УДК 621.048.4

РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ «МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ»

 

DEVELOPMENT OF INTELLECTUAL SYSTEM OF SUPPORT OF DECISION-MAKING «MODEL OF PROCESS OF THE ELECTROSPARK ALLOYING»

 

Коротаев Д.Н. (Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), г. Омск, РФ)

Иванова Е.В., Прозорова М.А., Медведев Е.Л., Швалев А.С.

(Омский автобронетанковый инженерный институт, филиал Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева Министерства обороны Российской Федерации, РФ)

 

Korotaev D.N. (The Siberian Automobile and Highway Academy (SibADI), Omsk, Russia)

Ivanova E.V., Prozorova M.A., Medvedev E.L., Shvalev A. S.

(Omsk Tank-Automotive Engineering Institute of Khrulev Military Academy of Logistics, Omsk, Russia)

 

Для оптимизации технологических процессов, применяемых для восстановления изношенных поверхностей деталей машин различных видов военной техники, активно применяют информационные технологии. В настоящей работе на основе моделирования процесса электроискрового легирования разработан программный продукт для контроля глубины упрочнения. Обоснован выбор среды программирования. Приведено краткое описание архитектуры программы.

Actively apply information technologies to optimization of the technological processes applied to restoration of worn-out surfaces of details of cars of different types of military equipment. In the real work on the basis of modeling of process of an electrospark alloying the software product is developed for control of depth of hardening. The choice of a programming environment is reasonable. The short description of architecture of the program is provided.

 

Ключевые слова: электроискровое легирование, глубина упрочнения, среда программирования, моделирование, программный продукт.

Keywords: electrospark alloying, hardening depth, programming environment, modeling, software product.

 

Одной из приоритетных задач Вооруженных сил Российской Федерации является обеспечение высокого и стабильного качества вооружения и военной техники [1]. В процессе эксплуатации рабочие поверхности деталей машин подвергаются износу. Поэтому возникает потребность в развитии и оптимизации методов поверхностного упрочнения металлических деталей, используемых в военной технике [2].

К числу современных методов поверхностной обработки относится электроискровое легирование (ЭИЛ), позволяющее получать покрытия с уникальными физико-механическими свойствами [3]. Достоинством ЭИЛ является высокая прочность сцепления легированного слоя и материала основы, возможность нанесения на упрочняемую поверхность любых токопроводящих материалов, низкая энергоемкость процесса, простота выполнения технологической операции.

В процессе ЭИЛ участвует легирующий электрод (анод), обрабатываемая поверхность детали (катод), межэлектродная среда, варьируя параметрами которых возможно целенаправленно управлять процессом формирования структуры и эксплуатационных свойств поверхностного слоя детали или инструмента.

Формирование упрочненного слоя происходит в результате сложных теплофизических процессов на микролокальных участках воздействия единичного искрового разряда, при этом поверхности анода и катода нагреваются и образуются локальные очаги плавления и испарения, вызывающие их электрическую эрозию и взаимный массоперенос [4, 5].

Для применения метода ЭИЛ используют стандартные лабораторные установки, которые могут работать в ручном и автоматическом режимах. Фактически, специализированная установка – это основа технологического процесса для упрочнения и восстановления поверхностного слоя, которая управляется квалифицированным оператором. Для эффективного управления и контроля в таких технических системах необходима точная информация о параметрах протекающих физических процессов.

В настоящее время во многих отраслях промышленности эффективно применяются технические системы, некоторые функции которых сохраняются за человеком-оператором. Такие системы называют автоматизированными. Автоматизированные системы управления (АСУ) с системой поддержки принятия решений (СППР), являются основным инструментом повышения обоснованности управленческих решений. На их основе разрабатывают программные продукты, которые позволяют контролировать параметры протекающих процессов, что необходимо для обеспечения качества упрочняемых и восстанавливаемых металлических поверхностей.

Математическое моделирование процесса ЭИЛ. Единой модели процесса электроискрового легирования в настоящее время не существует. Это связано со сложной физикой процесса, с невозможностью точного определения термодинамических параметров ЭИЛ. Поэтому в качестве исходной модели была выбрана математическая модель процесса ЭИЛ. Приведем некоторые основные законы, лежащие в основе моделирования процессов ЭИЛ.

