Том 25 № 1 2023 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативно-библиографических и наукометрических базах данных Web of Science и Scopus. WEB OF SCIENCE
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Рябошук С.В., Ковалев П.В. Анализ причин образования дефектов заготовок из стали 12X18H10T и разработка рекомендаций по их устранению............................................................................................... 6 Лапшин В.П., Моисеев Д.В. Определение оптимального режима обработки металлов при анализе динамики систем управления резанием........................................................................................................ 16 Гимадеев М.Р., Ли А.А., Беркун В.О., Стельмаков В.А. Экспериментальное исследование динамики процесса механообработки концевыми сфероцилиндрическими фрезами.................................................. 44 Братан С.М., Часовитина А.С. Моделирование взаимосвязей между входными факторами и выходными показателями процесса внутреннего шлифования с учетом взаимных колебаний инструмента и заготовки.......................................................................................................................................................... 57 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Подгорный Ю.И., Кириллов А.В., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Лобанов Д.В., Мартюшев Н.В. Синтез механизма привода технологической машины непрерывного действия......................................... 71 Лобанов Д.В., Рафанова О.С. Методика критериального анализа мультивариантных систем............... 85 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э., Попов Р.А. Особенности формирования диффузионных покрытий, полученных комплексной химико-термической обработкой конструкционных сталей......................... 98 Филиппов А.В., Хорошко Е.С., Шамарин Н.Н., Колубаев Е.А., Тарасов С.Ю. Исследование свойств сплавов на основе кремниевой бронзы, напечатанных с применением технологии электронно-лучевого аддитивного производства................................................................................................................................ 110 Лысых С.А., Корнопольцев В.Н., Мишигдоржийн У.Л., Хараев Ю.П., Тихонов А.Г., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Влияние продолжительности боромеднения на толщину диффузионного слоя и микротвердость углеродистых и легированных сталей..................................................................... 131 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 149 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 159 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 10.03.2023. Выход в свет 15.03.2023. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 20,0. Уч.-изд. л. 37,2. Изд. № 46. Заказ 91. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 25 No. 1 2023 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. WEB OF SCIENCE
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 1 2023 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 25 No. 1 2023 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Ryaboshuk S.V., Kovalev P.V. Analysis of the reasons for the formation of defects in the 12-Cr18-Ni10-Ti steel billets and development of recommendations for its elimination............................................................... 6 Lapshin V.P., Moiseev D.V. Determination of the optimal metal processing mode when analyzing the dynamics of cutting control systems................................................................................................................... 16 Gimadeev M.R., Li A.A., Berkun V.O., Stelmakov V.A. Experimental study of the dynamics of the machining process by ball-end mills.................................................................................................................. 44 Bratan S.M., Chasovitina A.S. Simulation of the relationship between input factors and output indicators of the internal grinding process, considering the mutual vibrations of the tool and the workpiece................... 57 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Podgornyj Yu.I., KirillovA.V., Skeeba V.Yu., Martynova T.G., Lobanov D.V., Martyushev N.V. Synthesis of the drive mechanism of the continuous production machine......................................................................... 71 Lobanov D.V., Rafanova O.S. Methodology for criteria analysis of multivariant system................................ 85 MATERIAL SCIENCE Sokolov A.G., Bobylyov E.E., Popov R.A. Diffusion coatings formation features, obtained by complex chemical-thermal treatment on the structural steels............................................................................................ 