Модификация осей координат при количественной интерпретации реометрических кривых. II. Анализ взаимосвязей параметров моделей и вулканизационных характристик Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

2. Usov P. Vpervye za 15 let na DVZhD snizilas' povrezhdaemost' vagonov [Jelektronnyj resurs] // Gudok.ru / Gruzovye perevozki. URL : http://www.gudok.ru/freighttrans/?ID=1328856&sphrase=0 (data obrashhenija 21.04.2016)

3. Ivanov P. A. V skorosti mirovym lideram ne ustupaem // Pul't upravlenija. Zhurnal dlja rukovoditelej kompanij transportnoj otrasli. 2016. №1. S. 42-45.

4. Levchuk T. Innovacionnyj vagon - brat' ili ne brat'? [Jelektronnyj resurs] // Transport Rossii / Zheleznodorozhnyj transport. URL : http://www.transportrussia.ru/zheleznodorozhnyy-transport/innovatsionnyy-vagon-brat-ili-ne-brat.html (data obrashhenija 21.04.2016)

5. Boronenko Ju. P. Strategicheskie zadachi vagonostroitelej v razvitii tjazhelovesnogo dvizhenija // Tezisy dokladov VIII mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Podvizhnoj sostav XXI veka: idei, trebovanija, proekty». 2013. S. 5-8.

DOI 10.18454/IRJ.2016.47.044 Агаянц ИМ1, Кузнецов А.С.2, Корнюшко В.Ф.3

1Доктор технических наук, профессор, 2ассистент, аспирант, 3доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, Московский Технологический Университет, институт Тонких химических технологий

МОДИФИКАЦИЯ ОСЕЙ КООРДИНАТ ПРИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕОМЕТРИЧЕСКИХ КРИВЫХ. Л. АНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЕЙ И ВУЛКАНИЗАЦИОННЫХ ХАРАКТРИСТИК

Аннотация

Рассмотрены приемы количественной интерпретации кинетических кривых процесса структурирования эластомерных систем посредством их описания на основе математических моделей нелинейных относительно параметров. Проведен анализ взаимосвязей между параметрами моделей и вулканизационными характеристиками. Показана целесообразность построения обобщенных графических зависимостей между коэффициентами моделей, вулканизационными характеристиками, а также такими новыми величинами, такими как степень вулканизации, скорость вулканизации, ускорение процесса. Установлены пределы изменения параметров моделей.

Ключевые слова: реометрическая кривая, модель, вулканизационная характеристика, параметры модели, анализ соотношений, пределы изменения величин процесса.

Agayants IM1, Kuznetsov A.S.2, Kornushko V.F.3

1 PhD in Engineering, professor , 2 Postgraduate student, 2 PhD in Engineering, professor, head of the department of

Informational systems in chemical technology, Moscow Technological Institute MODIFICATION AXES IN RHEOMETER CURVES QUANTITATIVE INTER PRE TATION. REPORT II

THE RELATIONSHIP OF PARAMETERS OF THE MODEL AND CURE CHARACTERISTICS ANALYSIS

Abstract

We consider methods of quantitative interpretation of kinetic curves of process structuring elastomeric systems through their descriptions on the basis of mathematical models of non-linear with respect to parameters. The analysis of the relationships between the model parameters and cure characteristics is performed. The expediency of constructing generalized graphical relationships between model coefficients, cure characteristics, and these new values, such as degree of cure, the cure rate, speeding up the process is shown. The limits of the model parameters change are established.

Keywords: rheometer curve model, cure characteristics, parameters of the model, relations analysis, the range of variation of the process variables.

Введение

В настоящее время на производстве изделий из эластомеров широко используются методы контроля процессов с мешения и структурирования эластомерных систем с помощью данных виброреометрии.[1, 2] При этом для анализа процесса применяется прежде всего сама реометрическая кривая, дающая определенную информацию о продолжительности индукционного периода вулканизации, продолжительности вулканизации до достижения оптимума, плато вулканизации. Также с кривой снимают некоторые числовые характеристики, показатели процесса структурирования эластомерных систем. Это время начала подвулканизации tío и оптимальное время вулканизации t9o. Реометрические кривые полученные в производственных условиях, характеризуются низкой воспроизводимостью, даже в условиях параллельного эксперимента.[1-4] Поэтому обснованным является использование принципа нормировки, что позволяет снизить влияние неконтролируемых переменных и практических совместить несколько кривых параллельного опыта в одну.

