Введение к работе
Актуальность темы. Большинство эксплуатационных свойств изготавливаемых деталей машин зависят от комплекса прочностных свойств, которые в наибольшей степени влияют на функциональные характеристики изделия, т.е. от материала и его конструктивной прочности. Надо также отметить, что, несмотря на большое разнообразие материалов, в машиностроении зачастую требуется такое сочетание различных свойств, которые возможно достичь только дополнительной обработкой.
Большинство эксплуатационных характеристик деталей и узлов машин определяются качественным состоянием поверхностного слоя деталей, формируемых на финишных операциях технологических процессов. Качество деталей, их механические и физико-механические свойства в значительной степени зависят от отделочно-упрочняющей обработки, применяемой на различных стадиях производства.
В период разработки конструкции идёт формирование не только геометрического облика и служебных характеристик детали, но и концепция технологического процесса её изготовления, так как именно здесь в рабочей конструкторской документации закладываются основные признаки детали, определяющие эту концепцию (метод получения заготовки, технологические канавки для выхода режущего инструмента, центровые отверстия, требования к упрочняющей обработке (УО) материала детали и отдельных поверхностей и т.д.).
Спроектировав для определённых условий эксплуатации конструкцию детали, конструктор должен определить - есть ли необходимость в УО детали, и отразить эти требования в рабочих чертежах детали.
Выбор оптимального вида материала и технологии УО деталей на стадиях конструкторского и технологического проектирования сопряжён с поиском и анализом больших объёмов информации. Однако, выбор методов и технологии УО деталей недостаточно формализован, что при частой смене моделей объектов производства приводит к необходимости длительной отработки технологии упрочняющей обработки новых деталей уже на стадии их производства. В современном производстве при использовании интегрированных САПР эта задача должна эффективно решаться ещё на стадии проектирования и технологической подготовки производства новых изделий. В связи с вышеизложенным, актуальным является комплексное исследование процедур системного анализа при выборе метода УО деталей на стадии проектирования машин в интегрированных САПР.
Данная работа является частью исследований, входящих в комплексные научно-технические программы по развитию авиастроения, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, что подтверждает её актуальность.
Степень разработанности проблемы. Исследованиям в области методов УО посвящены работы Одинцова Л.Г., Шнейдера Ю.Г., Аверченкова В.И., Бабчиева А.П., Тамаркина М.А., Рыжова Э.В, Попова М.Е., Сулимы A.M., Рыковского Б.П., Суслова А.Г, Тополянского П. А., Смелянского В.М. и других ученых.
В этих исследованиях выявлены технологические возможности методов УО, области их эффективного применения. Однако, вся информация о рассматриваемых в настоящее время методах УО недостаточно систематизирована и не адаптирована для включения ее в системы автоматизированного проектирования.
Цель и основные задачи диссертационной работы. Целью работы является обеспечение требуемых эксплуатационных свойств деталей на основе выбора рационального метода УО на стадии проектирования машин.
На основании изучения состояния вопроса и предварительного анализа перспективных путей автоматизации выбора метода УО деталей установлено, что для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Дать анализ современного состояния вопросов выбора методов УО при проектировании и изготовлении деталей машин;
-
Разработать информационные модели методов У О деталей машин и установить области их эффективного применения;
-
Разработать структуру банка данных для формализованного выбора рациональных методов УО на стадии проектирования машин;
-
Разработать информационное и методическое обеспечение решения задач поддержки принятия решения при выборе метода УО деталей на стадии проектирования машин;
-
Разработать пробную версию автоматизированной системы поддержки принятия решений при выборе метода УО деталей в интегрированных САПР.
Объектом исследования являются методы и технология УО поверхностного слоя деталей.
Предметом исследования является технологическое обеспечение качества поверхностного слоя и долговечности деталей на стадии проектирования машин.
Методологической базой исследований является научные основы технологии машиностроения и методология системного анализа.
Теоретической базой исследований является теория множеств, теория кластерного анализа и теория графов.
Экспериментальной базой исследований является систематизация существующих в технологии методов УО и экспериментальные исследования методов УО, проводимые на кафедре "Технология
машиностроения" ДГТУ, экспериментальное тестирование банка данных методов УО.
