Лобанов Дмитрий Владимирович, д.т.н., доцент, профессор кафедры технологии машиностроения
428015, г. Чебоксары, Московский просп., 15
Dmitry V. Lobanov, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology
15 Moskovsky pr., Cheboksary 428015
Рафанова Олеся Сергеевна, аспирант, ассистент кафедры технологии машиностроения
428015, г. Чебоксары, Московский просп., 15
Olesya S. Rafanova, Postgraduate Student, Assistant Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology
15 Moskovsky pr., Cheboksary 428015
Цель – анализ и выбор новых материалов на этапе конструкторской подготовки производства изделий из композитов для замены общепринятых конструкционных металлов. В работе использовалась методика многокритериального анализа мультивариантных систем, основанная на матричном анализе. В качестве параметров сравнения, используемых в методике, могут выступать общеизвестные справочные данные, рекомендации по результатам научных исследований материалов, технико-экономические и качественные параметры методов формообразования изделий из этих материалов с учетом их специфических свойств. Проведен сравнительный анализ восьми разных материалов для конструирования изделий из полимерных композитов, ориентированный на замену общепринятых конструкционных материалов, при трех условиях сопоставимости. Первое условие – учет всех выбранных для сравнения физико-механических свойств материалов и их стоимости. При втором условии сопоставимости акцент сделан на пределы прочности материала, модуль упругости и стоимость. При третьем условии сопоставимости условия частично схожи со вторым условием, за исключением предела прочности на сжатие. Установлено, что наиболее рациональным композитом для конструирования изделий при первом и втором условии сопоставимости является базальтопластик, у которого наибольшее значение весового критериального коэффициента (q) в первом случае равно 0,3947, а во втором – 0,3955. При третьем условии сопоставимости оптимальным вариантом композиционного материала стал также углепластик, у которого достигнуто наибольшее значение q = 0,3341. Предложенная методика позволяет производить анализ и выбор не только материала для изготовления изделий, но и инструментального материала, режимов резания и геометрии инструмента с учетом накопленной в результате эмпирических исследований базы знаний. Произведена апробация разработанной методики при трех условиях сопоставимости. В результате проведенных теоретических исследований установлено, что применение разработанной методики может повысить эффективность подготовки производства в 2–3 раза (в зависимости от сложности оцениваемой системы).
In this article, we set out to analyse and select new materials at the design preparation stage for the manufacture of composite products to replace conventional structural metals. In the study, a multi-criteria analysis of multivariate systems based on matrix analysis was used. For comparative examination, the well-known reference data, recommendations based on the scientific research of materials, as well as technical, economic and qualitative data of forming methods for these materials, were used, taking into account their specific properties. A comparative analysis was carried out for eight different materials used for the design of polymer composite products, aiming to replace conventional structural materials under three comparability conditions. The first condition considers all selected physical and mechanical properties of the materials and their costs. The second condition emphasises the ultimate strength of the material, its elastic modulus and cost. The third condition is partially similar to the second condition, with the exception of the compressive strength. It was established that the most rational composite for the product design under the first and second conditions is a basalt fibre-reinforced polymer, with the highest weight criterion coefficient (q) of 0.3947 in the first case and 0.3955 in the second case. For the third condition of comparability, carbon fibre was found to be the optimal composite material with the highest q value of 0.3341. The methodology allows product materials, tool materials, cutting regimes and tool geometry to be analysed and selected based on the accumulated knowledge base derived from empirical research. The developed methodology was tested under the three comparability conditions. Theoretical studies showed that the use of the methodology could increase the efficiency of pre-production by 2–3 times, depending on the complexity of the evaluated system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.