CC BY
4
Темпель Юлия Александровна, канд. техн. наук, доцент, tempeliulia@mail.ru. Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет.
Новикова Анна Александровна, студент, Novikovaaa@ltyuiu.ru. Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет
METHODOLOGICAL BASIS FOR PLANNING AND OPTIMIZATION OF WORKS WITHIN THE FRAMEWORK
OF INNOVATIVE PROJECTS IN ENGINEERING
Novikova А.А., Tempel Yu.A.
The development of methods of mathematical analysis made it possible to make managerial decisions, largely based on the projected strengths of the project, which entails an increase in its effectiveness. Innovative activity in the engineering industry is the main tool _ for the development of organizations, increasing their competitiveness and efficiency, while contributing to an increase in the level of innovative activity of the country as a whole. In this regard, it remains relevant to consider the methodological _ foundations _ for carrying out work on planning projects in the field of development and implementation of technical and technological innovations. The purpose of the study is to build a network planning model, as well as to optimize the work of an innovative project in the engineering industry associated with the development and further commercialization of a device for creating a metal coating by cold spraying. The methods and means of research are the fundamentals of the theory of network and scheduling, optimization of the process of making managerial decisions in the course of coordinating activities during the implementation of innovative projects, methods of mathematical calculation, analysis and generalization of data, as well as evaluation of results. The article presents the results of work in the field of planning aimed at the implementation of an innovative project and presented as a network model.
Key words: management, planning, mechanical engineering, network diagram, innovative project, work optimization.
Tempel Yulia Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, tempeliulia@mail. ru, Russia, Tyumen, Tyumen Industrial University,
Novikova Anna Alexandrovna, student, Novikovaaa@tyuiu. ru, Russia, Tyumen, Tyumen Industrial University
УДК 655.222.343
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-248-249
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ ПЛАСТИКОВЫХ СТЕРЖНЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ПО ТЕХНОЛОГИИ FDM-ПЕЧАТИ
Д.Е. Писарев, С.И. Митрохин, A.C. Губенко, O.A. Темпель
Аддитивное производство в настоящий момент времени широко применяется в различных сферах и отраслях. Технологии, применяемые в рамках аддитивного производства, обладают преимуществами, такими как экономия сырья, возможность изготовления изделий со сложными геометрическими параметрами, сокращение времени и трудовых затрат на создание проектной документации и другое. Статья посвящена исследованиям по термической закалке пластиковых стержней, напечатанных по технологии FDM-печать. За основу взяты три вида пластика и сделаны выводы по результатам эксперимента.
Ключевые слова: аддитивное производство, технологии печати, пластик, термическая обработка, максимальное усилие, ABS, PETG, PLA.
Рассматриваемая технология FDM-печать является наиболее распространенной и применяется на предприятиях промышленности с изготовлением больших партий различных объектов. Данный вид технологии позволяет сократить временные и трудовые ресурсы на создание сопроводительной документации при изготовлении изделия и является доступной.
Однако, технология имеет недостаток в высокой шероховатости получаемой поверхности за счет натеков, неровных углов и краев.
Для устранения данной проблемы или минимизации шероховатости осуществляется термическая обработка пластика, а именно закалка.
Тема является актуальной, что подчеркивается исследованиями авторов в работах [1-5], в которых представлены исследования ударопрочности изделий, напечатанных на 3D-принтере [4], исследования комплекса характеристик базовых материалов для FDM технологии аддитивного синтеза. Физико-механические и теплофизические свойства [5].
В работе закалка осуществляется в пределах температуры стеклования - температуры, при которой не кристаллизующееся или не успевающее закристаллизоваться вещество становится твердым, переходя в стеклообразное состояние - начиная от нижнего порога температуры стеклования и немного повышая температуру.
Данное решение обосновывается тем, что при нагреве изделия из пластика выше температуры стеклования, материал сохраняет свои свойства и не крошится при ударе или изгибе.
Материал и методы исследования. В работе использовались компьютерные технологии: Компас-3D, Ultimate Cura и MS Excel, универсальная разрывная машина, методы обобщения информации.
248
Результаты исследования и их обсуждения. Проведя анализ литературных источников было выделено три вида пластика для выполнения исследований в работе. Термической обработке подвергались пластики - PLA, ABS и PETG, которые имеют различные свойства. Причем все объекты исследования изготовлены методом горизонтально-послойного нанесения материала. Также различается и температура стеклования, что говорит о необходимости использования разной температуры при термической обработке данного материала.