Научные результаты, выносимые на защиту:
- метод формализованного решения задачи выбора метода УО
поверхностного слоя деталей на стадии проектирования машин;
комплекс процедурных моделей принятия решений при автоматизированном выборе метода УО деталей машин;
- математические модели решения задачи выбора при булевом
описании технологических возможностей методов УО и параметров
качества поверхностного слоя деталей машин;
- разработка автоматизированного банка данных методов УО деталей
машин;
методика создания информационного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений при выборе метода УО деталей машин в интегрированных САПР.
Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к достижению поставленной цели, учитывающем:
разработку и апробацию на практике формализованного метода решения задачи выбора метода УО поверхностного слоя деталей на стадии проектирования машин;
разработку комплекса процедурных моделей принятия решений при автоматизированном выборе метода УО деталей машин;
- решение аналитическим методом задачи по определению
комплексного критерия выбора при булевом описании технологических
возможностей методов УО и качества поверхностного слоя деталей машин;
разработку структуры автоматизированного банка данных методов УО деталей машин;
разработку методики создания информационного обеспечения автоматизированной системы поддержки принятия решений при выборе метода У О деталей машин в интегрированных САПР.
Практическая значимость:
Разработанная методология автоматизированного выбора метода УО деталей при проектировании машин в интегрированных САПР позволяет обеспечить комплекс заданных эксплуатационных и технологических параметров качества деталей машин. Разработанная программа системы поддержки принятия решения позволяет комплексно решать задачи выбора метода УО при конструкторской и технологической подготовке производства с учётом требуемого качества изготовляемых деталей.
Работа прошла апробацию на практике при решении тестовых задач автоматизированного выбора метода УО деталей авиационного машиностроения, а также при проведении лабораторных работ по дисциплине «САПР технологических процессов» в учебном процессе ДГТУ.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности:
Диссертационная работа представляет собой решение актуальной научной технической задачи технологического обеспечения и повышения качества поверхностного слоя и долговечности деталей машин за счет рационального выбора методов УО на стадии проектирования машин. Содержание исследований соответствует специальности 05.02.08 "Технология машиностроения". Области исследований № 2 (технологические процессы и операции, обеспечивающие качество изделий, снижение их себестоимости), и № 7 (технологическое обеспечение качества поверхностного слоя и долговечности деталей машин).
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и
обсуждались на: научно-технических конференциях профессорско-
преподавательского состава, сотрудников и студентов ДГТУ, г. Ростов-на-
Дону, 2010-2012 г.;17-й Междун. открытой научной конференции
«Современные проблемы информатизации». - Москва, 2011;
Международном семинаре «Системный анализ, управление и обработка
информации» (27 сент. - 2 октября 2011 г.) - Ростов-на-Дону, 2011 г.; 2-й
Межд. научно-практической конференции «Инновации в
машиностроении» - Кемерово, 2011г.; IX региональной научно-
практической конференции учреждений высшего и среднего
профессионального образования «Аспекты развития науки, образования и
модернизации промышленности» -Ростов-на-Дону, 2011 г.; 1-й Всерос.
с междун. участием научно-техн. конф. «Жизненный цикл
конструкционных материалов (от получения до утилизации)» (Иркутск, 28-
29 апреля 2011 г.);3-й Международной научно-технической конференции
«Модернизация машиностроительного комплекса России на научных
основах технологии машиностроения (ТМ-2011)», Брянск, 2011 г.; 1-й
Междун. научно-практ. конф. «Инновации в машиностроении» - Бийск,
2010 г.; Международной научно-технической конференции «Методы
отделочно-упрочняющей и стабилизирующей обработки ИНД в
технологии изготовления деталей машин и инструментов», г. Ростов-на-
Дону, 2010 г.
Результаты диссертации внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» при подготовке студентов по специальности 151001 - Технология машиностроения при изучении дисциплины «САПР технологических процессов», и в производство ОАО "РОСТВЕРТОЛ".
Соответствие научному плану и целевым комплексным программам:
Данная работа является частью исследований, входящих в комплексные научно-технические программы по развитию авиастроения,
тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, что подтверждает её актуальность. А также в соответствии с планом научных исследований ДГТУ.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, библиографического списка из 110 наименований, и 5 приложений. Диссертация изложена на 145 страницах (без приложений и библиографического списка), содержит 31 рисунок, 6 таблиц.
