярное понижение температуры замерзания растворителя), М – молекулярная масса растворённого вещества, g – масса растворённого вещества в 1000 г растворителя.

Повышение температуры кипения растворов (или плавления сплавов) определяется из соотношения:

Т ПЛАВЛ = Е К С где Е К - эбуллиоскопическая постоянная (молекулярное повышение температуры кипения), С – мольная концентрация растворённого (расплавленного) вещества.

Задача 2.

Определить температуры плавления сплава железа с углеродом при содержании 0,06 (6%) массовой доли углерода;

при содержании 0,036 (3,6%) массовой доли углерода;

температуры плавления сплава железа с кремнием при содержании 0.015 (1,5%) массовой доли кремния;

затвердевания сплава железа с кремнием при содержании 0,145 (1,45%) массовой доли кремния.

Решение.

В процессе решения были получены следующие результаты:

Таблица МАССОВ КРИОСКОПИЧЕСКИЕ ТЕМПЕР ТЕМПЕРАТУ АЯ ДОЛЯ КОНСТАНТЫ АТУРА РА ДОБАВК ЗАТВЕРД ПЛАВЛЕНИЯ И ЕВАНИЯ tС tС t С ЖЕЛЕЗО Е ЗАТВ ЗАТВЕРДЕВ МОЛЕКУЛЯР АНИЯ НОЕ ПОНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР Ы СПЛАВ ЧИСТОЕ ЧИСТОЕ 0.06 1450,4 железо ЖЕЛЕЗА С ЖЕЛЕЗО 0,036 УГЛЕРОДОМ 1530 13, СПЛАВ 0,015 1522, ЖЕЛЕЗА С 0, КРЕМНИЕМ По результатам, приведённым в таблице 2, хорошо видно изменение температур плавления и затвердевания железосодержащих соединений по сравнению с чистым веществом, что необходимо учитывать в процессе обогащения руды.

Задача 3.

Определить массовую теплоёмкость железной руды состава: Fe2 O3 - 84,1%;

H 2 O - 7,5 %, SiO 2 и пустая порода – 8.4 5.

МТИ- Математическое моделирование и расчёты процессов массопернса в железосодержащих соединениях, используемых в современном машиностроении Решение:

В процессе решения поставленной задачи были получены результаты:

Таблица КОМПОНЕНТЫ МАССОВЫЕ МАССОВЫЕ МАССОВАЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОЛИ ТЕПЛОЁМКОСТИ ТЕПЛОЁМКОСТЬ РУДЫ КОМПОНЕНТОВ (КДЖ \ КГ·К) ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ РУДЫ (%) (КДЖ \ КГ·К) 84,1 0, Fe2 O 0, 7.5 4, H 2O SiO 2, ПУСТАЯ 8,4 1. ПОРОДА Задача 4.

Пирит, халькопирит и гематит входят в состав железной руды. Пользуясь правилом аддитивности, рассчитать при 25С по атомным теплоёмкостям элементов молярную теплоёмкость пирита FeS (средняя массовая теплоёмкость ромбической серы в интервале 0 – 95,6 С равна 0.735 кДж\(кг·К), а железа 0,456 кДж\(кг·К). Рассчитать массовую теплоёмкость халькопирита СuFeS 2 при 20С.

Решение:

В процессе выполненных вычислений были получены результаты:

Таблица СРЕДНЯЯМА МОЛЕКУЛЯР МОЛЯРНАЯ МОЛЯРНАЯ ССОВАЯ НАЯ МАССА ТЕПЛОЁМКОСТ ТЕПЛОЁМКОСТЬ ТЕПЛОЁМК Ь (25С) С ОСТЬ (25С) с (кДж\(кмоль·К) кДж\(кг·К). (кДж\(кмоль·К) ПИРИТ FeS 2 121 72,60 75, ГЕМАТИТ 0,610 Fe2 O ХАЛЬКОПИР 0,533 ИТ СuFeS РОМБИЧЕС 0,735 КАЯ СЕРА S МЕДЬ Cu 0,394 ЧИСТОЕ 0,456 ЖЕЛЕЗО При вычислении были использованы следующие соотношения: температурная зависимость средней массовой теплоёмкости железа в температурном интервале 0 - 777С:

c = 0,453 + 1,05 10 4t + 0,175 10 8 t а температурная зависимость теплоёмкости пирита в интервале 0 – 600 С ( ) C = 0,611 + 7,88 10 4t M (FeS 2 ) Молярная теплоёмкость гематита определяется соотношением:

С P = 103 ? 58 + 67,21 10 3 t 17,74 10 5 t Задача 5.

Определить изменен6ие энтропии S при нагревании 1 кг железа от 100 до 150С, а также изобарно изотермического потенциала G при стандартных условиях для реакции Fe3 O4 + CO 3FeO + CO2, а также решить вопрос о возможности самопроизвольного протекания её при указанных условиях.

МТИ- Бармакова Т.В.

Решение:

Значения S и G 0 реакции вычисляются по закону Гесса:

298 S РЕАКЦИИ = 3S FeO + S CO2 S Fe3O4 S CO 0 0 0 0 G РЕАКЦИИ = 3GFeO + GCO2 G Fe3O4 GCO 0 0 0 0 В процессе необходимых вычислений были получены результаты:

Таблица S 0 S СРЕДНЯЯ G 0 S G 0 РЕАКЦИИ РЕАКЦИИ МАССОВАЯ кДж\моль Дж\(моль·К) Дж\(моль·К) кДж\моль Дж\(г·К) ТЕПЛОЁМКОСТЬ Дж\(г·К) железо 0,486 61, -394,89 213, CO 39,11 +14, -137,4 197, CO -246,0 58, FeO -1010 151, Fe3O Так как G 298 0, то при стандартных условиях самопроизвольный процесс восстановления Fe3 O оксидом углерода невозможен.

Задача 6.

Давление паров расплавленного железа при 2777 и 2376С соответственно равны 6666 и 13332 ПА.

Определить среднюю теплоту испарения (кДж\кг) в указанном интервале температур.

Решение:

В физических системах при любых равновесных переходах вещества из одной фазы в другую справедливо соотношение:

dp L = T v dT dp где L – теплота фазового перехода (испарения), v - изменение объёма при данном процессе;

dT производная от давления, отвечающего равновесию, т.е. возрастание давления при увеличении температуры на 1.

При выполнении необходимых расчётов были получены результаты:

Таблица ДАВЛЕНИЕ СРЕДНЯЯ ТЕПЛОТА tС ПАРОВ ИСПАРЕНИЯ (ПА) (КДЖ\КГ) 6666 2777 13332 Далее, состояние химического равновесия зависит от концентрации реагирующих веществ, температуры и давления. При изменении хотя бы одного из факторов наблюдается нарушение (сдвиг) равновесия в ту или иную сторону. При этом происходит изменение концентраций реагирующих веществ до тех пор, пока соотношение их не станет равным константе равновесия данной реакции при новых условиях. Увеличение концентрации исходных веществ усиливает интенсивность протекания процесса массопереноса и увеличивает выход продуктов реакции, и наоборот.

