Регистрация / Вход
Прислать материал

Рациональное использование ресурсов на основе критериального похода проектирования технологических процессов изготовления крепежа

Общие сведения
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Название доклада
Рациональное использование ресурсов на основе критериального похода проектирования технологических процессов изготовления крепежа
Название программы
Инициативные научные проекты, выполняемые молодыми учеными (Мой первый грант) РФФИ
Исполнитель проекта
ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова"
Название проекта
Разработка комплексного критериального подхода для проектирования многооперационных технологических процессов изготовления изделий сложной формы
Номер контракта
26 16-38-00026\16
Докладчик (участник)
Участник
Малаканов Сергей Александрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Задачей исследований является разработка методики комплексной критериальной оценки эффективности многопереходных процессов пластического деформирования при изготовлении изделий сложной формы. Применение разработанной методики обеспечит повышение качества деталей, получаемых обработкой давлением, рациональное использование ресурсов и энергии, а также снижение затрат на проектирование и освоение новых изделий.
Задачи исследования: 1. Выполнить теоретические и экспериментальные исследования процессов изготовления изделий сложной формы (фасонные профили, путевые шурупы, закладные и клеммные болты, гайки, шайбы и пружинные клеммы) и определить основные критерии, влияющие на эффективность процессов и качество. 2. Разработать методику комплексной критериальной оценки эффективности многопереходных процессов пластического деформирования и использовать еѐ при поиске рационального формоизменения по переходам деформирования в процессах изготовления деталей крепления рельсов, применяемых в современных конструкциях железнодорожного пути (путевые шурупы, закладные и клеммные болты, гайки, шайбы и пружинные клеммы). Выполнить экспериментальную проверку результатов теоретических исследований. 3. Используя предложенные подходы, разработать новые технические решения в виде патентов на изобретения или полезные модели, применение которых обеспечит повышение эффективность производства сложных деталей крепления рельсов. Выдать рекомендации по внедрению разработок в условиях российских метизных предприятий.
Актуальность и новизна исследования
Эффективность управления производством в современных условиях в значительной мере определяется наличием методов и технических средств управления качеством продукции на всех стадиях технологического процесса. Задачи управления качеством продукции, оптимизации технологических процессов решаются на базе комплексных подходов к проектированию процессов, широкого внедрения систем компьютерного моделирования. Одним из основных условий успешного решения задач оптимизации производства является обеспечение систем автоматического управления технологическими параметрами-характеристиками технологических процессов - физических, механических и других величин, информация о которых необходима для обеспечения оптимального управления тем или иным процессом. Степень обеспеченности технологического процесса такими данными наряду с уровнем механизации автоматизированного производства (процесса, передела) и достигаемые технико-экономические эффекты являются определяющими, а зачастую, и лимитирующими возможности процесса. Именно этим продиктована актуальность проводимых исследований, а именно достоверностью данных на каждом технологическом переходе. В настоящее время разработка многопереходных технологий изготовления деталей сложной формы пластическим деформированием осуществляется, в основном, на основе расчетов, выполняемых с использованием методов и методик, которые не позволяют с высокой точностью и надежностью определять необходимые параметры и режимы, что приводит к необходимости проведения опытных штамповок, корректировок и т.п.
Описание исследования

Крепежные изделия – один из основных видов метизной продукции. Основными потребителями российской продукции являются компании машиностроительной, станкостроительной, приборостроительной, горнодобывающей и строительных отраслей. В настоящее время производство крепежа в Российской Федерации сократилось, так как значительная часть объемов данного продукта  поступает из-за рубежа – Китая и Тайваня. Доля импортной продукции на сегодняшний момент составляет более 50%, что связано с качеством поставляемой продукции и конкурентными ценами. Крепёжные изделия российских производителей, как правило, производятся на морально устаревшем оборудовании, новые технологии и материалы не используются. В то же время небольшие производства, выпускающие оригинальные виды крепежных изделий и стремящиеся максимально подстроиться под запросы потребителей, cохраняют положительную динамику при общей тенденции к сокращению спроса.

В связи с этим можно выделить основные направления развития производства крепежа в России - совершенствование конструкций и освоение выпуска новых перспективных видов изделий и разработка малоотходных тех­нологий.

