Технологическое обеспечение проектирования обработки деталей свободными абразивами в цифровом производстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Мордовцев Алексей Александрович

• Мордовцев Алексей Александрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Мордовцев Алексей Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Принятые сокращения и условные обозначения

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Состояние вопроса и постановка задачи исследований

1.1 Технологическое обеспечение цифрового производства

1.2 Сущность и технологические возможности виброабразивной обработки деталей

1.3 Надежность технологических процессов виброабразивной обработки

1.4 Краткий обзор работ в области виброабразивной обработки

1.5 Краткий обзор работ в области обеспечения надежности

1.6 Цель и задачи исследований

Глава 2 Теоретические исследования обработки внутренних поверхностей деталей свободными абразивами

2.1 Исследование процессов единичного взаимодействия

2.2 Расчет удаления металла

2.3 Исследование формирования шероховатости обработанной поверхности

2.4 Определение параметров установившейся шероховатости

2.5 Разработка методики расчета времени обработки

2.6 Разработка методики определения толщины снимаемого слоя

2.7 Разработка методики оценивания надежности технологического процесса виброабразивной обработки с учетом расположения поверхности

Глава 3 Методика проведения экспериментальных исследований

3.1 Технологическое оборудование

3.2 Приборы и приспособления для экспериментальных исследований

3.3 Образцы для исследования

3.4 Рабочие среды

3.5 Статистическая обработка результатов экспериментов

3.6 Методика оценивания шероховатости

3.7 Методика определения съёма металла

3.8 Методика определения коэффициента эффективной скорости соударения гранулы с внутренней поверхностью кэф в

3.9 Методика определения коэффициента соотношения размеров (соотношение длины к размеру поперечного сечения внутренней поверхности детали) кср

Глава 4 Экспериментальные исследования процесса ВиАО деталей, имеющих различно расположенные поверхности

4.1 Определение коэффициента эффективной скорости соударения абразивной гранулы с внутренними поверхностями кэф.в

4.2 Исследование съема металла с внутренних поверхностей детали

4.3 Определение коэффициента соотношения размеров (соотношение длины к размеру поперечного сечения внутренней поверхности детали) кср

4.4 Исследование формирования установившейся шероховатости внутренней поверхности детали

4.5 Исследование толщины снимаемого слоя с обрабатываемой поверхности

4.6 Исследование надежности технологического процесса ВиАО различно расположенных поверхностей детали

Глава 5 Рекомендации по проектированию технологических процессов

ВиАО деталей, имеющих различно расположенные поверхности

5.1 Рекомендации по проектированию технологического процесса ВиАО

5.2 Оценивание надежности проектируемого технологического процесса ВиАО

5.3 Методика оптимизации проектируемого технологического процесса

5.4 Методика оптимизации технологического процесса ВиАО деталей, имеющих различно расположенные поверхности с учетом

его надежности

5.5 Практическое применение результатов 130 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 133 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 134 Приложение 1. Акт промышленных испытаний

Принятые сокращения и условные обозначения

ВиАО - виброабразивная обработка;

ТП - технологический процесс;

ТЖ - технологическая жидкость;

ТПП - технологическая подготовка производства;

ТС - технологическая система;

цЗф _ целевая экономическая функция;

ИЗПОФ - исходное значение параметра ограничительной функции; ТЗПОФ - требуемое значение параметра ограничительной функции; ПЗПОФ - получаемое значение параметра ограничительной функции; N3 - зернистость;

г0 - номинальное количество зерен на единице поверхности абразивной

гранулы;

Я - характерный размер гранулы, равный радиусу описанной окружно-

сти;

Рг - плотность абразива;

Р - угол встречи гранулы с наружной поверхностью детали;

Рв - угол встречи гранулы с внутренней поверхностью детали;

Ьед - единица длины;

А - амплитуда колебаний рабочего резервуара;

а - частота колебаний рабочего резервуара;

кэф - коэффициент эффективной скорости, учитывающий влияние соседних гранул на энергию удара гранулы при обработке наружных поверхностей;

кэфв - коэффициент эффективной скорости, учитывающий влияние соседних гранул на энергию удара гранулы при обработке внутренних поверхностей; ? - время обработки;

с - коэффициент несущей способности контактной поверхности;

ст3 - предел текучести материала детали;

рд - плотность материала детали;

кс - коэффициент стружкообразования;

/ - коэффициент пропорциональности при резании;

Яазад - среднее арифметическое отклонение заданной (требуемой) шероховатости поверхности;

^ауст - среднее арифметическое отклонение установившейся шероховатости поверхности;

^ - эффективная скорость соударения гранулы с наружной поверхностью;

Кфв - эффективная скорость соударения гранулы с внутренней поверхностью;

кд - коэффициент, учитывающий влияние зернистости абразивной гра-

нулы на фактическую площадь контакта;

^тах - максимальная глубина внедрения абразивной гранулы при обработке наружных поверхностей;

Ьтах в - максимальная глубина внедрения абразивной гранулы при обработке внутренних поверхностей;

а - большая полуось эллипса контакта;

Ь - малая полуось эллипса контакта;

к - коэффициент, учитывающий соотношение размеров (соотношение

длины к размеру поперечного сечения внутренней поверхности детали);

р - геометрическая вероятность события, заключающегося в том, что

любая точка квадрата упаковки покрывается пятном контакта за один цикл воздействия массы абразивных частиц;

