eng
Выпуск #2/2025
В. А. Кузнецов, А. А. Кострюков
Экспериментальные результаты применения эвристического синтеза для создания перспективного инструмента
Экспериментальные результаты применения эвристического синтеза для создания перспективного инструмента
Просмотры: 683
DOI: 10.22184/2499-9407.2025.39.2.70.75
Рассмотрено применение алгоритма эвристического синтеза на примере решения проблемы адгезионного схватывания при редуцировании. Последовательно показаны и описаны шаги его применения при охватыватывающем редуцировании. Предоставлены результаты экспериментальных исследований, даны технические рекомендации, реализованные на примере изготовления фасонной оправки.
Рассмотрено применение алгоритма эвристического синтеза на примере решения проблемы адгезионного схватывания при редуцировании. Последовательно показаны и описаны шаги его применения при охватыватывающем редуцировании. Предоставлены результаты экспериментальных исследований, даны технические рекомендации, реализованные на примере изготовления фасонной оправки.
Теги: encompassing reduction heuristic synthesis metal-coating lubricant regular microrelief металлоплакирующая смазка охватывающее редуцирование регулярный микрорельеф эвристический синтез
Экспериментальные результаты применения эвристического синтеза для создания перспективного инструмента
В. А. Кузнецов, А. А. Кострюков
Рассмотрено применение алгоритма эвристического синтеза на примере решения проблемы адгезионного схватывания при редуцировании. Последовательно показаны и описаны шаги его применения при охватыватывающем редуцировании. Предоставлены результаты экспериментальных исследований, даны технические рекомендации, реализованные на примере изготовления фасонной оправки.
Как показали исследования [1–3], комбинированная обработка и нанесение регулярного микрорельефа (РМР) на инструмент позволяет значительно повысить эффективность обработки деталей. Учитывая необходимость дальнейшего развития технологии редуцирования, был применен алгоритм эвристического синтеза метода обработки относительно выбранного прототипа (рис. 1), разработанный на основе метода, описанного в работе [4]. Его сущность заключается в поиске и анализе существующего прототипа метода обработки с определением технических или физических противоречий с последующим формированием вариантов приемлемых технических решений. Их анализ и выбор рационального метода обработки осуществляется по заранее выбранному критерию оптимальности (стойкость инструмента, себестоимость, производительность т. д.).
Выбранный метод обработки может быть осуществлен за счет разработки готовых или модернизации существующих инструмента, технологической оснастки, оборудования.
В качестве общественной потребности выступает повышение эффективности обработки, что позволяет экономить потребляемую энергию, снижать затраты на инструмент (за счет повышения его стойкости), увеличить режимы резания без модернизации или замены оборудования. Для осуществления вышеуказанного поставлена цель – повысить качество обработанной поверхности и производительности.
Рациональным прототипом выбран метод охватывающего редуцирования, где физическим противоречием определено адгезионное схватывание инструмента и обрабатываемой детали, причиной чего является недостаточное поступление смазочного материала в зону работы инструмента. В результате поиска путей разрешения противоречий, было принято решение о разделении обработки на два этапа. Первый этап – это создание оптимальных условий для обработки: предварительное нанесение регулярного микрорельефа на поверхность заготовки и инструмента, а также использование металлоплакирующей присадки «Валена». Второй этап – обеспечение заданных параметров качества: выбор рациональных параметров микрорельефа и концентрации металлоплакирующей присадки (МПС). Средством для реализации выбранных действий является разработка конструкции и кинематики движения инструмента, позволяющая обеспечить последовательную обработку. Под поставленные задачи выбирается приемлемый метод обработки с рациональными характеристиками регулярного микрорельефа и концентрации присадки.
Согласно полученным при использования алгоритма результатам, усовершенствованный метод комбинированного редуцирования разделен на два этапа.
Предварительный этап:
нанесение регулярного микрорельефа на заготовку механически:
нанесение РМР:
Окончательный этап – редуцирование инструментом с РМР на рабочей поверхности:
В качестве проверки были проведены экспериментальные исследования синтезированного метода охватывающего поверхностного редуцирования с предварительным нанесением РМР на поверхность заготовок [5].
