Автоматизация выбора параметров технологического процесса получения металлополимерного покрытия способом диффузионной сварки в вакууме

THE ANALYSIS OF VIBRATION ACTIVITY OF METAL-CUTTING MACHINE TOOLS

Features of the automated calculation of the basic components ofvibration ofmetal-cutting machine tools are considered. The developed program of calculation allows to analyze vibration of activity machine tools during designing and operation. Dependence of linearly-mass parameters of the design of spindle on speed vibration of the machine tool is resulted.

Н. А. Смирнов, А. В. Лаврищев

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ СПОСОБОМ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ В ВАКУУМЕ

Приведены результаты лабораторных испытаний новых металлополимерных материалов с высокой износостойкостью. Материалы получены способом диффузионной сварки в вакууме и предназначены для работы в опорах скольжения, могут работать без смазывания. Описана система автоматизированного выбора параметров технологического процесса.

Полимерные и металлополимерные конструкционные материалы широко используются в различных областях техники в качестве антифрикционных, износостойких, защитных, декоративных покрытий. Многие машины и аппараты работают в экстремальных условиях: при высоких динамических и статических нагрузках, температурах, радиационных и электромагнитных полях различной природы и интенсивности. Одним из наиболее слабых звеньев в совокупности проблем обеспечения требуемого технического уровня машин является недостаточный уровень гарантированной работоспособности механизмов и элементов исполнительных устройств, содержащих опоры скольжения типа направляющих, шарнирных соединений.

Перспективными направлениями совершенствования конструкций деталей опор скольжения являются применение конструкционных армированных композиционных материалов, автоматизация технологических процессов, повышение эксплуатационных свойств рабочих поверхностей с помощью покрытий.

Автоматизация производства деталей опор скольжения требует предварительного решения задач, связанных с обеспечением высокой удельной прочности и износостойкости.

Постоянно возрастающие технико-эксплуатационные требования к материалам и покрытиям деталей и элементов машин и аппаратов имеют определяющее значение при автоматизации технологических процессов, так как необходимо предварительное прогнозирование физикомеханических свойств конструкционных материалов и покрытий с целью гарантированного обеспечения эксплуатационных характеристик. Кроме того, программная реализация управления технологическими процессами возможна только на основе формального и алгоритмического аппаратов.

В процессе автоматизации технологических процессов изготовления узлов трения представляется возможным оценить вклад каждого параметра модели в формирование эксплуатационных показателей изготавливаемого элемента. Это требует наличия математических моделей процессов объемного, поверхностного разрушения и базы данных объемной и поверхностной прочности, триботехнических свойств конструкционных и смазочных материалов.

Аналитический обзор существующих баз данных и знаний в организации систем принятия решений при проектировании новых конструкций и создании новых материалов показал, что все проблемы прочности или трибологии невозможно охватить одной базой данных -требуется система из нескольких баз.

По результатам исследований влияния технологических параметров процесса диффузионной сварки на качество полимерных покрытий выявлено, что основными критериями оценки качества являются прочность сцепления с подложкой, механическая прочность и износостойкость покрытия. Предложены пути повышения механической прочности и износостойкости покрытий. Приведены результаты исследований с влиянием полярности поляризации на триботехнические характеристики антифрикционных покрытий. С использованием методов планирования эксперимента и наименьших квадратов получены математические модели прочности и износостойкости металлополимерного покрытия:

• -^ I 0,43^ ^ Р ати у I Р ати

  а „ = 0,25 е      ^УХ 0,2 ^{338 У - 0} ,5 ³⁷⁸ ( 8, 45

  
  

  — ^2,5) , (1)

  
  

где А'^- 2 t / t₀ - 1; К= (Т- Т₀) / А Т + 1; t - длительность изотермической выдержки, с; t₀ - минимальное время выдержки, с; Т- температура сварки, К; Т₀ - минимальная температура сварки, К;_р_ати - атмосферное давление, МПа;^ - давление на сварочный стык, МПа.

