Статья: МЕТОД КОМПЛЕКСНОЙ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ S-ОБРАЗНЫХ КРИВЫХ (2021)

Постановка задачи (актуальность работы). При обработке деталей высокой точности в машиностроении сталкиваются с длительной отладкой технологического процесса, после его проектирования и диагностики причин брака. Обработка точных и глубоких отверстий создает особые трудности инженерам-технологам при проектировании технологических процессов. Но, несмотря на затраченные усилия после отладки технологической системы, не удается избежать частого появления брака по точности обработки. Диагностика причин брака занимает длительное время. Анализ технологии обработки точных и глубоких отверстий на современных предприятиях показал, что основной причиной продолжительной обработки являются трудности назначения технологических параметров операций и переходов на начальных стадиях обработки, к которым относятся сверление и зенкерование. Назначаемые технологические параметры обработки, такие как режимы резания, геометрия режущего инструмента, на эти операции мало соответствуют требованиям достижения точности расположения оси, а больше соответствуют требованиям достижения точности диаметрального размера, а также требованиям наибольшей производительности и стойкости инструмента. Повысить качество прогнозов точности обработки отверстий возможно на основе разработки математических моделей формообразований отверстий и компьютерных моделей расчета точности, учитывающих особенности зенкеров с многогранными неперетачиваемыми пластинами. Используемые методы. В данном исследовании использовались методы математического моделирования, теория резания, а также основные положения теории механизмов и машин. Новизна. Разработана математическая модель расчета увода оси отверстия при обработке зенкером с многогранными неперетачиваемыми пластинами, учитывающая новые переменные - осевое смещение вершин режущих кромок многогранных неперетачиваемых пластин τ друг от друга и различие главных углов в плане j, которые ранее не использовались в уже имеющихся аналогичных математических моделях. Результат. Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать увод оси отверстия при обработке зенкером с многогранными неперетачиваемыми пластинами, варьируя режимами резания, тем самым снижая трудоемкость обработки отверстий. Практическая значимость. Разработана методика выбора параметров операции, при обработке зенкерами с многогранными неперетачиваемыми пластинами, обеспечивающих заданную точность. Достигнуто повышение экономической и технологической эффективности при обработке отверстий зенкером с многогранными неперетачиваемыми пластинами, при использовании разработанной математической модели на основе уменьшения числа переходов и повышения агрегатируемости операций.

Прогнозирование точности обработки на стадии проектирования операции шлифования с ЧПУ в цифровой среде является актуальной задачей в силу отсутствия у различных производителей САПР инструмента, позволяющего контролировать управляющие программы на возможность обеспечения заданной точности обработки при изготовлении партии деталей. Для решения данной задачи предложено использовать цифровой двойник формообразования обрабатываемой поверхности, который позволяет прогнозировать погрешности обработки по расчетным значениям радиусов в конце цикла круглого врезного шлифования с учетом влияния переменных технологических факторов. В данной статье представлена модель формообразования радиусов шлифуемой поверхности, позволяющая вести расчет переменной глубины резания на всех участках обрабатываемой поверхности на каждом обороте заготовки в зависимости от податливости каждого участка вала по всей длине шлифования с учетом колебания припуска и затупления шлифовального круга. Внедрение цифрового двойника позволит решить задачу прогнозирования точности обработки на стадии проектирования операции шлифования с ЧПУ. Представленные в статье модели получены на основе имитационного моделирования с использованием аналитических методов математического моделирования, базирующихся на фундаментальных физических законах и основных положениях механики резания и теории пластической деформации металла в зоне стружкообразования. Научная новизна приведенных в данной статье исследований заключается в разработке цифрового двойника формообразования обрабатываемой поверхности нежесткого вала с эллипсным профилем, который впервые учитывает взаимосвязь и влияние на точность обработки глубины резания, режимов резания, физико-механических свойств обрабатываемого металла, силы резания, упругих деформаций технологической системы, кинематики процесса круглого врезного шлифования, геометрии зоны резания, колебания припуска, затупления круга, переменной жесткости вала по длине обработки. В результате в статье представлена часть разработанного впервые методологического и математического обеспечения для цифрового двойника формообразования обрабатываемой поверхности. Применение цифрового двойника формообразования обрабатываемой поверхности в производстве имеет большую практическую значимость, так как позволяет вести автоматизированный контроль управляющих программ для станков с ЧПУ на возможность обеспечения достижимой точности обработки при изготовлении партии деталей.