Повышение температуры ускоряет реакции, идущие с поглощением теплоты (эндотермические процессы). Понижение температуры способствует протеканию экзотермических реакций.

МТИ- Математическое моделирование и расчёты процессов массопернса в железосодержащих соединениях, используемых в современном машиностроении Задача 7.

Определить константу равновесия К С и состав смеси в момент равновесия для реакции 3Fe + 4 H 2 O(пар ) Fe3 O4 + 4 H 2, если при 900 К парциальное давление водорода равно 9571 Па, а паров воды – соответственно 6571,7 Па. 2) Определить выход водорода (кг), если в сосуд объёмом 2л, содержащий металлическое железо, вводится водяной пар под давлением 3,0399·10 5 Па при 200С. Начальное давление водяного пара составляло 1333250 Па;

при достижении 200С парциальное давление образовавшегося водорода стало равным 127170 Па.

Решение:

В процессе проведённых вычислений были получены результаты:

ТАБЛИЦА ОБЪЁМ ВЫХОД КОНСТАНТА ВОДЯНО ЧИСТОГО РАВНОВЕСИ ДАВЛЕНИ ТЕМПЕРА % ГО ПАРА ЖЕЛЕЗА Я Е ТУРА (Л) (Г) КС (ПА) (К) ВОДОРОД Н 2 9571 59, 4, ПАРЫ ВОДЫ 6571,7 40, ПАРЫ ВОДЫ (НАЧАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ) ВОДОРОД Н 2 127170 ПАРЫ ВОДЫ (ДОПОЛНИТЕЛЬ 30399 2 29, НОЕ ДАВЛЕНИЕ) Таким образом, проведены анализ и расчёты термодинамических характеристик железосодержащих материалов, что позволяет сравнивать и оценить влияние примесей на свойства железа.

Расчёт электрофореза для железосодержащих веществ 1.3.

Хорошо известно, что железо и материалы, его содержащие, как правило, являются хорошими электропроводниками. Явление перемещения частиц золя в электрическом поле к электроду, знак которого противоположен знаку заряда частиц, называемое электрофорезом, позволяет установить знак заряда, а также определить электрокинетический потенциал ( - потенциал), от которого зависит устойчивость золя (допуская, что частицы имеют цилиндрическую форму):

4 u = H где - вязкость среды;

u - электрофоретическая скорость частицы;

- диэлектрическая проницаемость;

H - градиент потенциала. Для сферических частиц формула принимает вид соответственно:

6 u = H Представляется целесообразным, в связи с этим, рассмотреть некоторые модельные задачи электрофореза.

Задача 8.

Вычислить градиент потенциала, если - потенциал частиц золя Fe (OH )3 равен 52,5мВ, электрофоретическая скорость частиц 3,74·10 4 см\с. Вязкость среды считать 1,005·10 3 Па·с, а диэлектрическая проницаемость 81. Форму частицы считать цилиндрической.

МТИ- Бармакова Т.В.

Решение:

В процессе выполненных вычислений были получены результаты:

Таблица - ВЯЗКО ДИЭЛЕКТРИЧ ЭЛЕКТРОФОРЕСТИ ГРАДИЕНПОТЕН СТЬ ЕСКАЯ ЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ ЦИАЛА ПОТЕНЦ ПРОНИЦАЕМО (СМ \ С) (ПА·С) (В\М) ИАЛ СТЬ (мВ) Fe(OH ) 3,74·10 58 1,005·10 81 998, Величина электрокинетического потенциала зависит от концентрации ионов электролитов в растворе и от их заряда. Чем больше концентрация электролита, тем меньше толщина диффузионной части двойного электрического слоя и тем меньше - потенциал. Когда все ионы диффузионного слоя перейдут в адсорбционный, то = 0.

2. Применение железосодержащих материалов в современных нанотехнологиях.

Современные нанотехнологии требуют высококачественных материалов, удовлетворяющих многим важным характеристикам, таким, как термоустойчивость, механическая прочность, и, возможно, многим другим.

Железо и железосодержащие материалы получают всё большее и большее применение в этом новом научном направлении именно благодаря своим особенностям, надо полагать, у этого прекрасного древнего металла большое будущее в машиностроительных технологиях.

Рис.3.Внешний вид базальтовых волокон с содержанием железа (Fe). Растровая электронная микроскопия. (ФНМ МГУ. Гаршев А.В.).

а) б) Рис.43. а) Твёрдый раствор Fe 0,5 Zn 0,5 O, полученный при высоком давлении. Хорошо видны углубления на поверхности кристалла, выстроенные в цепочки. б) Твёрдый раствор Fe 0, 4 Zn 0, 6 O. Видны следы релаксации, похожие на росу, выпавшую на поверхность кристалла.

Баранов А.Н., Соколов П.С. AYV и химфак МГУ. Метод растровой электронной микроскопии.

МТИ- Математическое моделирование и расчёты процессов массопернса в железосодержащих соединениях, используемых в современном машиностроении а) б) Рис.5. а) Твёрдый раствор Li 0, 25 Fe0, 25 Zn 0,5 O. Хорошо видны следы релаксации. б) Углеродные нанотрубки. Хорошо виден центр роста, в качестве которого выступает наночастица металлического железа. Солнцев А.П. Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова АН БР.) а) б) Рис. 6. а) Порошок, состоящий из монодоменных частиц гексаферрита стронция, легированного алюминием. Получен растворением в разбавленной соляной кислоте SrFe12 O стеклокерамического композита состава. Характеризующегося высокой ` Sr2 B2 o коэрцитивной силой. б)Магнитный нанокомпозит на основе гексаферрита стронция. Трусов Л.А. ФНМ МГУ.

а) б) Рис.7. Магнитные наночастицы оксида железа(III) в оболочке из олеиновой кислоты, полученные с использованием микроэмульсий (а) и в результате стабилизации гуминовыми веществами (б).

Выводы.

Таким образом, железо – это не только древнейший на планете металл, известный человечеству с незапамятных времён. Это ещё и металл будущего. Его прочность, термодинамические характеристики, геометрия внутренних структур, электропроводность позволяют делать такие оптимистические прогнозы. Вместе с тем необходимо отметить, что в современных технологиях всё более широкое применение могут получить различные комбинации материалов с включением этого прекрасного химического элемента.

МТИ- Бахарев В. П., Верещака А. С.,Муравьев Н. С., Кнутова Е. Е.