При помощи алмазного выглаживателя, закрепленного на приспособлении камертонного типа (рис. 2) на поверхность заготовок из сталей марок 20 и 45 наносился регулярный микрорельеф со следующими параметрами: глубина канавок 18, 25, 30 мкм, шаг канавок 0,5 мм (рис. 3). Обработка проводилась деформирующей фильерой с нанесенным на рабочую поверхность РМР (рис. 4) с использованием металлоплакирующей смазки «Валена».
В ходе эксперимента были установлены зависимости удельной силы редуцирования от натяга, характера и параметров микрогеометрии воздействующей поверхности инструмента и поверхности заготовок (рис. 5 и 6). На графиках прослеживается значительное снижение усилия обработки при соблюдении следующих условий:
на инструменте и поверхности заготовки нанесен микрорельеф;
параметры РМР на заготовке Гк = 30 мкм, шаг 0,5 мм;
концентрация металлоплакирующей присадки Валена – 50% от минерального масла.
Как было отмечено ранее, точность формы деталей, и в частности погрешность профиля продольного сечения (рис. 7 и 8), определяется краевыми эффектами в начале и конце обработки в виде фаски смятия переднего торца заготовок и упругого волнообразного восстановления их заднего торца. Это говорит о необходимости учитывать данную погрешность формы на конце обработанной детали при выборе длины заготовки, либо принять во внимание необходимость дополнительных технологических операций для устранения погрешностей формы [6, 7].
Анализ зависимости на рис. 9 показывает, что при обработке заготовок с РМР поверхности можно получить более высокую точность размера за счет меньших отклонений профиля продольного сечения (ПС) (рис. 10) и меньшей овальности (ОВ) (рис. 11). Это объясняется образованием за счет предварительного РМР поверхности жесткого каркаса из упрочненного материала, препятствующего соответствующим деформационным искажениям при последующем редуцировании. В целом, размерная точность (параметр ΔДд на рис. 11) в большей степени зависит от ∆̄ПС. Д, чем от ∆̄ОВ. Д, так как первая погрешность больше второй.
В результате экспериментальных исследований были разработаны следующие технологические рекомендации, примененные в проектировании инструмента с гранулированными рабочими элементами фасонной оправки (рис. 12), где на поверхности А были достигнуты необходимые параметры геометрической точности (∅42 мм) и шероховатости (Ra = 6,3). При охватывающем редуцировании с использованием металлоплакирующей присадки «Валена» в концентрации 50% (рис. 13), усилие составило 243 Н / мм, что на 8% ниже, чем при обработке заготовки без предварительно нанесенного РМР (глубина канавок – 30 мкм, шаг канавок – 0,5 мм).
Литература
Щедрин А. В., Кострюков А. А. Применение триботехнологий на основе самоорганизации для системного совершенствования процессов холодного пластического деформирования // Упрочняющие технологии и покрытия. 2017. Т. 13. № 11. С. 495–499.
Щедрин А. В., Алёшин В.Ф., Бугаев А.М. и др. Теоретико-экспериментальные исследование и совершенствование методов дорнования отверстий инструментом с регулярной микрогеометрией поверхности в условиях применения металлоплакирующих смазок // Упрочняющие технология и покрытия. 2019. Т. 15. № 11. С. 501–505.
Щедрин А. В., Кострюков А. А., Чихачёва Н. Ю. и др. Технологические возможности метода комбинированного прошивания отверстий с противодавлением металлоплакирующих смазок // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2016. № 9. С. 30–35.
Кузнецов В. А., Черепахин А. А., Смирнов А. В. Системный анализ и моделирование технологических методов изготовления детали. М.: Компания КноРус, 2019.
Кузнецов В. А., Кострюков А. А. Эвристический синтез как инструмент создания перспективного инструмента// Упрочняющие технологии и покрытия. 2024. Т. 20. № 4. С. 147–149.
Kostryukov A. A., Shchedrin A. V., Bekaev A. A. Predicting the drawing force for cylindrical blanks with modified surface layer // Russian engineering research. 2020. Vol. 40. No. 5. PP. 407–412.
Fanidi O., Kostryukov A., Shchedrin A. Predicting the burnishing force for cylindrical workpieces with amodified surface layer // Strojnicky casopis. 2022. Vol. 72. No. 1. PP. 35–48.