98 Filippov A.V., Khoroshko E.S., Shamarin N.N., Kolubaev E.A., Tarasov S.Yu. Study of the properties of silicon bronze-based alloys printed using electron beam additive manufacturing technology................... 110 Lysykh S.A., Kornopoltsev V.N., Mishigdorzhiyn U.L., Kharaev Yu.P., Tikhonov A.G., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The effect of borocoppering duration on the composition, microstructure and microhardness of the surface of carbon and alloy steels............................................................................................................. 131 EDITORIALMATERIALS 149 FOUNDERS MATERIALS 159 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 85 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Методика критериального анализа мультивариантных систем Дмитрий Лобанов а, *, Олеся Рафанова b Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, Московский пр-т, 15, г. Чебоксары, Чувашская Республика, 428015, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4273-5107, lobanovdv@list.ru, b https://orcid.org/0000-0002-0560-4730, olesya-karamaeva89@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 1 с. 85–97 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.1-85-97 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Тенденции развития и применения современных машиностроительных систем так или иначе создают проблему анализа и выбора в случае наличия альтернатив объектов или же при большом количестве критериев сравнения – показателей эффективности объектов или систем [1–10]. ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9 История статьи: Поступила: 05 декабря 2022 Рецензирование: 14 января 2023 Принята к печати: 25 января 2023 Доступно онлайн: 15 марта 2023 Ключевые слова: Анализ Сравнение Мультивариантные системы Эффективность производства Организация производства Автоматизация Качество Благодарности: Исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобр наукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Тенденции развития и применения современных машиностроительных систем так или иначе создают проблему анализа и выбора в случае наличия альтернатив объектов или же при большом количестве критериев сравнения – показателей эффективности объектов или систем. Основные трудности оптимизации решения проектирования производственных систем зависят от сложных технологических задач – большого количества влияющих факторов и отсутствия закономерностей. Выбор эффективных объектов и систем – зачастую сложный и многокритериальный процесс, требующий больших затрат времени и, как следствие, снижающий эффективность организации подготовки производства. В связи с этим для подготовки и принятия различных по сложности технико-экономических решений в условиях производства необходим системный подход с использованием наиболее рациональных форм и методов организации производства. Цель работы – создание обобщенной методики критериального анализа мультивариантных систем. Методика исследований. Предложена методика, направленная на повышение эффективности организации подготовки производства за счет обоснованного выбора из большого числа вариантов. Выбор рационального варианта решения основывается на ранжировании показателей по приоритетности на момент принятия обоснованного решения конкретной ситуации и вида рассматриваемого объекта и системы. Показатели могут быть переменными с учетом специфики производства. Результаты и их обсуждение. В качестве примера практического применения предлагаемой методики проведем сравнительный анализ процесса лезвийной обработки полимерного композиционного материала стеклотекстолит СТЭФ-1 сборной фрезой, оснащенной различными инструментальными материалами. В качестве параметров сравнения взяты период технологической стойкости инструмента, производительность лезвийной обработки и приведенные затраты при реализации лезвийной обработки. По результатам сравнительного мультикритериального анализа, проведенного по представленной методике, следует вывод, что приоритетом в рассматриваемой системе с оговоренными параметрами реализации технологии является конструкция, оснащенная сплавом ВК3М, у которой наблюдается наибольшее значение весового критериального коэффициента. По результатам анализа близким по рациональности является инструмент, оснащенный сплавом марки ВК6ОМ, что позволяет рекомендовать его в качестве аналога при выборе. Область предполагаемого применения методики видится при необходимости анализа сложных мультивариантных систем/объектов. В качестве объектов/ систем могут выступать как варианты научных решений при различных условиях сопоставимости, так и конструкторские, технологические решения, конструкционные и инструментальные материалы на стадии выбора при конструкторской и технологической подготовке производства, варианты алгоритма реализации систем. Параметрами сравнения могут быть физико-механические, технологические, эксплуатационные свойства, технико-экономические и качественные показатели, специфические характеристики и параметры. Предложенная методика позволит сократить время на принятие новых решений при варьируемых условиях производства. Использование методики при известных и четко определенных параметрах, характеризующих мультивариантные системы, позволяет алгоритмизировать, а в последующем и автоматизировать процесс организационно-технологической подготовки производства. Для цитирования: Лобанов Д.