а) б) Рис. 8. а) Полые микросферы, образовавшиеся при термической обработке аэрозоля, содержащего нитрат железа и хлорид натрия. Магнитные наночастицы оксида железа заключены в водорастворимую матрицу из хлорида натрия. б) Внутреннее строение оболочек полых микросфер, содержащих магнитные наночастицы оксида железа (III). Гольдт А.Е. ФНМ МГУ Библиографический список:

1. Под ред. Ю.Д. Третьякова. Богатство наномира. М., БИНОМ, 2. О.С. Гамеева. Сборник вопросов задач по физической и коллоидной химии. М., «Высшая школа»

3. В.И. Ролдугин. Физикохимия поверхности. г. Долгопрудный, 4. М. Клеман, О.Д. Лаврентович. Основы физики частично упорядоченных сред. М., Физматлит, 5. Д.А. Франк – Каменецкий. Основы макрокинетики. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. Г. Долгопрудный. УПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКОЙ ПРОИЗВОДСТВА И ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ Бахарев Вениамин Павлович, Верещака Анатолий Степанович,Муравьев Николай Сергеевич, Кнутова Екатерина Евгеньевна Россия, г. Кинешма, филиал ГОУ МГИУ kineshma.msiu@rambler.ru ВВЕДЕНИЕ Важнейшими факторами планирования производства в машиностроении являются сложность явлений и процессов во внутренней и внешней среде: интенсивность экономических, технологических и социальных изменений, усложняющаяся ситуация в сфере материально технического снабжения, ограничения в обеспечении ресурсами.

В условиях неопределенности существующие модели оптимизации производственной программы не обеспечивают необходимой адекватности построения и надежности перспективного планирования, поскольку в значительной степени зависят от точности статистических и аналитических прогнозов функционирования предприятия. Практическое решение данной задачи ограничивается отсутствием инструментария программирования базирующегося на элементах прогностического и логического построения. В этих условиях полезными могут оказаться методы нейросетевого моделирования и прогнозирования.

Технологическая среда (ТС) предприятия является носителем механизма управления процессом наследования свойств изделий при изготовлении. Создавая технологические среды с определенными характеристиками трансформации свойств и регламентируя условия взаимодействия МТИ- Управление подготовкой производства и диагностирование производственной программы в условиях неопределенности их элементов между собой и с предметом производства в процессе изготовления изделия, можно направленно формировать показатели качества изделия, а, следовательно, и его эксплуатационные свойства [1]. Таким образом, технологическую среду можно рассматривать как виртуальный объект, взаимодействие которого с предметом труда приводит к таким же результатам, что и у совокупно образующих его объектов.

На производстве выбор наиболее целесообразного подхода к проектированию осуществляется на основе знаний и практического опыта инженера-технолога. При использовании моделей трансформации свойств поверхности могут быть определены количественные интегральные характеристики (критерии оптимизации), желаемые уровни значений этих характеристик по переделам или даже отдельным операциям.

Применение современных информационных технологий и математического аппарата для разработки стратегии и тактики внутрифирменного управления позволяет использовать достоверную и сопоставимую информацию. Взаимосвязь различных подпроцессов в системе управления производством вследствие синергетического эффекта взаимодействия не дает возможности выразить в явном виде функцию какого-либо параметра. Поэтому задачу оптимизации сводят к поиску приемлемых постоянных значений параметров подсистемы механической обработки с целью получения необходимого интервала выходных параметров. Зная характеристики трансформации значений ПК при взаимодействии предмета производства с технологическими средами и их связь с характеристиками элементов сред, можно определить численное значение критериев оптимизации технологического процесса.

Рассматривая процесс производства изделий из керамики, как сложную технологическую систему [2], взаимосвязи последней можно представить в виде схемы (рис.1).

Технико-экономическая эффективность такой системы может оцениваться различными показателями: технологическими, организационными, экономическими и эколого-социальными. Эти показатели неразрывно связаны между собой и являются входными факторами модели оптимизации.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ Множественность свойств изделия, каждое из которых может характеризоваться соответствующим множеством показателей качества (ПК), является проявлением многосвязности технологических условий прецизионных операций финишной обработки.

Изолированное рассмотрение процесса формирования локального множества выделенных ПК может привести к нерациональным решениям при проектировании и реализации ТП доводки. Этими причинами обусловливаются особенности проектирования финишной алмазной обработки керамических изделий по методу притира [3]. Изменение показателей качества в последовательности операций обработки определялось исходя из концепции технологического наследования свойств и механизмов наследования сформулированных Васильевым А.С. и Дальским А.М., с использованием ИНС.

Множество значений показателей качества (ПК) технологического процесса после выполне [K ] j с учетом закономерностей изменения и сохранения свойств в ния j операции ее изготовления модели трансформации определяется (в детерминированном представлении) как [1] [K ] j = [K ] j -1 + [K ]T + [K ]у + [K ]р, (1) [K ] j -1 – множество значений ПК, характеризующих состояние детали после выполнения где [K ]T – множество изменений значений ПК детали вследствие предшествующей операции;

[K ]у – множество изменений прямого воздействия технологических методов Y операции;

значений ПК детали вследствие воздействия условий реализации технологических методов j [K ]р – множество изменений значений ПК детали, обусловленных предысторией операции;

изготовления.

Ниже представлен результат нейросетевого моделирования технологических особенностей производства изделий из керамики. До процесса обучения массив экспериментальных данных по показателям качества изделия в соответствии с [2] был разделен на две выборки – обучающую и тестовую (контрольное множество). На данных обучающей выборки произведено обучение МТИ- Бахарев В. П., Верещака А. С.,Муравьев Н. С., Кнутова Е. Е.

гибридной нейронной сети [4]. Тестовая выборка использовалась для оценки точности прогнозирования.

Основной задачей финишных операций для изделий машиностроения по ГОСТ 2789 является формирование высотных показателей шероховатости, глубины нарушенного поверхностного слоя (Rmax, Rz, Ra, tp). В результате исследования установлены следующие значения весовых коэффициентов наследования по ходу технологического процесса производства изделий из керамики, для технологических сред различного уровня взаимодействия, по параметрам Rmax, Rz, Ra:

K T 80 % - технологические условия уровня осуществления операции;

K y 15% - технологические условия уровня осуществления процесса;

K P 5% - наследование технологических условий, обусловленных предысторией изготовления (шлифование).

Исходными данными анализа технологического наследования являются экспериментальные результаты исследования технологических особенностей формирования показателей качества изделий из керамики ВК-100, методами доводки связанным и свободным абразивом и шлифования.

Рис. 1. Структурная схема взаимосвязей технико-экономических параметров производственного процесса Представленные результаты расчетов обученной нейросети позволяют заключить [3], что архитектура используемой ИНС различает технологические особенности финишной обработки.

МТИ- Управление подготовкой производства и диагностирование производственной программы в условиях неопределенности Наибольший вес имеет K T, характеризующий условия проведения доводочной операции.

Результаты анализа реализованы в технологии доводки керамики ВК-100 в производственных условиях.

Существующие методы выбора варианта производственной программы и оценки ее эффективности в пределах действующих ограничений не в полной мере учитывают экономико экологические критерии внешней и внутренней среды предприятия. Алгоритм поддержки принятия управленческого решения при формировании производственной программы представлен на рис. 2.

Разработанная автоматизированная система поддержки принятия решения позволяет менеджменту проводить анализ вариантов производственной программы и планировать показатели затрат, себестоимости, уровней рентабельности, загрузки мощностей и других аспектов технической и финансово-экономической деятельности предприятия [5].

