Технологическое обеспечение цифрового производства при обработке деталей шарико-стержневым упрочнителем

   Цель – разработка модуля автоматизированной системы проектирования технологических процессов обработки многоконтактным виброударным инструментом – шарико-стержневым упрочнителем.

   Объектом исследования явился технологический процесс обработки шарико-стержневым упрочнителем. В качестве критериев оценки эффективности использовались производительность и себестоимость процесса обработки, выраженная в длительности и стоимости достижения заданных параметров упрочнения. В качестве ограничительных функций использовались геометрические и физико-механические параметры поверхностного слоя обрабатываемых деталей, заданные конструктором. Остаточные напряжения в исследуемых образцах определялись по методу Давиденкова. При автоматизации проектирования технологических процессов использовалась среда разработки программного обеспечения Microsoft Visual Studio на языке программирования C#. В результате проведенных исследований установлено, что на формирование качества поверхностного слоя деталей оказывают влияние основные технологические параметры (энергия удара индентора, количество стержней и радиус их заточки, натяг при обработке). На основе проведенных теоретических исследований процесса обработки шарико-стрежневым упрочнителем получены адекватные теоретические модели формирования различных параметров качества поверхностного слоя обработанных деталей и времени обработки. Полученная зависимость прошла комплексную экспериментальную проверку в условиях ПАО «Роствертол» (г. Ростов-на-Дону). Измерения остаточных напряжений в поверхностном слое обработанных ШСУ деталей производились на автоматизированном стенде АСКОН-3-КИ производства Казанского авиационного института. В результате сравнения результатов теоретических и экспериментальных исследований рассматриваемого процесса обработки установлено, что расхождение не превышает 15 %. Адекватность теоретических формул осуществлялась по критерию Фишера. На основании результатов исследований разработаны алгоритм и методика проектирования рациональных параметров технологических процессов обработки деталей сложной конфигурации шарико-стержневым упрочнителем. Использование разработанного программного модуля системы автоматизированного проектирования технологических процессов позволило значительно сократить сроки технологической подготовки производства и обеспечить стабильное качество обрабатываемых деталей. Это делает возможным проводить технологическую подготовку в условиях цифрового производства и обеспечить значительное увеличение жизненного цикла выпускаемой продукции.

1. Пат. № 179570, Российская Федерация, U1, B24B 39/00. Устройство для отделочно-упрочняющей обработки / А. П. Бабичев [и др.] – № 2017133971. – Заявл. 29. 09. 2017. – Опубл. 17. 05. 2018.

2. Tamarkin M., Tishchenko E., Murugova E., Melnikov A. Surface quality assurance and process reliability in the processing with a ball-rod hardener // State and Prospects for the Development of Agribusiness – INTERAGROMASH 2020: 13th International Scientific and Practical Conference. E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 175. Р. 05008. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017505008.

3. Тамаркин М. А. Разработка методики проектирования технологического процесса обработки шарико-стержневым упрочнителем с учетом формирования сжимающих остаточных напряжений / М. А. Тамаркин [и др.] // Вестник Донского государственного технического университета. – 2020. – Т. 2. – № 2. – С. 143–149. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2020-20-2-143-149.

4. Tamarkin M., Tishchenko E., Chukarina I., Sosnitskaya T. Parts processing technology for transport engineering // VIII International Scientific Siberian Transport Forum. TransSiberia 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing / eds. Z. Popovic, A. Manakov, V. Breskich. Cham: Springer, 2020. Vol. 1115. Р. 913–922. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37916-2_90.

5. Tamarkin M., Tishchenko E., Murugova E. Technological design processes of vibration processing of particularly accurate parts of agricultural machinery // State and Prospects for the Development of Agribusiness - INTERAGROMASH 2021: 14th International Scientific and Practical Conference. E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 273. Р. 07032. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202127307032.

6. Тамаркин М. А. Обеспечение акустической безопасности при обработке плоских деталей шарико-стержневым упрочнителем / М. А. Тамаркин, Э. Э. Тищенко, А. Г. Исаев // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2018. – № 2. – С. 12–19. https://doi.org/10.12737/article_5ac49dc30826b3.63726809.

7. Beskopylnyi A., Meskhi B., Beskopylny N., Chukarina I., Isaev A., Veremeenko A. Strengthening of welded joints of load-bearing structures of robotic systems with ball-rod hardening // Robotics, Machinery and Engineering Technology for Precision Agriculture. Smart Innovation, Systems and Technologies / eds. M. Shamtsyan, M. Pasetti, A. Beskopylny. Singapore: Springer, 2022. Vol. 247. Р. 1–11. https://doi.org/10.1007/978-981-16-3844-2_1.