Испытания покрытия на противоизносные и антифрикционные свойства проводились на машине торцевого трения при скорости скольжения 1 м/с и давлении 0,5...2 МПа. Покрытие испытывалось в условиях смазывания пластичным смазочным материалом (ЦИАТИМ-201, ЛИТОЛ-24) в паре со стальным контртелом (сталь 45, HRC 36, Ra 1,25 мкм).

Для математических моделей изнашивания, зависи- мости прочности покрытия от технологических параметров в качестве аппроксимирующих выражений использованы полиномы второго-пятого порядков. Адекватность моделей проверялась по критерию Фишера:

/      у0,2165        -0,3006

I h = 2,4 ^-10| - p I    |^ I ( C f Г.     (2)

p          Е 3 '

у г ати у     у п у

На триботехнические свойства покрытия наибольшее влияние оказывают нагрузочно-скоростные параметры (давление в контактер скорость скольжения), физико механические свойства покрытия (предел прочности 6п и модель упругости Е ),а также состав покрытия. Последний параметр характеризуется массовым содержанием наполнителя (порошка меди) в общей массе компонентов покрытия (С').

Для обработки результатов эксперимента разработаны вычислительные приложения для персонального компьютера, а также использовались возможности MathCad, Maple, Statistica, Excel.

Проведенные исследования влияния различных параметров технологического процесса получения металлополимер-ных покрытий на физико-механические свойства покрытий позволили разработать и автоматизировать процесс.

Разработан алгоритм определения основных технологических режимов от введенных необходимых 6 _п I_h, от условий работы, диапазона рабочих температур, требуемого состава материала. Выбор значений основных параметров технологического процесса производится по максимальной величине 6 _п и расчетному значению интенсивности изнашивания I_h. По разработанному алгоритму вычисляются текущие значения основных параметров технологического процесса. В случае недостаточной прочности соединения или превышения значения интенсивности изнашивания, производится корректировка технологических параметров в установленных пределах или замена материала покрытия.

Для системы поддержки принятия решений при проектировании технологических процессов разработаны информационные базы по существующим режимам диффузионной сварки полимерных материалов к подложкам различного типа, база триботехнической информации. При создании информационной базы использовались данные реферируемых изданий. Базы данных открыты для пополнения информации. Поиск информации производится по ключевым ссылкам и разделам. База информации реализована в программной оболочке тройного назначения:

• 1)    ввод и поиск информации в базе данных по полям;

• 2)    работа технолога-эксперта, связь информационных полей по темам, технологиям, материалам;

• 3)    информационная оболочка для работы как в информационном режиме, так и в режиме выдачи информационного массива для автоматизации технологических процессов.

Построенные модели и базы данных позволили создать алгоритм автоматизации технологического процесса диффузионной сварки с определением основных режимов (рис. 1). Также разработан алгоритм автоматизации выбора основных режимов технологического процесса диффузионной сварки (рис. 2).

Для реализации блока «формирование запроса» укрупненного алгоритма поиска была использована продукционная модель представления знаний, каторая, будучи основанной на правилах, позволяет представить знания в виде предложений типа «Если (условие), то (действие)». В результате работы алгоритма выводиться массив информации, передающий в следующий модули алгоритма. В результате работ произведено информационное наполнение баз данных и установлены логические связи представления знаний.

Разработанный программный пакет реализован на платформе IBM PC совместимых машин. Программа работает в операционных системах Windows’95/98 и Windows 2000/NT 4.

Экранная форма разработанной информационной оболочки программной оболочки «Эксперт» для информационного поиска при расчете основных режимов диффузионной сваркой в вакууме приведена на рис. 3.

Экранная форма разработанной информационной оболочки для наполнения БД для использования в информационном поиске для расчета оптимальных режимов диффузионной сваркой в вакууме приведена на рис. 4.