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 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный технологический университет

СТАНКИН

МАТЕРИАЛЫ

ВСЕРОССИЙСКОЙ МОЛОДЕЖНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

АВТОМАТИЗАЦИЯ И

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

(АИТ-2011)

ТОМ III

МОСКВА

2011

УДК 002:621

Материалы всероссийской молодежной конференции «Автоматизация

и информационные технологии (АИТ-2011)». Сборник докладов, том III. – М.: МГТУ «Станкин», 2011. – 173 с.

В сборник докладов включены материалы всероссийской молодежной конференции «Автоматизация и информационные технологии (АИТ-2011)». Конференция проводится в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы с целью расширения спектра научных исследований, повышения профессионального уровня подготовки, развития научно исследовательской работы студентов, аспирантов и молодых ученых.

ОРГКОМИТЕТ Григорьев С.Н. – председатель оргкомитета, ректор МГТУ «Станкин», профессор, д.т.н.

Андреев А.Г. – проректор по развитию МГТУ «Станкин», к.т.н.

Волгин В.М. – профессор ТулГУ, д.т.н.

Волосова М.А. – проректор по научной работе МГТУ «Станкин», к.т.н., доцент Коростелев В.Ф. – зав. кафедрой ВлГУ им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, д.т.н., профессор Кутин А.А. – зав. кафедрой МГТУ «Станкин», д.т.н., профессор Любимов В.В. – зав. кафедрой ТулГУ, д.т.н., профессор Митрофанов В.Г. – зав. кафедрой МГТУ «Станкин», д.т.н., профессор Подураев Ю.В. – проректор по учебной работе МГТУ «Станкин», д.т.н., профессор Сердюк А.И. – директор Аэрокосмического института Оренбургского государственного университета, д.т.н., профессор Подураев Ю.В. – проректор по учебной работе ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», Содержание Большаков А. Е. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА СПОСОБНОГО ПРОГНОЗИРОВАТЬ СОСТАВ СПЛАВОВ ПО ИХ СВОЙСТВАМ……………………………… Фадин Д. М. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ………………………………………………... Борисов А.А, Маслов А.Р. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФРЕЗЕРОВАНИЯ 3D-ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛОЩАДЬЮ МЕНЕЕ 1500 ММ2………………………………………... Васильев К. И, Непершин Р. И. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОГО КЛИНА В ПЛАСТИЧЕСКОЕ ПОЛУПРОСТРАНСТВО…………………... Верещака А. С., Дачева А. В. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ УЛУЧШЕННОГО СОСТАВА С ПОКРЫТИЕМ КАК ПРОГРЕССИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА…………………………………………………………………….



. Вороненко В. П., Шишин А. Д. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СЕРИЙНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СБОРОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ…………………… Гвоздкова С. И., Шварцбург Л. Э. СОКРАЩЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ПОСРЕДСТВОМ УМЕНЬШЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ…………………………………………………. Денисов А. С., Сазанов И. И. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ГИДРОСТРУЙНОГО КОЛЛИМАТОРА…………………………………………………………… Кузовкин В. А., Филатов В. В., Чумаева М. В. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМЕ MULTISIM…………………………………………………………… Красновский А.Н., Клюев М.Б., Сальников Д.А. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КОМПЛЕКТОВ ДЕРЕВЯННЫХ ДОМОВ ДЛЯ ДЕРЕВЯННОГО МАЛОЭТАЖНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ…………………………………………………………… Мартинов Г. М., Пушков Р. Л., Евстафиева С. В. СИНХРОНИЗАЦИЯ ОСЕЙ В СИСТЕМЕ ЧПУ ДЛЯ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ…………………………………………………………………. Шемелин В. К. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКОЙ ТЯЖЕЛЫХ СТАНКОВ НА ОСНОВЕ РАСШИРЕНИЯ СРЕДСТВ ДИНАМИЧЕСКОГО ОТОБРАЖЕНИЯ СОСТОЯНИЙ СТАНКОВ………………… Бадалова А. Г., Еленева Ю.Я., Шебаров А.И.СТРУКТУРИЗАЦИЯ МЕТОДОЛОГИИ ОРГАНИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫМ РАЗВИТИЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА………………………………………………………… Белокопытов В. В., Сосенушкин Е. Н. К ВОПРОСУ УНИФИКАЦИИ ЗАГОТОВОК ПРИ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОЙ ШТАМПОВКЕ…………………………………………………... Мяченков В.И., Чеканин А. В. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ ТОНКОСТЕННЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ……………………………………………………….. Пустошная Л.С. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ……………………………………………………………………………………………….. Трышкина О. В. ВЛИЯНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЯЖЕСТИ И НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДОВОГО ПРОЦЕССА НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА, ОТНОШЕНИЕ К ТРУДУ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА………………………………………………………………… Гусева И. А. ФОРМИРОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ОПЕРАЦИИ И КОМПОНОВКИ ГПС ДЛЯ СЕРИЙНОЙ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ……………………………………………………….. Кириллов А. К. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО РЕЗАНИЯ…………………… Худошина М. Ю., Бутримова О. В. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫБОРА СМАЗОЧНО ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И СИСТЕМ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ……………………………………………………………………………… Телешевский В. И., Забелин А. В. К ПРОБЛЕМЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ С НАНОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТЬЮ МЕТОДАМИ МНОГОВОЛНОВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ……………………………………………………………………………… АИТ-2011 22 Володина О.А. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПНЕВМОПРИВОДОВ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ КУЗНЕЧНО ШТАМПОВОЧНЫХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ……………………………………………….. Волчкова Л.И. УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ПРИ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ ПРОЕКТОВ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ И МОДЕРНИЗАЦИИ…………………………………………………………………………………… Воронюк М.Н. РАЗРАБОТКА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ НА КЛАССИЧЕСКИХ И ГРАФИЧЕСКИХ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ………………………………………………………………………………………….. Гуляева Н.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАТРОННОГО РЕГУЛЯТОРА ДАВЛЕНИЯ………………………………………………………………………… Eльцова Ю. В. ПРИМЕНЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ…………………………………………………………... Середа В. В. ОБРАБОТКА ВНУТРЕННИХ СЛОЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ ПЛАНЕТАРНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ИНСТРУМЕНТА, ОБЛАДАЮЩЕГО ПОВЫШЕННОЙ ВИБРОУСТОЙЧИСВОСТЬЮ………………………………………………….. АИТ- Большаков А. Е.





РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА СПОСОБНОГО ПРОГНОЗИРОВАТЬ СОСТАВ СПЛАВОВ ПО ИХ СВОЙСТВАМ Большаков А. Е., студент «Владимирский государственный университет им. А. Г. и Н. Г. Столетовых», г.

Владимир Одной из актуальных проблем современного машиностроения, равно как и других отраслей является разработка сплавов с требуемыми свойствами. В качестве основы сплавов будущего наибольший интерес представляет алюминий.

Широкое применение алюминия в промышленности, прежде всего, связано с его большими природными запасами, а также совокупностью химических, физических и механических характеристик.

В соответствии со стратегией развития металлургической промышленности РФ душевое потребление алюминия в России постоянно возрастает[1], ведутся разработки сплавов на основе алюминия с новыми свойствами[2,3], которые в ближайшей перспективе могут стать заменителями сталей и чугунов.

Однако на сегодняшниний день не сущестует полной базы данных алюминиевых сплавов, способной отобразить физико-механические свойства в зависимости от состава.

Наиболее полные из них представленны в основном стандартами: ГОСТ 1583 – 93, ГОСТ 4784 – 97, ГОСТ 14113 – 78, ГОСТ 295 – 98 и др. [4,5].

Необходимо сказать, что современные базы данных не учитывают влияние различных видов возмущений и сопутствующих факторов, которые изменяют кинетические закономерности и механизм процессов формирования кристаллической структуры и свойств.

Так, в работах [6,7] показано, что наложение давления на сплав B95, при температуре 800 Co приводит к изменению свойств и связанно с изменением условий межатомных взаимодействий. Но этих данных явно не достаточно для количественной оценки влияния этих возмущений и построения необходимых зависимостей и моделей.

Данное положение можно улучшить, используя системы искусственного интеллекта.

Разработанная нейросетевая модель (НСМ) для прогнозирования механических свойств отливок [8] может быть использована в решении задач проектирования новых сплавов.

Преимуществом такого подхода является способность НСМ к решению задачи при неизвестных закономерностях формирования свойств. Отсюда возникает предположение о возможности использования НСМ для решения обратной задачи – как, задавая требуемые свойства сплава на входе, на выходе нейронной сети получить состав. Преимущества такого подхода очевидны, если принять во внимание, что до настоящего времени состав сплавов определяют чисто эмпирическим путем, без учета возможных вариантов взаимодействия компонентов сплава.

Используя программный продукт Deductor Studio Academic 5.2[9], возможность нахождения связи между свойствами на входе и составом на выходе проверена в процессе многократных вариаций на многослойных персептронах.

В качестве иллюстрации на рис.1. приведена схематически нейронная сеть, включающая в себя три скрытых слоя, и являющаяся универсальным апроксиматором, способным построить самые сложные зависимости.

Показателями способности к обучению нейронной сети являются диаграммы рассеивания [10]. Пример обучения на данной НСМ для выходных значений магния и меди (рис. 2., рис. 3.), явно показывает, что получаемые данные относительно эталонной прямой распределено хаотично, интервал рассеивания которых достаточно широкий.