Для информативности проведения эксперимента были взяты следующие условия, которые представлены
в таблице.
Условия проведения эксперимента
Характеристика Условия
Промежуток времени при термической обработке 3,5,7 минут
Исследование приобретенных прочностных характеристик Универсальная разрывная машина
Нагрев пластика PLA 60,65 и 70 градусов по Цельсию (температура стеклования - 6065 градусов по Цельсию)
Нагрев пластика ABS 100, 103 и 105 градусов по Цельсию (температура стеклования -около 105 градусов по Цельсию)
Нагрев пластика ABS 80, 85 и 90 градусов по Цельсию (температура стеклования -около 88 градусов по Цельсию)
По результатам эксперимента были получены следующие результаты. При разных прилагаемых усилиях наблюдается различное перемещение деформируемого изделия.
Данные эксперимента по пластику ЕЬА, приведены на рис. 1,2 и 3. Максимальное усилие наблюдается в 1160 Н при нагреве 70 градусов, а минимальное - 1080 Н при всех условиях нагрева.
PLA - максимальное усилие
1180 ш 1160
I 1140
>. 1120 ш
о 1100 х
£ 1080
^ 1060 ^
* 1040 го
^ 3 5 7
Продолжительность закалки, мин
1150 1160
-
оо V 1140
1130 -1120 — — 1120
-1080 А Л 1080
V _1080 и
О 60 градусов О 70 градусов
О 65 градусов О Незакаленный стержень
£ 6
= 5,5
5
Ü 5
и 4,5
U 4 го
2 3,5 го
* 3
х
ш
ш ш ш
Рис. 1. Максимальное усилие на изделие из РЬЛ, Н
PLA перемещение на макс. усилии
5,3
4,6
4,65 О 4,35 О О
3,85 О 4,4
3,9 0 8 3,9
3,8
5 7
Продолжительность закалки, мин
О 60 градусов О 70 градусов
О 65 градусов О Незакаленный стержень
Рис. 2. Перемещение изделия из РЬЛ при максимальном усилии, мм
Перемещение изделия из PLA при максимальном усилии деформируемого изделия с наибольшим значением в точке 5,3 мм представляет собой параболу.
S 6
5 5,5 ш
Ц 5
| 4,5
<D
1 4 ш
6 3,5
S 3 о
X
PLA макс. перемещение стержня
5,75
4,22
Продолжительность закалки, мин
О 60 градусов О 65 градусов
О 70 градусов О Незакаленный стержень
Рис. 3. Максимальное перемещение изделия из PLA, мм
Максимальное перемещение деформируемого изделия с наибольшим значением в точке 5,75 мм представляет собой параболу.
Так, для приобретения наилучших показателей эластичности, изделию из PLA необходим нагрев до температуры 70 градусов в течение 5 минут.
По аналогии с предыдущим образцом, основные результаты по экспериментам изделия из ABS, представлены на рис. 4,5 и 6.
О 100 градусов О 103 градуса
105 градусов О Незакаленный стержень
Рис. 4. Максимальное усилие на изделие из ABS, Н
ABS - перемещение на макс. усилии
и го
го X О) X X
ш i ш S ш
ш
4,5 4 3,5 3 2,5
4,2 О 4 ^ о
3,4 3,6
3,05° 3,8 3,3
■8 2,8
5 7
Продолжительность закалки, мин
О 100 градусов О 105 градусов
О 103 градуса О Незакаленный стержень
Рис. 5. Перемещение изделия из ABS при максимальном усилии, мм
250
Перемещение при максимальном усилии деформируемого изделия с наибольшим значением в точке 4,2 мм представляет собой параболу.
ш о х
■О
го
и а: го О)
Ш с
ABS - макс. перемещение стержня
18,05
18 13 8 3
5,65 4,35 4,52 8 5,05
-3,4 О
5 7
Продолжительность закалки, мин
100 градусов 105 градусов
О 103 градуса О Незакаленный стержень
Рис. 6. Максимальное перемещение изделия из ABS, мм
Максимальное перемещение деформируемого изделия из ABS с наибольшим значением в точке 18,05 мм представляет собой экспоненциальную функцию.
Так, при совокупности показателей, наилучшие показатели эластичности изделие из ABS получает при нагреве до 105 градусов в течение 5 минут.
Результаты эксперимента изделия из пластика PETG, отображены на рис. 7, 8, 9.