В., Рафанова О.С. Методика критериального анализа мультивариантных систем // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 1. – С. 85–97. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.1-85-97. ______ *Адрес для переписки Лобанов Дмитрий Владимирович, д.т.н., доцент Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, пр. Московский, 15, 428015, г. Чебоксары, Россия Тел.: +7-908-303-47-45, e-mail: lobanovdv@list.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 86 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ В связи с этим подготовительная стадия любой производственной системы имеет важнейшее значение для любого предприятия. Конкурентоспособность напрямую зависит от подходов к процессу функционирования производства как к обобщенной производственной системе, имеющей множество целевых функций, зависящих от различных факторов [11, 12]. Начальную оценку эффективности производственной системы необходимо произвести на стадии подготовки для дальнейшего принятия долгосрочных решений, которые, в свою очередь, напрямую влияют на размеры капиталовложений системы в целом. Основные сложности выбора оптимального варианта проектирования производственных систем зависят от сложных технологических задач – большого количества влияющих факторов и отсутствия закономерностей [13, 14]. Знание основ проектирования позволит выбрать наиболее рациональные варианты компоновки производственной системы и разработать алгоритмы управления для последующей автоматизация процесса подготовки и проектирования производственных систем с использованием математических методов. При проектировании производственной системы необходимо иметь базу данных с информацией, в которой будут необходимые данные о предметной области и которые будут представлять существующие связи и/или закономерности между элементами и свойствами объектов сравнения [15–21]. Наличие информации об объектах анализа позволит принимать обоснованные решения, на основе которых возможно моделирование системы, ее прогнозирование и оптимизация. Особую актуальность это приобретает на стадии организационной или технологической подготовки производства, когда необходимо в сжатые сроки сделать обоснованный выбор из большого числа вариантов. При этом стремятся получить на выходе экономическую и технологическую эффективность производства. Выбор эффективных объектов и систем зачастую сложный и многокритериальный процесс, требующий больших затрат времени и, как следствие, снижающий эффективность организации подготовки производства [22–26]. В реальных условиях индивидуально определяются признаки, по которым производится оценка, и выбирается оптимальный вариант решения. Учитывая, что показатели стремятся привести к экстремуму (повышению или понижению), а при обеспечении гибкости производства, с учетом специфики, когда ранжирование показателей по приоритетности может быть переменным, процесс критериального анализа еще усложняется. Целью работы является создание обобщенной методики критериального анализа мультивариантных систем, смысл которой заключается в выявлении параметров, которые наиболее важны в реальных условиях именно на момент принятия обоснованного решения, с последующим анализом по приоритетным параметрам. Результат анализа системы должен быть направлен на обеспечение эффективности рассматриваемой системы в условиях принятых ограничений и приоритетов. Последовательность выбора оптимального варианта производственной системы определяется экономическими, техническими и организационными задачами. При проектировании необходимо понимать, что любые технологические решения могут и должны изменяться, регулироваться в ходе их реализации на исполнительном этапе производства. Сложность и трудоемкость всего процесса проектирования мультивариантных систем заключается в сопоставлении эффективности и рентабельности нескольких вариантов. При этом сравнение равноценных вариантов необходимо производить на каждом этапе проектирования. Степень углубленности и структура производственной системы зависят от типа производства. Методика исследований Для формализации задачи воспользуемся