Из этого следует, что для решения поставленной задачи данные НМС использованы быть не могут. Вероятно, это объясняется попытками НСМ найти единственно верное решение, что является невозможным, потому как к одному значению твердости могут быть отнесены различные по составу сплавы с учетом влияния на них внешних возмущений, АИТ-2011 Разработка программного продукта способного прогнозировать состав сплавов по их свойствам включая и накладываемое давление. Не исключено, что это связанно с недостатками данных НСМ, в частности нехватка креативности.

Для решения поставленной проблемы следует обратить два основных вида НСМ:

конвергентные и дивергентные. Такие понятия дал Дж. Гилфорд, опирающийся на собственную теорию двух видов мышления. Конвергентное мышление (сходящееся мышление) направлено на анализ всех имеющихся способов решения задачи, с тем, чтобы выбрать из них – единственно верный. Конвергентное мышление лежит в основе интеллекта.

Дивергентное мышление – это мышление «идущее одновременно во многих направлениях», направлено на то, чтобы породить множество различных вариантов решения задачи.

Дивергентное мышление лежит в основе креативности [11].

Становится понятным, что решением поставленной задачи может стать использование дивергентной НСМ, либо её альтернативы.

Такой альтернативой может стать разработанная программа для решения «обратной»

задачи, в которой в качестве основы использованно ядро обученной НСМ (рис. 4.) [8].

Подобный подход распространен в системах, использующих элементы искуственного интелекта, например в программном продукте Neuro office от фирмы АОЗТ “АЛЬФА СИСТЕМ” Санкт-Петербург, присутствует программный элемент ActiveX - “нейронная сеть” - компонента, предназначенная для встраивания в программные проекты и офисные приложения.

Алгоритм разработанной программы для прогнозирования состава сплавов и других параметров по механическим характеристикам приведен на рис. 5. Основная идея алгоритма состоит в том, что в конвергентную НСМ вводятся всевозможные вариации составов сплавов. Данные, полученные в результате обработки НСМ, используются для решения вопроса, удовлетворяет или не удовлетворяет состав необходимым условиям.

Применяя данный программый продукт, пользователь вводит искомые значения твердости и запускает программу. Во время её выполнения на экран выводятся различные по составу сплавы, а так же параметры накладываемого давления или другого внешнего воздействия на кристаллизующийся металл, обеспечивающие достижения заданных значений твердости (рис. 6.).

Выводы:

1. В результате тестирования программа проявила свою работоспособность, что дает основание использовать её в решении поставленных задач.

Разработка данного программного продукта ведется на этапе пре-альфа и находится в стадии доработки. Основное внимание уделяется разработке интерфейса пользователя и расширения его возможностей. Проводится усовершенствование разработанной НСМ.

2. Проведение исследований с новыми вариациями составов сплавов позволят более четко находить значения весовых коэффициентов, характеризующих взаимное влияние компонентов на формирование свойств сплавов.

Библиографический список 1. Производство первичного алюминия в мире и в России. // Общероссийский журнал и ЦЕНЫ». ресурс].

«МЕТАЛЛЫ – 2001-2011. [Электронный URL:

http://metal4u.ru/articles/by_id/193 / (дата обращения 25.08.2011).

2. Новые алюминиевые сплавы. // РУСАЛ – крупнейший в мире производитель алюминия. ресурс].

– 2011. [Электронный URL:

http://www.rusal.ru/development/innovations/new_alloys.aspx (дата обращения 23.08.2011).

3. Белов Н.А., Алабин А.Н. Перспективные алюминиевые сплавы с повышенной жаропрочностью для арматуростроения как возможная альтернатива сталям и чугунам //Арматуростроение. 2010. №2. С. 50-54.

АИТ- Фадин Д. М.

4. Алюминий, сплав алюминия - все марки. // Марочник стали и сплавов/ - 2003-2011.

[Электронный ресурс]. URL: http://www.splav.kharkov.com/choose_type_class.php?type_id= (дата обращения 24.08.2011).

5. Штанов Е. Н. Цветные металлы и сплавы. Справочник / Штанов Е. Н., Штанова И.

А. - Н. Новгород: Вента-2. 2001. – 277 с.: ил 6. Коростелев В.Ф., Хромова Л.П., Рассказчиков А.Н. Управление процессом кристаллизации сплава В95 // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009, №8. C. 18-24.

7. Коростелев В.Ф., Хромова Л.П. Исследование межатомных взаимодействий с использованием данных об изменениях физико-механических свойств сплавов // Нано- и микросистемная техника. 2010. №2. С. 8-13.

8. Коростелев В.Ф., Большаков А.Е. Разработка нейросетевой модели процесса кристаллизации расплава под давлением //Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. №10.

9. Deductor аналитическая платформа. // BaseGroup Labs. – 1995-2011. [Электронный ресурс]. URL: http://www.basegroup.ru/ (дата обращения 15.08.2011).

10. Терехов В. А. Нейросетевые системы управления: Учеб. пособие для вузов / В. А.

Терехов, Д. В. Ефимов, И. Ю. Тюкин. - М.: Высм. шк. 2002. - 183 с.: ил.

11. Березина Т.Н. Интеллект и креативность// Эдип, 2008, № 3, с. 92-101.

Сведения об авторах Большаков А. Е.- студент, «Владимирский государственный университет им. А. Г. и Н. Г. Столетовых», г. Владимир, a.e.bolshakov@mail.ru ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ Фадин Д. М.

«НИИД» ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют», г. Москва Для решения проблем определения оптимальных режимов резания и снижение вибраций при обработке деталей из жаропрочных материалов используются разные способы и модели, имеющие малую физическую обоснованность и узкие диапазоны применения. Для повышения эффективности технологической подготовки производства в данной работе предлагается использовать теорию ограниченной долговечности [1], имеющюю четкий физический смысл, массовое применение в теории и испытаниях на усталостное разрушение, а так же подобность с процессом резания [2]. В усталостных испытаниях и в процессе резания разрушение вызывается вибрациями, напряжением и температурой. Такой подход уже на стадии технологической подготовки производства позволит выбирать рациональные режимы резания в зависимости от материала заготовки, применяемого инструмента и динамических условий обработки на металлорежущих станках.

Для решения поставленной задачи разработаем модель ресурса режущего инструмента построенной на основе теории ограниченной долговечности (рис.1), где ресурс инструмента R представлен как циклограмма нагружения. Введем понятие меры ресурса “a” в данный момент времени, характеризующей накопленную поврежденность изнашиваемой поверхности инструмента в результате воздействия напряжений - отношение износа инструмента в данный момент времени к принятому критерию его отказа. По этому определению в начальный момент резания, когда инструмент острозаточен, a=0, и a=1, когда инструмент достигает допустимой величины износа в соответствии с принятым критерием АИТ-2011 Теоретический метод расчета стойкости инструмента для нестационарной токарной обработки затупления, то есть вырабатывает ресурс. Общий износ за время работы инструмента (рис.1а), используя метод накопления повреждений, можно найти при помощи суммирования элементарных износов, вызванных воздействием напряжений, действующих на малом отрезке времени.

а) б) Рис.1. а) Зависимость износа инструмента от времени;

б) Кривая Вейлера и циклограмма нагружения.

Кривая ограниченной долговечности (Рис.1б) описывается уравнением:

R = im N Lim (1) i где Nlimi – количество циклов до разрушения (Рис.2) при напряжении i.

Тогда мера ресурса ai ровна:

mN (2) Ni ai = mi i = i N Lim N Lim i i Где Ni – количество циклов отработанное при постоянном напряжении i.

Используя метод линейного накопления повреждений [3], получим:

(3) N1 N N [h] R a = a1 + a2 +... + ai = + 2 +... + i Nlim1 Nlim2 Nlimi Рис.2. Кривая Вейлера и мера ресурса «а»

Процесс резания характеризуется не только изменением напряжений в зоне резания, но и температуры, влияющей на ресурс инструмента. Поэтому в статье была предложена АИТ- Фадин Д. М.

зависимость этого влияния. На основе экспериментальных данных Остафьева и Кремера (рис.3), после их статистической обработки, было предложено учитывать влияние температуры на ресурс инструмента через экспоненциальную функцию, тогда уравнение (1) запишется следующим образом:

R = ( im + eiTi ) N Lim (4) i а) б) Рис.3 а) Зависимость предела прочности при сжатии сплавов WC-Co, при различных температурах (Кремер);

б) Кривые усталости инструментального материала Т15К6. 1.Т=600 С 2.Т=20 С (Остафьев) Функция (4) описывает зависимость ресурса инструмента от напряжений и температур и представлена на рис.4.

Для идентификации коэффициентов a, m и R модели ресурса (4) предложен следующий метод.

Рис.4. График фигуры ограниченной долговечности в координатах температуры, напряжений и количества циклов Экспериментальная зависимость износа от времени (рис.1а) разбивается на равные временные интервалы (минимум три), для них рассчитываются средние износы и определяются напряжения и температуры, действующие в заданный момент времени на АИТ-2011 Теоретический метод расчета стойкости инструмента для нестационарной токарной обработки инструмент. Полученные уравнения для ресурса инструмента на каждом временном интервале записываются в систему:

R = ( 1m + e1 T1 ) N Lim R = ( 2 + e2 T2 ) N Lim m 2 (5)......................

