Для любого машиностроительного предприятия важно изготавливать детали быстро, качественно и с минимально затраченными ресурсами. И производительность этого процесса зависит от выбора оптимальных режимов резания. Ускорить эту работу поможет разработка кандидата технических наук, доцента кафедры «Автоматизация производственных процессов» ДГТУ Валерии Гвинджилия.
Не ждать месяцами
Сегодня для изготовления качественных деталей на токарном станке нужно неоднократно подбирать режимы резания, так как фактические результаты обработки не соответствуют требованиям к процессу. Усугубляет ситуацию и нехватка квалифицированных технологов на заводах. И часто всё зависит от многолетнего опыта токаря, который знает нюансы, недоступные людям со стороны. Но такой опыт нельзя передать, его можно только наработать.
Разработкой методов подбора оптимальных режимов резания уже 70 лет занимаются учёные и технологи в области машиностроения. Сейчас же наибольшей актуальностью обладает концепция автоматизации такого подбора с помощью виртуальных моделей процесса резания. Результаты расчётов переносят на реальные станки. Такие разработки, в частности, проводят в ДГТУ.
«Раньше, чтобы определить оптимальные режимы резания, проводили комплекс испытаний – ставили заготовку из нужного материала, подбирали режущий инструмент и варьировали справочные значения параметров скорости, подачи и глубины резания, – рассказала Валерия Гвинджилия. – Традиционно выбор производился исходя из требований к шероховатости поверхности детали и износостойкости инструмента, а также к производительности процесса обработки. Ещё в СССР появился справочник технолога-машиностроителя, где для разных материалов заготовки и инструмента указывался диапазон оптимальных режимов резания. Но эти данные неточные, для их уточнения иногда необходимо провести шесть-семь переподготовок технологического процесса. А если мы говорим о новых материалах и режущих инструментах, то из-за большого диапазона параметров длительность таких экспериментов может доходить до месяца. А моя работа позволит сократить это время до двух-трёх подготовок, поскольку мы делаем один проход, снимаем данные с оборудования и переносим дальнейшие исследования уже в виртуальную модель».
В виртуальной модели Валерия Гвинджилия моделирует процесс обработки детали. Для работы программы Валерии Гвинджилии сначала нужно измерить вибрации инструмента и силы резания хотя бы для одного прохода инструмента при заданных режимах резания. Это обусловлено тем, что при работе инструмента колебания оставляют рельеф на заготовке – и чем он хуже, тем хуже качество деталей и, как следствие, выше процент брака на заводе.
«Вибрацию зоны резания я измеряю с помощью вибродатчика, – пояснила молодой учёный. – Я слежу за тем, как снимаются данные с инструмента, оцифровываю их. Затем с помощью программы вычисляю колебательную скорость и смещение инструмента в процессе резания».
Данные заносятся в модель, а программа позволит за пару часов смоделировать оптимальные режимы. Нередко предложенный диапазон значений можно уменьшить за счёт испытаний износостойкости инструмента. Но информация, которая получена в экспериментах, требует обработки: Валерия использует металлографический микроскоп, чтобы определить размер износа инструмента и оценить влияние термодинамических эффектов на инструмент в процессе резания.
Но у внедрения расчётов есть своя специфика из-за того, что вибрации каждого станка уникальны. Данные об оптимальных режимах резания отдаются технологу предприятия с требованием обязательной апробации на собственном оборудовании.
Описать реальность через модель
Путь в науку для Валерии начался с поступления в магистратуру.
«Когда я заканчивала бакалавриат на факультете «Автоматизация, мехатроника и управление» ДГТУ по специальности «Управление в технических системах», мне предложили попробовать поработать в магистратуре под руководством Вилора Лаврентьевича Заковоротного, профессора кафедры и доктора технических наук, – вспоминала Валерия. – Он дал мне задачу, как потом оказалось, на отсев, а я решила её. Тогда профессор сказал, что со мной можно работать. И уже в магистратуре для меня открылся мир науки. Процесс настолько затянул, что не хочется его завершать».
По словам ростовчанки, для учёного важны интерес к области, которой он занимается, и усердие. Ведь, по её словам, исследовательская работа, достаточно монотонная, требующая длительного анализа научной базы своей работы и работы других учёных.
На сегодняшний день Валерия также входит в ещё один научный проект в качестве инженера по созданию системы вибромониторинга для ростовского предприятия, производящего погрузочные системы.
«Думаю, что молодых людей в науку могут привлечь высокие зарплаты – они будут понимать, что деятельность полностью обеспечит их, а значит, можно не отрываться от научных вопросов. Важны и научно-популярные мероприятия. К примеру, в ДГТУ совет молодых учёных организовал ряд мероприятий, на которых мы рассказываем студентам о своей деятельности. И заинтересовать получается, после каждой из таких встреч ребята подходят к нам и расспрашивают, как попробовать то, чем занимаемся мы»,-рассказывает девушка.
По мнению Валерии Гвинджилия, прорывные научные открытия в ближайшие годы будут связаны с имитационными моделями и цифровыми двойниками различных объектов и процессов.
«Физические процессы для исследований всё больше будут заменять виртуальными, которые будут достаточно точно описывать объективную реальность, - уверена научный сотрудник. - Это сократит на производстве время анализа и разработки любого технологического процесса».