В статье рассмотрена актуальная проблема внедрения риск-ориентированного мышления на промышленных предприятиях. Риск-ориентированное мышление позволяет существенно повысить результативность системы менеджмента качества (СМК) предприятия и обеспечить предотвращение неблагоприятных последствий. Любые инновации на первоначальных этапах сталкиваются с сопротивлением персонала. В первую очередь это связано с психологическими аспектами и не пониманием выгод от конструктивных изменений. Не стало исключением и внедрение риск-ориентированного мышления. Несмотря на широкое распространение сертифицированных систем менеджмента качества риск-ориентированное мышление на предприятиях остается формальным, что не позволяет в полной мере реализовать весь потенциал СМК. Статья посвящена решению трех проблем, возникающих при внедрении риск-ориентированного мышления: отсутствие культуры менеджмента риска; формальный подход к внедрению методов; затянувшийся процесс перехода к повсеместному применению цифровых технологий. Авторами предлагается структурированный подход к поэтапному «мягкому» переходу на риск-ориентированное мышление. Отражены ключевые проблемы и намечены возможные пути их решения. Предлагаемые решения базируются на широко известных методах системного анализа и процессного подхода. Рассмотрены и проанализированы следующие основные этапы внедрения риск-ориентированного мышления: создание условий для формирования культуры риск-ориентированного мышления; переход от формального внедрения к риск-ориентированному мышлению; переход к повсеместному применению цифровых технологий. Предложенный подход может быть основой для начала формирования культуры работы с рисками (возможностями) предприятия. В зависимости от специфики среды организации этапы могут претерпевать изменения. Авторы открыты к конструктивному диалогу и критике.

Интенсивное распространение систем сотовой связи, а также появление новых технологий передачи информации, таких как 4G и 5G и формирование разветвленной системы высоковольтных линий электропередач привело к увеличению электромагнитного излучения в окружающую среду. Для минимизации воздействия электромагнитного излучения могут быть использованы материалы, способные поглощать или отражать его. В работе представлены исследования морфологии и свойств взаимодействия нанокомпозиционных материалов на основе полиуретана и многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) с электромагнитным излучением (ЭМИ). Проведены исследования полиуретана с МУНТ в диапазоне массовых концентрацией от 0,5 до 8 мас.%. Для определения оптических характеристик композитных материалов в СВЧ-диапазоне (эффектов пропускания, отражения и поглощения электромагнитного излучения) использован скалярный анализатор цепей, построенный на основе генератора качающейся частоты, волноводного измерительного тракта, блока анализатора и системы обработки сигналов. Проведенные исследования показали, что для композитов на основе полиуретана с массовой концентрацией МУНТ 2 и 4 мас.% характерны наибольшие коэффициенты поглощения от ~ 55 до ~ 62% ЭМИ в диапазоне частот от 9,5 до 12 ГГц. Выявлено, что для полиуретана с массовой концентрацией МУНТ равной 8 мас.% следует незначительное изменение коэффициента поглощения от ~ 37 до ~ 42%. Повышение концентрации МУНТ в полиуретане до 4 мас.% приводит к появлению на верхней стороне образца включений МУНТ. Максимальная концентрация МУНТ 8 мас.% приводит к тому, что верхняя сторона образца получается неоднородной - с развитой поверхностью, большая часть которой занята сгустками МУНТ. Все композиты показали немонотонное падение коэффициента отражения и рост коэффициента поглощения с возрастанием частоты измерения.