Совершенствование производства продукции можно осуществлять двумя путями: улучшение действующих технологических процессов и оборудования или  разработка и проектирование новых. Выбор того или иного пути должен основываться на комплексном подходе к оценке технологического процесса производства.

В зависимости от конструкции крепежного изделия существенно зависит технология ее изготовления. Общее число типораз­меров крепежа составляет более 30 тысяч. Схема формообразования элемента одной и той же конструкции может иметь несколько альтернативных вариантов. Выбор наиболее рационального варианта зависит от конструкции других элементов крепежной детали, функциональных возможностей применяемого оборудования и применяемых марок сталей. 

Создание критериальной модели процесса, при помощи которой он может быть описан, дает возможность объяснить происходящие явления и прогнозировать развитие процесса при изменении какого-либо фактора.

Решаемая задача включает: поиск и ранжирование критериев и показателей, влияющих на эффективность процессов деформирования и качество изделий, установление условий взаимодействия и логических связей критериев, качественную и количественную оценка критериев, поиск рационального формоизменения на переходах деформирования.

 

Результаты исследования

Следует отметить, что результаты расчетов отдельных параметров процессов деформирования (усилие деформирования, напряженно-деформированное состояние, ресурс пластичности и др.) не позволяют комплексно оценить эффективности разрабатываемых технологий. Известны методики определения отдельных критериев оценки.Например, в работах Ю.Н. Резникова рассматриваются проблемы поиска рациональных технологических процессов ковки и штамповки по критерию минимальной неравномерности деформации (Резников Ю.Н., Калинин Г.Г. «Оптимизация заготовительных ручьев для поковок, изготавливаемых объемной штамповкой» // Кузнечно-штамповочное производство, 1998, № 10. С. 8-10). Однако комплексной критериальной оценки эффективности многопереходных процессов пластического деформирования не существует.

Работы известных зарубежных ученых в областях механики сплошной среды, теории пластичности и теории ОМД, в основном, связаны с разработкой новых подходов, методов и методик исследования и моделирования процессов пластического деформирования. Особо следует отметить развитие и широкое применение метода граничных элементов (Крауч С., Старфилд А., Т.Крауза, Ф.Риццо, Бреббиа К., Уокер С., Бенерджи П., Баттерфилд Р. и др.) и метода конечных элементов (Тернер М., Клаф Р., Мартин Х., Топп Л., Аргирис Дж., Айрон М.Р., Вильсон Е.Л., Зенкевич О.К., Сегерлинд Л.Д. и др.). Наиболее широко на сегодняшний день используется метод конечных элементов, применяя который проводятся исследования в Китае, Тайване, США, Индии, Германии, Италии, Иране, Франции. При этом создаются узкоспециализированные программные пакеты, предназначенные для решения задач в определенной области, и комплексы с возможностью подключения различных модулей.

Однако проводимые исследования, как правило, подчинены решению задачи изготовления конкретного изделия или устранению причин, вызывающих брак при его изготовлении. Обобщенный подход, обладающий универсальностью применения к различным видам сложных изделий, изготавливаемых пластическим деформированием с использованием многопереходных процессах, на сегодняшний день не предложен.

Информации о том, что за рубежом разработаны и применяются методы и методики поиска рациональных многопереходных технологий с использованием комплексных критериев оценки эффективность пластического деформирования, не обнаружено.

Нашим научным коллективом впервые разработана методология проектирования многопереходных процессов обработки давлением (подход, методика, критерии, верификация). Научные результаты: - основные критерии, влияющие на эффективность процессов; - методика критериального подхода (разработана впервые); - технологии, разработанные с использованием критериального подхода (обладают технической новизной, подана заявка на изобретение).

Практическая значимость исследования
Научные результаты могут быть применены при разработке эффективных технологий и конструкций крепежных изделий и пружинных клемм крепления рельсов в современных конструкциях верхнего строения железнодорожного пути для прохождения составов большой массы с высокими скоростями, что соответствует основным направлениям разработанной Правительством РФ «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года». Разработанная методика позволяет разрабатывать конкурентоспособные на мировом уровне конструкции крепежных изделий для рельсовых скреплений и эффективные технологии их изготовления на основе рационального использования ресурсов и энергии.