R = ( im + eiTi ) N Lim i Так как известны износы на временных интервалах разбиения h1, h2, hi и они пропорциональны мерам ресурса a1, a2, ai, учитывая формулу (2) находится количество циклов до разрушения Nlim для соответствующих напряжений и температур, действующих на инструмент в каждый интервал разбиения рис.5:

N1 N N N Lim =, N Lim = 2, N Lim = i (6) a1 a2 ai 1 2 i Подставляя значения числа циклов до разрушения Nlim в систему уравнений (5) методом последовательных приближений определяем коэффициенты модели ресурса инструмента m, a и R.

В статье был разработан метод расчета стойкости инструмента с помощью модели ресурса при заданных: предельном износе, режиме обработке, значениях колебаний технологической системы.

Износ инструмента разбивается на равные дискретные значения (не менее трех), для которых рассчитываются напряжения и температуры. Чем больше число интервалов разбиения, тем точнее расчет. Из уравнения ресурса инструмента (4) выражаем количество циклов до разрушения Nlimi на i-ом участке разбиения:

R N lim i = (7) Ti im + e Учитывая формулу (2) запишем:

N i = ai N lim i (8) Подставляя уравнения (7) и (4) в формулу (8) получим число циклов до выработки ресурса пропорционального износу на i-ом участке разбиения:

ai R Ni = (9) Ti im + e Суммируя число циклов до выработки ресурса на каждом интервале разбиения и учитывая, что:

N = w t, где w – доминирующая частота колебаний технологической системы, t – время резания, получим стойкость инструмента при заданно предельном износе инструмента:

T = N i = wi ti Выводы:

АИТ- Фадин Д. М.

1. Предложена модель ресурса инструмента (4) описывающая стойкость инструмента в зависимости от режимов обработки, свойств обрабатываемого инструментального материалов и жесткости технологической системы, через напряжения и температуры в зоне резания.

Предложен теоретический метод расчета коэффициентов модели ресурса 2.

инструмента.

3. Предложен теоретический метод расчета стойкости инструмента с помощью модели ресурса при заданных: предельном износе, режиме обработке, значениях колебаний технологической системы.

Библиографический список 1. Вафин Р.К., Оценка нагруженности дисков фрикционных элементов транспортных машин, «Известия вузов. Машиностроение», 1977, №4.

2. Горелов В.А. Формирование баз данных для автоматизированного выбора режимов резания на основе термо-механической модели стойкости инструмента // Технология машиностроения. - №3, 2007. – С. 22-27.

3. Иванова В.С., Тереньтев В.Ф., Природа усталости металлов.-М., «Металлургия», 1973, -436с.

Сведения об авторах Фадин Д. М.- «НИИД» ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют», г. Москва, fadindm@mail.ru ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФРЕЗЕРОВАНИЯ 3D-ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛОЩАДЬЮ МЕНЕЕ 1500 ММ Борисов А.А.- аспирант, Маслов А.Р.- профессор, д.т.н.

ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва Темпы и уровень развития таких наукоемких отраслей промышленности как микроэлектроника, медицина и приборостроение требуют развития технологий микрообработки, позволяющих изготавливать все более миниатюрные детали.

В настоящее время используют лазерную, электрохимическую и электроэрозионную микрообработку, а также микрообработку резанием. Причем последняя получила широкое распространение ввиду своей универсальности, которая снимает многие ограничения накладываемые физико-техническими процессами. В частности, фрезерование позволяет обрабатывать 3D-поверхности сложной геометрической формы.

При микрообработке резанием необходимо решать проблему обеспечения надежности из-за низкой стойкости инструмента. При этом многообразие используемого вспомогательного и режущего инструмента усложняет создание и внедрение систем обеспечения надежности.

Для решения аналогичных проблем при традиционной обработке резанием используют системный подход, результатом которого является создание инструментальных систем (ИС), в которых комплексно учитываются вопросы универсальности применения с учетом условий, в которых предполагается эксплуатировать ИС [1]. Принцип системного подхода в разработке инструментального обеспечения используется всеми АИТ-2011 Инструментальная система для фрезерования 3d-поверхностей площадью менее 1500 мм инструментальными фирмами, например Kennametal, Sandvik, ISCAR, SECO, Walter и др.

Создание ИС привело к переходу на качественно новый уровень развития инструментального производства.

Для построения ИС требуется создать совокупность типоразмерных рядов систем базирования и закрепления режущего инструмента и систем базирования и закрепления компоновок инструмента на станках, обеспечивающая выполнение технических и экономических требований эффективного использования в автоматизированном производстве [2].

ИС для фрезерования 3D-поверхностей площадью менее 1500 мм2 имеют ряд особенностей:

диаметры рабочей части используемых концевых фрез в основном находятся в интервале 0,5...3,0 мм;

сборки инструмента эксплуатируются при частотах вращения шпинделя до 50000 мин-1.

Диаметры фрез для микрообработки 3D-поверхностей сложной геометрической формы выбираются, в основном, исходя из размеров обрабатываемой поверхности.

Использование инструмента подобного размера связанно с множеством проблем, оказывающих влияние на надежность процесса резания. Это объясняется соизмеримыми значениями величин сил резания и сил, приводящих к разрушению самого инструмента.

В тоже время при обработке инструментом малого диаметра с высокой частотой вращения шпинделя, не удается использовать преимущества высокоскоростного фрезерования. Высокие частоты вращения шпинделя позволяют достигнуть лишь тех скоростей резания, которые характерны для обычного, а не высокоскоростного, фрезерования. Так, например, скорость резания для фрезы диаметром D=1 мм при частоте вращения 30 000 мин-1:

D n 1 V= = 100 м / мин 1000 С другой стороны при фрезеровании с высокими частотами вращения инструмента появляется необходимость балансировки сборок с точностью на уровне класса G2.5 по ИСО при 25000 мин-1. Малые подачи на зуб миниатюрной фрезы предполагают высокую точность закрепления инструмента с биением порядка 3 мкм на вылете 12…25 мм.

Исходя из этих требований в МГТУ «СТАНКИН» разработана ИС для микрообработки на высокоскоростных станках с ЧПУ со шпинделями с конусом HSK 25E и с конусом HSK 63A (рис. 1).

Рис. 1. Инструментальная система для микрообработки (МГТУ «СТАНКИН») АИТ- Борисов А.А., Маслов А.Р.

В созданную систему включены: термопатрон 1 с конусом HSK 25E и посадочным отверстием 5,94Н7 под инструмент с хвостовиками диаметром 6 мм;

цанговый патрон 2 с конусом HSK 25E и посадочным отверстием под инструмент с хвостовиками 6 мм (рис. 2);

набор цанг 3 с посадочными отверстиями под инструмент в интервале 1...10 мм через каждые 0,5 мм;

удлинитель 4 с цилиндрическим хвостовиком 16 мм и посадочным отверстием 5,94Н7 под инструмент с хвостовиками 6 мм;

термопатрон 5 с конусом HSK 63A и посадочными отверстиями 5,94Н7 и 15,84Н7 под инструмент с хвостовиками 6 и 16 мм;

концевые и дисковые фрезы с цилиндрическими хвостовиками 6 мм;

концевые и дисковые фрезы с цилиндрическими хвостовиками 16 мм. На все элементы ИС разработаны чертежи, по которым изготовлены лабораторные образцы отдельных типоразмеров для испытаний на станке фирмы в Roders 300 (Германия) «Инжиниринговом технологическом центре» при МГТУ «Станкин».

При проведения испытаний были использованы: фрезы концевые твердосплавные диаметром 6 мм и фрезы дисковые, оснащенные СТМ, Рис. 2. Цанговый патрон с конусом HSK 25E с закрепленной с диаметром рабочей части 10 мм, как обеспечивающие фрезой диаметром 6 мм.

максимальную нагрузку при частоте вращения 12 мин-1, подаче 0,05 мм/зуб с переменной глубиной резания заготовки из стали 45 в диапазоне 0,2…1,5 мм. Испытания показали удовлетворительные результаты.

Библиографический список 1. Инструментальные системы автоматизированного производства: Учебник для студ.

машиностроит. спец. вузов/ Гжиров Р.И., Гречишников В.А., Логашев В.Г. и др. СПб.:

Политехника, 1993. - 399 с.

2. Инструментальные системы машиностроительных производств: учебник./ Маслов А.Р. М.: Машиностроение, 2006. – 336 с.

Сведения об авторах Борисов А. А. – аспирант, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва Маслов А. Р. - д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва, volsama@yandex.ru, (499) 972-94- АИТ-2011 Визуализация процесса внедрения шероховатого клина в пластическое полупространство ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОГО КЛИНА В ПЛАСТИЧЕСКОЕ ПОЛУПРОСТРАНСТВО Васильев К. И, Непершин Р. И.- профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва В большинстве работ по описанию задачи внедрения жестких штампов различной формы в пластическое полупространство [ ] оцениваются силовые факторы процесса и определяются значения напряжений в различных характерных точках, а задаче визуализации процесса формоизменения уделяется недостаточно внимания. Современные компьютерные системы моделирования ( QForm, Deform, ANSYS и др.) построенные на основк метода конечных элементов (МКЭ) позволяют визуализировать процесс внедрения и формоизменения границ полупространства, но математическое описание задачи и методы решения скрыты от пользователя, что вызывает некоторое сомнение в корректности полученных результатов. Кроме того, указанные расчетно-графические системы не всегда доступны. В настоящей работе предлагается достаточно простой и наглядный способ описания и визуализации процесса внедрения шероховатого клина конечной ширины в жестко-пластическое полупространство.