Описание реограмм на основе нелинейных относительно параметров математических моделей позволяет установить относительно простые функциональных соотношения между параметрами моделей и вулканизационными характеристиками, а также использовать такие новые характеристики процесса структурирования, как скорость, ускорение процесса и процентильная широта.

Анализ основных соотношений между параметрами математических моделей и вулканизационными

характеристиками.

Для описания реограмм были выбраны несколько 4-х и 5-ти параметрических моделей. Данные модели относится к разряду моделей для описания кривых распределений и реализуется в прикладной программе Table Curve 2D (SYSTAT).[4]

Математические выражения для используемых моделей имеют следующий вид:

M = a + -

1+exp

("?J

(1)

(8011)

M = a + -

1+

(c)d

M = a + Ъ-

1 -

1 + exp V v

t + d ■ ln (2

(8013) (21/e -1)- c

лЛ

d

JJ

(2)

(3)

(8092)

В данных соотношениях (с учетом ошибки опыта) параметр а равен величине минимального крутящего момента Мтт, параметр Ь соответствуют приращению крутящего момента Мтаз—Мтт, значение параметра с равно вулканизационной характеристике t50.

В ранее проведенных работах показано, что, в связи с низкой воспроизводимостью реограмм целесообразнее использовать не сами значения крутящего момента (момента сопротивления материала деформированию) М, а его безразмерную нормированную характеристику Д вычисляемую по следующей формуле: в=(М-Мтт)/(Мтах-Мтт). (в е[0;1]) [4, 5]

При этом, с учетом подстановок, выражения для моделей запишутся следующим образом:

ß =

1

1 + exp

' t - c^

d

(4)

ß =

1 +

Лd

(5)

V i J

ß = 1 -

1 + exp

t + d ■ ln(21/e -1) -c d

(6)

JJ

Данная величина характеризует степень завершенности процесса структурирования эластомерных систем. При

йр

этом первая производная - представляет собой скорость протекания процесса структурирования и после

&

преобразований записывается следующим образом:

exp

' t - сЛ

1 -ß = 1 --

d

1 + exp

' t - сл

d

1 + exp exp

t - c

=1 xßx (1 -ß) d

t - c

d

dt d ( f t - c 1 + exp I--

. V d

U

Аналогично для моделей 8013 и 8092:

dß_ d dt c

d-1

1 +

V v'

f r

1 -

d+1 Y\T

1 +

v v'

JJ

(7)

(8)

Ъ

Ъ

e

v

j

1

1

j

j

d

1

1

X

d

d

c

c

ехр

йр _ е

йг й Г Г ехр

V V

г + й ■ 1п(.21/е - ¡)-с^ й

У

г+й ■ 1п(21 -1) - с й

Л ^ +1 У У

(9)

Выражая время / через степень вулканизации р, получим дифференциальное уравнение следующего вида:

йр = 1-Р-(1 -Р.

йг й

л г> л й -1 ё+1

М- й р-Г ■ (1 -руГ.

ш с

ре-(1 -р)(1 - (1 -р)1/е).

йг й

(4)

(5)

(6)

Вторая производная

й 2Р ё12

йр

характеризует ускорение процесса и может быть выражена следующим образом:

1 ^ 1 11

1 хрх (1 -Р) = - х(1 -р)--хр = 1 (1 - 2 хр) й

й

й

й

й-р =1 хрх(1 -р)х - х(1 - 2 хр) = \ хрх(1 -р)х(1 - 2 хр).

йг2 й у ' й х ' й2 у ' у '

й 2р 1 и о

-I --1х(1 -2 хр).