Авторы
Кузнецов Владимир Анатольевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Инструментальная техника и технологии формообразования», ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», Москва
Кострюков Александр Андреевич – руководитель направления отдела главного технолога, АО «Демиховский машиностроительный завод», Московская обл., Орехово-Зуевский г. о.
В. А. Кузнецов, А. А. Кострюков
Рассмотрено применение алгоритма эвристического синтеза на примере решения проблемы адгезионного схватывания при редуцировании. Последовательно показаны и описаны шаги его применения при охватыватывающем редуцировании. Предоставлены результаты экспериментальных исследований, даны технические рекомендации, реализованные на примере изготовления фасонной оправки.
Как показали исследования [1–3], комбинированная обработка и нанесение регулярного микрорельефа (РМР) на инструмент позволяет значительно повысить эффективность обработки деталей. Учитывая необходимость дальнейшего развития технологии редуцирования, был применен алгоритм эвристического синтеза метода обработки относительно выбранного прототипа (рис. 1), разработанный на основе метода, описанного в работе [4]. Его сущность заключается в поиске и анализе существующего прототипа метода обработки с определением технических или физических противоречий с последующим формированием вариантов приемлемых технических решений. Их анализ и выбор рационального метода обработки осуществляется по заранее выбранному критерию оптимальности (стойкость инструмента, себестоимость, производительность т. д.).
Выбранный метод обработки может быть осуществлен за счет разработки готовых или модернизации существующих инструмента, технологической оснастки, оборудования.
В качестве общественной потребности выступает повышение эффективности обработки, что позволяет экономить потребляемую энергию, снижать затраты на инструмент (за счет повышения его стойкости), увеличить режимы резания без модернизации или замены оборудования. Для осуществления вышеуказанного поставлена цель – повысить качество обработанной поверхности и производительности.
Рациональным прототипом выбран метод охватывающего редуцирования, где физическим противоречием определено адгезионное схватывание инструмента и обрабатываемой детали, причиной чего является недостаточное поступление смазочного материала в зону работы инструмента. В результате поиска путей разрешения противоречий, было принято решение о разделении обработки на два этапа. Первый этап – это создание оптимальных условий для обработки: предварительное нанесение регулярного микрорельефа на поверхность заготовки и инструмента, а также использование металлоплакирующей присадки «Валена». Второй этап – обеспечение заданных параметров качества: выбор рациональных параметров микрорельефа и концентрации металлоплакирующей присадки (МПС). Средством для реализации выбранных действий является разработка конструкции и кинематики движения инструмента, позволяющая обеспечить последовательную обработку. Под поставленные задачи выбирается приемлемый метод обработки с рациональными характеристиками регулярного микрорельефа и концентрации присадки.
Согласно полученным при использования алгоритма результатам, усовершенствованный метод комбинированного редуцирования разделен на два этапа.
Предварительный этап:
нанесение регулярного микрорельефа на заготовку механически:
- выглаживателем;
- специальным инструментом с гранулированными обрабатывающими элементами;
- сферическими элементами скольжения;
- продольным перемещением элементов;
- радиальным перемещением элементов (вдавливанием);
- сферическими элементами качения с продольным перемещением;
нанесение РМР:
- лазером по определенным траекториям;
- электроэрозионным способом (электродом);
- нанесение антифрикционных покрытий;
- выглаживателем из определенного материала;
- специальным инструментом с гранулами из антифрикционного материала;
- наплавкой;
- методом КИБ (конденсация с ионной бомбардировкой);
- магнетронным методом и т. д.
Окончательный этап – редуцирование инструментом с РМР на рабочей поверхности:
- варианты РМР из классификации;
- применение при обработке металлоплакирующих смазок (например, «Валена»).
В качестве проверки были проведены экспериментальные исследования синтезированного метода охватывающего поверхностного редуцирования с предварительным нанесением РМР на поверхность заготовок [5].
При помощи алмазного выглаживателя, закрепленного на приспособлении камертонного типа (рис. 2) на поверхность заготовок из сталей марок 20 и 45 наносился регулярный микрорельеф со следующими параметрами: глубина канавок 18, 25, 30 мкм, шаг канавок 0,5 мм (рис. 3). Обработка проводилась деформирующей фильерой с нанесенным на рабочую поверхность РМР (рис. 4) с использованием металлоплакирующей смазки «Валена».