Поле линий скольжения на первой стадии внедрения клина представлено на рис.1. На первой стадии внедрения клина пластическая область сохраняет геометрическое подобие и задача имеет автомодельное решение [ 1, 2].

Рис. 1. Поле линий скольжения на первой стадии внедрения клина Рассмотрим правую симметричную относительно вертикали пластическую область при внедрении жесткого клина, перемещающегося по нормали к границе полупространства.

Вследствие геометрического подобия форма пластической области на физической плоскости не изменяется от начального момента контакта вершины клина А с горизонтальной границей пластического полупространства до внедрения клина на величину h, т.е.

наклонная граница вытесняемого материала перемещается плоско-параллельно в процессе внедрения клина при заданных условиях задачи. В области АВС прямые линии скольжения АИТ- Васильев К. И, Непершин Р. И.

наклонены к границе АВ под углом, значение которого определяется значением коэффициента контактного трения µ :

= 0,5 arccos 2µ (1) где 0 µ 0,5.

При внедрении клина на величину h жесткопластичный материал вытесняется.

Длина l наклонной свободной границы ВЕ пластической области (см. рис. 1) определяется выражением:

l = 2 xb cos / sin (2) где хb - Х-координата точки В, – половина угла клина.

В свою очередь Х-координата точки В определяется выражением:

xb= h sin/(cos – 2cos sin) (3) где – угол наклона свободной пластической границы ВЕ с границей полупространства.

Из условия несжимаемости пластического материала следует равенство площадей треугольников AOG и BEG, откуда получено выражение, позволяющее вычислить значение неизвестного угла :

(h/l)2 sin = sin sin(/4 + +0) (4) После подстановки в ( 4 ) значений l и h из ( 2 ) и ( 3 ) получаем:

2 sin/ cos + cos ) = sin2/4cos sin( (5) Уравнение ( 5 ) является трансцендентным и не может быть решено явно. Значение может быть найдено либо численно, либо графоаналитически. Угол определяется из выражения:

0 = - /4 – + (6) Для графоаналитического определения значения угла использован пакет параметрического проектирования и черчения TFLEX-CAD, учебная версия которого распространяется свободно. Пакет TFLEX-CAD имеет встроенный редактор переменных, работающий по принципу электронных таблиц, в котором возможно выполнение вычислений по алгебраическим выражениям любой сложности. Пакет имеет набор встроенных функций, аналогичных языкам программирования Fortran, Pascal, C, C++, Basic.

В редакторе переменных TFLEX-CAD возможно возведение выражений в любую степень, использование логарифмов, а также применение стандартных тригонометрических прямых и обратных функций. Помимо этого, TFLEX-CAD позволят построить графики функций, заданных выражениями любой сложности, в том числе и трансцендентных, и определить как корни этих функций, так и значения независимых переменных, порождающих требуемые (заданные) значения функций, т.е. решить обратную задачу без нахождения явного решения, что не всегда возможно прямыми аналитическими методами.

Для построения графика функции выражение ( 5 ) преобразуется к виду:

АИТ-2011 Визуализация процесса внедрения шероховатого клина в пластическое полупространство Y = sin( 2 sin/cos + cos) – sin2/4cos2 (7) и строится график функции, где независимой переменной является угол.

Определяется корень этой функции и встроенными средствами измерения значение полученного корня автоматически присваивается переменной betta. Как видно из выражения ( 7 ), значение угла определяется только значением угла клина и угла трения, которое, в свою очередь, зависит только от задаваемого значения коэффициента трения µ. При изменении значений и µ выполняется автоматическая регенерация графиков и автоматически вычисляется новое значение угла. Графики функции ( 6 ) для различных значений коэффициента трения µ представлены на рис. 2.

АИТ- Васильев К. И, Непершин Р. И.

Рис.2. Графики функции ( 6 ) и значения угла для различных значений коэффициента трения µ (0,35;

0,40 и 0,45).

Для визуализации процесса внедрения клина с заданным углом в редакторе переменных записываются выражения ( 1 ) – ( 4 ). При изменении значения переменной h выполняется автоматическая регенерация чертежа и вычисляются новые значения переменных l и xb. Это можно выполнить либо в режиме ручного редактирования, захватив указателем мыши линию построения, соответствующую положению вершины клина ( т. А ), либо в режиме анимации. При выполнении анимации циклически изменяемой независимой переменной является глубина внедрения клина h.

На рис. 3 показаны положения клина и размеры вытесненной области для различной глубины внедрения клина h.

АИТ-2011 Визуализация процесса внедрения шероховатого клина в пластическое полупространство Рис.3. Положения клина и размеры вытесненной области для различной глубины внедрения клина h Критерием корректности модели является равенство площадей треугольников AOG и BEG. Площади указанных треугольников определялись графоаналитически с использованием встроенных возможностей пакета TFLEX-CAD. Для этого выполнялась штриховка треугольников AOG и BEG и встроенной функцией измерения определялись значения площадей заштрихованных областей с созданием переменных. Относительная погрешность моделирования определялась как разность между измеренными площадями указанных треугольников, отнесенная к площади треугольника AOG.

При изменении Y-координаты т.А от 0 до 1 значение вычислительной погрешности не превысило 0,6% на всем диапазоне изменения угла (10…45° ) и коэффициента трения µ (0,35…0,5).

Библиографический список.

1. Хилл Р. Математическая тория пластичности. М.: Гостехиздат, 1956. 407 с.

2. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969. 608 с.

3. Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности. М.: Наука, 1966. 231 с.

4. Непершин Р.И. Внедрение плоского штампа в жесткопластическое полупространство// Прикладная математика и механика. 2002. Т 66. Вып.1. с. 140 – 146.

Сведения об авторах Васильев К. И. – ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва, vas@stankin.ru Непершин Р. И. - ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва АИТ- Верещака А. С., Дачева А. В.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ УЛУЧШЕННОГО СОСТАВА С ПОКРЫТИЕМ КАК ПРОГРЕССИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Верещака А. С.- профессор, Дачева А. В.- студент ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва В современной технике увеличивается объем использования новых конструкционных материалов, обладающих особыми свойствами: высокими показателями твердости, прочности, вязкости, коррозионной стойкости, жаропрочности при низкой теплопроводности. Обработка резанием таких материалов сопряжена с большими трудностями. Высокая температура, развивающаяся в зоне контакта с обрабатываемым материалом, вызывает разупрочнение стандартных твердых сплавов и, как следствие этого, резкое снижение стойкости инструмента и скорости резания. Поэтому актуальна проблема создания нового инструментального материала с более высоким уровнем эксплуатационных свойств при обработке труднообрабатываемых сплавов.

Одним из возможных средств решения этой задачи является использование при получении твердых сплавов на карбидной основе высокопрочных и жаростойких связок, содержащих, кроме кобальта, тугоплавкие металлы, не образующие устойчивых карбидов.

Другое возможное средство повышения работоспособности инструмента - нанесение на его рабочие поверхности покрытия с высокой износо- и теплостойкостью, пассивного по отношению к обрабатываемому материалу [1]. Такое покрытие должно способствовать уменьшению контактных нагрузок, благоприятному перераспределению тепловых потоков и повышать сопротивляемость материала микро- и макро-разрушению.

Объектом настоящего исследования являлись твердые сплавы на основе карбида вольфрама с кобальто-рениевой связкой (ВРК), удовлетворяющие перечисленным требованиям. Целью работы было изыскание возможности увеличения стойкости режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов за счет коррекции состава сплава и использования износостойкого покрытия. Проводилось сравнительное исследование физико-механических свойств и жаростойкости при нагреве на воздухе сплавов ВРК различного состава. Оценивали работоспособность сплава с кобальто-рениевой связкой при обработке резанием труднообрабатываемого материала и изучали влияние покрытия на эксплуатационную стойкость инструмента.

В качестве исходных материалов при изготовлении сплавов использовали порошки карбида вольфрама, кобальта и рения (табл. 1, 2) [2].

Таблица Характеристики дисперсности и состава исходных порошков карбида вольфрама и кобальта Химический состав, % масс.

Средний Наименование размер S материала частиц dF, О Cобщ Cсв (не более) МКМ WC 4,0-9,0 6,0-6,2 0,2 0, Со 2,3. 0, АИТ-2011 Твердые сплавы улучшенного состава с покрытием как прогрессивное направление развития современного режущего инструмента Таблица Концентрация примесей в исходном порошке рения, % масс С К Fe Na AI Ni Si Mo 9,2*10-4 3,6*10-4 3,0*10-4 5,0*10-4 1,2*10-4 2,5*10-4 1,4*10-3 5*10- Исходные компоненты подвергали интенсивному размолу в шаровой, футерованной твердосплавными пластинами, мельнице объемом 1,8 л в среде этилового спирта.

Химический состав полученных смесей представлен в табл. 3.

Таблица Химический состав смесей ВРК и твердых сплавов ВК, использовавшихся в сравнительных исследованиях.

Марка Состав шихты, % сплава Со WC Co+Re Re масс. масс. об. масс. об. масс. об.