ё2р_ 1

1 - 2 хр- 1 -■

2

-1 + ехр

1 - с

V Ту

ехР I

1 + ехр 1 - с

1 - с

1 + ехр

Г_ 1-с I а

г

а

-1 + ехрI -

1 - с

Л

'У.

а12 а2

ё2р_ 1

1 + ехр I -

1 - с

(

1 + ехр I -

1 - с

1 + ехр I -

1 - с

ехр I

1 - с

ехр I

1 - с

-1

а12 а2

(

1 + ехр I -

1 - с

"Т",

Выражения для моделей 8013 и 8092 получаются аналогично и записываются следующим образом:

(10)

й2р р

йг2

1 ] а+1 а-1 Г а+1 1

ё х (1 -р)^ х (ё -1)-р^ х (1 -р)ё

х (ё +1)

с

-2р -1 .((е +1)■ (1 -р)1/е -е).е■ (1 -р)■ (1 -(1 -р)1/е). йг2 й й

(11) (12)

Получение соотношений между параметрами моделей с, d,e и вулканизационными характеристиками 1ю, t50 и t90 представляет самостоятельный интерес для интерпретации полученных моделей с учетом физико -химических подходов. [1, 4, 7]

После некоторых преобразований и вычислений вулканизационные характеристики выражаются через параметры моделей следующим образом:

а

а

1

х

х

а

а

а

х

а

а

3

1п

1 , ( г - с! 1 ( г - с! 1 -_ ( г - с^ _ (г-с

_=1+ехр^- _ у; __ _1=ехр^- _ ^ _=ехр(- _у _=ехр( _

' _ ^

л

_

V1 -_У /

г - с

г10 = с + ё х 1п

0.1

г = с + ё х 1п 1

1 -_

У

, , I 0.9 ! , , л , , 1

г90 = с + ё х 1п | | = и + ё х 1п9 = с - ё х 1п —.

ё

— к с + ё х 1п1 = с - ё х 1п9. г90 - г10 = ё х (1п9 - (1п 1 - 1п9) = ё х 1п9 ;—=

V 0.9 У 9 90 10 ~

г

1

1 0 9

4.39 =-; 1.5 х 1п 9 = г -10. г = 10 +1.5 х 1п 9 — = ехр

21п 9 ' 0.1

2 1.5 2 х 1п 9. г г -101

1.5

У

г90 -г10 = ёх2х 1п9 = 4.3944хё.

_ =

1 +

V г У

1 -1 = _

(с!ё

V г у

; 1 = 1 + _ _

Гс\* Г

Vг У

1

_

1

^ с

У = г '

'1 ё

V

_

У

г10 =

(9)

1 ' 50

ё

гсп = с . г90 =

с

1

(11 ё

V 9 У

1 1 = с х 9ё ; г90 - г10 = с х 9ё

(9)

= с х

9 ё - 9 ё

V

(13)

(14)

_ = 1

/

1 + ехр

г + ё • /<21/е -1) - с ё

1 -_=

УУ

1 + ехр

Аг + ё • 1п(217е -1) -слЛ

ё

УУ

1 + ехр

гг + ё• 1п(217е -1) -с^

ё

С 1 I е

УУ

1 -_

1 + ехр

г + ё • 1п(21/е -1) - с

ё

С 1 I е

1 -_.

-1 = ехр

С _ \

г + ё • 1п(21/е -1) - с

ё

. ; ё х 1п

V

1 Л

уУ

' 1 I е

1 -_.

- 1

V* ГУ

V У

= г + ё х 1п

( 1 Л 2е -1

V У

- с

(15)

С , Л

г = ё х 1п

Г 1 I е

1 -_.

1 л -1

У

( 1 I

- ё х 1п 2е -1

V У

1п

+ с г = ё х-

V1 -_У

— I

1

2е -1

+ с.

^50 = С . г10 = ё х

1

ь, Г101е -1

V 9 У 1

2е -1

+ с; г90 = ё х 1п

1

10 е -1

■ + с

2е -1

г90 - г10 = ё •1п

г 101/е -1 ^ ч 101/е - 91/е У

+ -• 1п 9.