В ходе эксперимента были установлены зависимости удельной силы редуцирования от натяга, характера и параметров микрогеометрии воздействующей поверхности инструмента и поверхности заготовок (рис. 5 и 6). На графиках прослеживается значительное снижение усилия обработки при соблюдении следующих условий:
на инструменте и поверхности заготовки нанесен микрорельеф;
параметры РМР на заготовке Гк = 30 мкм, шаг 0,5 мм;
концентрация металлоплакирующей присадки Валена – 50% от минерального масла.
Как было отмечено ранее, точность формы деталей, и в частности погрешность профиля продольного сечения (рис. 7 и 8), определяется краевыми эффектами в начале и конце обработки в виде фаски смятия переднего торца заготовок и упругого волнообразного восстановления их заднего торца. Это говорит о необходимости учитывать данную погрешность формы на конце обработанной детали при выборе длины заготовки, либо принять во внимание необходимость дополнительных технологических операций для устранения погрешностей формы [6, 7].
Анализ зависимости на рис. 9 показывает, что при обработке заготовок с РМР поверхности можно получить более высокую точность размера за счет меньших отклонений профиля продольного сечения (ПС) (рис. 10) и меньшей овальности (ОВ) (рис. 11). Это объясняется образованием за счет предварительного РМР поверхности жесткого каркаса из упрочненного материала, препятствующего соответствующим деформационным искажениям при последующем редуцировании. В целом, размерная точность (параметр ΔДд на рис. 11) в большей степени зависит от ∆̄ПС. Д, чем от ∆̄ОВ. Д, так как первая погрешность больше второй.
В результате экспериментальных исследований были разработаны следующие технологические рекомендации, примененные в проектировании инструмента с гранулированными рабочими элементами фасонной оправки (рис. 12), где на поверхности А были достигнуты необходимые параметры геометрической точности (∅42 мм) и шероховатости (Ra = 6,3). При охватывающем редуцировании с использованием металлоплакирующей присадки «Валена» в концентрации 50% (рис. 13), усилие составило 243 Н / мм, что на 8% ниже, чем при обработке заготовки без предварительно нанесенного РМР (глубина канавок – 30 мкм, шаг канавок – 0,5 мм).
Литература
Щедрин А. В., Кострюков А. А. Применение триботехнологий на основе самоорганизации для системного совершенствования процессов холодного пластического деформирования // Упрочняющие технологии и покрытия. 2017. Т. 13. № 11. С. 495–499.
Щедрин А. В., Алёшин В.Ф., Бугаев А.М. и др. Теоретико-экспериментальные исследование и совершенствование методов дорнования отверстий инструментом с регулярной микрогеометрией поверхности в условиях применения металлоплакирующих смазок // Упрочняющие технология и покрытия. 2019. Т. 15. № 11. С. 501–505.
Щедрин А. В., Кострюков А. А., Чихачёва Н. Ю. и др. Технологические возможности метода комбинированного прошивания отверстий с противодавлением металлоплакирующих смазок // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2016. № 9. С. 30–35.
Кузнецов В. А., Черепахин А. А., Смирнов А. В. Системный анализ и моделирование технологических методов изготовления детали. М.: Компания КноРус, 2019.
Кузнецов В. А., Кострюков А. А. Эвристический синтез как инструмент создания перспективного инструмента// Упрочняющие технологии и покрытия. 2024. Т. 20. № 4. С. 147–149.
Kostryukov A. A., Shchedrin A. V., Bekaev A. A. Predicting the drawing force for cylindrical blanks with modified surface layer // Russian engineering research. 2020. Vol. 40. No. 5. PP. 407–412.
Fanidi O., Kostryukov A., Shchedrin A. Predicting the burnishing force for cylindrical workpieces with amodified surface layer // Strojnicky casopis. 2022. Vol. 72. No. 1. PP. 35–48.
Авторы
Кузнецов Владимир Анатольевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Инструментальная техника и технологии формообразования», ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», Москва
Кострюков Александр Андреевич – руководитель направления отдела главного технолога, АО «Демиховский машиностроительный завод», Московская обл., Орехово-Зуевский г. о.
Отзывы читателей