При оценке и оперативном выборе оптимального варианта ведения хозяйственной деятельности, а также формировании производственной программы рекомендуется применение критерия эколого-экономического эффекта технологического процесса производства:

+r +u, r R = 1 + 2 (2) где - стоимостное соотношение затрат на производство полезного продукта без регенерации и с регенерацией тепловых потоков;

1, 2 - параметры, определяющие приоритетность экологической и технологических составляющих ( в случае 1 = 2 эти составляющие равноценны), 0 1, 2 1;

- технологическая себестоимость выпуска;

- экологическая себестоимость выпуска;

- степень нейтрализации отходов производства полезного продукта;

r – степень рекуперации «теплового» загрязнения при производстве полезного продукта;

u – степень утилизации теплотворной способности (теплосодержания) выбросов в окружающую среду.

Интервал изменения критерия R можно выразить неравенством:

R R R, (3) где R - минимально допустимый уровень экологизации технологического процесса;

R - максимально возможный (разрешенный) уровень экологически ориентированного производства при действующих нормах.

Решение этих задач позволяет с наибольшей вероятностью осуществить выбор эффективной модели реализации плановых решений на уровне тактического и оперативного управления производством.

ВЫВОДЫ 1. Применение моделей трансформации свойств изделий и предлагаемых методов оперативного управления с учетом использования критерия эколого-экономического эффекта технологического процесса производства позволяет оптимизировать затраты и снизить себестоимость выпускаемой продукции из технической керамики.

2. Предложена концепция технологического управления качеством продукции из технической керамики с использованием искусственных нейросетей (ИНС). Опробована гибридная структура ИНС на базе многослойного персептрона с динамическим добавлением нейронов, позволяющая регистрировать синергетическое влияние технологических и экономических факторов на выходные показатели производственного процесса. В качестве активационной функции ИНС использована сигмоидальная функция, позволяющая учитывать слабые входные сигналы на фоне более мощных.

Библиографический список 1. Васильев А. С., Дальский А. М. и др. Направленное формирование свойств изделий машиностроения / Под ред. Кондакова А. И. [Текст] – М.: «Машиностроение», 2005. 352 с.

2. Бахарев В.П., Куликов М.Ю., Нечаев Д.А., ЯковчикЕ.В. Оптимизация алмазной обработки керамики на основе системного анализа с использованием нейросетей [Текст] // Вестник машиностроения, 2008. Вып. 12. С. 31 – 35.

МТИ- Бахарев В. П., Верещака А. С.,Муравьев Н. С., Кнутова Е. Е.

Бахарев В.П. Основы проектирования и управления процессами финишной обработки керамически и композиционных материалов. Монография. [Текст] – «Изд-во ИвГУ», Иваново, 2009. – 240 с.

3. Соломахин А.А., Муравьев Н.С. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ. №2006613812 «OPTIMA» от 03.11.2006 г.

4. Донецкий П.А., Муравьев Н.С., Соломахин А.А. Совершенствование процесса управления деятельностью промышленного предприятия. / 10 Юбилейный Всероссийский симпозиум «Стратегическое планирование и развитие предприятий» [Текст] - М.: ЦЭМИ РАН, 2009. С. 68 – 70.

Рис. 2. Алгоритм поддержки принятия управленческого решения при формировании производственной программы МТИ- Обеспечение качества прецизионной обработки керамических композиционных материалов методами алмазной доводки поверхностей ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРЕЦИЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ КЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ АЛМАЗНОЙ ДОВОДКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ Бахарев Вениамин Павлович, Верещака Анатолий Степанович, Муравьев Николай Сергеевич, Кнутова Екатерина Евгеньевна Россия, г. Кинешма, филиал ГОУ МГИУ kineshma.msiu@rambler.ru ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ В настоящее время требование повышения конкурентоспособности продукции машиностроения предъявляет новые подходы к разработке и внедрению современных материалов и технологий. К материалам, оказывающим определяющее влияние на создание перспективной техники, относят различные композиты в т.ч. и керамические композиционные материалы (КМ), обладающие наряду с высокими механическими специальными функциональными характеристиками, например, трибологическими и др. КМ могут обладать практически ничем не ограничиваемыми сочетаниями свойств и функциональных особенностей [1].

Многочисленные исследования показывают, что в технологии производства изделий из керамики доминирует явление наследования свойств. Так, например, неравномерная микроструктура ухудшает физико-механические свойства изделия, снижает чистоту обработки поверхности и стабильность свойств. Наличие пористости и разветвленной сети межзеренных границ, обусловливают плохую антифрикционность. Наряду с высокими прочностными свойствами КМ обладают низкой трещиностойкостью, обусловленной технологией производства заготовки. Таким образом, не реализуются потенциально высокие функциональные свойства керамических материалов.

Увеличение ресурса, снижение периода приработки деталей машин находятся в прямой зависимости от параметров поверхностных слоев КМ. Целенаправленно модифицируя состояние и свойства тонких приповерхностных слоев на операциях финишной обработки можно управлять эксплуатационными свойствами изделий из керамики. На пути реализации потенциальных возможностей КМ лежит устранение таких существенных на сегодня ее недостатков: хрупкость, плохая воспроизводимость свойств, трудность обработки. Преодоление этих недостатков возможно на основе совершенствования технологий получения заготовки и механической обработки.

Развитие технологии прецизионной обработки функциональных поверхностей обусловлено высокими требованиями обеспечения надежности изделий, снижением энергоемкости технологии и т. д. Необходимые показатели качества функциональных поверхностей аппаратуры: RZ 0,05 мкм, неплоскостность N10 мкм на 70 мм, без учета требований по оптической чистоте и без «алмазного фона» формируются в соответствии с требованиями ГОСТ 11141. Концепция обеспечения таких показателей качества заложена исследованиями в ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, включающая на финишной операции использование механо-химического полирования [2].

Типовая схема ТП прецизионной обработки изделий из керамических материалов состоит из:

Черновое Чистовое Алмазная Физико алмазное химическое шлифование доводка шлифование полирование В настоящей работе представлено исследование технологических особенностей формирования показателей качества основных формообразующих операций финишной обработки КМ – алмазной доводки. Концепция работы основана на результатах фундаментальных исследований физики процессов абразивного диспергирования, проведенных Алехиным В.П., Филатовым Ю.Д., Роговым В.В. (ИСМ АН Украины), Цеснеком Л.С.;

трибологии резания Шустером Л.Ш., Миграновым М.Ш., Якубовым Ф.Я, Кимом В.А., а также на результатах экспериментальных исследований процессов алмазной обработки керамики, выполненных Хрульковым В.А., Орловым П.Н., Ваксером Д.Б., Кременем З.И., теории технологического наследования, сформулированной Васильевым А.С., Дальским А.М., теорий применения СОТС, разработанных Клушиным М.И., Гордоном М.Б., Латышевым В.Н., Худобиным Л.В., и технологического управления качеством МТИ- Бахарев В.П., Верещака А.Н., Муравьев Н.С., Кнутова Е.Е:


поверхности, систематизированных Ящерицыным П.И., Сусловым А.Г., и другими исследователями.