Р2 - вероятность события, заключающегося в том, что взаимодействие

абразивной частицы с поверхностью детали приведет к микрорезанию;

V - объем металла, удаляемого при единичном взаимодействии абразив-

ной гранулы с наружными поверхностями;

V - объем металла, удаляемого при единичном взаимодействии абразив-

ной гранулы с внутренними поверхностями; Ч - съем металла при единичном взаимодействии абразивной гранулы с

наружными поверхностями; Чв - съем металла при единичном взаимодействии абразивной гранулы с

внутренними поверхностями; б - общий съем металла при обработке наружной поверхности;

бв - общий съем металла при обработке внутренней поверхности;

Дбв - съем металла с единицы площади внутренней поверхности (удельный съем металла); Т - допуск на контролируемый параметр;

ар - поле рассеяния контролируемого параметра;

Кр - коэффициент мгновенного рассеивания (по контролируемому параметру);

Кс - коэффициент смещения (контролируемого параметра);

Д(7) - среднее значение отклонения контролируемого параметра относительно середины поля допуска в момент времени ? К3 - коэффициент запаса точности (по контролируемому параметру);

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое обеспечение проектирования обработки деталей свободными абразивами в цифровом производстве»

ВВЕДЕНИЕ

Технология машиностроения - наука, изучающая технологические процессы изготовления изделий машиностроения требуемого качества в заданных количествах при наименьшей себестоимости. Для обеспечения требуемого уровня качества применяются различные методы финишной обработки. Развитие цифровых технологий привело к так называемой промышленной революции 4.0. Интеграция цифровых технологий в машиностроительное производство повышает его эффективность за счет снижения затрат на технологическую подготовку производства, сокращения сроков изготовления изделия, повышения автоматизации и гибкости производства, создания безлюдного производства.

Одним из недостатков машиностроительного производства является сложность реагирования на изменение номенклатуры изготовляемой продукции. Цифровые технологии позволили создать концепцию цифрового производства - гибкого, автоматизированного производства. Некоторые методы финишной обработки не могут полноценно использоваться в цифровом производстве так как вызывают сложность автоматизации и не обладают требуемой гибкостью. Для решения этого вопроса были разработаны методы обработки в свободных абразивах. Одним из перспективных и наиболее распространенных методов является виброабразивная обработка. Данный метод обработки обладает широкими технологическими возможностями, высокой степенью автоматизации и успешно внедрен на многих предприятиях.

Важным вопросом цифрового производства является надежность технологической системы технологических процессов. Цифровое производство подразумевает собой «безлюдное производство». Большую часть времени станки работают без участия человека при помощи датчиков и интернета вещей. Это позволяет собирать данные о процессах, происходящих во время обработки в виде неструктурированной информации и преобразовывать ее в структурированную, понятную человеку, информацию, которую можно использовать для обеспечения надежности технологического процесса.

Большой объем проведенных исследований в области ВиАО позволил выявить технологические возможности метода. Вместе с этим многие ученые разработали теоретические и эмпирические зависимости влияния технологических параметров процесса на съём металла и шероховатость обработанной поверхности. Несмотря на внушительный объем работ некоторые вопросы вызывают особенный интерес. Одним из таких вопросов является влияние расположения поверхностей детали на производительность и качество обработки. Известны результаты экспериментальных исследований, в которых установлено различие обработки наружных и внутренних поверхностей, но теоретические исследования этого обстоятельства не проводились. Данная работа посвящена решению этого вопроса.

В работе представлен анализ априорных результатов исследований в области ВиАО. Разработана новая уточненная модель единичного взаимодействия абразивной гранулы с различно расположенными поверхностями детали. Разработаны теоретические модели съема металла и формирования качества поверхностного слоя при обработке внутренних поверхностей детали свободными абразивами.

Проведены экспериментальные исследования по влиянию технологических режимов обработки, зернистости и грануляции рабочей среды. В результате проведенных экспериментальных исследований подтверждена адекватность предложенных теоретических зависимостей.

Рассмотрены особенности обработки внутренних поверхностей - влияние соотношения длины к размеру поперечного сечения внутренней поверхности детали; соотношения размера гранулы к размеру поперечного сечения внутренней поверхности детали. Получены банки соответствующих коэффициентов.

Исследована толщина снимаемого слоя при обработке особо точных деталей.

Оценена надежность технологического процесса виброабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей детали при разбросе технологических параметров 5%, 10% и 15%.

Разработаны технологические рекомендации и методика оптимизации технологических процессов виброабразивной обработки деталей, имеющие различно расположенные поверхности.

Цель работы заключается в повышении эффективности технологических процессов обработки свободными абразивами деталей, имеющих различно расположенные поверхности, в цифровом производстве с обеспечением их надежности.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

1. создать уточненную модель единичного взаимодействия абразивной гранулы с различно расположенными поверхностями детали при обработке свободными абразивами;

2. рассмотреть особенности обработки внутренних поверхностей детали:

- влияние соотношения длины к размеру поперечного сечения;

- влияние соотношения размера гранулы к размеру поперечного сечения;

3. оценить толщину снимаемого слоя с различно расположенных поверхностей при обработке особо точных деталей;

4. оценить влияние разброса технологических параметров на надежность процесса виброабразивной обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности;

5. разработать методику оптимизации технологических процессов обработки свободными абразивами деталей, имеющих различно расположенные поверхности, для цифрового производства.

Объектом исследования является технологический процесс обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности, свободными абразивами.