основами матричного анализа. Обозначим через Оi объекты или системы сравнения, где i меняется от 1 до m, а m – количество объектов/систем сравнения. Параметры, характеризующие системы сравнения обозначим как Pj , где j меняется от 1 до n, а n – количество параметров, выбранных для сравнительного анализа. Таким образом, Оi = О1, О2, … Оm; Pj = P1, P2, …Pn; P ϵ О. Так как критерии, как правило, имеют каждый свою размерность, то для удобства расчета матрицы с учетом приоритета минимального или максимального значения критерия предста-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 1 2023 87 EQUIPMENT. INSTRUMENTS вим элементы матрицы в виде кодированного безразмерного значения aij. Для кодирования необходимо ранжировать показатели Pj на те, которые предпочтительны в максимальном значении (требуется повышение) и те, которые предпочтительны в минимальном значении (требуется снижение). Если для заданных условий сопоставимости максимальное значение критерия является более предпочтительным, то и элемент матрицы aij в кодированном виде примет безразмерное численное значение, равное модулю величины критерия ij ij a P . В случае предпочтительности минимального значения критерия сравнения принимаем aij как безразмерное численное значение, равное модулю обратной величины критерия: 1 ij ij a P . Для реализации методики составим матрицу смежности M(aij), строки которой будут отражать объекты или системы сравнения Оi, а столбцы – критерии Pj, характеризующие эти объекты или системы сравнения: 1 2 3 1 11 12 13 1 2 21 22 23 2 3 31 32 33 3 1 2 3 ... ... ... ( ) ... ... ... ... ... ... ... ... . n n n ij n m i i i mn P P P P O a a a a O a a a a M a O a a a a O a a a a (1) Рекомендуемое построение матрицы позволит произвести сравнение, анализ и рациональный выбор объекта или системы с учетом проведенного ранее ранжирования параметров. В дальнейшем критерии могут быть представлены как дискретными численными значениями, так и функциональными зависимостями ( ) z Ð f k от параметров 1 2 , , { }, z k k k k которые к моменту принятия решений принимают конкретные значения в зависимости от выбранных пользователями ограничений, отвечающих условиям сопоставимости, характерным для организации производства. Выбор количества и состава параметров зависит от конкретной ситуации и вида рассматриваемого объекта или системы. Следует отметить, что чем больше параметров, характеризующих анализируемые объекты, будет принято при расчете, тем обоснованнее будет произведен выбор рационального варианта решения. Сформированная по приведенной выше методике матрица смежности позволяет произвести вычисление весового критериального коэффициента qi для каждого i-го объекта или системы сравнения в отдельности: 1 . n i ij j q a (2) Полученные в результате расчета значения формируются в результирующий вектор: 1 2 . ... i q q q q (3) Результирующий вектор позволяет наглядно судить о рациональности каждого из объектов сравнения, где максимальное значение qi свидетельствует о большей приоритетности решения. Результаты и их обсуждение В качестве примера практического применения предлагаемой методики проведем сравнительный анализ процесса лезвийной обработки полимерного композиционного материала стеклотекстолит СТЭФ-1 сборной фрезой, оснащенной различными инструментальными материалами. Стеклотекстолит СТЭФ-1 представляет собой слоистый материал на основе стеклоткани, пропитанной эпоксифенольным связующим. Лезвийная обработка полимерных композитов, как правило, вызывает трудности в обеспечении требуемого качества обработанных поверхностей и физико-механических свойств деталей [27–32]. Это связано со структурой полимерных композитов и спецификой их поведения при механическом воздействии режущего лезвия. Процесс резания композитов отличается от резания металлических материалов, и применить общепринятые подходы при выборе лезвийного инструмента не всегда представляется возможным [27, 29].
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 88 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ При обработке резанием композиционных полимерных материалов инструментальные материалы должны обладать специфическими физико-механическими свойствами, высокой износостойкостью и твердостью, что обеспечивает работоспособность инструмента и увеличивает эффективность производства [33, 34]. Для проведения многокритериального анализа по предлагаемой методике приняты следующие допущения и ограничения. Конструкции инструментов (объекты сравнения Oi) имеют аналогичные конструктивные и геометрические параметры, выбранные на основе ранее проведенных исследований [27, 29, 33, 34], но отличаются материалом режущий части, оснащены следующими инструментальными материалами: ВК2, ВК8, ВК15, ВК3М, ВК6ОМ, Т5К10. Согласно ранее проведенным