Процессы доводки осуществляют путем комбинированного воздействия режущих зерен (механическое воздействие) и жидкой фазы абразивной среды (физико-химическое воздействие). При этом процесс характеризуется такими явлениями, как синергетическое механо-, физико-химическое воздействие абразивной среды при различной степени подвижности зерен, неопределенность физико химических характеристик абразивной среды вследствие накопления шлама, процессов структуризации среды и др., приводящая к неопределенности кинематических соотношений в зоне резания (рисунок 1). Кроме этого, поверхностные слои обрабатываемой заготовки и притира испытывают со стороны абразивных зерен циклические динамические нагрузки в условиях всестороннего сжатия, приводящие к накоплению усталостных повреждений и последующему разрушению деформируемого микрообъема.

а) б) Рисунок 1. Схема взаимосвязей технологических параметров и факторов процесса:

а) система диспергирования II порядка (1 – притир, 2 – абразивная среда, 3 – заготовка);

б) кинематико-динамические связи Взаимовлияние отмеченных механизмов при доводке поверхностей сдерживает построение теоретически обоснованных моделей диспергирования. Технологические системы процессов доводки многосвязны, объекты производства характеризуются нелинейностью, необратимостью и неравно весностью. Существующие математические модели диспергирования материала на операциях доводки не позволяют адекватно описать сложную систему взаимодействий в зоне резания.

Наиболее распространенными моделями диспергирования являются:

1) U = K 1 P LCP - гипотеза Престона функция работы внешних сил;

2) уравнение Орлова П.Н.: U = f (P;

V0 ;

a ;

h ) функция динамики относительного движения;

3) уравнение съема Миндта: Q = Q0 exp (1 t ).

Предлагаемые модели не учитывают изменение свойств материала поверхностных слоев в результате кумулятивного воздействия внешней среды.

Современной фундаментальной моделью диспергирования является кластерная модель физико-химического полирования стекла, основанная на физических константах обрабатываемого материала и характеристиках внешней среды. Использование модели в таком виде затруднено, так как не возможно оценить энергию связи элементов и кластера ( ), ( ), соответственно:

M q S u E E T1 1 exp dV Q= = 8,2 Pa N R u + u A dt 0.

(1) Исходя из проведенного анализа установлено, что при формировании физико-математической модели диспергирования необходимо учесть наряду с внешними факторами (мощность воздействия и свойства технологической среды) кинетику изменения свойств обрабатываемого материала при стохастическом физико-химическом воздействии внешней среды.

МТИ- Обеспечение качества прецизионной обработки керамических композиционных материалов методами алмазной доводки поверхностей Наличие физико-математической модели диспергирования материала в процессе доводки позволяет прогнозировать интегральный уровень выходных показателей процесса, например, скорость диспергирования, и появляется возможность создания управляемого технологического процесса. В связи с изложенным возникла необходимость проведения исследований физических условий регулирования процессов диспергирования на операциях тонкой алмазной обработки керамических материалов.

Решение проблемы обеспечения ПК в процессах доводки с направленным формированием качества поверхности заключается в управлении характером диспергирования на операциях алмазной обработки, путем создания технологических сред прогнозируемого комбинированного воздействия на обрабатываемый материал.

МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Методологической основой работы является системно-структурный анализ, при котором процесс обработки анализируется как техническая система, одной из подсистем которой являются процессы взаимодействия абразивной среды и обрабатываемой поверхности с использованием теоретических положений физико-химической механики.

Подсистемы определенного уровня анализа характеризуются своими наиболее информативными энергетическими соотношениями в абсолютных, удельных, градиентных и других величинах отражающих первое и второе начала термодинамики. Объединение энергетических соотношений, отражающих функционирование подсистем разных уровней, не целесообразно из-за наличия в одном уравнении величин разных порядков.

Уравнения энергетического взаимодействия для систем различного уровня или порядка теоретического анализа Якубов Ф.Я. рекомендует использовать в виде:

( ) первого порядка – F Vc t = W + или F VC = Q + - потоки работы и энергии, (2) 2 i 2U 2 A 2W - удельные энергетические характеристики, = + + второго порядка – Mt Mt Mt Mt µ () U M r третьего порядка – J m = m grad Tn или = B + a - градиенты физико t n t химического потенциала, r где J m - поток массы износа;

Tn (r, ) - тензор механических напряжений;

M U - скорости диспергирования и накопления внутренней энергии;

, t t µ - физико-химический потенциал поверхностных слоев, определяемый в виде функции энергетического воздействия ТС (энергия Гиббса);

n -вектор направления максимального градиента химического потенциала;

m,В - коэффициенты износа и энергомассопереноса (аналогично коэффициентам диффузии и теплопроводности в уравнениях переноса);

аu – удельная энергия разрушения.

В отличие от подсистем первого и второго уровня, предусматривающих взаимодействие как минимум двух твердофазных объектов, компонентом подсистемы третьего порядка является одно твердофазное образование, эволюция структуры которого происходит за счет пронизывающих его потоков энергии и вещества.

Для того чтобы отразить тот факт, что разрушение представляет собой кинетический процесс, в уравнение диспергирования должна входить не величина повреждаемости, а скорость ее изменения:

d = ( 1, 2, 3,...) (3) dt Многоточие в формуле (3) означает, что Ф является не только функцией одних главных напряжений, но и функцией всего комплекса технологических условий. Конкретизация этой функции представляет собой очень сложную задачу. Поэтому в теории разрушения часто отказываются от МТИ- Бахарев В.П., Верещака А.Н., Муравьев Н.С., Кнутова Е.Е:

детального изучения распространения микротрещин, а используют теорию накопления повреждений, феноменологически описывающую процессы разрушения.

Рассматривая систему диспергирования на операциях доводки свободным абразивом как подсистему третьего порядка, уравнение, описывающее процесс взаимодействия и диспергирования на основе термодинамики разрушения, предложено использовать в виде:

µ M 1 U = B. (4) t t n Из (4) следует, что процессом диспергирования можно управлять как за счет регулирования внешнего энергетического воздействия, так и интенсификации внутреннего энергопереноса путем направленного физико-химического взаимодействия в зоне резания.

С течением времени взаимодействия в системе диспергирования III порядка напряжение возникает в каждом элементе поверхностного объема, изменяя µ, независимо от его исходной структуры и дефектов. При этом поверхностный слой переходит в активированное неравновесное состояние. В результате коренных изменений в поверхностных слоях образуется новая структура, которая становится объектом разрушения. Установлено что подобные условия создаются при доводке мелкозернистыми алмазными пастами (АСМ 5/3 – 3/2 ПОМ). Таким образом, поверхностные свойства разрушаемого материала не могут быть прямо связаны со свойствами исходного материала.

Они определяются свойствами модифицированных поверхностных структур.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Современную техническую керамику по назначению классифицируют на группы:

конструкционную и функциональную [1]. Вторая группа выполняет специальные (оптические, диэлектрические, магнитные и др.) функции. Функциональное назначение поверхностей изделия обусловливает требования к показателям качества по ГОСТ 11141.

