6.4. Методика проектирования кмо

На рис. 6.6 показаны внешние и внутренние факторы, определяющие технологические показатели практически используемых методов обработки, на базе которых можно комбинировать нетрадиционные гибкие технологии. На рис. 6.6 приведена та часть воздействий, которые оказывают внешнее влияние на процессы. Не показаны магнитные и ядерные составляющие, которые не оказывают заметного влияния на технологии.

К внутренним факторам относятся характеристики обрабатываемого материала, большинство которых является неотъемлемым свойством детали и не может корректироваться в целях повышения технологических показателей процесса. Исключением служит наклеп и отражательная способность поверхности, которые можно изменять в довольно широких пределах. Однако такие вариации не достаточны для эффективного управления процессом.

Из сказанного следует, что направленное управление процессом целесообразно осуществлять через внешние факторы. Связь между технологическими показателями и внешними воздействиями показана в виде комплекса, где возможно сочетание различных элементов.

Пр(М, Х, Мп, Mu, Tn, Я, МХ, MMn, MMu, МTn, МЯ, ХМп…)

Пг(М, Х, Мп, Mu, Tn, Я, МХ, MMn, MMu, МTn, МЯ, ХМп…)

Rz(М, Х, Мп, Mu, Tn, Я, МХ, MMn, MMu, МTn, МЯ, ХМп…)

T(М, Х, Мп, Mu, Tn, Я, МХ, MMn, MMu, МTn, МЯ, ХМп…)

Gi(М, Х, Мп, Mu, Tn, Я, МХ, MMn, MMu, МTn, МЯ, ХМп…)

U(М, Х, Мп, Mu, Tn, Я, МХ, MMn, MMu, МTn, МЯ, ХМп…)

Э(М, Х, Мп, Mu, Tn, Я, МХ, MMn, MMu, МTn, МЯ, ХМп…),

Рис. 6.6. Факторы, определяющие формообразование

поверхности при резании (Р), электрохимической (ЭХО),

электроэрозионной (ЭЭО), ультразвуковой (УЗО),

лучевой (ЛО) обработке

Внешние воздействия:

1 - механическое постоянное;

2 - химическое;

3 - тепловое;

4 - механическое импульсное.

Внутренние воздействия:

I. Физико-механические характеристики (1 - наклеп поверхности; 4 - хрупкость материала, 7 - сочетание материалов инструмента и детали)

II. Свойства обрабатываемого материала (2 - состав; 3 - структура; 5 - температура плавления; 6 - отражательная способность)

где производительность Пр, погрешность Пг, шероховатость Rz (или другой показатель), глубина измененного слоя Т, механические свойства обработанного материала Gi (или другой показатель), износ инструмента U, удельный расход электроэнергии Э зависят от магнитного М, химического X, механического постоянного Мп и эмульсионного Мu, теплового Тn, ядерного Я воздействия и их сочетаний. При ограниченной изученности взаимного влияния внешних воздействий построение полной математической модели оптимизации комбинированных процессов едва ли возможно. Однако, при определенных допущениях, оптимизация выбора внешних воздействий осуществима. В комплексах необходимо сохранить те воздействия, которые значимы для технологического показателя. При этом каждое из них может иметь множество технологических приложений.

Для магнитного воздействия (М) характерно отсутствие прямого влияния на показатели, но его присутствие изменит динамические характеристики абразивных частиц при механическом шлифовании, особенно на труднодоступных для инструмента участках. Возможно, что подобное влияние может обнаружиться и при других сочетаниях воздействий, когда количество составляющих будет 2 и более (например МХМn, MTnXMu). Для ядерного воздействия (Я) известно положительное влияние на тепловые процессы (например, на производительность электроконтактной резки в воздушной среде) и на усталостную прочность деталей, обработанных электрохимическим методом.

Для некоторых воздействий следует учесть инвариантность приложений. Например, тепловые факторы определяют технологические показатели всех видов лучевой и электроэрозионной обработки, которых в настоящее время известно и изучено не менее 7. Большое количество приложений имеет механическая обработка в комбинированных процессах.

При оценке значимости внешних воздействий приходится исходить из достигнутого уровня знаний и разделить факторы на следующие группы, присвоив им соответствующие индексы (в).

1. Воздействия, которые непосредственно не влияют на технологические показатели и могут не учитываться в комплексах (в=1).

2. Воздействия, которые существенно влияют на технологические показатели и должны быть учтены при их формировании (в=2).

3. Воздействия, которые изучены и в сочетаниях не влияют на технологические показатели (в=3).

Если в=3

М₃…  Пр…

М₂Х₃… М₂  Пр…

М₃Х₂Мn₂… Х₂Мn₂  Пр…

М₃Х₃… Пр…

4. Воздействия, которые изучены и в сочетаниях влияют на технологические показатели (в=4).

Если в= 4

М₃Х₄Мn₄…  Х₄Мn₄…  Пр…

М₃Х₄…  Х₄…  Пр…

М₃Х₄Мn₄…  Х₄Мn₄…  Пр…

5. Сочетания, которые не изучены, но имеются аналоги для качественной оценки их влияния на технологические показатели (в=5).

Если в=5

М₅Х₄…  Пр… при положительном воздействии

М₅Х₄…  Пр… при отсутствии или отрицательном воздействии сочетания на показатели

6. Сочетания, которые не изучены и не известно их влияние на показатели (в=6). Здесь следует провести дополнительные исследования, простейшим из которых будет многофакторный эксперимент, позволяющий дать количественную оценку сочетаний. После чего их используют в комплексах по аналогии с в = 5.