В настоящей работе проведен комплекс исследований стали 08Г2С, полученной методом 3D-печати электродуговой наплавкой при различных значениях погонной энергии Q. Были выполнены микро-структурные исследования и низкотемпературные испытания на ударный изгиб исследуемой стали после раз-личных режимов наплавления. Установлено, что с увеличением погонной энергии Q процесса 3D-печати наблюдается монотонное увеличение среднего размера зерна металла. Исследование показывает, что в качестве оптимального с точки зрения получения однородной мелкозернистой микроструктуры стали 08Г2С, обеспечивающей высокую хладостойкость, может быть выбран режим 3D-печати с погонной энергией Q = 425 Дж/мм. По результатам низкотемпературных испытаний на ударный изгиб стали 08Г2С установлено, что с понижением температуры наблюдается увеличение хрупкой составляющей в изломе и монотонное снижение значений ударной вязкости. Температура вязкохрупкого перехода t 50 для стали 08Г2С составила -40°С. Также была установлена связь ударной вязкости исследуемого материала со средним размером зерна в широком диапазоне пониженных температур. Проведенная в ходе исследования цифровая обработка изображений микроструктур с использованием разработанного в среде MATLAB программного обеспечения показала, что фрактальная размерность D изображения микроструктуры стали 08Г2С имеет линейную зависимость со средним размером зерна d и может быть использована в качестве количественного показателя для оперативной оценки хладостойкости. С практической стороны полученные в результате работы зависимости могут быть использованы для прогнозирования ударной вязкости и среднего размера зерна низкоуглеродистых марганцовистых сталей в зависимости от режимов 3D-печати.

В статье представлен сравнительный анализ свойств биоразлагаемых и синтетических полимерных материалов. Цель работы заключалась в определении физико-механических характеристик биоразлагаемых и синтетических полимеров: водопоглощения, стойкости к проколу, деформационно-прочностных и теплофизических характеристик различных биоразлагаемых образцов на основе полилактидов (PLA) и синтетических полимерных образцов (полипропилена и полиэтилена) с целью рассмотрения возможности улучшения прочностных свойств готовой продукции. Также в работе представлены результаты исследования водопоглощающей способности полимерных материалов различной природы. Приведены результаты испытаний, позволяющие установить температурно-временные параметры переработки полилактида по расплавному методу. Проанализированы данные, полученные методом ДСК по установлению релаксационных и фазовых переходов, происходящих в полимере при термолизе. Кроме того, были рассмотрены экологические аспекты практического применения указанных полимерных материалов. В ходе проведения эксперимента были проведены экспериментальные исследования химических свойств биоразлагаемых материалов на основе полилактидов (PLA) китайского производств, представлен сравнительный анализ физико-механических характеристик исследуемых синтетических и биоразлагаемых полимеров. Рассмотрены основные преимущества и недостатки исследуемых образцов полимеров. Сформулированы выводы о возможности и безопасности применения представленных материалов в различных отраслях народного хозяйства. На основании полученных результатов эксперимента установлено, что синтетические полимерные материалы по всем основным значениям физико-механических характеристик превосходят биоразлагаемые полимерные материалы, но при этом они уступают в экологичности их использования. Отмечено, что для улучшения эксплуатационных свойств готовой продукции в случае использования биоразлагаемых полимеров рекомендуется использование упрочняющих и гидрофобизирующих добавок.

Актуальность исследований. Обоснована актуальность разработки технологии получения седел клапанов двигателей внутреннего сгорания из материалов с прогнозируемой жаростойкостью и ударной износостойкостью на основе распыленных порошков высокохромистых сталей. Используемые методы. Для испытания использовали усовершенствованную установку, позволяющую оценить ударную износостойкость исследуемых материалов при заданной энергии удара и температуре нагрева в условиях газовой коррозии. Результаты и научная значимость. Выявлено, что на интенсивность окисления поверхности порошковых изделий из указанных материалов кроме внешних факторов влияют и внутренние. Одним из таких факторов является химический потенциал атомов компонентов сплава и молекул нагретого газа, зависящий от микрорельефа частиц порошков, объема и конфигурации пор и способов приготовления шихты. Анализ результатов испытаний на жаростойкость образцов после их нагрева в интервале 600-1000°С показал, что наименьшей жаростойкостью обладают спеченные высокохромистые стали плотностью менее 6,0-6,5 г/см3 из смеси порошков и лигатур. При повышении плотности сплавов из распыленных порошков высокохромистых сталей до 7,1-7,2 г/см3 значительно улучшаются жаростойкость и ударная износостойкость. Практическая значимость. Установлено, что в случае добавления в шихту порошка никеля в пределах 10-20% и последующей механической активации шихты на основе распыленного порошка PX-HCX23 при незначительном повышении плотности прессовок существенно возрастает жаростойкость и ударная износостойкость спеченных и горячедеформированных сплавов. Выявлено, что у спеченных биметаллических образцов с рабочим слоем на основе распыленных высокохромистых порошков быстрорежущих сталей PX-HCX23 ударная износостойкость рабочего слоя выше, чем у аналогичных однородных образцов.