Объект исследований: технологические особенности процессов финишной алмазной обработки ККМ с использованием мелкозернистых алмазных паст АСМ 5/3 ПОМ по методу притира (на примере изделий из высокоглиноземистой керамики ВК-100 в форме пластины 48601 мм).

В экспериментальной части работы были исследованы характеристики качества поверхности в зависимости от различных факторов внешней технологической среды. Исследован характер распределения размеров зерна керамики. Установлено усеченное нормальное распределение с рассеянием размера зерен от 5 до 60мкм, что свидетельствует о неоднородности механических свойств поверхности керамики и приводит к корреляции с разбросом параметров шероховатости Ra при шлифовании. Установлен характер распределения микротвердости поверхности керамики, соответствующий распределению Лапласа, что свидетельствует о значительном рассеянии исследуемого параметра.

Электронно-микроскопический анализ топографии поверхностей, полученных при доводке связанным (АС4 40/28 М1) и свободным (АСМ 5/3 ПОМ) абразивом, где зафиксированы хрупкий с элементами пластического или пластический механизмы разрушения на рисунке 2.

Проведено исследование влияния мехобработки на показатели прочности [ ] изделия при изгибе. Установлено существенное влияние дефектов поверхности на показатели прочности вакуумплотной керамики. Экспериментально установлено влияние СОТС, применяемых в технологии мехобработки керамики на показатели прочности (рисунок 3).

Таким образом, установлена многофункциональная зависимость показателей качества изделий из КМ в зависимости от исходных свойств материала, микрогеометрии поверхности и качества подповерхностного слоя, приобретенных в процессе механической обработки, в виде функционала:


nc (K 1c, E, HV,, µ, Ra, t p, f (l c, c, l 0, 0 ), nc, n0, n ) (5) где К1с, Е, HV - механические характеристики материала (вязкость разрушения, модуль упругости, микротвердость);

, µ - физико-химические характеристики материала (коэффициент теплопроводности, химический МТИ- Обеспечение качества прецизионной обработки керамических композиционных материалов методами алмазной доводки поверхностей потенциал поверхностных слоев);

Ra, Rmax - параметры шероховатости;

tp – характеристика опорной поверхности;

lc, c, l0, 0 – характеристики дефектов поверхности и объема соответственно;

nс и n0 – плотности распределения дефектов на единице поверхности и объема;

n – остаточные напряжения в поверхностном слое.

Из условий формирования дефектов структуры и механической обработки можно считать, что плотность вероятности распределения структурных и обработочных дефектов не зависят друг от друга. При равенстве размеров дефектов обработки и структурных дефектов первые практически не оказывают влияния на прочностные свойства образцов из керамики, так как их плотность ниже плотности структурных дефектов. Регулирование ПК поверхностного слоя позволит уменьшить влияние механической обработки на эксплуатационные показатели изделий.

а) б) Рисунок 2. Топография поверхностей ( 11 000) при обработке ВК-100 различными ТС:

а) доводка связанным абразивом АС16 40/28 МО4, СОТС – раствор ПАВ;

б) доводка свободным абразивом паста АСМ 5/3 ПОМ, СОТС – комбинированная Задачей технологического обеспечения комплекса ПК поверхностного слоя является назначение рациональных технологических условий обработки: схемы обработки (ее геометрических и кинематических параметров), характеристик алмазного инструмента и режимов резания. Кроме рационального выбора режимов резания, снизить влияние механической обработки на прочностные свойства материала можно за счет снижения размера максимального дефекта обработки, путем использования специальных технологических сред операции. Установлено, что доминирующим фактором формирования микрогеометрии поверхности является зернистость технологической среды.

Фиксирование состояния относительной устойчивости подсистемы диспергирования позволяет стабилизировать процесс формирования поверхности требуемого качества в рамках конкретного взаимодействия объектов. Исходя из термодинамических представлений, интенсивность диспергирования является функцией энергетического взаимодействия поверхности и ТС, которую можно зафиксировать на основе структурно-энергетической гипотезы разрушения и обосновать физико-математическую модель. Рассматривая элементарный участок разрушаемой поверхности при абразивной доводке как подсистему третьего порядка, технологической среде можно приписать свойства энергетической макросистемы.

На основании обобщения теоретических и экспериментальных результатов предложены физико-математические модели экспоненциального вида для интенсивности диспергирования на операциях доводки свободным и связанным абразивом, учитывающие характеристики внешней среды, режима резания и изменение свойств обрабатываемого материала в процессе взаимодействия поверхности с технологической средой.

МТИ- Бахарев В.П., Верещака А.Н., Муравьев Н.С., Кнутова Е.Е:

165± 148± Предел прочности, МПа № № № № Воздух Стандартное отклонение Рисунок 3. Гистограмма влияния внешней среды на показатели прочности минералокерамики:

1 – 2% раствор кальцинированной соды в воде;

2 – 1% раствор масла касторового сульфированного;

3 – керосин;

4 – масляная комбинированная СОТС.

Оценку взаимодействия рассматриваемой макросистемы и поверхности и закономерности диспергирования свободным абразивом, предлагается представить в виде:

P V q x (t ) = q0 ( z ) 2 0 exp[ ( C )t ], (6) v где: q x (t ) = dx / dt – интенсивность диспергирования в момент времени t, (кг/м2с, мкм/м2с);

q0(z) – начальная интенсивность диспергирования материала, обусловленная зернистостью пасты (z) и составом пасты;

С целью обоснования расчетного метода оценки эффективности диспергирования, были приняты некоторые допущения и функциональные зависимости:

• рассматриваемый участок контактной зоны весьма мал по сравнению с обрабатываемой поверхностью, но, в то же время вмещает такое количество мелкозернистых частиц, что дискретность диспергирования сглаживается;

• наличие комбинированного слоя смазки деконцентрирует напряженное состояние и оказывает гомогенизирующее действие на процессы деформации;

• технология доводки является низкотемпературным процессом;

температура технологически стабилизируется, поэтому влиянием температурного фактора в первом приближении можно пренебречь;

• влияние внешних технологических условий процесса учитывает:

P V0 – технологический фактор процесса, (кг/м2с):

v Р – внешнее усилие прижима, (Н);

v - вязкость кинематическая среды, (м2/с);

V0 – скорость относительного движения, (м/с);

– экспериментальный показатель степени влияния режима обработки;

• изменение свойств материала в процессе взаимодействия учитывает показатель экспоненты, представляющий обобщенную функцию накопления микроповреждений материала, обусловленную кинетикой воздействия абразивной среды, сек-1;

МТИ- Обеспечение качества прецизионной обработки керамических композиционных материалов методами алмазной доводки поверхностей (GC ), = K ( ) P c где: (GС) – функция энергии деформации (энергии Гиббса), МПасек-1;

К() – функция коэффициента локального напряжения при разрушении;

c*, Р – разрушающее напряжение и давление в зоне обработки, соответственно, МПа;

С* – предельное значение функции повреждаемости в момент разрушения, с-1.

