CC BY
235
О. А. Зырянова, И. А. Сысуев, О. А. Тимощенко // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2010. — № 2 (90). - С. 228-231.
5. Сысуев, И. А. Модернизация программно-инструментального метода оценки насыщенности текстового набора для печатных публикаций, выполненных на цветной подложке / И. А. Сысуев, И. В. Пруд, О. Е. Сердюк, В. В. Скитченко, К. В. Василевич, К. А. Епифанцева, М. Ф. Федорчук // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. -2015. - № 3 (143). - С. 216-221.
6. Сысуев, И. А. Определение оптимального контраста графического образа страницы печатных и электронных публикаций / И. А. Сысуев, О. А. Тимощенко, Ю. С. Григорова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2013. - № 2 (120). - С. 328-331.
7. Сысуев, И. А. Влияние цвета бумаги на насыщенность текстового набора и контраст графического образа страницы
печатных публикаций // И. А. Сысуев, И. В. Пруд, Е. А. Державина, О. Е. Сердюк, В. В. Скитченко // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2015. -№ 1 (137). - С. 107-109.
СЫСУЕВ Игорь Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Оборудование и технологии полиграфического производства».
КОЗИНА Надежда Николаевна, студентка гр. ТП-141 нефтехимического института. Адрес для переписки: sia1960@mail.ru
Статья поступила в редакцию 02.09.2016 г. © И. А. Сысуев, Н. Н. Козина
УДК 621.787 539 Н. А. МАТВЕЕВ
А. П. МОРГУНОВ
Омский государственный технический университет
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА РЕЦЕПТУРЫ РЕЗИНОВОЙ СМЕСИ ПРИ ПОМОЩИ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
В производстве резинотехнических изделий одним из главных процессов является разработка рецептуры резиновой смеси. В процессе рецептуростроения все расчетные операции выполняются вручную, что обусловливает их значительную трудоемкость. Задача автоматизации процесса рецептуростроения является актуальной для современных предприятий и решается разработкой и внедрением посредством информационных технологий. Авторами предлагается с помощью разработанного программного обеспечения осуществлять выбор ингредиентов, определяя их количество без влияния субъективного фактора, с высокой точностью и минимальной трудоемкостью, формируя при этом рецептурную базу данных предприятия.
Ключевые слова: база данных, оптимизация, Excel, рецептуростроение.
Основными особенностями развития современной резиновой промышленности являются: расширение областей применения и ассортимента резиновых изделий; ужесточение условий эксплуатации изделий (широкий диапазон температур, увеличенные нагрузки, скорости, эксплуатация в агрессивных средах и т. д.); стремление использовать более дешевые и доступные армирующие материалы, каучуки и ингредиенты при невозможности беспредельного увеличения их ассортимента; необходимость снижения материалоемкости изделий и трудоемкости их изготовления при сохранении качественных показателей [1].
Очевидно, что одновременное выполнение этих требований затруднительно и связано с дополнительными затратами. Особо значительно стоимость изделий возрастает при их производстве для критических условий эксплуатации — для работы в условиях высоко агрессивных сред, при температуре
выше плюс 250 °С или ниже минус 100 °С, так как для этого требуются дорогие каучуки и наполнители [2].
Хотя стоимость комплектующих резиновых изделий в сравнении со стоимостью машин и механизмов, в которых они используются, обычно невелика, сложность замены резиновых деталей часто так высока, что для потребителя является основным показателем.
Для резиновой промышленности это оборачивается увеличением трудоемкости, снижением рентабельности, так как стоимость переработки составляет небольшую долю стоимости изделий.
Заданные свойства резины обеспечиваются наличием необходимых ингредиентов, их количеством и технологией изготовления. Подбор ингредиентов осуществляется на основе их влияния на изменение свойств резины с целью достижения требуемых характеристик [3].