Постановка задачи (актуальность работы). Уральский регион уже более 300 лет является металлургическим центром России, и за столь продолжительный временной период здесь накопилось большое количество техногенных отходов (шлаков). Изучение вещественного состава шлаков является актуальной задачей, так как прежде чем их утилизировать, надо оценить их минеральный состав. Многие шлаки представляют собой потенциальную руду, которую можно дополнительно переработать, некоторые из них являются техногенными огнеупорами и т. д. Цель работы. Изучение вещественного (минерального) состава шлаков Староуткинского металлургического завода, полученных при производстве ферроманганофосфора. Используемые методы. Химический состав породообразующих и рудных минералов установлен с помощью сканирующего электронного микроскопа JSM-6390LV фирмы Jeol с энергодисперсионной приставкой INCA Energy 450 X-Max 80 фирмы Oxford Instruments (ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург). Для анализа использовались полированные петрографические шлифы, вырезанные из кусочков шлака. Новизна. Изучение вещественного состава шлаков проводилось с точки зрения классической минералогии и с использованием современной обязательной номенклатуры Международной минералогической ассоциации. Результат. Впервые изучена минералогия шлаков ферроманганофосфорного производства Староуткинского металлургического завода. Установлено, что они сложены глаукохроит-ларнитовым агрегатом со значительным содержанием акерманита, стекла и постоянным присутствием ранкинита, алабандина и фосфида димарганца (Mn2P). Данные шлаки являются отходами ферроманганофосфорного производства, а температура их образования оценивается в узких пределах - 1420-1410ºС. Практическая значимость. Изученные нами шлаки можно пускать в дополнительную переработку. При детальной сепарации весь шлак можно полностью переработать. Выделенные глаукохроит, алабандин и фосфид димарганца являются дополнительным источником получения марганца, а остальные минералы (акерманит, ларнит и ранкинит) и стекло могут быть использованы как вяжущие вещества в цементном производстве.

Постановка задачи. Качество отливок определяется качеством изготовления литейных форм и литейных стержней. Жидкостекольная стержневая технология является одной из наиболее доступных, дешевых и экологичных технологий, благодаря чему к ней в настоящее время возобновился интерес. Эта технология имеет ряд недостатков, которые делают ее менее конкурентоспособной по сравнению с другими стержневыми технологиями в основном по критериям стабильности качества и технологичности. Жидкостекольная стержневая смесь обладает сравнительно малым временем живучести; ее технологические параметры заметно зависят от химического состава, силикатного модуля и плотности используемого жидкого стекла, а также от рецептуры, температуры и влажности, что оказывает заметное влияние на качество жидкостекольных литейных стержней в процессе их изготовления. Контроль параметров стержневой смеси в процессе ее приготовления и использования позволит повысить качество жидкостекольных литейных стержней. Цель. Разработка способа контроля параметров жидкостекольной стержневой смеси в процессе ее приготовления и применения на стержневом участке литейного цеха. Используемые методы. Математическое моделирование распространения и отражения акустических волн в исследуемых средах, планирование экспериментов, проведение экспериментов в лабораторных условиях, статистическая обработка данных и сравнительный анализ результатов исследований. Новизна. Предложен способ контроля технологических параметров жидкостекольной стержневой смеси: средней плотности, живучести, процентного содержания жидкого стекла и добавок. Результаты. Показана возможность применения предложенного способа контроля для осуществления экспресс-контроля в условиях стержневого производства, который имеет высокое быстродействие и достаточную точность. Практическая значимость. Приведены результаты экспериментальной проверки предложенного способа контроля параметров жидкостекольных стержневых смесей с различным процентным содержанием жидкого стекла и добавок, отражающие особенности взаимодействия акустических волн со стержневыми смесями различных рецептур. Обсуждаются результаты эксперимента и возможности предложенного способа контроля для стержневого производства.