Предметом исследования является процесс формирования шероховатости и съема металла с различно расположенных поверхностей при обработке свободными абразивами на примере виброабразивной обработки (ВиАО) с учетом обеспечения надежности в цифровом производстве.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа представляет собой решение актуальной научно-технической задачи повышения эффективности обработки деталей, имеющих

различно расположенные поверхности, свободными абразивами. Содержание исследований соответствует специальности 2.5.6 (05.02.08) «Технология машиностроения». Область исследования: №2 (Технологические процессы, операции, установы, позиции, технологические переходы и рабочие хода, обеспечивающие повышение качества изделий и снижение их себестоимости) и №5 (Методы проектирования и оптимизации технологических процессов).

Методологической базой исследований являются основные положения таких областей науки как технология машиностроения, теоретическая механика, теория вероятностей и математическая статистика.

Методы исследования. Эксперименты были выполнены в кафедральных лабораториях НИИ «Вибротехнологии», при этом использовались опытно-промышленное оборудование и поверенные приборы.

Достоверность научных результатов обеспечивается путем постановки корректно сформулированной математической задачи, адекватностью полученных закономерностей влияния технологических параметров на качество поверхностного слоя обработанных деталей, использования современных приборов и оборудования для экспериментальных исследований, использованием статистической обработки результатов исследований, хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами экспериментов и апробацией полученных рекомендаций в современном производстве.

Научная новизна.

1. Получена уточненная модель единичного взаимодействия абразивной гранулы с различно расположенными поверхностями детали.

2. Разработана методика оценки надежности технологического процесса обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности, свободными абразивами на стадии технологической подготовки производства.

3. Разработана методика оптимизации технологических процессов обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности, свободными абразивами.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке теоретических зависимостей, раскрывающих влияние технологических параметров на съем металла и формирование шероховатости деталей, имеющих различно расположенные поверхности, на основе которых разработана методика оптимизации технологического процесса обработки свободными абразивами с учетом обеспечения его надежности.

Практическая значимость работы заключается в разработке методики инженерных расчетов параметров обработки свободными абразивами и качества поверхностного слоя обработанной детали.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. модели формирования съема металла и установившейся шероховатости для различно расположенных поверхностей детали;

2. особенности обработки внутренних поверхностей с учетом соотношения длины к размеру поперечного сечения внутренней поверхности детали;

3. влияние разброса технологических параметров и величины допуска контролируемого параметра на надежность технологического процесса;

4. методика и алгоритм оптимизации технологических процессов обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности, с учетом обеспечения их надежности.

Личный вклад автора состоит в обосновании актуальности темы, постановке цели и задач исследований, разработке теоретических зависимостей, разработке методики и осуществлении экспериментов, анализе результатов, на основании которых произведены обоснованные выводы, корректные публикации результатов.

Апробация работы. Основные положения прошли апробацию при выполнении докладов на следующих Международных и всероссийских конференциях и симпозиумах:

- XIX Всероссийская научно-техническая конференция аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации (АКТТИ-2018) Пермь, 15 - 17 ноября 2018 г.

- XX Всероссийская научно-техническая конференция аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации (АКТТИ-2019) Пермь, 14 - 15 ноября 2019 г. при поддержке министерства образования и науки пермского края и ПАО «научно-производственное объединение «Искра»

- Перспективные направления развития отделочно-упрочняющей обработки и виброволновых технологий Ростов-на-дону, 28 февраля 2020 года

- Фундаментальные основы физики, химии и механики наукоёмких технологических систем формообразования и сборки изделий Ростов-на-дону, 22-26 сентября 2020 года

- Научный семинар технологов-машиностроителей "Перспективные направления развития финишных и виброволновых технологий" Ростов-на-дону, 26 февраля 2021 года

- Intelligent information technology and mathematical modeling 2021, IITMM 2021 Divnomorskoe, 31 мая - 06 июня 2021 года

- Новые технологии в машиностроении Воронеж, 14-15 октября 2021 года

- Машиностроительные технологические системы, Азов, 26-29 мая 2022 года

Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы

опубликовано 13 научных работ, в том числе 1 статья в международной реферативной базе Scopus, 5 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложения. Основная часть работы изложена на 142 страницах, содержит 51 рисунок, 56 таблиц. Список литературы включает 85 наименований, в том числе 11 зарубежных источников.

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Донского государственного технического университета.

ГЛАВА 1 Состояние вопроса и постановка задачи исследований 1.1 Технологическое обеспечение цифрового производства

Цифровые технологии уже давно являются неотъемлемой частью жизнедеятельности человечества. Интеграция цифровых технологий в машиностроительное производство позволяет повысить гибкость производства, эффективность технологической подготовки производства, обеспечить надежность технологических процессов и сократить затраты на производство.

Новейшие технологические системы оборудованы датчиками, сенсорами для сбора информации о состоянии и процессах, протекающих в зоне обработки. Технологические системы, объединённые в одну индустриальную сеть способны об -мениваться информацией и при помощи искусственного интеллекта принимать решения без участия человека. Такой подход к производству уже давно прогнозируется «четвертой промышленной революцией», которая реализуется через концепцию «Индустрия 4.0» [68,81].