о
го
Сложность процесса расчёта рецептур резиновых смесей заключается еще и в том, что постоянно увеличивается номенклатура применяемых ингредиентов. В связи с этим расчёт рецептов без использования современных компьютерных технологий требует значительных затрат времени, что может привести к потере оперативности управления производством [4]. Использование данного программного обеспечения позволяет не только ускорить технологические расчёты, но и констру-
Рис. 1. Блок-схема расчета показателей рецепта резиновой смеси
ировать многокомпонентные системы с заданными свойствами — планируемыми физическими свойствами и минимальной себестоимостью.
Из вышесказанного следует, что для разработки конкурентоспособной на рынке резинотехнических изделий продукции необходимо обладать комплексом профессиональных компетенций в области автоматизированного проектирования рецептов резиновых смесей.
Предлагаемое программное обеспечение позволяет определять количественный состав ингредиентов резиновых смесей с реализацией создания базы данных рецептур. Программное обеспечение написано на языке Visual Basic for Applications (VBA) [5]. Выбор языка объясняется тем, что VBA используется в популярной системе Microsoft Office и позволяет совместить как программу для расчета, так и базу данных, выполненную в табличном редакторе Excel.
В программе используются пользовательские формы для создания и редактирования шаблонов рецептов, циклы для расчета значений показателей; реализованы условия, не допускающие некорректный ввод исходных данных. Также имеются элементы управления, упрощающие работу с программой. Для реализации создания базы данных использовались рабочие листы Excel.
Расчет рецепта резиновой смеси включает в себя расчет пяти показателей:
— расчет массовых частей ингредиентов на 100 массовых частей каучука (основной показатель);
— расчет массовых процентов ингредиентов;
— расчет объемных частей ингредиентов;
— расчет объемных процентов ингредиентов;
— расчет массы одной заправки резиновой смеси (в зависимости от применяемого оборудования) — рабочий рецепт.
Исходной информацией для программы является рецепт, заданный в массовых частях компонентов резиновой смеси на 100 массовых частей каучука. Для ввода данной информации необходимо создать индивидуальный шаблон, содержащий определенное количество ингредиентов каждой стадии изготовления резиновой смеси. При составлении рецепта имеется возможность выбора ингредиентов из базы данных, содержащей наименования основных компонентов резиновой смеси.
Для определения всех составляющих рецепта резиновой смеси разработан алгоритм расчета (рис. 1) [6]. Исходные данные поступают в виде чисел.
п А В С D Е F 6 Н
1 Наименование резиновой смеси: Опытная - 1
2
3 № Наименование ингредиентов Содержание Плотность, Объем Навеска
4 п/п масс. ч. масс. % кг/м3 об. ч_ 10~3 об. % ингредиентов, кг
5 1 стадия
6 1 СКМС-ЗОАРК 100,00 53,91 960,00 104,17 65,72 55,40
7 2 Регенерат РКТ 10,00 5,39 1200,00 8,33 5,26 5,54
8 3 Оксид цинка 5,00 2,70 5420,00 0,92 0,58 2,77
9 4 Стеариновая кислота 1,50 0,81 960,00 1,56 0,99 0,83
10 5 Техуглерод К-354 35,00 18,87 1800,00 19,44 12,27 19,39
11 6 Техуглерод П-234 20,00 10,78 1820,00 10,99 6,93 11,08
12 7 Парафин 3,00 1,62 900,00 3,33 2,10 1,66
13 8 Мазут 6,00 3,23 900,00 6,67 4,21 3,32
14 Итого по 1 стадии 180,50 97,30 155,42 100,00
15 2 стадия
16 Маточная смесь 100,00
17 9 Сера 2,50 1,35 2050,00 1,22 0,77 1,39
18 10 Альтакс 1,50 0,81 1470,00 1,02 0,64 0,83
19 11 Нафтам-2 1,00 0,54 1190,00 0,84 0,53 0,55
20 Итого по 2 стадия 5,00 2,70 3,08 2,77
21 Итого по рецепту 185,50 100,00 158,50 100,00 102,77
22 Дата и время создания рецепта 13.09.16 10:47:36
23 Последнее изменение Г"Ч А
24 Оператор 1
25 ■
26
М | N | О
Создать шаблон для нового рецепта Изменить шаблон для рецепта
Очистка Удалить рецепт
Расчет рецепта Открыть рецепт
Сохранить рецепт Выход из программы
Рис. 2. Интерфейс программного обеспечения
Рис. 3. Блок-схема сохранения рецепта в БД
Главным преимуществом программного обеспечения является наличие макроса, позволяющего осуществлять арифметические операции в программных модулях, отображая на рабочем листе только результаты расчетов [7].