ВК6* 94 6 10,1 6 10,1 - ВК10КС* 90 10 16,3 10 16,3 - ВРК12 88,5 8,5 14,1 11,5 16,2 3 2, ВРК13 86,8 7,2 12,2 13,2 16,5 6 4, ВРК15 85 6 10,3 15 16,8 9 6, * - спеченные образцы стандартных сплавов ВК, использовавшиеся в сравнительных исследованиях Объемная концентрация металлов (Co+Re) в смесях ВРК составляла 16,2-16,8 % и была близка к содержанию кобальта в объеме взятого для сравнения сплава ВК10КС без рения, а концентрация рения варьировалась от 3 до 9 масс. % (2.1-6,5 об. %). В сравнительных исследованиях использовали также стандартный сплав ВК6, содержание кобальта в котором было таким же, как в ВРК15.

Заготовки режущих пластин и образцов для определения физико-механических свойств, спрессованные из полученных смесей, были подвергнуты двухстадийному спеканию в атмосфере водорода, обеспечившему гомогенизацию состава цементирующей фазы по содержанию углерода и рения, а также удаление примеси кислорода.

Плотность спеченных сплавов измеряли на 3-5 образцах от партии методом гидростатического взвешивания. Твердость по Роквеллу определяли по ГОСТ 20018-74.

Твердость по Виккерсу при комнатной и повышенной температуре мерили на приборе ВИМ 1 при нагрузке 1 кг.

Для исследования жаростойкости сплавов был выбран комплексный термоаналитический метод дериватографии, сочетающий термогравиметрию и дифференциальный термический анализ [3]. Спеченные образцы исследуемых сплавов (штабики квадратного сечения с размерами 5x5x17 мм) после алмазной шлифовки и испытаний на изгиб подвергали окислению на воздухе при нагреве от комнатной температуры до 950°С со скоростью 5 град./мин. Эксперимент проводили на дериватографе Q-1500D.

АИТ- Верещака А. С., Дачева А. В.

Прибор представляет собой многофункциональную систему с устройством для регулирования температуры образца по заданной программе и непрерывной автоматической регистрацией нескольких параметров. На основании предварительных опытов был выбран динамический режим работы дериватографа с постоянной скоростью нагрева и фиксацией параметров в зависимости от времени.

Образец, помещенный в керамический тигель, находился в печи дериватографа, самописец которого фиксировал изменение во времени ( ) четырех параметров:

температуры образца Т, изменения его массы m (кривая ТГ), скорости изменения массы dm/d (ДТГ), разности температур образца и эталона, соответствующей изменению теплосодержания (кривая ДТА). Прибор обеспечивал фиксацию изменений массы с точностью ±2%. При ширине диаграммной ленты 250 мм и использовавшейся чувствительности весов 100 мг чувствительность определения m по диаграмме составляла 0,4 мг.

На кривой ТГ всех исследованных сплавов заметны две стадии окисления, сопровождавшиеся увеличением массы. На первой стадии масса увеличивалась незначительно и росла очень медленно. Быстрый привес, которому соответствовало резкое отклонение кривой вверх, начинался, при температуре выше 600°С. Кривая ДТА более четко фиксировала время и температуру, соответствовавшие началу реакции окисления.

Отклонение вверх этой кривой свидетельствовало об увеличении теплосодержания системы в результате экзотермической реакции. Температуру начала первой стадии окисления удалось определить лишь приблизительно. Для ВК6 и ВК10КС реакция начиналась около 100°С, а для сплавов с кобальто-рениевой связкой - при более высоких температурах:

образцы без покрытия начинали окисляться при 130-250, а с покрытием - при 200-330°С, причем с ростом концентрации рения в сплаве увеличение массы фиксировалось при более высокой температуре.

Началу второй стадии окисления соответствовали четкие перегибы на кривых ТГ, ДТА и ДТГ, положение которых практически совпадало, и температурную границу этого процесса можно было определить более точно. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Из представленных данных следует, что стадия быстрого окисления в сплавах, содержащих рений, начинается при более высокой температуре, чем в сплавах ВК без рения с эквивалентным содержанием металлических компонентов, причем стойкость к окислению растет с увеличением концентрации рения в сплаве. Результаты анализа полученных дериватограмм показывают также, что покрытие TiAIN, нанесенное на сплавы ВРК методом КИБ, способствовало дальнейшему существенному повышению температуры второй стадии окисления, особенно при содержании 13-15% кобальто-рениевой связки.

Увеличение массы, определенное взвешиванием образцов после дериватографического исследования, было больше, чем привес, рассчитанный по дериватограмме. Это связано с тем, что после выключения программы процесс окисления продолжался при медленном остывании образца до комнатной температуры. При сравнении окисляемости образцов учитывали только увеличение массы, рассчитанное наиболее чувствительным методом - по дериватограмме.

Таблица Результаты определения Тб - температуры начала второй (быстрой) стадии окисления Тб, °С Марка сплава № образца каждого средняя образца 1 ВК6 2 АИТ-2011 Твердые сплавы улучшенного состава с покрытием как прогрессивное направление развития современного режущего инструмента 1 ВК10КС 2 1 ВРК12 2 ВРК12п* 658 1 ВРК13 2 ВРК13п* 716 1 ВРК15 2 ВРК15п* 774 * - образцы с покрытием В таблице 5 представлены результаты расчета привеса каждого образца и толщины образовавшейся на нем оксидной пленки. Толщину слоя оксидов вычисляли по результатам измерения микрометром образцов в исходном состоянии и после окисления.

Таблица Изменение массы образцов после окисления и толщина образовавшегося слоя оксидов Толщина № Характеристики Привес - m, Сплав оксидной пленки мг* образца исходных образцов hпл, мм поверхность, каждого каждого масса, г среднее среднее мм2 образца образца ВК6 1 5,990 378,30 120,4 115,0 1,09 1, 2 6,345 386,36 109,6 1, ВК10КС 1 5,711 405,22 147,2 130,0 1,61 1, 2 5,450 372,59 112,8 0, ВРК12 1 5,094 354,14 95,2 94,0 1,09 1, 2 5,990 92, ВРК12п 5,607 345,67 51,2 51,2 0,56 0, ВРК13 1 4,975.248,59 89,2 77.0 0,91 1, 2 5,121 349,20 64,8 1, ВРК13п 4,923 256,96 32,8 32,8 0,40 0, ВРК15 1 5,022 311,00 40,8 48,0 0,77 0, 2 5.934.372.32 55.2 0. ВРК15п 5,681 382,30 18,4 18,4 0,10 0, Увеличение массы образцов и характер образовавшегося на них слоя оксидов зависели от состава исследуемого сплава. Масса образцов из сплавов ВК после нагрева на воздухе до 950°С в течение 3-х часов увеличилась на -115-130 мг, при этом образовался слой АИТ- Верещака А. С., Дачева А. В.

оксидной пленки толщиной 1, ой 1,0-1,6 мм. При тех же условиях окисления сплавов с кобальто рениевой связкой значения привеса и толщины слоя оксидов были меньше и, как следует из графиков, приведенных на рис 2, относительный привес уменьшался с увеличением рис.

концентрации рения. При максимальном содержании рения в сплаве ВРК толщина слоя ксимальном ВРК оксидов на образцах без покрытия составила 0,4-0,8 мм, то есть в среднем была примерно в раза меньше, чем на сплавах WC-Co, использовавшихся для сравнения Относительный сравнения.

привес образцов ВРК15 также был примерно в 2 раза меньше, чем у сплавов ВК. Так, по меньше отношению к исходной массе он составлял для ВРК15 0,86, а для ВК6 и ВК10КС - 1,87 и 2,32% соответственно.

Цвет образовавшихся на поверхности образцов пленок (различные сочетания зеленого, голубого и серого) позволил предположить, что они содержали оксиды вольфрама ерого) и кобальта. Вероятно, соотношение этих оксидов на образцах с разным содержанием Вероятно кобальта было различным. Если толщина пленки не превышала 0,8 мм как на образцах различным мм, ВРК15 без покрытия и на всех сплавах ВРК с покрытием, ее слой был компактным и плотно прилегал к образцу. При большей толщине оксидного слоя образовывались рыхлые отслаивающиеся пленки.

После нанесения слоя покрытия из TiAIN жаростойкость сплавов ВРК существенно возросла, о чем свидетельствует уменьшение относительного привеса (рис. 2а, 2б) и ельствует толщины образовавшегося слоя оксидов (табл. 5). С увеличением концентрации рения в сплаве влияние покрытия на сопротивление окислению возрастало. При максимальном содержании рения в образцах ВРК толщина слоя оксидов благодаря наличию покрытия ВРК уменьшилась в 6 раз: с 0,6 до 0,1 мм мм.

Рис. 2. Зависимость привеса, отнесенного к исходной массе (а) и к исходной поверхности образца (б), от содержания рения в сплаве Таким образом, установлено что введение рения в кобальтовую связку сплавов на установлено, основе WC повышает их сопротивление окислению при нагреве на воздухе до 950 °С. С АИТ-2011 Современные подходы к проектированию серийных автоматизированных сборочных комплексов увеличением концентрации рения в сплавах с 3 до 9% масс при постоянном объемном содержании (~16,5%) цементирующих металлов обнаружено повышение их жаростойкости, выражающееся в увеличении температуры интенсивной стадии окисления, уменьшении привеса образцов и толщины оксидного слоя [4]. Максимальное сопротивление окислению наблюдали у сплава ВРК15, жаростойкость которого была в 2 раза выше, чем у стандартного сплава WC-Co с эквивалентным содержанием связки. Покрытие из TiAIN, нанесенное на сплавы ВРК методом КИБ, способствовало дальнейшему значительному повышению их жаростойкости.