Концепция «Индустрия 4.0» изначально появилась в Германии [75], где ее называют «Industrie 4.0». Концепция заключается в повышении эффективности машиностроительных производств посредством внедрения цифровых систем. Эффективность заключается в оснащении технологических систем, заготовок, деталей, оснастки «цифрой», с помощью которой можно отслеживать весь жизненный цикл изделия от проектирования до утилизации. Эти системы находятся в постоянном обмене информации для обеспечения требуемого уровня качества изделий. Внедрение концепции «Индустрия 4.0» позволит машиностроительным производствам обеспечить требуемое качество изделий, обеспечить надежность технологических систем и процессов, повысить гибкость производства, его экономичность и эколо-гичность.

Смена производственных процессов и технологий основана на следующих ключевых принципах: [75]

- датчики, которыми оснащено оборудование для сбора неструктурированной информации;

- интернет вещей - объединенная сеть оборудований для обмена информации;

- облачные сервисы, предоставляющие возможности компьютерных вычислений как интернет-сервис;

- интеграционные платформы, задача которых проанализировать данные поступающие с датчиков;

- Big Data (большой объем информации, обработанный машиной и предоставлен для пользования человеку).

Современные цифровые технологии позволяют выполнять аналитические работы с большим объемом информации (Big Data) [80, 85], поступающей от технологической системы. В работе [85] представлена «5С architecture» цифровых систем:

1. связь (англ. connection);

2. преобразование (англ. conversion);

3. кибер-уровень (англ. cyber level);

4. познание (англ. cognition);

5. регулирование (англ. configuration).

Первый уровень характеризуется сбором данных при помощи различных сенсоров и датчиков. На втором уровне происходит преобразование неструктуриро -ванной информации (фото, видео, аудио) в структурированную (графики, диаграммы, таблицы). Третий уровень служит архивом для хранения собираемой информации. На четвертом уровне формируются возможные для принятия варианты решений. На пятом уровне принимается оптимальное решение.

В работе [81] рассмотрен результат внедрения киберфизических систем в заводские процессы. Предложена система, собирающая информацию с датчиков оборудования на всем жизненном цикле - от введения в эксплуатацию до списания. На основе данной информации формируется «цифровой двойник», представляющий точную копию физического объекта с полным набором кинематических и физико-механических свойств.

Примеры внедрения индустрии 4.0:

- производитель мотоциклов Harley Davidson теперь осуществляет сборку в течение шести часов, а не трех недель;

- компания Mercedes тестирует качество и надежность всех своих двигателей. Технология представляет собой систему из датчиков, которые устанавливаются на двигатели. Они анализируют их работу в реальном времени, проверяя сразу 3000 различных показателей в секунду;

- компания «БелАЗ» оснащает грузовики онлайн-системой для проверки важных показателей, таких как давление в шинах, нагрузка по осям и т.д. С по -мощью этих данных водители могут определить степень нагрузки транспортного средства и эффективнее планировать графики технического обслуживания.

Важным преимуществом цифрового производства является высокая степень автоматизации и гибкости, которая позволяет изготавливать продукцию с индивидуальными характеристиками.

Для реализации высокой гибкости производства особенно на финишных операциях разработаны методы обработки в гранулированных средах. Реализуется это за счет возможности обрабатывать одновременно большое количество нежестких деталей различных форм, размеров и конфигурации без базирования и закрепления. Высокая степень автоматизации достигается за счет применения магнитных барабанов для сепарации деталей от рабочих гранул, а в случае, если деталь является немагнитной автоматических ситовых разгрузочных устройств.

В цифровом производстве особенно важно уделить внимание вопросу надежности технологических систем. Большую часть времени оборудование функционирует без участия человека. Использование датчиков и интернета вещей позволяет в реальном времени отслеживать работу станка, собирать данные о текущем состоянии оборудования и проводить тестирование с целью диагностики и предупреждения предаварийного состояния. Применение автоматизированной подналадки (адаптивного управления) позволяет технологической системе стать устойчивой к внешним и внутренним воздействиям, которые влияют на качество обработки.

Адаптация позволяет технологической системе реагировать на изменения и осуществлять восстановление технологических режимов, утраченных во время работы.

1.2 Сущность и технологические возможности виброабразивной обработки деталей

Машиностроение является активно развивающейся отраслью. Задача обеспечения требуемого уровня качества изделий при минимальной себестоимости реа-лизовывается на финишных операциях. Для решения этой задачи используются методы обработки свободными абразивами. С развитием цифровых технологий автоматизация выходит в число важнейших задач машиностроения. Обработка закрепленным абразивом имеет как ряд преимуществ (высокая производительность, точность, низкая шероховатость поверхности детали), так и недостатков (ограничение в обрабатываемой форме поверхностей, высокие температуры, сложность автоматизации). Методы обработки свободными абразивами не имеют этих недостатков.

Наиболее распространенным представителем этих методов является виброабразивная обработка (ВиАО). ВиАО внедрена на многих производствах благодаря своим широким технологическим возможностям, низкой себестоимости, а также высокой производительности.

Виброабразивная обработка - это механический метод обработки деталей со съемом металла в виде микростружки. При добавлении химически активных добавок позволяет отнести данный метод к комбинированным (химико-механический). В процессе обработки гранулы случайным образом соударяются с поверхностью детали (стохастически) и в тоже время занимают различное положение в рабочем резервуаре, что позволяет обрабатывает различно расположенные поверхности равномерно. В процессе абразивного изнашивания происходит сглаживание микрогеометрии поверхности детали путем микрорезания гранулами рабочей среды, совершающие колебательное движение.

Благодаря конструкции станка в процессе обработки резервуару сообщаются вибрации, которые в последствии передаются абразивным гранулам. Результатом

этих вибраций является ударное взаимодействие рабочих сред с поверхностью обрабатываемой детали.