Панель управления программного обеспечения состоит из функциональных кнопок (рис. 2). Функционал обеспечивает расчет, сохранение, редактирование, выгрузку на рабочий лист существующих рецептов из базы данных (БД).
Алгоритм, отвечающий за сохранение рассчитанного рецепта резиновой смеси в базу данных (рис. 3), упрощает процесс создания нового рецепта. Выгрузка данных существующего рецепта позволяет редактировать рецептуру резиновой смеси, изменяя лишь исходные данные.
Расчет рецептов резиновых смесей с использованием данного программного обеспечения позволит повысить производительность труда в 10 раз и более.
Известны различные пути поиска оптимального соотношения отдельных ингредиентов. Ранее эта
задача решалась путем постановки пассивного эксперимента, заключающегося в последовательном изучении влияния на свойства резин содержания каждого из компонентов в отдельности при фиксированных количествах других. Данный метод связан со значительными затратами времени и материалов, так как на свойства резин оказывает влияние большое количество факторов. Кроме того, полученный результат может и не быть оптимальным из-за наличия эффекта взаимодействия компонентов [1].
Задачи нахождения оптимальных условий часто возникают в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, поэтому к настоящему времени разработаны специальные математические модели, позволяющие получать более обширную информацию о поведении изучаемого объекта, чем при постановке пассивного эксперимента при существенном сокращении необходимого объема экспериментальных данных [8]. В каждом конкретном случае математическая модель создается исходя из целевой направленности объекта, задач исследования и с учетом требуемой точности решения и достоверности исходных данных.
В зависимости от степени изученности процесса, подлежащего оптимизации, построение математической модели может быть осуществлено двумя способами.
Если имеется надежная и достаточная информация о совокупности физико-химических процессов, протекающих в исследуемом объекте, то математическая модель может быть представлена системой алгебраических или дифференциальных уравнений, устанавливающих взаимосвязь между важнейшими параметрами.
Очевидно, подобные модели, связывающие в виде некоторой системы математических уравнений технологические свойства резиновых смесей и механические показатели вулканизатов с составом, а также температурно-временными параметрами изготовления, переработки и вулканизации резин, теоретически существуют.
Однако эти методы пока еще недостаточно разработаны для решения задач оптимизации рецептур резиновых смесей.
Использование разработанного программного обеспечения позволит автоматизировать расчет рецептур резиновых смесей и создать единую рецептурную базу данных предприятия, что позволит снизить трудоемкость процесса расчета и хранения рецептур резиновых смесей и повысить качество выполнения данных операций. Необходимо продолжить разработку программного обеспечения, а именно разработать алгоритм проведения статистической обработки результатов физико-механических испытаний резин с целью определения зависимости влияния ингредиентов на свойства резиновых смесей и разработать математическую модель с целью выявления оптимальных сочетаний ингредиентов.
Библиографический список
1. Основы рецептуростроения эластомерных композиций : учеб. пособие для студентов. В 2 ч. / В. М. Гончаров [и др.]. — Красноярск : СибГТУ, 2002. - Ч. 1. - 84 с.
2. Большой справочник резинщика. В 2 ч. Ч. 2. Резины и резинотехнические изделия / Под ред. С. В. Резниченко, Ю. Л. Морозова. — М. : Издат. центр «Техинформ» МАИ, 2012. — 648 с.