исследованиям для совершенствования условий и снижения сроков организационной и технологической подготовки режущего инструмента при реализации технологии обработки изделий, достижения рациональной работоспособности инструмента в совокупности с обеспечением требуемого качества обработанной поверхности и интенсификации производительности обработки полимерных композиционных материалов рекомендуется применять: 1) высокопрочные инструментальные материалы для оснащения режущей части инструмента. Варианты инструментального материала указаны выше; 2) режимы резания при обработке композиционных материалов: подача на зуб S = = 0,15…0,17 мм/зуб, t = 0,5…0,6 мм, обороты n = 6 000 мин–1, при данных значениях достигается максимальная (в пределах, которые допускается технологическим оборудованием) скорость резания; 3) геометрические параметры инструмента устанавливаются в пределах: передний угол γ° = 15…20°, задний угол α° = 10…15°, угол заострения β° = 55…60°. Стоимость твердосплавных пластин для фрез была получена от Кировоградского завода твердых сплавов. Стоимость фрез укрупненно рассчитана с учетом затрат на изготовление в лабораторных условиях. Физико-механические свойства инструментальных материалов взяты справочно. Исходные данные для анализа представлены в табл. 1. Рациональный выбор инструментального материала для заданных условий предприятия на данный момент является обязательным этапом организации подготовки производства. В качестве критериев эффективности технологии лезвийной обработки полимерного композита выделим: работоспособность инструмента, производительность и экономичность. Период стойкости является показателем работоспособности режущего инструмента. Определение этой величины зависит от достоверных значений для таких параметров технологического процесса, как технологические режимы резания, инструментальный материал, свойства материала заготовки, геометрические параметры инструмента. Принимая в качестве исходных данных результаты стойкостных испытаний инструмента при заданном сочетании материала заготовки и инструментального материала (экспериментальная система), возможно определить расчетную (прогнозируемую) стойкость режущего инструмента при любых иных сочетаниях материалов (расчетная система) в следующем виде [27]: Т = ТeKТ, мин где Тe – экспериментальный период стойкости при известном сочетании материалов, мин; KТ – коэффициент изменения периода стойкости, который зависит от сочетания в инструментальной системе физико-механических и эксплуатационных свойств материалов инструмента и заготовки, исследуемых (прогнозируемых) и полученных экспериментально ранее. Полный расчет эффективности производительности и работоспособности инструмента производится по разработанной методике [27, 29]. При определении критерия экономичности необходимо выявить производственные затраты. Расчет экономического эффекта производится по разработанной методике [35]. Результаты расчета представлены в табл. 2. Рассмотрим условие производства, где необходима высокая работоспособность режущего инструмента и повышенная производительность обработки, и при этом нужно снизить производственные затраты. Следовательно,
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 1 2023 89 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Конструктивные параметры сравниваемых фрез Form factors of compared cutters Параметры Значение параметра Код конструкции О1 О2 О3 О4 О5 О6 Материал режущей части ВК2 ВК8 ВК15 ВК3М ВК6ОМ Т5К10 Диаметр фрезы, мм 250 Стоимость фрезы, руб. 4 500 Количество зубьев, шт. 4 Число смен режущих элементов 50 Ширина резания, мм 10 Передний угол, γ° 20 Задний угол, α° 12 Время затачивания одного режущего элемента, мин 1,5 Режимы резания S = 0,15 мм/зуб, t = 0,5 мм, n = 6 000 мин–1 Предел прочности на сжатие, МПа 3 900 3 910 2 800 4 700 4 900 3 000 Твердость, HRA 91,5 88,0 86,0 91,5 90,5 88,5 Модуль упругости, ГПа 645 598 559 638 632 549 Цена одного режущего элемента, руб. 63 66 54 95 95 45 Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Результаты расчета критериев производства Production criteria calculation results Параметры Значение параметра Код конструкции Î1 Î2 Î3 Î4 Î5 Î6 Период стойкости Ò, мин 61,26 39,29 22,65 76 71,67 34,05 Производительность P, 10–5 м3/мин 16,15 10,36 5,97 20,04 18,9 8,89 Приведенные затраты, PZ, 10–3 руб/мм3 6,26 9,76 16,93 5,098 5,41 12,74 Высота микронеровностей, Rz мкм 23 работоспособность и производительность будут иметь безразмерное численное значение, равное модулю величины критерия ij ij a P , а производственные затраты – безразмерное численное значение, равное модулю обратной величины критерия: 1 ij ij a P . После проведения ранжирования критериев строим матрицу смежности
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1