В рабочий резервуар, в зависимости от технологической задачи, загружают рабочие среды и детали. На рисунке 1.1 представлена схема вибрационной обработки в среде абразива.

1 6

Рисунок 1.1 Схема процесса виброабразивной обработки рабочий резервуар; виброплатформа; упругие элементы; абразивная среда; обрабатываемые детали; шланги для подачи ТЖ; шланги для слива ТЖ; насос;

сливной бак; вибровозбудитель; основание; виброопоры.

1. 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8. 9. 10 11 12

Рабочий резервуар (1) базируется и закрепляется на виброплатформе (2) и упругих элементах (3), что позволяет совершать колебательные движения в различных направлениях. Колебания рабочий резервуар получает от вибровозбудителя (10). ВиАО осуществляется в низкочастотном диапазоне колебаний до 50 Гц и амплитудой от 0,5 мм до 6 мм. Рабочий резервуар выполнен в ^образной форме, который сообщает рабочей среде и обрабатываемым деталям циркуляционной движение. На дне резервуара обработка происходит интенсивнее за счет усилия всей массы загрузки.

Виброабразивная обработка сопровождается подачей технологической жидкости, для удаления продуктов износа. Различные химические добавки в составе ТЖ могут влиять на интенсивность обработки, но самое главное применение - предотвращение коррозии. Конструкция резервуара позволяет регулировать скорость слива ТЖ, тем самым влиять на интенсивность обработки. ТЖ способствует охлаждению деталей в процессе обработки, но температура внутри резервуара не вы -сока и не оказывает существенного влияния на процесс обработки.

Режимы обработки (амплитуда, частота), зернистость и грануляция абразивной среды, физико-механические свойства материала детали, объём заполнения резервуара являются основными факторами, влияющими на производительность и качество обработки.

Многие исследователи отмечают, что расположение поверхности оказывает влияние на производительность и качество вибрационной обработки в среде абразива. Связано это с тем, что доступ для гранул может быть затруднен и, соответственно, интенсивность обработки будет отличаться.

1.3 Надежность технологических процессов виброабразивной обработки

Надежность технологической системы и осуществляемого ей технологического процесса - это свойство обеспечивать требуемый уровень качества детали и допускаемую нестабильность на технологических операциях, на всех этапах обработки. [17,18,19,20].

Технологическая система (ТС) — это сложная динамически замкнутая система, включающая в себя станок, приспособления, рабочие среды, деталь [16,33,44,66].

Для обеспечения стабильности требуемого уровня качества деталей необходимо проанализировать работу технологической системы ВиАО и выяснить особенности, препятствующие обеспечению надежности технологического процесса в цифровом производстве.

Решения, которые может принять человек при изготовлении продукции могут оказывать влияние на надежность в большей степени, так называемый «человеческий фактор». Под «человеческим фактором» понимается ошибочное принятие решения человеком. Чем выше уровень автоматизации производства, тем ниже влияет «человеческий фактор» на качество детали.

На этапе технологической подготовки производства (ТПП) ставится цель -обеспечить требуемый уровень качества, допускаемую нестабильность, высокую производительность при наименьшей себестоимости. Решение такой задачи требует комплексного подхода в выборе технологических параметров и обеспечении их минимального разброса. Как итог, надежность ТС следует обеспечивать как по техническим, так и по экономическим показателям. [2,29].

Одним из главных факторов, влияющих на надежность технологических процессов являются технологические параметры обработки. При ВиАО имеет место износ обрабатывающих сред. Как и в случае с износом режущего инструмента, износ рабочей среды является источником систематических переменных погрешностей. Существуют исследования в области износа рабочих сред при обработке свободными абразивами [40,60]. Полученные зависимости позволяют рассчитать время, через которое следует заменить рабочие среды. При ВиАО имеет место разброс технологических параметров, который является причиной случайной погрешности. В условиях цифрового производства, где оборудование снабжено датчиками, позволяющие отслеживать технологические параметры в режиме реального времени, разработана система адаптивного контроля. Искусственный интеллект,

проанализировав информацию с датчиков, даст сигнал и осуществит подналадку оборудования.

Эти погрешности в значительной мере влияют на надежность ТС ТП в цифровом производстве при обработке особо точных изделий (квалитет ниже 8), так как при большом разбросе технологических параметров, требуемый уровень качества и допускаемая нестабильность не будут обеспечены.

Для оценки надежности технологических процессов ВиАО необходимо рассчитать по количественному признаку показатели точности, которые регламентируются ГОСТ 27.202-83 [18]

При расчете надежности технологической системы необходимо учитывать требуемый уровень качества и допускаемую нестабильность точности изделия.

К основным факторам, влияющие на результат технологического процесса виброабразивной обработки относятся:

- физико-механические свойства материала обрабатываемой детали;

- расположение поверхностей обрабатываемых деталей;

- технические требования, предъявляемые к детали;

- режимы обработки (амплитуда, частота колебаний, применение ТЖ, объем загрузки)

- параметры обрабатывающей среды (твердость, размер гранулы, зернистость, плотность).

Регламентом ГОСТ 27.202-83 предусмотрена оценка надежности ТС по параметрам качества изготовляемой продукции. При контроле по количественному признаку определяют значения показателей точности:

1. Коэффициент мгновенного рассеяния (по контролируемому параметру)

К ; (1.1)

р ^ ' у 7

где сор (г) - достигнутая нестабильность в партии деталей контролируемого

параметра в момент времени г,

Т - допускаемая нестабильность в партии деталей.