Библиографический список 1. Верещака А.С. Некоторые методологические принципы создания функциональных покрытий для режущих инструментов. В кн. «Современные технологии в машиностроении, Харьков: НТУ «ХПИ»,2007. С. 210-231.

2. Исследование структуры и свойств твердых сплавов на основе карбида вольфрама со связкой, содержащей рений, испытания сплавов в производственных условиях (Отчет), тема №19-76-044, ВНИИТС, Чапорова И.Н., Кудрявцева Н.А., Москва, 1979.

3. Верещака А.С. Исследование характеристик качества поверхностного слоя при использовании экологически дружественной технологии сухой обработки //А.С.Верещака, О.Ю. Хаустова, Л.Г. Дюбнер В кН. « Современные технологии в машиностроении» Том 2.

Харьков, НТУ «ХПИ», 2006. С. 306-319.

4. Иютина И.А., Куприна В.В., Соколовская Е.М., Спасов И.А. Исследование и применение сплавов рения – сборник, М., 1975.

Сведения об авторах Верещака А. С. – профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва Дачева А. В. - студент, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва, dacheva@mail.ru СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СЕРИЙНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СБОРОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ Вороненко В. П.- профессор, Шишин А. Д.- студент ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва Сборочное производство является заключительной стадией изготовления продукции, включающей, помимо непосредственной сборки, цехи окраски, испытаний и упаковки. При этом сборочные цехи являются ведущими, так как они завершают цикл изготовления изделия и определяют сроки выпуска изделий на предыдущих стадиях и оказывают значительное влияние на ритмичность производства на предприятии. Важной особенностью сборочных цехов является то, что на этапе сборки стоимость незавершенного производства приближается к максимальной величине – себестоимости готовой продукции. При этом затраты на сборку могут достигать до 50% от общих затрат на изготовление всего изделия.

Трудоемкость сборочных работ составляет от 20% до 60% общей трудоемкости, при этом длительность цикла самой сборки невелика [1].

АИТ- Вороненко В. П, Шишин А. Д.

Технология сборки подразумевает соединение и обеспечение требуемого взаиморасположения и взаимодействия деталей и сборочных единиц. В цехах единичного и мелкосерийного производства наряду со сборочными операциями могут выполняться и другие технологические операции (дополнительная механическая обработка деталей, слесарно-пригоночные операции и т.п.). С технологической точки зрения, различные сборочные операции имеют много общего, что позволяет использовать универсальный слесарно-сборочный инструмент, типовые технологические процессы и формы организации сборочных процессов.

По форме организации сборку можно разделить на два основных типа – стационарную и подвижную. При стационарной сборке изделие изготавливают на одном рабочем месте, куда поступают комплектующие детали и сборочные единицы. Подвижная сборка изделий осуществляется путем перемещения рабочих от одного собираемого объекта к другому, либо последовательным перемещениям объекта сборки между позициями рабочих. Для проектирования сборочного производства каждого из типов используется свой подход со своими особенностями. Выбор формы организации сборки осуществляется на этапе проектирования производства, исходя из конструктивных особенностей собираемых изделий, их номенклатуры и требуемого объема выпуска.

Тенденция развития сборочных производств сильно отличается от механообрабатывающих. С точки зрения системного подхода технология сборки представляет собой гораздо более сложную многофакторную модель, чем механообработка, тяжело поддающуюся анализу. Как уже было сказано ранее, схожесть сборочных процессов с точки зрения технологии позволяет применять типовые техпроцессы, например техпроцессы на нанесение покрытий, проверку на герметичность, установку деталей на герметике. Однако, при комплексном рассмотрении технологических процессов сборки, вследствие того, что каждая сборочная единица обладает своими конструктивными особенностями, унификация технологий сборочных процессов практически не представляется возможной. Также, немаловажным фактором является положение этапа сборки во всем цикле изготовления изделия. Комплектующие, идущие на сборку, поступают с предыдущих этапов производства, следовательно, ритмичность функционирования сборочных производств напрямую зависит от того, насколько грамотно реализован процесс изготовления деталей. Более того, параметры производственной системы, которые закладываются инженером в процессе проектирования производства всегда отличаются от действительных. Это происходит вследствие того, что любая производственная система подвержена действию случайных факторов, влияющих на производительность труда. На ритмичность выпуска деталей могут влиять поломки оборудования, задержка поставок сырья, человеческий фактор и т.д. При этом отклонения параметров системы увеличиваются на каждой последующей стадии всего цикла изготовления изделия и достигают своего максимума на этапе сборки. Все вышеописанное показывает, что для проектирования эффективных сборочных производств необходимо как проведение подробного анализа большого количества факторов, так и учет состояния производства на предыдущих этапах цикла изготовления изделия.

Научные основы сборочных производств, разработанные в СССР в 60-х годах прошлого века, опирались на принципы централизации предприятий, характерных для того времени, а также на фактор изолированности производств от внешнего мира. Сборочные цеха ориентировались в основном на изготовление одного изделия. Выход промышленности на мировой рынок машиностроительной продукции вынудил предприятия изменить подход к организации своих производств.

Таким образом, в настоящее время актуальной задачей ученых является разработка способов повышения эффективности современного машиностроительного производства и его адаптация в условиях рыночной экономики.

АИТ-2011 Современные подходы к проектированию серийных автоматизированных сборочных комплексов Для выявления перспективных направлений исследования современных способов организации сборочных производств, необходимо проанализировать их особенности. Среди наиболее важных можно выделить следующие:

1. Большая доля мелкосерийного и серийного производства.

На современном потребительском рынке большую роль играет фактор «потребность в изделии». Говоря иначе, производство определенного изделия актуально лишь до тех пор, пока оно востребовано на рынке. При уменьшении объема выпуска конкретного изделия, для поддержания уровня загрузки предприятия, необходимо расширять номенклатуру изготавливаемой продукции. Таким образом, для сохранения рентабельности производства, многие предприятия переналаживаются с массового производства на серийное и мелкосерийное.

2. Тенденция роста уровня интеграции компьютерных технологий в сферу проектирования производственных систем.

Активное развитие компьютерных технологий позволяет автоматизировать различные задачи, возникающие на этапе проектирования машиностроительных производств, и тем самым сокращает его длительность.

3. Прибыль от производства существенно зависит от времени прохождения цикла «проектирование – изготовление».

В условиях рыночной конкуренции, для получения максимальной прибыли предприятие долж но суметь обеспечить поставку продукции на рынок раньше других. При прочих равных условиях, время, за которое изделие будет запущено в производство, непосредственным образом определяет эффективность предприятия.

4. Уменьшение объемов пригоночных работ и отход от принципов селективной сборки.

Повышение точности изготовления деталей, благодаря внедрению современного механообрабатывающего оборудования, в ряде случаев позволяет обеспечивать 100% собираемость изделий без необходимости применения методов пригонки и перебора. Таким образом, уменьшается доля селективной сборки, что положительно сказывается на производительности выпуска продукции, а, следовательно, и на ее конкурентоспособности.

5. Высокий уровень кооперации.

Тенденция развития машиностроения таких стран как США, Япония и Германия показывает, что на современных предприятиях на сборку может поступать до 70% комплектующих по кооперации с других предприятий.

6. Сокращение размеров складирования.

Система Just-in-Time (или “Точно в срок”), активно внедряемая в сферу управления предприятием позволяет более грамотно организовывать движение материальных потоков.

Основная идея концепции данной логистической системы заключается в том, что все материалы, компоненты и полуфабрикаты будут поступать в необходимом количестве, в нужное место и точно к назначенному сроку для производства, сборки или реализации готовой продукции. При этом страховые запасы, которые идут на склад, замораживающие денежные средства фирмы, не нужны.

Из всего вышеописанного, особое внимание следует уделить выбору направления дальнейшего развития автоматизации сборочных производств. Важной особенностью процессов сборки является то, что во временной структуре доля основного времени по отношению к вспомогательному чрезвычайно мала. Говоря другими словами, на взятие из тары и ориентацию присоединяемой детали сборщик или сборочная машина тратит гораздо больше времени, чем на процесс непосредственного соединения. Следовательно, одним из перспективных исследований в области организации сборочных производств является нахождение способов оптимизации и сокращения величин вспомогательных времен.

Говоря о совершенствовании сборочных производств, следует отметить о тенденциях развития и применения автоматических сборочных комплексов. Опыт таких промышленно развитых стран как США, Япония и Германия показывает, что на сегодняшний день на АИТ- Вороненко В. П, Шишин А. Д.

машиностроительных предприятиях автоматизировано лишь около 20% всего объема сборочных работ. При этом действующее автоматическое сборочное оборудование имеет низкий коэффициент загрузки. Невысокий уровень автоматизации обусловлен следующими факторами:

7. Высокая сложность реализации процесса автоматической сборки.

Процесс соединения деталей представляет собой пространственную задачу, легко решаемую на интуитивном уровне. Отсутствие систем искусственного интеллекта и интуитивного мышления у сборочных роботов вызывает необходимость разработки подробных алгоритмов перемещения органов манипуляторов, что требует больших временных и умственных затрат. Для мелкосерийных и серийных производств, характеризующихся большой номенклатурой выпускаемых изделий, данный подход себя не оправдывает, так как разработка управляющих программ для каждого изделия может занять длительное время.

К сожалению, на сегодняшний день технологии искусственного интеллекта, начало которых было положено в сфере самообучающихся систем и нейронных сетей, недостаточно изучены и проработаны для применения в области узловой и общей сборки.