Е s
X
о
го
3. Справочник резинщика. Материалы резинового производства / П. И. Захарченко [и др.]. — М. : Химия, 1971. — 605 с.
4. Rubber Technology. Compounding and Testing for Performance / John S. Dick ; пер. с англ. В. А. Шершнева. — СПб. : Научные основы и технологии, 2010. — 620 с.
5. Гарбер, Г. З. Основы программирования на Visual Basic и VBA в Excel 2007 : учеб. пособие для вузов / Г. З. Гарбер. — М. : Солон-Пресс, 2008. — 189 с.
6. Стивен, С. Скиена. Алгоритмы. Руководство по разработке / Стивен С. Скиена. — 2-е изд. — СПб. : БХВ — Петербург, 2011. — 722 с.
7. Роман, С. Использование макросов в Excel / С. Роман. — 2-е изд. — СПб. : Питер, 2004. — 507 с.
8. Красовский, В. Н. Примеры и задачи по технологии переработки эластомеров / В. Н. Красовский, А. М. Воскресенский, В. М. Харчевников. — Л : Химия, 1984. — 240 с.
МАТВЕЕВ Никита Александрович, аспирант кафедры «Технология машиностроения» Омского государственного технического университета (ОмГТУ); инженер научно-производственного предприятия «Прогресс», г. Омск.
Адрес для переписки: nikitamatveev55@gmail.com МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор (Россия), главный научный сотрудник, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» ОмГТУ.
Адрес для переписки: nikitamatveev55@gmail.com
Статья поступила в редакцию 31.08.2016 г. © Н. А. Матвеев, А. П. Моргунов
УДК «1.9.Ю5 д. В. ЕМЕЛЬЯНОВ
Набережночелнинский филиал Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева, г. Набережные Челны
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОМОМЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ СВЕРЛЕНИЯ
Рассмотрены и определены изменения силомоментных характеристик в процессе сверления в зависимости от глубины обрабатываемого отверстия. На основании теоретических и практических исследований автором предложен метод проектирования спиральных сверл, жесткость которых меняется по длине сверла. Предложенный метод позволит производительнее вести механическую обработку отверстий, уменьшить количество брака вследствие поломок инструмента, снизить расход режущего инструмента, что, безусловно, является актуальным в современном машиностроительном производстве. Ключевые слова: режущий инструмент, спиральные сверла, момент сверления.
Процесс сверления спиральными сверлами сопровождается рядом негативных факторов, которые проявляются при сверлении отверстий, глубина которых располагается в диапазоне Ь/й0 =(3...5), где — диметр отверстия, а Ь — его длина. К таким недостаткам можно отнести:
1. Разрушение спирального сверла из-за недостаточной жесткости.
2. Отклонение от круглости отверстия.
3. Увод и непрямолинейность оси отверстия.
Разрушение инструмента происходит в результате увеличения крутящего момента в процессе увеличения обработки глубины отверстия. На границе Ь/й0 =(3.5) наибольшие касательные напряжения т зачастую превосходят допускаемые, в результате чего происходит разрушение. Зная условия прочности [1], можно определить допускаемые силомо-ментные характеристики при проектировании спирального сверла.
В процессе эксплуатации спиральное сверло испытывает влияние крутящего момента М и Р —
1 ^ 1 кр ос
осевой силы, а также результирующей радиальной силы, которая возникает на главной режущей кромке (ГРК), в результате чего инструмент испытывает продольные и поперечные деформации, которые в значительной степени влияют на его работоспособность. Влияние осевой силы в значительной степени проявляется при формообразовании сквозных отверстий в тот момент, когда поперечная режущая кромка вышла из материала. В этот момент происходит резкая подача заготовки на инструмент, в результате чего происходит разрушение инструмента.
В работе [2] были получены обобщенные эмпирические формулы для определения силомомент-ных зависимостей при сверлении:
Mp = 8,65D2-6
(1)
58