2. Коэффициент смещения (контролируемого параметра)

K; (1.2)

где À(t) - среднее значение отклонения контролируемого параметра относительно середины поля допуска в момент времени t.

Â(t ) = |x(t ) - x0|; (1.3)

где x (t ) - среднее значение контролируемого параметра,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мордовцев Алексей Александрович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под ред. А.Н. Резникова. - М.: Машиностроение, 1977. - 391 с.

2. Андросов А.А. Надежность технических систем: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2000. -169 с.

3. Бабичев А.П. Исследование технологических основ процессов обработки деталей в среде колеблющихся тел (вибрационной обработки) с использованием низкочастотных вибраций: Дис. ... д-ра техн. наук - Ростов н/Д, 1975. - 462 с.

4. Бабичев А. П. Основы вибрационной технологии / А. П. Бабичев, И. А. Бабичев; Донской государственный технический университет. - 2-е издание, переработанное и дополненное. - Ростов-на-Дону: Донской государственный технический университет, 2008. - 693 с.

5. Бабичев А.П., Теоретико-вероятностная модель процесса виброобработки плоской детали в случае эллиптических пятен контакта Ростов-на-Дону: Межвуз. сб., 1981. С. 8 - 10.

6. Богомолов Н.И. О работе трения в абразивных процессах /Труды ВНИИАШ. -1965. - N1. - С. 27 - 29.

7. Брандт З. Статистические методы анализа наблюдений / Брандт З. - М.: Книга по Требованию, 2013. - 312 с

8. Бурштейн И.Е. и др. Объемная вибрационная обработка / Бурштейн И.Е., Ба-лицкий В.В., Духовский А.Ф. - М.: ЭНИМС, 1984. - 56 с.

9. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов/ E.C. Вентцель. - 10-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2006. - 575 с

10. Венцкевич Г.С. Влияние некоторых параметров абразивного наполнителя на эффективность процесса шлифования в вибрирующих резервуарах: Дис. ... канд. техн. наук - Ворошиловград, 1985. - 175 с.

11. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /Ред. В. Н. Челомей (пред). — М.: Машиностроение, 1980

12. Виноградов В.Н. и др. Абразивное изнашивание / Виноградов В.Н., Сорокин Т.М., Колокольников М.Г. - М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.

13. Виноградов и др. Изнашивание при ударе / Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Ал-багагиев А.Ю. - М.: Машиностроение, 1982. - 192 с.

14. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для вузов / В.Е. Гурман. - 9-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2003. - 479 с.

15. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей: Учебник / Предисл. А.Н. Ширяева. Изд. 10-е, доп. -М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. - 488 с.

16. Горохов В.А., Схиртладзе Ф.Г., Беляков Н.В., Махаринский Е.И., Махаринский Ю.Е., Ольшанский В.И. Основы технологии машиностроения и формализованный синтез технологических процессов. - Старый Оскол «ТНТ», 2011

17. ГОСТ 27.003-2016 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. 38 стр.

18. ГОСТ 27.004-85 Надежность в технике. Системы технологические. Термины и определения. 10 стр.

19. ГОСТ 27.202-83 Надежность в технике. Технологические системы. Методы оценки надежности по параметрам качества изготовляемой продукции

20. ГОСТ 27.204-83 Надежность в технике. Технологические системы. Технические требования к методам оценки надежности по параметрам производительности. 28 стр.

21. Гребенкин Р.В. Повышение надежности отделочно-упрочняющей вибрационной обработки: Дис. ... канд. техн. наук - Ростов н/Д, 2018. - 152 с.

22. Григорьян Г. Д. Элементы надежности технологических процессов: Учеб. пособие. — Киев; Одесса: Вища школа, 1984. — 214 с.

23. Гудушаури Э.Г., Пановко Г.Я. Теория вибрационных технологических процессов при некулоновом трении. - М.: Наука, 1988. - 144 с.

24. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. - М.: Мир. 1989. - 510 с.

25. Димов Ю.В. Обработка деталей свободным абразивом. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. - 293с.

26. Димов Ю.В. Обработка деталей эластичным инструментом. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. - 352с.

27. Димов Ю.В. Управление качеством поверхностного слоя детали при обработке абразивными гранулами: Дис. ... д-ра техн. наук - Иркутск, 1987. - 543 с.

28. Димов Ю.В. Финишная обработка деталей свободным абразивом// Повышение эффективности процессов механообработки. - Иркутск, 1990. - С. 3 - 6.

29. Дубровский П.В. Обеспечение надежности технологических процессов: Учебное пособие. - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - 124 с.

30. Емельянов С.В. Повышение интенсивности и равномерности виброабразивной и виброупрочняющей обработки стоек шасси: Дис. ... канд. техн. наук -Воронеж, 2008. - 173 а

31. Исследование вибрационной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей при их подготовке под нанесение покрытия / М. А. Тамаркин, Э. Э. Тищенко, А. А. Мордовцев, А. Г. Коханюк // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2021. - Т. 17. - № 1(193). - С. 22-26.

32. Казаков Д.В. Повышение надежности технологического процесса центро-бежно-ротационной обработки в среде стальных шаров: Дис. ... канд. техн. наук - Ростов н/Д, 2015. - 139 а

33. Качество машин: Справочник. Под ред. Суслова А. Г. и др. - М.: Машиностроение, 1995 - т. 1 - 256 с., т. 2 - 430 с.

34. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. - М.: Наука, 1970. - 247 с.

35. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение, 1978. - 213с.

36. Клименко А.А. Совершенствование методики оптимизации вибрационной обработки на основе новой модели контактного взаимодействия: Дис. ... канд. техн. наук - Ростов н/Д, 2002. - 165 а

37. Копылов Ю.Р. Интенсификация вибрационной обработки деталей за счёт поджатая рабочей среды. // Интенсификация и автоматизация отделочно-зачистной обработки деталей машин и приборов: Ростов н/Д, 1968. - с. 56-57.

38. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1975. — 191с.

39. Королев А.В., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1989. - 320 с.

40. Корольков Ю.В. Повышение надежности технологического процесса центро-бежно-ротационной обработки в среде абразива: Дис. .канд. техн. наук - Ростов н/Д, 2011. - 186 а

41. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ/ Крагельский И.В., Добычин М.Х., Комбалов В.С.-М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

42. Курносов А.П. Абразивные инструменты и шлифование. Справочник. - Челябинск: «Абразивы Урала», 2000. - 96 с.

43. Литовка Г.В. Вероятностно-статистическая система геометрических параметров гранул абразивного наполнителя как научная основа управления показателями вибрационной обработки: Дис. ... д-ра. техн. наук - Благовещенск, 1996. - 364 с.

44. Мельников А.С. Конструкторско-технологическое обеспечение качества машиностроительной продукции / А.С. Мельников, М.А. Тамаркин, Э.Э. Тищенко: ООО "Научно-издательский центр Инфра-М", 2022. - 363 с.

45. Михин Н.М. Внешнее трение твёрдых тел / Н.М. Михин. - М.: Наука, 1977 -222 с.

46. Мордовцев, А. А. Оценивание надежности технологического процесса виброабразивной обработки в условиях цифрового производства / А. А. Мордовцев // Транспортное машиностроение. - 2022. - № 6(6). - С. 21-29. - DOI 10.30987/2782-5957-2022-6-21-29

47. Надежность и эффективность в технике: Справочник. В 10 т. Т.7. Качество и надежность в производстве / Под ред. И.В. Апполонова - М.: Машиностроение, 1989. - 280 с.

48. Наладка и эксплуатация станков для вибрационной обработки / Бабичев А.П. [и др.]. - М.: Машиностроение, 1988 - 64 с.

49. Непомнящий Е.Ф. Кремень З.И. Массарский М.Л. О закономерностях образования микрорельефа поверхностей при обработке потоком абразивных частиц // Изв. вузов. Машиностроение. - 1984. - N2. - с. 117-121.

50. Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. - М.: Наука, 1971. - с. 190-200.

51. Обработка деталей свободными абразивами в вибрирующих резервуарах / Кар-ташов И.Н., Шаинский М.Е., Власов В.А. и др.- Киев: Вища школа, 1975. - 188 с

52. Оценка надежности технологических систем по параметрам точности. Методические указания - Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; сост. Савенок Л.И.- Горки 2009 - 12 с.

53. Петряев А.А. Моделирование динамики гранулированных сред в технологических машинах: Дис. ... канд. техн. наук - Ростов н/Д, 2003. - 235 с.

54. Подготовка деталей под покрытие обработкой в гранулированных абразивных средах / М. А. Тамаркин, Э. Э. Тищенко, В. М. Троицкий, А. А. Мордовцев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2020. - Т. 16. - № 9(189). - С. 416-419.

55. Попов А.С., Жердочкин Д.В. Применение виброабразивной обработки в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1974. - 140 с.

56. Применение вибрационной обработки в условиях "умного производства" для изготовления точных изделий типа "втулка" / А. А. Мордовцев, М. А. Тамаркин, Д. Б. Дамский, Г. А. Аветян // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2022. -Т. 18. - № 3(207). - С. 121-124. - DOI 10.36652/1813-1336-2022-18-3-121-124. -EDN ELWGRM.

57. Прокопец Г.А. Интенсификация процесса виброударной обработки на основе повышения эффективности виброударного воздействия и учета ударно-волновых процессов: Дис. ... канд. техн. наук, Ростов н/Д, 1995. - 220 с.

58. Рожненко О.А. Повышение эффективности обработки фасонных поверхностей деталей свободным абразивом: Дис. ... канд. техн. наук - Ростов н/Д, 2010. -168 с.

59. Рыжкин А.А., Слюсарь Б.Н., Шучев К.Г. Основы теории надежности: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2002. - 182 с.

60. Самодумский Ю.М. Исследование процесса микрорезания, режущих свойств и стойкости абразива при ВиАО: Дис. ... канд. техн. наук - Ростов н/Д, 1973. -256 с.

61. Санамян В.Г., Повышение интенсивности вибрационной обработки деталей за счёт увеличения давления в рабочей камере: Дис. ... канд. техн. наук. - Ростов н/Д, 1997. - 256 с.

62. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием: Справочник / Л.В. Худобин, А.П. Бабичев, Е.М. Булыжев и др. / Под общ. Ред. Л.В. Худобина. - М.: Машиностроение, 2006. - 544 с.

63. Тамаркин М.А. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами: Дис. ... д-ра. техн. наук - Ростов н/Д, 1995. -299 с.