Предлагаемый подход основан на взаимосвязи между физическими процессами деформирования и разрушения происходящих на микроуровне и макроскопическом поведении материала. Он позволяет, с одной стороны, дистанцироваться от излишней детализации дислокационных и других структурных процессов, сопровождающих деформирование материала поверхностного слоя, а с другой – сформулировать критерий разрушения локального объема в терминах механики сплошной среды. Характер поведения функций повреждаемости (GС), К(), С*=const определяется на основе экспериментальных исследований реального ТП.

Методика расчета функций повреждаемости основана на транспонировании уравнения (6) на экспериментальные зависимости производительности процесса от управляемых факторов ТС резания (внешнего давления и скорости вращения) и методе итераций. В качестве граничных использованы условия: при t = 0, q x (t ) = q 0 ( z ) ;

при = C и P = 0 функция (GС) принята равной энтальпии материала основы керамики. При смене маршрута предварительной обработки изменится значение предельной функции С*=const [3].

В работе приведена оценка точности формообразования, методами доводки с учетом результатов работ Цеснека Л.С. Установлено, что в качестве уравнения регулируемого объекта (точность обработки) можно принять дифференциальное уравнение диспергирования вида:

dW = (t) + f (t), dt (7) где W – параметр регулирования (точность, шероховатость и др.);

= k 0 k p - коэффициент усиления ТС (объекта и механизма регулятора);

(t) = p V (Вт/м2) – удельная мощность энергетического взаимодействия;

f(t) – внешнее возмущающее воздействие (функция зернистости среды).

Уравнение (7) относится к одной из притираемых поверхностей, рассматриваемой изолированно от другой поверхности. В действительности поверхности взаимодействуют друг с другом через следящий механизм притира, выступающий в роли регулятора взаимных отклонений.

Как и всякая следящая система, притир в каждый момент воспринимает сигнал рассогласования регулируемого параметра ((W – W0), где W и W0 – текущее и начальное значение параметра) и срабатывает на устранение этого сигнала.

Допустим, что в начальный момент процесса притира рассогласование W невелико (W при t = 0), тогда С = - f 0 / и решение уравнения (8) имеет вид:

W =( f 0 /) (1 – ехр(-t)).

(8) Из уравнения (8) следует, что при t, W f 0 /, т.е. является функцией зернистости.

В таблице приведены конкретные величины минимальной погрешности обработки для абразивной среды различной зернистости, которые рассчитаны на основании (8).

Таблица. Минимальные значения погрешности алмазно-абразивной обработки свободным абразивом Марка АСМ 28/14 М28 АСМ 10/7 М14 АСМ 5/3 М5 АСМ 3/2 М абразива min, мкм 0,7 0,4 0, 2,81,4 10,7 0,50,3 0,30,1 0,0120, На основании приведенных результатов сделан вывод, что стабилизация технологических условий взаимодействия среды и поверхности путем использования ТС уровня операции МТИ- Бахарев В.П., Верещака А.Н., Муравьев Н.С., Кнутова Е.Е:

определенного состояния позволяет управлять механизмами диспергировании, обеспечить требуемые значения точности и ПК поверхностного слоя КМ.

Основные результаты исследований изложены автором в монографии [3].

Предлагаемые автором технологические решения, основаны на использовании на операции доводки свободным абразивом мелкозернистой пасты одной зернистости и специально разработанной СОТС (АС. СССР) [5]. Эксперимент проводился в производственных условиях на типовом оборудовании оптической промышленности станке 3ШП–350М. Был реализован гидродинамический режим доводки путем специального профилирования поверхности притира.

Рациональные технологические режимы процесса с разработанной СОТС были определены с использованием методов математического планирования эксперимента. В результате получены уравнения регрессии:

- скорости съема: qx = 3,0 + 0,83Z + 0,5P + 0,53V + 0,33PV, мкм/мин - параметра шероховатости: Rmax = 0,053 + 0,012Z, мкм.

Обработка осуществляется до получения шероховатости оптической чистоты (RZ = 0,05 мкм.) при известной скорости съема и глубине нарушенного слоя. После исключения доминирующего фактора (Z) зернистости пасты получены статистические уравнения регрессии, характеризующие степень влияния кинематических и динамических условий на эффективность диспергирования, вида:

паста АСМ 5/3 ПОМ – y = 76,8 + 29,3V + 13,8P + 10,2PV;

паста АСМ 3/2 ПОМ – y = 53,7 + 21,3V + 20,2P + 7,6PV;

где y = qx /Rmax – параметр оптимизации.

Анализ уравнений регрессии показывает, что с уменьшением зернистости пасты роль давления в зоне резания возрастает в 1,5 раза, что свидетельствует о положительном влиянии гидродинамических процессов на эффективность обработки. В заключительной части работы представлен поиск рациональных значений технологических режимов методом Бокса – Уилсона и оценка физико-механических характеристик поверхностного слоя керамики, полученных различными методами алмазной обработки с использованием рентгенографического анализа.

Установлено, что величина остаточных напряжений и глубина нарушенного слоя уменьшаются в следующем порядке: шлифование – доводка – полирование – исходный образец.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Функциональные показатели качества изделий из ККМ определяются как структурными особенностями материала, формирующимися на этапе производства заготовки (литье, прессование, обжиг), так и качественными показателями поверхностных слоев, формируемыми на операциях финишной обработки. При этом зернистость алмазного инструмента является доминирующим фактором технологической среды при формировании ПК поверхности ККМ.

2. Предложена структурно-энергетическая концепция проектирования технологических процессов обработки керамических композиционных материалов, предусматривающая энергетическую оценку структурных изменений в поверхностных слоях изделий на финишных операциях. Разработаны физико-математические модели абразивного диспергирования экспоненциального вида при кумулятивном воздействии составляющих ТС на микронеровности поверхности с учетом кинетики накопления повреждений и изменения свойств поверхности.

3. Предложена методика оценки функций повреждаемости (энергетической (GС) и коэффициента локального напряжения К()) материала в процессе взаимодействия в технологической системе на основе экспериментальных данных реального технологического процесса. Функции повреждаемости учитывают процессы накопления скрытой энергии деформации (GС) и процессы диссипации, обусловленные разрыхлением материала в виде дислокаций и микротрещин К() на структурном уровне разрушаемого объема, соизмеримом с размером зерна керамического материала.

4. Установлено, что минимизация структурных нарушений поверхностного слоя мелкозернистыми пастами (АСМ 5/3, 3/2 ПОМ) на операции доводки свободным абразивом и стабилизация процесса диспергирования возможна путем использования синергетического воздействия комбинированной внешней среды, геометрической формы рабочей поверхности притира и технологических режимов.

5. Установлено положительное влияние на производительность обработки и стабильность показателей качества поверхности гидродинамических явлений процесса доводки, реализуемых МТИ- Определение наименьшего натяга в соединениях «вал – уплотнение»

6.