8. Beskopylny A., Meskhi B., Veremeenko A., Isaev A. Influence of boundary conditions on the strengthening technology of a welded joint with a ball-rod hardener // International Scientific and Practical Conference Environmental Risks and Safety in Mechanical Engineering: Materials Science and Engineering. IOP Conference Series. 2020. Vol. 1001. Р. 012047. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1001/1/012047.

9. Lebedev V. A., Chunakhova L. V., Kirichek A. V. Effectiveness of application of additional strengthening processing of surface plastic deformation on increase in fatigue life of parts // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering. Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. A. Radionov, O. Kravchenko, V. Guzeev, Y. Rozhdestvenskiy. Cham: Springer, 2019. Р. 17–25. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_3.

10. Chigirinskii Yu. L. Surface quality after different treatments // Russian Engineering Research. 2011. Vol. 31. Iss. 8. Р. 816–819. https://doi.org/10.3103/S1068798X11080065.

11. Blumenstein V., Makhalov M. The Metal surface layer mechanical condition transformation in machining processes // Innovations in Mechanical Engineering: 10th International Scientific and Practical Conference. MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 297. Р. 05001. https://doi.org/10.1051/matecconf/201929705001.

12. Smolentsev V., Safonov S. The technological methods of surface layer modification in construction materials // International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment: MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 129. Р. 01077. https://doi.org/10.1051/matecconf/201712901077.

13. Makhalov M. S., Blumenstein V. Yu. The residual stress modeling in surface plastic deformation machining processes with the metal hardening effect consideration // Solid State Phenomena. 2022. Vol. 328. Р. 27–37. URL: https://www.scientific.net/SSP.328.27.

14. Mahalov M. S., Blumenstein V. Yu. The surface layer mechanical condition and residual stress forming model in surface plastic deformation process with the hardened body effect consideration // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2017. Vol. 253. Р. 012009. https://doi.org/10.1088/1757-899X/253/1/012009.

15. Blumenstein V., Makhalov M. The metal surface layer mechanical condition transformation in machining processes // Innovations in Mechanical Engineering: 10th International Scientific and Practical Conference. MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 297. Р. 05001. https://doi.org/10.1051/matecconf/201929705001.

16. Mahalov M. S., Blumenstein V. Yu. Finite element surface layer inheritable condition residual stresses model in surface plastic deformation processes // 7th International Scientific and Practical Conference on Innovations in Mechanical Engineering. Materials Science and Engineering. IOP Conference Series. 2016. Vol. 253. Р. 012004. https://doi.org/10.1088/1757-899X/126/1/012004.

17. Plotnikov A. L., Chigirinskii Yu. L., Frolov E. M., Krylov E. G. Formulating CAD/CAM modules for calculating the cutting conditions in machining // Russian Engineering Research. 2009. Vol. 29. No. 5. Р. 512–517. https://doi.org/10.3103/S1068798X09050207.

18. Chigirinskii Y. L. Formalized approaches in technological design // Russian Engineering Research. 2010. Vol. 30. No. 3. Р. 305–307. https://doi.org/10.3103/S1068798X10030251.

19. Chigirinskii Yu. L., Firsov I. V., Chigirinskaya N. V. Information system for the design of machining processes // Russian Engineering Research. 2014. Vol. 34. No. 1. Р. 49–51. https://doi.org/10.3103/S1068798X14010031.

20. Тамаркин М. А. Проектирование технологических процессов виброударной отделочной обработки шарикостержневым упрочнителем / М. А. Тамаркин, Л. М. Щерба, Э. Э. Тищенко // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2005. – № 7. – С. 13–20.

21. Копылов Ю. Р. Динамика процессов виброударного упрочнения: монография / Ю. Р. Копылов. – Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2011. – 568 с.

22. Кудрявцев И. В. Повышение прочности и долговечности крупных деталей машин поверхностным наклепом / И. В. Кудрявцев [и др.] – М.: Изд-во НИИ ИНФОРМТЯЖМАШ, 1970. – 144 с.

23. Agapov S. I., Sidyakin Yu. I., Korpelyanskiy O. F. Calculation of roughness parameters during ultrasonic hobbing from the viewpoint of the theory of elastic-plastic contact // Materials Science Forum. 2019. Vol. 973. P. 170–173. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.973.170.

24. Дрозд М. С. Определение механических свойств металла без разрушения / М. С. Дрозд. – М.: Изд-во «Металлургия», 1965. – 172 с.