64. Тамаркин М.А. Исследование и разработка методических основ расчета оптимальных технологических параметров процесса вибрационной обработки: Дис. ... канд. техн. наук - Ростов н/Д, 1982. - 166с.

65. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение, 1976. - 271с.

66. Технологическое обеспечение качества поверхности и эксплуатационных свойств деталей машин / М.А. Тамаркин [и др.]. - Ростов-на-Дону.: Издательский центр ДГТУ, 2013

67. Харченко И.В. Абразивные материалы, инструменты и их эксплуатация: учебное пособие / ВолгГАСУ; ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ. - Волгоград, 2007. - 84 с.

68. Шваб К. Технологии четвертой промышленной революции: [перевод с английского] / К. Шваб, Н. Дэвис. - Москва: Эксмо, 2021. - 320 с.

69. Шевцов С.Н. Компьютерное моделирование динамики гранулированных сред в вибрационных технологических машинах. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ., 2001., 193 с.

70. Шевцов С.Н. Моделирование динамики гранулированных сред при вибрационной отделочно-упрочняющей обработке [Текст]: Дис. ... д-ра. техн. наук - Ростов-на-Дону, 2001. - 322 с.

71. Ящерицын П.И. и др. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах. - Минск.: Вышейш. шк., 1990. - 510 с.

72. Ящерицын П.И. Финишная обработка деталей уплотненным потоком свободного абразива / П.И. Ящерицын, А.Н. Мартынов, А.Д. Гридин Минск: Наука и техника, 1978. - 221 с.

73. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н. Чистовая обработка деталей в машиностроении. - Минск: Вышейш. шк., 1983. - 191 с.

74. Ящерицын П.И. Повышение качества шлифованных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента / П.И. Ящерицын, А.Г. Зайцев. Мн.: Наука и техника, 1972. - 480 с.

75. Bartevyan L. Industry 4.0 - Summary report / L. Bartevyan // DLG-Expert report. -2015. - Vol. 5. - P. 1-8.

76. Davidson D.A. Vibratory Finishing: Versatile, Effective and Reliable, Metal Finishing, 2008, 106(5), 30-34.

77. Domblesky J., Cariapa V., Evans R. Investigation of vibratory bowl finishing. International Journal of Production Research, 2003, 41(16), 3943-3953.

78. Hashimoto F., Debra D.B. Modelling and optimization of vibratory finishing process. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 1996, 45(1), 303-306

79. Holzknecht E., Everything You Need to Know about Mechanical / Mass Finishing: A Workshop on the Role of Media in Mechanical Surface Finishing, Metal Finishing, 2009, 107(5), 27-31

80. Lee J. A cyber-physical systems architecture for industry 4.0-based manufacturing systems / J. Lee, B. Bagheri, H.A. Kao // Manufacturing Letters. - 2015. - Vol. 3. -Р. 18-23.

81. Lee J. Industrial big data analytics and cyber-physical systems for future maintenance and service innovation / J. Lee [et al.] // The Fourth International Conference on Through-life Engineering Services. Procedia CIRP 38, 2015. - Р. 3-7.

82. Mordovtsev, A. Research Part Surface Position Influence on Metal Removal and Steady-State Roughness During Vibro-Abrasive Processing / A. Mordovtsev, V. Butenko, A. Astashkin // Journal of Physics: Conference Series, Divnomorskoe, 31 мая - 06 2021 года. - Divnomorskoe, 2021. - P. 052020. - DOI 10.1088/17426596/2131/5/052020. - EDN NLGAJT.

83. Sangid M., Stori J., Ferriera P. Process characterization of vibrostrengthening and application to fatigue enhancement of aluminum aerospace components, part i. experimental study of process parameters. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2011, pages 1-15.

84. Wahlster W, Kagermann H. Ten Years of Industrie 4.0. Sci 2022, 4, 26.

85. Yang S. A unified framework and platform for designing of cloud-based machine health monitoring and manufacturing systems / S. Yang [et al.] // ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 2015. - Vol. 137. - Р. 040914-1 - 0409146.

АКТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Комиссия в составе представителя ПАО «Роствертол» зам. главного технолога Гейко Ю.С. и представителей ДГТУ зав. кафедрой «Технология машиностроения» Тамаркина М.А., начальника отдела НИИ «Вибротехнологии» Пастухова Ф.А. и аспиранта кафедры «Технология машиностроения» Мордовцева A.A. составила заключение о результатах промышленных испытаний метода виброабразивной обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности. Обработке подвергались детали типа «втулка». Обработка произведена в соответствии с технологическими параметрами, рассчитанными по методике оптимизации технологического процесса обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности, свободными абразивами с учетом его надежности.

Целью испытаний являлось обеспечение качества и производительности обработки.

Испытания проводились на вибрационном станке, контроль результатов обработки осуществлялся в соответствии с утвержденной заводской методикой.

Использование предложенной методики оптимизации вибрационной обработки деталей, имеющих различно расположенные поверхности позволяет обеспечить надежность требуемого параметра качества поверхностного слоя (шероховатости Ra 1,25), уменьшить трудоемкость за счет оптимизации технологических параметров обработки на 15-20%.

от ФГБОУ ЖДГТУ

зав. каф. <$/М^-Д:Т.н., профессор

_Тамаркин М.А.

нач^от^ла^ИИИ «0ибротехнологии»

Сух4^"Т1астухов Ф.А. Аспирант каф «ТМ»

Мордовцев A.A.

от ПАО «Роствертол» зам. главного технолога

Тейко Ю.С.