Цель. Разработать и теоретически обосновать новый способ индукционного зондирования, обеспечивающий повышенную чувствительность поиска различных электропроводящих подповерхностных объектов, например подземных кабельных линий и трубопроводов. Разработать установку для реализации предложенного способа. Методы. При решении поставленных задач использован метод электромагнитного зондирования, заключающийся в генерировании переменного электромагнитного поля, которым сканируют исследуемую область, с последующей фиксацией наличия подповерхностных объектов путем приема отраженного от него сигнала. Результаты. В статье разработан новый мультиплицированный способ поиска подповерхностных объектов, особенностью которого является то, что при помощи излучающей рамочной антенны не только возбуждают первичное магнитное поле, но и одновременно контролируют изменение электрических параметров этой антенны, вызванные переизлученным полем от подповерхностных объектов. Предлагается использовать два асимметричных измерительных канала. В качестве датчика первого измерительного канала используется рамочная антенна, причем в этом канале создается резонансный режим возбуждения, а в качестве датчика второго измерительного канала используется приемная ферритовая магнитная антенна, для которой создан режим магнитного усилителя. Приведено теоретическое обоснование нового способа. Разработана структурная блок-схема двухканальной индукционной установки для дистанционного зондирования, описана процедура определения глубины залегания подповерхностного объекта и его идентификации. Заключение. Разработанный мультиплицированный способ индукционного зондирования обеспечивает высокую эффективность поиска и идентификации различных подповерхностных объектов. Он обеспечивает повышенную чувствительность и точность зондирования, а также снижение в несколько раз порога чувствительности магнитной антенны, выполняющей функции измерительного преобразователя.

Постановка задачи (актуальность работы). Современный этап развития мировой горнодобывающей промышленности определяется рядом ключевых факторов в достижении высоких технико-экономических показателей, а именно комплексным решением теоретических и прикладных проблем в горной сфере, в контексте реализации основных подходов Индустрии 4.0. Перспективным с точки зрения экономических показателей и относительной возможности безопасной добычи сырьевых ресурсов на ближайшую перспективу останется открытый способ извлечения полезных ископаемых. Анализ статистических данных эксплуатации горнотранспортного оборудования на горных предприятиях Российской Федерации и научно-технической литературы определил, что отсутствуют значительные изменения в сокращении количества простоев основного технологического оборудования. Уменьшение количества отказов, а соответственно, и простоев может быть достигнуто, кроме обновления и оптимизации парков технологического оборудования, реализацией на горнодобывающих предприятиях, системы, позволяющей минимизировать процент отказов горнотранспортного оборудования. Цель исследования. В исследовании предпринимается попытка обосновать способы использования инструментов предиктивной аналитики с целью минимизации отказов горнотранспортного оборудования. Используемые методы. Для установления показателей надежности карьерных экскаваторов, эксплуатируемых на горных предприятиях УрФО, использована методология теории надежности, в частности порядок расчета показателей надежности нерезервированных систе, методы предиктивной аналитики. Новизна. Показана возможность реализации методов и инструментов предиктвной аналитики в уменьшении отказов горнотранспортных машин. Результат. Разработана структура дерева отказов карьерного гусеничного экскаватора с составлением графологической схемы. Практическая значимость. Прогнозирование остается необходимым шагом к предупреждению отказов горнотранспортного оборудования. Внедрение на горнодобывающих предприятиях современной эффективной системы прогнозирования изменений в состоянии оборудования является ключевым инструментом для минимизации простоем горного оборудования, увеличения срока службы оборудования, снижения стоимости содержания оборудования.