ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕРМОМЕХАНІЧНИХ ЯВИЩ НА ФІНІШНИХ ОПЕРАЦІЯХ ДЕТАЛЕЙ ІЗ МАТЕРІАЛІВ, СХИЛЬНИХ ДО ДЕФЕКТОУТВОРЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2025-8-1-23Ключові слова:
термомеханічні явища, фінішна обробка, дефектоутворення, багатокритеріальна оптимізація, математичне моделюванняАнотація
Дослідження присвячене розробленню та застосуванню математичних моделей для оптимізації термомеханічних процесів, що відбуваються під час фінішних операцій обробки деталей із матеріалів, схильних до дефектоутворення. У статті аналізуються сучасні технологічні вимоги, пов’язані з обробкою магнітотвердих сплавів, ферокерамічних матеріалів і високоміцних сталей, де традиційні методи не завжди забезпечують необхідний баланс між продуктивністю та якістю обробки. Основною метою роботи є створення інтегрованої математичної моделі, яка враховує вплив температурних, силових та геометричних параметрів на формування дефектів, зокрема тріщин, у процесі фінішної обробки. У статті подано теоретичну базу для формалізації завдання багатокритеріальної оптимізації, що дозволяє уніфікувати різноманітні частинні критерії в єдину систему оцінювання якості робочої поверхні.Використання принципів теорії корисності сприяє розробленню моделі, яка описує нелінійний розподіл температурного поля, дифузійні процеси та виникнення силових напружень у зоні контакту інструмента з деталлю. Завдяки застосуванню спеціалізованих охолоджувально-змащувальних середовищ вдалося знизити адгезійні явища, що дозволило мінімізувати локальні температурні перегріви та зменшити ризик появи мікротріщин. Експериментальні дослідження підтвердили ефективність моделювання, оскільки встановлено чітку залежність коефіцієнта інтенсивності напружень від розміру дефектів і режимів фінішної обробки. Отримані результати дозволяють сформувати практичні рекомендації для оптимізації технологічних параметрів, зокрема температури обробки, тривалості впливу теплового потоку та геометрії абразивного кола. Це сприяє не лише підвищенню якості оброблюваних поверхонь, але й зменшенню економічних витрат завдяки зниженню відсотка відбраку та підвищення продуктивності виробництва.Отже, дослідження має значний практичний потенціал для впровадження інноваційних рішень у галузі термомеханічної обробки важкооброблюваних матеріалів. Розроблена методика математичного моделювання створює основу для подальших експериментальних перевірок і оптимізації виробничих процесів, що сприятиме підвищенню конкурентоспроможності підприємств у сучасних умовах високотехнологічного виробництва.
Посилання
Diegel O., Nordin A., Motte D. Post-processing. A Practical Guide to Design for Additive Manufacturing. Singapore : Springer Singapore, 2019. P. 181–207. DOI: 10.1007/978-981-13-8281-9_12.
Новіков Ф.В., Полянський В.І. Теоретичне визначення температури різання при лезовій обробці. Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Технології в машинобудуванні : збірник наукових праць. 2023. С. 50–57. URL: http://repository.hneu.edu.ua/handle/123456789/30742.
Armarego E.J.A., Herath A.B. Predictive Models for Machining with Multi-Edge Form Tools Based on a Generalised Cutting Approach. CIRP Annals. 2000. Issue 49, № 1. P. 25–30. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)62889-3.
Zakeri M., Nosratollahi M., Novinzade A. Multi-Disciplinary System Design Optimization of a Launch Vehicle Upper-Stage. Journal of Aerospace Technology and Management. 2017. Vol. 9, Issue 1. P. 48–62. DOI: 10.5028/jatm.v9i1.681.
Roszkowska E., Burns T.R. Decision-Making Under Conditions of Multiple Values and Variation in Conditions of Risk and Uncertainty. Human-Centric Decision-Making Models for Social Sciences. Ed. Peijun Guo, Witold Pedrycz. Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg, 2014. P. 315–338. DOI: 10.1007/978-3-642-39307-5_13.
Fu M.C. Stochastic Gradient Estimation. Handbook of Simulation Optimization. ed. Michael C Fu. New York : Springer New York, 2015. P. 105–147. DOI: 10.1007/978-1-4939-1384-8_5.
Сахно В.П., Поляков В.М., Сакно О.П., Колеснікова Т.М. Метод аналізу функціонального резонансу для моделювання контролю безпеки руху автомобіля. Вісник Національного транспортного університету. Серія «Технічні науки». Науково-технічний збірник. 2020. 1(46). С. 293–303. DOI: 10.33744/2308-6645-2020-1-46-293-303.
Wang Z., Xu Y., Ma X. et al. Towards Smart Remanufacturing and Maintenance of Machinery : Review of Automated Inspection, Condition Monitoring and Production Optimisation. 2020 25th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). (Vienna, Austria, 09.2020). Vienna, Austria : IEEE, 2020. P. 1731–1738. DOI: 10.1109/ETFA46521.2020.9212110.
Підстригач Я.С., Коляно Ю.М. Узагальнена термомеханіка. Київ : Наукова думка, 2013. 312 с.
Freiman S.W., Jr J.J.M. The fracture of brittle materials: testing and analysis. John Wiley & Sons, 2019. 256 p.
Sih G.C. Methods of analysis and solutions of crack problems. Springer Science & Business Media, 2013. 562 p.
Popov G.Y. New Integral Transformations and Their Applications to Some Boundary-Value Problems of Mathematical Physics. Ukrainian Mathematical Journal. Vol. 54, Issue 12. P. 1992–2005.
Моделювання та оптимізація систем / В.М. Дубовой та ін. Вінниця : ПП «ТД «Едельвейс»», 2017. 804 с.
Nesetova V., Lajtai E. Z. Fracture from compressive stress concentrations around elastic flaws. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1973. Issue 10, № 4. P. 265–284. DOI: 10.1016/0148-9062(73)90038-7.
Danilov V.G. Mathematical Modelling of Heat and Mass Transfer Processes. Dordrecht : Springer Netherlands, 1995. 1 p.
Allen A.O. Elements of queuing theory for system design. IBM Systems Journal. Vol. 14, Issue 2. P. 161–187. DOI: 10.1147/sj.142.0161.