е

V

1

с

с

с

е

с

1

е

Для полученных функциональных соотношений между коэффициентами моделей и параметрами процесса структурирования для модели 8092 были получены обобщенные графические решения (семейство изолиний) для

ё_ ё2 _

скорости -, ускорения процесса -г— и процентильной широты 19о-1ло от параметров ё и е модели. (рис. 1.)

ёг ёг

Рис. 1 - Контурные графики изменения скорости вулканизации -, ускорения-— и процентильной широты

йг йг

Ъ0410 от коэффициентов d и е для модели 8092 (верхний ряд - t= нижний ряд - t= ^0).

Модель (1) формально представляют собой интегральную кривую распределения, расстояние между линиями степени вулканизации ß=0.9 и ß=0.1 по горизонтали может рассматриваться как процентильная широта (tc(90)-c)/d-(tc(i0)-c)/d=tc(90)-tc(i0). Процентильная широта, определяемая соотношением (13), тем больше, чем меньше значение параметра е и чем больше значение параметра d. Та же зависимость наблюдается и для изолиний скорости вулканизации.

Выводы:

1. Построение обобщенных графических решений позволяет отследить тенденции изменения вулканизационных характеристик при варьировании параметров модели.

2. Применение подобных моделей целесообразно по причине того, что их коэффициенты имеют физический смысл, т.е. выражаются через вулканизационные характеристики. Такой подход позволяет интерпретировать модели на основе физико-химических представлений.

3. Предложенные модели математического описания реограмм могут быть использованы для создания информационной базы данных, т.к. хранить параметры моделей в цифровом виде более удобно чем реограммы.

Литература

1. Aгаянц И.М., Кузнецов A.C., Овсянников Н.Я. Модификация осей координат при количественной интерпретации кинетических кривых I Тонике химические технологии, 2015 г. №2 с. 67-70.

2. Aгаянц И.М. Aзы статистки в мире химии. - М.: Издательство МИТХТ, 2012. -440 с. : ил.

3. Monsanto Accelerator Rheographs, Brussels, 1987; Measuring visco-elastic properties using the MDR 2000 rheometer, Louvain-la-neuve, 1989, 20p.

4. Кашкинова Ю.В. Количественная интерпретация кинетических кривых процесса вулканизации в системе организации рабочего места технолога - резинщика: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Москва, 2005. 24 с.

5. Aгаянц И.М. Натуральный каучук, в поисках рецепта. - М.: , 2010. -701 с.

6. Aгаянц И.М., Наумова ЮА., Кузнецов A.C. Aнализ корреляционных соотношений в области реометрических исследований резин.1 Вестник МИТХТ, 2013 г., т. 8 № 1., с 15-19.

7 Гартман Т.Н., Клушин Д.В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. - М.: ИКЦ «Aкадемкнига», 2006. 416 с.

References

1. Agajanc I.M., Kuznecov A.S., Ovsjannikov N.Ja. Modifikacija osej koordinat pri kolichestvennoj interpretacii kineticheskih krivyh. / Tonike himicheskie tehnologii, 2015 g. №2 s. 67-70.

2. Agajanc I.M. Azy statistki v mire himii. - M.: Izdatel'stvo MITHT, 2012. -440 s. : il.

3. Monsanto Accelerator Rheographs, Brussels, 1987; Measuring visco-elastic properties using the MDR 2000 rheometer, Louvain-la-neuve, 1989, 20p.

4. Kashkinova Ju.V. Kolichestvennaja interpretacija kineticheskih krivyh processa vulkanizacii v sisteme organizacii rabochego mesta tehnologa - rezinshhika: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk. - Moskva, 2005. 24 s.

5. Agajanc I.M. Natural'nyj kauchuk, v poiskah recepta. - M.: , 2010. -701 s.

6. Agajanc I.M., Naumova Ju.A., Kuznecov A.S. Analiz korreljacionnyh sootnoshenij v oblasti reometricheskih issledovanij rezin./ Vestnik MITHT, 2013 g., t. 8 № 1., s 15-19.

7 Gartman T.N., Klushin D.V. Osnovy komp'juternogo modelirovanija himiko-tehnologicheskih processov. - M.: IKC «Akademkniga», 2006. 416 s.