х 1100
ие, 1080 ли
с
1060
<D 1040 о
5 1020
л
ма 1000
PETG - максимальное усилие
1080 1080 1080
1060
1040 1040 1040
1020 1020 1020
3 5 7
Продолжительность закалки, мин
О 80 градусов О 85 градусов
О 90 градусов О Незакаленный стержень
Рис. 7. Максимальное усилие на изделие из РЕТБ, Н
s ^
и >
U ^
го
го X О) X X
ш i ш S ш
ш
6 5,5 5 4,5 4 3,5
PETG - перемещение на макс. усилии
5,8
О
4,8 4,8 5 °4,6
Ш
4,3 8 ---8 3,6 о 0 4,55
О 80 градусов О 90 градусов
Продолжительность закалки, мин
О 85 градусов О Незакаленный стержень
7
Рис. 8. Перемещение изделия из PETG при максимальном усилии, мм
251
О
41,5 35,5 О
25,6 14,3
19,8 О 7,9
4,35
О
5
Перемещение при максимальном усилии деформируемого изделия с наибольшим значением в точке 5,8 мм представляет собой параболу.
PETG - макс. перемещение стержня
65,8
70
S
S 60 N 50 Ф 40 Ф 30
Ф 20 £ 10
g 0
х .о
! Продолжительность закалки, мин
х
и ^
го О 80 градусов О 85 градусов
О 90 градусов О Незакаленный стержень
Рис. 9. Максимальное перемещение изделия из PETG, мм
Максимальное перемещение деформируемого изделия с наибольшим значением в точке 65,8 мм представляет собой параболу.
Для достижения наибольшего показателя эластичности изделием из PETG, необходим нагрев изделия при температуре 80 градусов в течение 3 минут.
Для сравнения были зафиксированы структуры изделий из PETG - до термической обработки и после нагрева до температуры 80 градусов в течение 3 минут.
Выводы:
1. Определены оптимальные условия времени и температуры, которые позволяют в значительной степени повысить эластичность объект исследования.
2. Проведены эксперименты на разрыв для выявления изменений в структуре и поведении материала при заданных нагрузках.
3. Выявлено, что выбранные образцы для проведения эксперимента обладают наилучшими показателями эластичности после термической обработки по сравнению с незакаленным образцом.
Список литературы
1. Белов Д. А., Бычкова А.Н., Климовцова И. А. Материалы, технологии, инструменты. 2006. Т. 11. № 2.
С. 56.
2. Чуваев И.А., Габельченко Н.И. Термическая обработка 3D печатных изделий из пластмасс // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. № 6 (84). Часть 1. С. 70-75.
3. Зоренко Д.А., Фадина Д.С. Особенности применения аддитивных технологий в производстве корпусных элементов компактных редукторов // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2021. № 27. С. 16-20.
4. Ошеко Р.А. Исследование ударопрочности изделий, напечатанных на 3D-принтере в зависимости от диаметра сопла // Modern Science. 2019. № 5-3. С. 274-278.
5. Петрова Г.Н., Платонов М.М., Большаков В.А., Пономаренко С.А. Исследование комплекса характеристик базовых материалов для FDM технологии аддитивного синтеза. Физико-механические и теплофизические свойства // Пластические массы. 2016. № 5-6. С. 53-58.
Писарев Дмитрий Евгеньевич, студент, Pisarevde@,tyuiu.ru. Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,
Митрохин Сергей Иванович, студент, Mitrokhinserega@mail.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,
Губенко Арсений Сергеевич, ассистент-стажер, Gubenkoas@tyuiu.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,
Темпель Ольга Александровна, старший преподаватель, tempel_o@mail.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет
STUDY OF OPTIMUM CONDITIONS FOR THERMAL HARDENING OF PLASTIC RODS PRODUCED USING FDM-
PRINTING TECHNOLOGY
D.E. Pisarev, S.I. Mitrokhin, A.S. Gubenko, O.A. Tempel 252
Additive manufacturing is currently widely used in various fields and industries. The technologies used in the framework of additive manufacturing have advantages, such as saving raw materials, the ability to manufacture products with complex geometric parameters, reducing time and labor costs for creating design documentation, and more. The article is devoted to research on thermal hardening of plastic rods printed using FDM printing technology. Three types of plastic were taken as a basis and conclusions were drawn based on the results of the experiment.
Key words: additive manufacturing, printing technologies, plastic, heat treatment, maximum force, ABS, PETG,
PLA.