8. Узкая направленность сборочных комплексов.

Существующие автоматические сборочные комплексы проектируются на работу с конкретными типами собираемых деталей и требуют значительных временных и денежных затрат на наладку и подготовку программ. Следовательно, при смене номенклатуры выпускаемых изделий, адаптация роботов под новое производство может потребовать значительных финансовых и временных затрат на предприятии.

9. Высокая зависимость от поломок оборудования.

Следствием узкой направленности автоматических сборочных роботов является уязвимость всего комплекса перед поломками сборочного оборудования. Выход из строя одного устройства может привести к простою всей сборочной системы до момента ремонта.

10. Низкая эффективность выполнения сложных сборочных операций.

В процессе выполнения своего служебного назначения, сборочный робот затрачивает несколько секунд на поиск, захват и ориентацию присоединяемой детали. При этом действие совершается по строго определенному циклу, и, чем сложнее по форме присоединяемая деталь, тем больше времени требуется на ее ориентирование и установку. При этом сборщик на установку практически любой детали затрачивает гораздо меньше времени. Таким образом, автоматические сборочные роботы проектируются на выполнение несложных операций, таких как: установка втулок, запрессовка шпонок на валы, установка зубчатых колес и т.п.


11. Высокая стоимость сборочных роботов и манипуляторов.

Современный промышленный робот состоит из целого комплекса механических, гидравлических и пневмоагрегатов, разнообразных датчиков и систем контроля. Также он может быть оснащен органами технического зрения, системами активной и пассивной адаптации. Стоимость таких комплексов может достигать до 20…30 тыс. долларов, что сравнимо со стоимостью металлообрабатывающего оборудования. С учетом вышеописанного фактора узкой применяемости автоматических сборочных комплексов, такие системы смогут окупиться только в случаях серийных и массовых производств.

12. Потребность в высококвалифицированном обслуживающем персонале.

Высвобождение числа основной рабочей силы при использовании автоматических сборочных роботов добавляет необходимость участия высококвалифицированных специалистов, занятых обслуживанием системы. В задачу таких людей входит написание управляющих программ для манипуляторов, контроль состояния системы и предупреждение выхода ее из строя. При этом, на рынке труда численность специалистов такого класса невелика.

Исходя из вышеописанного, можно сделать вывод, что рентабельность автоматических сборочных систем достигается только в условиях крупносерийного и АИТ-2011 Современные подходы к проектированию серийных автоматизированных сборочных комплексов массового производства, и только при надлежащем уровне проработки всего комплекса на основе применения системного подхода.

В настоящее время вопросами повышения эффективности автоматической сборки изделий и адаптации автоматического сборочного оборудования к современным условиям мирового рынка машиностроения занимаются д.т.н., проф. Гусев А.А., д.т.н., проф. Вартанов М.В., д.т.н. проф. Житников Ю.З., к.т.н., доц. Гусева И.А., к.т.н. Хайбуллов К.А, и др.

В отличие от автоматической, ручная сборка изделий широко применяется на большинстве машиностроительных производств. Основными достоинствами ручной сборки являются:

простота реализации производственного процесса;

отсутствие необходимости применения дорогостоящего оборудования;

простота осуществления процесса, в случаях применения селективной сборки, а также методов регулировки, с использованием компенсаторов;

возможность реализации метода пригонки на рабочих местах;

унификация рабочих мест;

высокая адаптация производства к смене номенклатуры выпускаемой продукции.

При всех очевидных достоинствах, у ручной сборки имеется ряд недостатков. Одним из основных недостатков является человеческий фактор. В данном случае, в отличие от автоматической сборки, вся система в меньшей степени зависит от работоспособности оборудования, а на ее производительность в основном влияет производительность труда рабочих. В случае отсутствия сборщика на рабочем месте по любой причине (отпуск, болезнь, увольнение, и т.п.), его нагрузку необходимо перераспределить между остальными рабочими, для предотвращения простоя сборочных работ. При этом если отсутствующий рабочий управлял машиной для запрессовки шпонок на вал, его функции сможет выполнять только рабочий с соответствующей квалификацией, прошедший инструктаж по работе с такой установкой. Данный аспект необходимо учитывать на этапе проектирования сборочных участков и цехов.

Таким образом, на основе комплексного анализа всех особенностей развития современного серийного сборочного производства можно сделать вывод, что одним из возможных эффективных решений при организации производства такого типа может являться применение гибких автоматизированных участков ручной сборки, способных быстро переналаживаться с изготовления одного изделия на другое.

Перспективным вариантом реализации таких участков могут стать автоматизированные сборочные участки линейной планировки (Рис.1).

Рис. 1 Автоматизированный сборочный участок линейной планировки В структуре участков такого типа можно выделить следующие составляющие: 1 – приемо-сдаточная секция;

2 – стеллажный склад;

3 – кран-штабелер;

4 – накопитель;

5 – позиции рабочих-сборщиков. При этом в зависимости от величины грузопотока, проходящего через сборочный участок, может появиться необходимость установки второго крана-штабелера (рис.2а), двух рядов стеллажей (рис.2б), разделение приемо-сдаточной АИТ- Вороненко В. П, Шишин А. Д.

секции на секцию комплектации и секцию сдачи готовой продукции (рис.2в), либо совмещения вышеописанных вариантов в зависимости от требований производства.

а.) б.) в.) Рис. 2 Варианты планировок автоматизированного сборочного участка Принцип работы таких участков заключается в следующем: весь объем работ по сборке требуемой номенклатуры изделий равномерно распределяется между сборщиками, составляется производственное расписание работы участка. Поступающие комплектующие детали приходят на приемо-сдаточную секцию, откуда при помощи крана-штабелера распределяются по ячейкам стеллажного склада. При этом ниже располагаются детали, идущие на сборку первоочередного изделия. Далее, в зависимости от потребности сборщика в деталях, кран-штабелер подает их через накопитель на рабочее место. В случае наличия таковой, крупная базирующая корпусная деталь поступает непосредственно на сборочную позицию, где осуществляется установка собранных комплектов и подузлов в корпус.

Исходя из вышеописанного алгоритма работы участка, в задаче организации его работы можно выделить следующие ключевые этапы:

определение потребного числа сборщиков;

задание очередности сборки изделий и выбор размера партии;

организация структуры автоматизированного склада и способа хранения комплектующих;

формирование операций на сборочных позициях с учетом равномерности загрузки сборщиков;

синтез оптимального планировочного решения;

логистика размещения комплектующих деталей на складе и подачи их на рабочие места.

Исходными данными для проектирования являются – перечень номенклатуры изделий, изготавливаемых на данном участке и пронормированные переходы сборочных операций, разработанные для каждого из изделий.

АИТ-2011 Современные подходы к проектированию серийных автоматизированных сборочных комплексов При определении потребного числа рабочих для повышения точности расчетов необходимо оперировать не приведенной, а конкретной годовой программой выпуска каждого из изделий. Таким образом, число сборщиков определяется по формуле:

n (t Ni ) шт. к.i Q= i =, (1) ФЭ где: n – число изделий, собираемых на данном участке;

tшт.к.i – штучно-калькуляционное время сборки i-го изделия, мин.;

Ni – годовая программа выпуска i-го изделия, шт.;

ФЭ – эффективный годовой фонд работы одного рабочего-сборщика, ч.

Далее, для составления производственного расписания работы участка, необходимо определить, в какой последовательности будут собираться изделия, и выбрать величину партии запуска. При этом следует учитывать возможность параллельной сборки нескольких типов изделий. Однако чем больше изделий одновременно собирается на проектируемом участке, тем больше вероятность совершения ошибки рабочим-сборщиком, вследствие необходимости анализа большого объема информации.

Необходимость наличия склада обуславливается тем, что в структуре производственной системы невозможно добиться идеальной синхронизации между этапами изготовления деталей и их сборки, вследствие колебаний выполнения операций механообработки, отказов оборудования, режущего инструмента и других случайных факторов. Склад выполняет роль демпфирующего элемента при нестабильных дискретных входных параметрах грузопотоков [2]. В данном случае, для временного хранения поступающих комплектующих деталей и крепежных нормалей наиболее рациональным решением является применение стеллажного склада, обслуживаемого автоматическим краном-штабелером. При этом кран-штабелер помимо функций перемещения тары в ячейки склада выполняет функции обслуживания рабочих мест – подачу тары с комплектующими деталями на накопители и перемещение собранных комплектов между сборочными позициями.

Для формирования структуры сборочных операций и распределения их между рабочими местами весь процесс сборки изделия необходимо представить в виде графа связей, или т.н. графа соединений D, E (Рис. 3). В данном графе вершинами являются составляющие детали (их множество обозначается через D), а ненаправленные вектора (множество векторов обозначается через E D D ) представляют собой связи между ними. Выражение N j = {D1, D2,..., Di } j означает, что в j-е изделие N входит i-ое количество деталей D.

Рис. 3 Граф связей деталей в изделии Каждой детали, равно как и связи с целью проведения расчетов ставится в соответствие ряд параметров: Di = {PD1, PD 2,..., PDk }i, E i = {PE1, PE 2,..., PEl }i.

Для деталей такими параметрами являются: m – масса детали;

V - ее объем, определяемый по габаритным размерам, n – число i деталей, одновременно участвующих в текущем переходе.

АИТ- Вороненко В. П, Шишин А. Д.