Падающий на поверхность материала энергетический поток проходит в глубь материала и поглощается в нем. В результате поглощения внутри и на поверхности материала действует тепловой источник, распределенный во времени и пространстве определенным образом. Распределение теплового поля источника описывается нормальным (Гауссовым) распределением. Общий вид функции нормального распределения:

,

где: q(x) – функция распределения теплового потока в горизонтальном слое; qn(x) – плотность мощности теплового потока на глубине х от поверхности; r – радиус лунки, после искрового разряда, м; k – коэффициент сосредоточенности теплового потока.

При падении теплового потока на поверхность, происходит его поглощение в соответствии с законом Бугера-Ламберта:

,

где: q0 – плотность мощности излучения, падающего на образец; μ – коэффициент поглощения излучения, м-1.

Плотность мощности падающего излучения определяли через значение энергии в импульсе, длительность искрового разряда и площадь «пятна» после воздействия искры на поверхность металла. Оценку температуры делали  с помощью уравнения теплопроводности Фурье для распространения теплового потока в некотором слое вещества.

Дополнительно для обработанной ЭИЛ детали были вычислены: средний диаметральный размер микролунки (d); квадратичный диаметральный размер микролунки (d2); распределение диаметров микролунок на поверхности (Р, % – вероятность распределения соответствующего диаметра). Диаметральные размеры микролунок используются для построения функции нормального распределения Р = f(d2).

Программный продукт. Контроль глубины упрочненного слоя. При выборе среды программирования учитывали, что программа:

˗ обладать качественной графической подсистемой вывода семейства графиков функций в трёхмерном виде, с возможностью их наглядного представления, анализа и выборки необходимых данных, работающей на большинстве современных графических ускорителей;

˗ мгновенно запускаться без сторонних утилит и библиотек, виртуальных сред (машин), эмуляторов, интерпретаторов и других вспомогательных компонентов, кроме стандартных средств операционной системы (ОС).

Учитывая модульность программы, т.е. наличие множества подсистем, в общем случае, независимых, есть смысл представить их в виде объектов (применить объектно-ориентированный подход (ООП) к созданию программной системы) и тем самым, облегчить её написание и дальнейшую модификацию.

В качестве языка программирования был выбран C++. Для Windows существует интегрированная среда разработки Microsoft Visual C++ (MSVC), пользующаяся огромной популярностью среди профессиональных разработчиков.

Внешний вид программы представлен на рисунке. Как видно, графический интерфейс пользователя очень прост. Всё что от пользователя (оператора) требуется – ввести необходимые параметры установки и нажать кнопку «Запуск», результат моделирования сразу же отобразится на графике.

Для настройки подходящего вида, имеется возможность масштабирования, переноса и вращения графика, а также выбор определённой проекции.

 

Рисунок - Рабочее окно программы

 

Таким образом, разработанный программный продукт позволяет осуществлять моделирование процесса электроискрового легирования и контролировать глубину упрочненного слоя, что необходимо для обеспечения качества рабочих поверхностей эксплуатируемого оборудования в военной технике.

Список использованных источников

1. Критенко М.И. Обеспечение качества военной продукции. Новое поколение нормативных документов // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2000. – № 4. – С. 50-53.

2. Коротаев Д.Н., Иванова Е.В., Худякова О.Д. Управление качеством формирования износостойких поверхностных слоев методом электроискрового легирования // Справочник. Инженерный журнал с приложением. – 2015. – № 5(218). – С. 34-37.

3. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. Владивосток: Дальнаука, 1995. 323с.

4. Коротаев Д.Н., Иванова Е.В. Управление активационно-диссипативными процессами при электроискровом легировании стальной поверхности // Физика и химия обработки материалов, 2010. № 6, С. 81-84.

5. Управление технологическими режимами при электроискровом легировании металлических поверхностей / Иванова Е.В. [и др.]// Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: Сборник научных статей Междунар. науч.-практ. конференции. – Курск: Изд-во ЮЗГУ, 2015. – С. 47-50.