Для каждого технологического показателя (Пр, Пг и др.) вводятся ограничения, показывающие направления поиска комбинированных процессов. Ограничения могут быть следующие:

1. Один или несколько технологических показателей комбинированного процесса должны иметь предельное значение. Это возможно, если взаимное влияние внешних воздействий незначительно. Присвоим этому ограничению индекс S=1.

2. Часть показателей не являются значимыми для комбинированного процесса, но их следует сохранить на прежнем уровне или ограничить изменение в заданном интервале. К ним может относиться один или несколько показателей качества поверхности, механических свойств, расход энергии (в случае формообразования миниатюрных поверхностей). Индекс S=2.

3. Часть показателей нет смысла учитывать или их значения несущественны для комбинированного процесса. Примером может служить оптимизация износа инструмента, который для электрохимической размерной и лазерной обработки отсутствует, или показатели качества и механические характеристики детали при создании эрозионнохимического способа удаления сломанного инструмента. Индекс S=3. Тогда комбинированный процесс (КП) можно записать в виде

КП  (Прs, Пгs, Rzs, Ts, Gis, Us, Эs)

Здесь: если s = 1 Пр₁…Э₁  КП

если s = 2 - технологический показатель контролируют после формирования КП.

если s = 3 Пр₃...Э₃  КП

Таким образом, КП рассматривается, как комплекс технологических показателей с индексом s = 1.

Для проектирования комбинированного процесса следует установить технологические показатели, используя для этого функционалы

Пр = F( W₁₁ + W₂₂ + W₃₃... )  mах

Пг = F(U₁ + U₂ + U₃... )  min

Здесь W_1… - мощность воздействия (индекс показывает номер воздействия ),

_1… - коэффициент полезного действия 1, 2, 3... воздействия.

Если заявленные требования к комбинированному процессу затрагивают технологические показатели, в которых значения энергетических показателей имеют одно направление (к максимальному или минимальному значению), то возможно проектирование оптимального комбинированного процесса. В случае появления противоположного воздействия следует выбрать приоритетные технологические показатели или внести ограничения на их предельные изменения.

Следующим этапом формирования комплексов является выбор технологических приложений. При этом могут быть следующие случаи:

1. Известное технологическое приложение способствует достижению заданных технологических показателей (m = 1), и его следует принять адекватным всему воздействию.

Если m = 1

X₁  ЭХО₁  Пр … Э

Tn₁  ЭЭО₁, СЛО₁  Пр … Э

ЭЭО₁  ЭUсО₁, ЭUмО₁, ЭКОЖ₁, ЭКОВ₁  Пр … Э

2. Известное технологическое приложение не способствует положительному результату при создании комбинированного процесса (m= 2).

Если m = 2

ЭХО₂  Пр, Пг ... Э

ЭЭО₂  Пр, Пг ... Э

3. Известные технологические приложения оказывают как положительное (m=3) так и отрицательное или незначительное (m=4) воздействие на комбинированный процесс. В качестве базы для сравнения применено резание металлическим инструментом.

Если m=3 М₄  Пр ... Э

m=4 ЭХО₃  Пр, Пг, Rz, Т, Gi

ЭХО₄  U, Э

УЗО₃  Пр, Т, U, Э

УЗО₄  Пг, Rz

4. Не установлено технологических приложений, способствующих достижению заданных технологических показателей комбинированного процесса. Тогда, исходя из характера известных воздействий, необходимо сформировать несколько новых сочетаний, изучить недостающие показатели и сформировать новый комбинированный процесс или дать ограничения по достижению требуемых технологических показателей.

С учетом известных технологических показателей комбинированный процесс может быть представлен в виде комплекса

КП  (М, ЭХО, УЗО, У, ИФР, РЛИ, РАИ, ИЛО, ЭЛО, СЛО, ЭИсО, ЭИмО, ЭКОЖ, ЭКОВ)

По мере изучения различных видов воздействия на объект будут появляться новые нетрадиционные технологические методы, которые послужат базой для создания перспективных комбинированных процессов.

Полученные результаты во всех случаях следует проанализировать на предмет вредного воздействия на жизнедеятельность человека. Если это имеет место и после всех охранных мероприятий процесс не укладывается в допустимые пределы, то следует выявить воздействия, вызывающие нежелательный эффект, предложить пути его устранения. В случае отрицательного результата необходимо найти адекватную замену вредного воздействия из числа известных или вновь разрабатываемых технологических приложений.

Алгоритм проектирования гибкого комбинированного процесса приведен на рис. 6.7.

Группируя внешние воздействия, можно создать классификатор известных комбинированных методов (рис. 6.8), проверить разработанную методику проектирования на отдельных примерах и далее начать создание теоретически осуществимых гибких комбинированных процессов. Часть представленных на рис. 6.8 методов не прошла промышленной апробации и может быть рекомендована к применению после всестороннего изучения процесса. Такие методы выделены в классификаторе двойной линией верхней полки обрамления.

При проектировании КМО должны быть учтены следующие ограничения:

Если S=1, то задано предельное значение технологического показателя;

При S=2 показатель не меняется или изменяется незначительно;

В случае S=3 – показатель не существенен.

Тогда структура комбинированного процесса (КП) может быть представлена в форме

КП  (Прs, Пгs, Rzs, Ts, Gis, Us, Эs), (6.56)

где если S=1, то Пр₁…Э₁КП; если S=3, то Пр₁…Э₁КП.

Рис. 6.7. Алгоритм проектирования

комбинированных процессов

Рис. 6.8. Классификатор известных КМО

С учетом ограничений формируются условия оптимизации процесса

Пр = F( W₁₁ + W₂₂ + W₃₃... )  mах (6.57)

Пг = F(U₁ + U₂ + U₃... )  min (6.58)

(6.59)

(6.60)

(6.61)

, (6.62)

где W_i – мощность i воздействия;

_i – КПД i воздействия.