Pisarev Dmitry Evgenievich, student, Pisarevde@tyuiu.ru, Russia, Tyumen, Tyumen Industrial University, Mitrokhin Sergey Ivanovich, student, Mitrokhinserega@mail.ru, Russia, Tyumen, Tyumen Industrial University, Gubenko Arseniy Sergeevich, assistant trainee, Gubenkoas@tyuiu. ru, Russia, Tyumen, Tyumen Industrial
University,
Tempel Olga Aleksandrovna, senior lecturer, tempel_o@mail.ru, Russia, Tyumen, Tyumen industrial university
УДК 65.011.48
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-253-254 МЕТОДИКА АНАЛИЗА ТРЕБОВАНИЙ ПОТРЕБИТЕЛЯ К КАЧЕСТВУ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
А.В. Анцев, А.В. Воробьев
Рассмотрена задача сокращения длительности производственного цикла изготовления продукции путем сокращения времени реализации стадии жизненного цикла продукции «Проектирование и разработка технических требований, разработка продукции» на основе совершенствования методики анализа требований к грузоподъемным машинам (ГПМ), установленных потребителем, по критерию ресурсоемкости. Уравнения взаимосвязи показателей качества и составляющих ресурсоемкости грузоподъемных машин получены путем регрессионного анализа на основе использования усредненных значений показателей качества по всем ГПМ, выпускаемым на кранострои-тельном предприятии и эмпирического уравнения множественной нелинейной регрессии. Для оценки вида функций от основных показателей качества ГПМ были построены одиночные регрессии основных показателей качества и составляющих ресурсоемкости ГПМ в виде полиномов первой, второй и третьей степеней. Оценка соответствия рассмотренных моделей данным производилась с использованием коэффициента детерминации. Полученные уравнения взаимосвязей трудоемкости, материалоемкости и себестоимости изготовления крана от совместного влияния основных показателей качества были использованы в ООО «Стройтехника» при проектировании мостового крана 10-А5-22,5-12-У2. В результате применения усовершенствованной методики анализа требований повысилась эффективность и качество процесса конструкторской подготовки производства ГПМ.
Ключевые слова: показатели качества, ресурсоемкость, анализ требований потребителя, множественная нелинейная регрессия, грузоподъемные машины.
Современные предприятия работают в условиях острой конкуренции, обусловливающей необходимость постоянного ужесточения сроков выхода продукции на рынок. Поэтому предприятия вынуждены уделять повышенное внимание вопросам сокращения длительности производственного цикла изготовления продукции [1, 2]. При этом предприятия, в том числе предприятия кранового машиностроения, стараются достичь данного сокращения за счет стадии «проектирование и разработка технических требований, разработка продукции» жизненного цикла продукции, на которой, в том числе, производится конструкторская подготовка производства, в ходе которой обеспечивается качество продукции, обусловленное проектированием. С целью разработки концепции повышения эффективности и качества процесса конструкторской подготовки производства грузоподъемных машин (ГПМ) в работе [3] было проведено моделирование данного процесса как совокупности процессов и работ, направленных на разработку конструкторской документации для серийного изготовления новых и совершенствования выпускаемых изделий. На основе разработанной структурно-функциональной модели выявлено взаимодействие процесса конструкторской подготовки производства с другими процессами в рамках сети процессов предприятия и показано, что имеется резерв сокращения длительности стадии проектирования ГПМ на основе снижения времени оценки заказа на создание ГПМ.
Маркетинговая служба предприятия при оценке заказа на создание ГПМ должна оперативно провести анализ требований к ГПМ, установленных потребителем, по критерию ресурсоемкости, оценить себестоимость ГПМ и согласовать с заказчиком ее конечную цену. Данная оценка производится при тесном взаимодействии маркетинговой, финансовой и конструкторской служб предприятия [4]. Эффективность взаимодействия маркетинговой, финансовой и конструкторской служб предприятия в процессе производства грузоподъемных машин на предприятиях подъемно-транспортного машиностроения может быть существенно повышена путем совершенствования методики анализа требований к грузоподъемным машинам, установленных потребителем, по критерию ресурсоемкости на основе составления регрессионных зависимостей взаимосвязи основных показателей качества ГПМ и составляющих ресурсоемкости ГПМ (трудоемкость изготовления T, материалоемкость M и себестоимость изготовления ГПМ S) [5-7]. Например, в случае мостовых кранов к основным показателям качества предлагается отнести грузоподъемность Q , пролет L, высоту главного подъема Нгл п , базу и высоту крана Hкр .