Каждая связь E определяется двумя параметрами: tо – время реализации данной связи (время выполнения технологического перехода), Муст – маркер устойчивости соединения.

Целью маркера Муст является задание ограничений на определение границ операции, а также на возможность перемещения объекта оборки в текущем состоянии между сборочными позициями. Принцип его работы можно описать на примере операции взвода пружины на оси и поджатия ее шайбой и гайкой (Рис. 4).

Рис. 4 Установка пружины на ось Для того чтобы жестко закрепить пружину 1 на оси 2, рабочий должен ее предварительно сжать. Очевидно, что в таком состоянии передавать комплект на другую сборочную позицию невозможно, потому что пружина просто не будет держаться в соединении. Поэтому, в связи E D1 D2 маркер Муст будет равен логическому 0.

Аналогичная ситуация будет и после установки шайбы 3. Установка гайки 4 фиксирует пружину 1 в сжатом состоянии и при необходимости позволяет передать собранный комплект на следующую рабочую позицию. В данном случае Муст равен логической 1.

Подобным образом кодируется технологический процесс сборки каждого изделия.

Далее, с использованием установленных закономерностей, необходимо сформировать маршрут технологических операций на каждой сборочной позиции. При этом работы должны быть распределены таким образом, чтобы затраты вспомогательного времени были минимальными. Для этого требуется одновременно выполнить два условия:

1. Мощность грузопотоков внутри участка должна быть минимальной;

2. Операции должны быть максимально синхронизированы по времени выполнения.

Одним из основных показателей эффективности проектного решения, которые используются при синтезе сборочных производств, является мощность грузопотоков M, определяемая по формуле:

Оп E M = (mik lik ), (2) i =1 k = где: mik – масса i-ой сборочной единицы после k-ой операции;

lik – перемещение i-ой сборочной единицы после k-ой операции;

i – номер сборочной единицы;

k – номер операции;

E – количество собираемых сборочной единицы;

Оn – количество операций.

Следует отметить, что основным звеном, реализующим материальные потоки внутри участка, является автоматический кран-штабелер. Таким образом, задача минимизации грузопотока может быть решена за счет оптимизации работы крана-штабелера по перемещению деталей и собранных комплектов: внутри склада, между складом и накопителями, и между сборочными позициями. При этом следует учитывать специфику функционирования, характерную для кранов-штабелеров, обслуживающих производственные участки.

Такая специфика, описана в диссертации к.т.н. Седых М.И., где исследована динамика работы механизмов крана-штабелера, дана методика расчета времени выполнения цикла по установке – выемке тары из ячейки стеллажа, а также разработана имитационная модель работы и алгоритм проектирования приемо-сдаточной секции участка [4].

АИТ-2011 Современные подходы к проектированию серийных автоматизированных сборочных комплексов Проблема синхронизации операций сборочных процессов в литературе известна как задача балансировки сборочной линии [3]. На данный момент ее модификации и способы решения активно изучаются в Институте Проблем Управления РАН.

Анализ научных работ, посвященных методам синтеза производственных систем, показал, что на сегодняшний день не существует методики, позволяющей в комплексе решать обе вышеописанные задачи, вследствие того, что текущие исследования способов решения каждой из них рассматривались раздельно и применимо к разным областям науки организации производства.

В результате, для обеспечения эффективной организации работы автоматизированных сборочных участков линейной планировки на данный момент ведется разработка алгоритмов, позволяющих равномерно распределять операции технологического процесса сборки изделия между позициями рабочих с учетом минимальной загрузки автоматического крана-штабелера. Известно, что задачи такого рода относятся к классу неполиномиально полных (NP-полных), для которых на данный момент не существует алгоритмов точного решения, а применение метода полного перебора в большинстве случаев является крайне неэффективным. Однако за последние 20 лет для решения таких задач было создано большое число методов оптимизации, дающих возможность получения приближенного решения по эвристическим алгоритмам за время, линейно зависящее от количества рассматриваемых объектов. Анализ задач оптимизации, решаемых в сфере проектирования машиностроительных производств, показал, что наибольшее распространение получили генетические алгоритмы – эволюционный метод структурного синтеза и параметрической оптимизации, основанный на моделировании некоторых свойств механизма наследственности, имеющего место в живой природе. Таким образом, для решения поставленной задачи применяются генетические алгоритмы, учитывающие особенности построения технологических процессов сборочных единиц, как основной метод численной оптимизации.

Решение поставленных задач позволяет значительно снизить себестоимость сборки изделий, за счет сокращения цикла их сборки, уменьшения количество сборщиков и транспортных рабочих, что в итоге повышает конкурентоспособность производственных систем.

Библиографический список 1. Организация сборочного производства: ресурс].

[Электронный (http://legkoprom.ru/index23.html). Проверено 29.10.2010 г.

2. Вороненко В.П., Соломенцев Ю.М., Схиртладзе А.Г. Проектирование машиностроительного производства: учебник для вузов. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2007. – 380 с.

3. Губко М.В. Балансировка сборочной линии и задачи поиска оптимальных иерархий // II школа-семинар молодых ученых "Управление большими системами" Сборник трудов II конференции, том 1 - Воронеж: Научная книга. 2007. С. 7-13.

Седых М.И. Повышение эффективности автоматизированных механообрабатывающих участков серийного производства путем рационального построения приемо-сдаточных секций :: диссертация... кандидата технических наук: 05.13.06.- Москва, 2007 - 155 с.

Сведения об авторах Вороненко В. П.– профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва, vvoronenko@stankin.ru Шишин А. Д.- студент, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва, thewayfarer@mail.ru АИТ- Гвоздкова С. И., Шварцбург Л. Э.

СОКРАЩЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ПОСРЕДСТВОМ УМЕНЬШЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Гвоздкова С. И.- доцент, Шварцбург Л. Э.-профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный технологический университет СТАНКИН», г.Москва Рассмотрены вопросы сокращения потерь энергии в производственной системе.

Проведен анализ причин потерь энергии в процессе ее преобразования для производственного оборудования. Рассмотрен подход уменьшения потерь энергии посредством сокращения реактивной мощности.

Электрическую энергию широко используют во всех отраслях промышленности:

преобразуют ее в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую) в целях приведения в действие машин и механизмов, получения тепла и света. Однако получение, передача и преобразование электрической энергии сопровождается потерями энергии.

Экономное рациональное использование электрической энергии, максимальное сокращение потерь в процессе ее потребления, передачи, преобразования является важнейшей задачей.

Проанализируем причины потерь энергии в процессе ее преобразования на производственном оборудовании. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателями. Потери энергии включают в себя потери, величина которых зависит от режима обработки и потери, величина которых не зависит от параметров технологического процесса, а определяется параметрами оборудования.

Важной характеристикой асинхронного двигателя является его коэффициент мощности cos. Он показывает, какая часть полной мощности, поступающей из сети, расходуется на потери и преобразование в механическую работу. Коэффициент мощности асинхронного двигателя зависит от нагрузки, достигая значений 0,7-0,9 при номинальном режиме работы и снижаясь до 0,2-0,3 при холостом ходе. При низком значении коэффициента мощности сеть нагружается реактивными токами. Поэтому при эксплуатации асинхронного двигателя следует стремиться к повышению его cos, в частности необходимо обеспечивать двигатель полезной нагрузкой, близкой к номинальной. Потери энергии характеризуются увеличением реактивной мощности и снижением коэффициента мощности. Уменьшение потерь энергии характеризуется уменьшением реактивной мощности Р, что соответствует более эффективному использованию источника энергии.

1 P P P = S cos ;

S = P 2 + Q 2 = f cos ;

cos = S =.

P2 + Q В современном металлообрабатывающем оборудовании в качестве электромеханических преобразователей используют в основном асинхронные электродвигатели. Величина реактивной мощности (и коэффициента мощности) электродвигателя во многом зависит от правильного выбора, степени его загрузки, от соблюдения правил эксплуатации.

Рассмотрим общий принцип сокращения потерь энергии посредством уменьшения реактивной мощности Р. Между повышением коэффициента мощности установки и снижением потребления реактивной мощности Q существует связь: уменьшение реактивной мощности способствует увеличения коэффициента мощности cos. Снижение потребления реактивной мощности на величину Qk = S n до величины Q ' означает, что величина угла также уменьшается до значения n. Это означает, что величина коэффициента мощности увеличивается с величины cos до величины cos n. Использование компенсирующих АИТ-2011 Сокращение потерь энергии посредством уменьшения реактивной мощности устройств предполагает дополнительные потери активной мощности Pk,что является нежелательным при работе станка. На рис.1 представлен общий подход к сокращению потерь энергии.

Рис. 1 Общий подход сокращения потерь энергии.

Учитывая, что активная мощность это постоянная величина (P=const), то уменьшение реактивной мощности приведет к уменьшению полной энергии. Это позволит уменьшить потребление энергии.

Одним из методов сокращения реактивной мощности путем повышения коэффициента мощности cos является разработка технологий, которые обеспечивают номинальную нагрузку оборудования. В общем случае, цикл обработки изделий на производственном оборудовании представляет собой совокупность последовательно выполняемых операций. Для выполнения каждой из операций необходима соответствующая механическая мощность. Среднее значение механической мощности цикла обработки изделий на данном оборудовании характеризуется эквивалентной мощностью P. По значению эквивалентной мощности оценивается степень его загрузки, то есть общая эффективность использования электродвигателя.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:





 
© 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.