7. путем специального профилирования поверхности притира и процессами структуризации технологической среды. Технологические режимы рекомендуется подбирать экспериментально в зависимости от конкретных технико-экономических условий производства.

8. Установлено положительное влияние ПАВ (содержанием до 5 % объема) в составе СОТС на показатели скорости съема керамики и характер потери абразивной способности суспензии, обусловленные энергетическими изменениями свойств подсистемы резания третьего порядка.

Библиографический список 1. Technische Keramik: Aufbau, Eigenschaften, Herstellung, Bearbeitung, Prfung / Hrsg.: Horst-Dieter Tietz. – Dsseldorf: VDI-Verl. 1994 – 364 c.

2. Инструменты и технологические процессы в прецизионной финишной обработке / Под. ред. В.В.

Рогова. [Текст] – Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля, ИПЦ «АЛКОН» НАН Украины, т.4, 2006. – 260 с.

3. Бахарев В.П. Основы проектирования и управления процессами финишной обработки керамических и композиционных материалов. Монография. [Текст] – «Изд-во ИвГУ», Иваново, 2009.

– 240 с;

4. Орлов П.Н. Технологическое обеспечение качества деталей методами доводки. [Текст] – М.:

Машиностроение, 1988, с. 384.

5. А.С. №1162862 (СССР), кл. С10М 141/12. Смазочно-охлаждающая жидкость для полирования керамики - Б.И. №23, 1985.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИМЕНЬШЕГО НАТЯГА В СОЕДИНЕНИЯХ «ВАЛ – УПЛОТНЕНИЕ»

Бондарева Г.И., ФГОУ ВПО МГАУ oaleonov@nm.ru Надежность сельскохозяйственной техники во многом зависит от правильного подбора и обеспечения долговечности работы соединения «вал-уплотнение».

Утечки масла в коробках передач и редукторах составляют 20...30 % от общего числа отказов, а в межремонтный период отказы этих соединений встречаются в 1,5 раза чаще, чем в доремонтный [1]. Соединение «вал-уплотнение» является элементом агрегата, которое требует гарантированного запаса работоспособности, т.к. с отказом этого соединения дальнейшая эксплуатация агрегата невозможна.

Теория герметичности соединения «вал-уплотнение» не разработана, не установлена взаимосвязь всех влияющих факторов на ресурс и утечки в соединении. Геометрические параметры, такие как натяг, радиальное биение, отклонение от соосности оказывают существенное влияние на надежность соединения. Методики расчета наименьшего натяга, как критерия предельного состояния, допуска посадки и др. геометрических параметров для данного соединения не существует.

Реальные параметры, характеризующие взаимозаменяемость исследуемого соединения, в большинстве случаев отличаются от нормируемых [2], что приводит к ускоренному отказу соединения и повышенным утечкам, особо отличаются допуски на вал - более чем в 30 раз.

На рис.1 представлены факторы, влияющие на надежность соединения, включая геометрические параметры.

НАДЕЖНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ «ВАЛ-УПЛОТНЕНИЕ»

ПАРАМЕТРЫ ПАРАМЕТРЫ ПАРАМЕТРЫ МАНЖЕТЫ ВАЛА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ - ширина рабочей шероховатость - наличие абразива в кромки поверхности жидкости и в воздухе - твердость материала - твердость материала - температура жидкости - прочность материала - контактная прочность - температура воздуха - износостойкость - износостойкость - свойства жидкости МТИ- Бондарева Г.И.

- маслотермостойкость - овальность допуск на допуск на - внутренний диаметр внутренний диаметр - разностенность - радиальное биение ПАРАМЕТРЫ СОЕДИНЕНИЯ ПАРАМЕТРЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА РАБОТЫ ПАРАМЕТРЫ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ - скорость скольжения - натяг - радиальное биение - толщина - отклонение - отклонение масленой пленки от соосности от соосности - удельное давление - допуск посадки - натяг - коэффициент трения - отклонение от пер- - давление - контактное давление пендикулярности - утечки - износостойкость - частота вращения вала - утечки Рис.1. Параметры, влияющие на надежность соединения «вал-уплотнение»

В результате длительных стендовых испытаний на износостойкость исследуемого эталонного соединения (вал - Сталь 45, НRС 30...50, Ra = 0,32 мкм;

манжета 1.1-4565-1 ГОСТ 8752-79) была получена эмпирические зависимость изменения величины утечек Q (cм3/ч) от наименьшего натяга и вероятности безотказной работы (ВБР), рис.2:

H TF 4, Q = 0,89 ( N F min + ) H +3, (1) где d - диаметр соединения, м;

NFmin – наименьший функциональный натяг (натяг начала утечек) ТF – функциональный допуск посадки;

Н - квантиль, характеризующая ВБР.

Из зависимости (3.7) и рис.3.2, видно, что Утечки, Q, см3/ч 4 происходит увеличение 3,5 утечек при падении 3 надежности соединения, 2, выраженной ВБР.

1,5 ВБР=0,95 обеспечивает 1 работу соединения почти 0,5 без утечек, т.е. Q=0, cм3/ч, что соответствует 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 классу герметичности 2 При классе 2.

герметичности 3- ВБР Q=1,27 cм3/ч, ВБР=0, условия (тяжелые работы, предельный класс для манжет).

Рис. 2. Зависимость утечек от ВБР Во избежание утечек уплотняемой жидкости отклонение от соосности и радиальное биение r должны компенсироваться натягом Nrn в соединении, а резиновая кромка манжеты должна успевать закрывать соединение, т.е. частота вращения n так же будет влиять на начало утечек в соединении.

Таким образом, предельное состояние соединения является достаточно сложным и включает в себя несколько взаимозависимых факторов.

МТИ- Определение наименьшего натяга в соединениях «вал – уплотнение»

С целью определения взаимосвязи параметров предельного состояния соединения по критерию начала утечек, нами был реализован полный факторный эксперимент 52. В результате исследований получена эмпирическая зависимость:

Nrn = 1,92.r + 8,78E-4.n - 1,11E-4.r.n, (2) -1, Nrn и r - в миллиметрах.

где размерности n - мин Наименьший функциональный натяг NFmin (натяг начала утечек) может быть определен теоретическим способом. Для определения этого натяга нужно составить размерную цепь из всех звеньев, оказывающих влияние на суммарное отклонение от соосности и суммарное радиальное биение в подвижном соединении «вал - уплотнение». Обобщенная методика расчета NFmin заключается в следующем.

Суммарный допуск отклонения от соосности можно определить по зависимости, где вероятностным методом суммируются векторные и скалярные (в виде зазора) звенья:

с = Т с = Kсv Tсv + Kсs Tсs 2 2 2 K с, (3) где K - коэффициент относительного рассеяния;

T - допуск звена размерной цепи;

индексы значат: суммарное значение;

с - звено в виде отклонения от соосности;

v - векторное звено;

s - звено в виде зазора. При большом количестве звеньев и предположении о распределении действительных отклонений замыкающего звена по закону нормального распределения принимают Кс=1 [2].



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.