DOI 10.18454/IRJ.2016.47.284 Арабов Д.И., Власов А.И1, Гриднев В.Н.1, Григорьев П.В.

1Кандидат технических наук, доцент, Московский государственный технический университет им.Н.Э.Баумана КОНЦЕПЦИЯ ЦИФРОВОГО ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА (FAB LAB) ДЛЯ ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Аннотация

В данной работе представлена концепция применения ресурсов центров цифрового инструментального производства (FAB LAB) для прототипирования изделий электронной техники. Рассматриваются аспекты развертывания линейки технологического оборудования цифрового прототипирования. В статье приведен операционный анализ типового ТП прототипирования: фрезерование проводящего рисунка, монтажных, переходных отверстий и контура ПП, металлизация переходных отверстий (2 способа), нанесение паяльной маски, нанесение рисунка шелкографии. Кратко рассмотрен процесс генерации проекта ПП для передачи на линейку оборудования LPKF с подробным описанием этапов технологического процесса. В заключении даны рекомендации по опытному производству.

Ключевые слова: FAB LAB, печатная плата (ПП), Altium Designer, изделия электронной техники, электронная аппаратура, фрезерование, паяльная маска, металлизация.

Arabov D.I, Vlasov A.!1, Gridnev V.N.1, Grigoriev P.V.

1PhD, associate professor, Russian Federation, Bauman Moscow State Technical University, Department of Design and Technology of Electronic Devices THE CONCEPT OF DIGITAL TOOL PRODUCTION (FAB LAB) FOR PROTOTYPING OF PRODUCTS

OF ELECTRONIC EQUIPMENT

Abstract

In this work the concept of application of resources of the centers of digital tool production (FAB LAB) for prototyping of products of electronic equipment is submitted. Aspects of expansion of a line of processing equipment of digital prototyping are considered. The operational analysis of standard TP of prototyping is provided in article: milling of the carrying-out drawing, assembly, transitional openings and a contour of software, metallization of transitional openings (2 ways), drawing a soldering mask, drawing of silk-screen printing. Process of generation of the software project for transfer on a line of the equipment LPKF with the detailed description of stages of technological process is briefly considered. In the conclusion recommendations about pilot production are made.

Keywords: FAB LAB, printed circuit board (PCB), Altium Designer, products of electronic equipment, electronic equipment, milling, soldering mask, metallization.

Введение

Данная статья посвящена концепции развертывания модульного цифрового инструментального производства (FAB LAB) для прототипирования изделий электронной техники, интегрированного с синхронными производственными технологиями в условиях комплексной автоматизации [1, 2].

Технологии прототипирования изделий электронной техники предусматривает решение целого ряда задач по передачи (экспорта) цифровой, конструкторской и технологической документации на этапы цифрового производства. Вопросы обеспечения совместимости форматов данных в рамках единого информационного пространства предприятия являются первоочередными [3, 4]. В любом производстве основополагающими факторами являются производительность, стоимость и качество продукции. Технология FAB LAB относительно данных факторов занимает центральную позицию, обеспечивая относительную легкость и дешевизну развертывания.

Начальный этапов цифрового инструментального производства является комплексного проектирование узлов и деталей изделий электронной техники с использованием средств САПР. В последнее время все большее распространение находят параметрические средства автоматизированного проектирования, наилучшим образом ориентированные на реализацию комплексных проектов в условиях синхронного проектирования [5]. Обобщенную концепцию развертывания интегрированного цифрового производства нельзя отделять от классической CALS инфраструктуры (рисунок 1) в концепции "бережливого производства" [6].

Вопросы, связанные с автоматизацией проектных схемотехнических, конструкторских и технологических процедур подробно рассмотрены в [7-15]. В этой работе основное внимание уделим особенностям применения FAB LAB на примере изготовления коммутационных структур. Технологии коммутационных структур - основа современного производства ЭА и её узлов [16, 17]. Возможности их штучного изготовления во многом определяют параметры эффективности развертываемого FAB LAB комплекса.