Методика оценки качества микроповерхности после размерной электрохимической обработки с применением фрактального анализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Бавыкин, Олег Борисович

• Бавыкин, Олег Борисович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бавыкин, Олег Борисович

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Методы оценки свойств поверхности деталей вафельной конструкции

1.1 Детали вафельной конструкции и требования, предъявляемые к ним

1.2 Методы изготовления вафельных конструкций и силовых элементов

1.3 Анализ методов оценки параметров поверхностного слоя деталей машин

1.4 Основные научные исследования в области применения теории фракталов

для оценки свойств поверхности

1.4.1 Общие сведения о фракталах

1.4.2 Методы определения фрактальности поверхности

1.4.3 Взаимосвязь свойств поверхности и ее фрактальной размерности

1.5 Выводы

Глава 2 Теоретические исследования процесса формирования электрохимически обработанной поверхности с применением теории фракталов

2.1 Особенности формирования поверхностного слоя при размерной электрохимической обработке как результат фрактально-синергетической природы метода

2.2 Математическая модель процесса формирования электрохимически обработанной поверхности на основе фрактального анализа, учитывающая стадию пленкообразования

2.3 Современные методы оценки параметров поверхностного слоя

2.4 Оценка свойств поверхности на основе многомерной шкалы

2.5 Определение наличия фрактальности с использованием свойств показателя Херста

2.6 Выводы

Глава 3 Методики экспериментальных исследований

3.1 Критерии фрактальности микроповерхности

3.2 Методика определения фрактальной размерности поверхности в программе «Nova»

3.3 Методика проведения исследования взаимосвязи режимов размерной ЭХО, геометрических параметров поверхности и фрактальной размерности

3.4 Методика поляризационных исследований

3.5 Методика определения эксплуатационных свойств поверхности при размерной ЭХО

3.6 Расширение оценочного диапазона многомерной шкалы и алгоритм ее применения

3.7 Выводы

Глава 4 Результаты экспериментальных и теоретических исследований

4.1 Исследование наличия фрактальных свойств поверхности

4.2 Фрактальный анализ поверхности в программе «Nova»

4.3 Исследование взаимосвязи режимов размерной электрохимической обработки, геометрических параметров поверхности и фрактальной размерности

4.4 Поляризационные исследования

4.5 Исследование эксплуатационных свойств деталей вафельной конструкции

4.6 Сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований

4.7 Уточнение многомерной шкалы и разработка формы представления результатов

4.8 Методика оценки качества микроповерхности после размерной электрохимической обработки с применением фрактального анализа

4.9 Пример оценки качества микроповерхности металлических деталей после

размерной электрохимической обработки с применением фрактального

анализа

4.10 Результаты и выводы

Глава 5 Внедрение результатов исследований

5.1 Технологический процесс контроля качества поверхностного слоя облегченных деталей вафельной конструкции

5.2 Технологический маршрут изготовления вафельных обечаек

5.3 Внедрение в производство технологического процесса изготовления деталей с применением методики оценки качества микроповерхности после размерной электрохимической обработки с использованием фрактального анализа

5.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Акт внедрения на предприятии

Приложение Б. Акт внедрения в учебный процесс

Приложение В. Фрактальный анализ образцов

Приложение Г. Методика оценки качества микроповерхности после размерной электрохимической обработки с применением фрактального анализа

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика оценки качества микроповерхности после размерной электрохимической обработки с применением фрактального анализа»

ВВЕДЕНИЕ

В машиностроении большое количество деталей имеет вафельную конструкцию с ячеистыми углублениями. Особенно часто такие конструкции используются в авиационно-космической отрасли, где они применяются для изготовления панелей, обтекателей из черных и цветных сплавов, корпусов топливных баков. Главным требованием к подобным изделиям является минимизация массы при сохранении высокой жесткости и прочностных свойств. С этой целью перемычки между углублениями уменьшают до величины, соизмеримой с глубиной измененного слоя, который становится необходимым элементом при оценке точности рассматриваемого элемента вафельных конструкций, и измерение и оценка микроповерхности металлических деталей после нетрадиционных технологических операций должно выполняться также нетрадиционными методами.

Для наиболее часто используемой в производстве таких деталей размерной электрохимической обработки (ЭХО) прямые физические измерения микронеровностей дают хотя стабильный, но неточный результат, что вызывает опасение утраты прочностных показателей силовых вафельных конструкций. Разработанный в последние годы метод оценки поверхностного слоя на основе фрактального анализа дает возможность перейти к расчету и назначению предельных размеров перемычек вафельных конструкций, сохраняя требуемые эксплуатационные характеристики при минимизации массы изделий.

Новый подход позволяет решить актуальную проблему проектирования и изготовления облегченных высокопрочных объектов вафельного типа, что востребовано в перспективных изделиях машиностроения и способствует созданию конкурентоспособной продукции отечественного машиностроения. Это направление работ актуально для промышленности и отвечает государственным программам страны.

Работа выполнена в соответствии с Федеральной космической программой

России на 2006 - 2015 годы (с изменениями, утвержденными постановлением

Правительства Российской Федерации от 31 марта 2011 г. №235) и Программой

5

стратегического развития Университета машиностроения в период с 2012 по 2020 годы (от 28.11.2011 г.).

Целью диссертационного исследования является научное обоснование и установление рациональной области использования оценки микроповерхности металлических деталей после размерной ЭХО с использованием фрактального анализа применительно к технологии изготовления облегченных деталей вафельной конструкции.

Исходя из поставленной цели, определены задачи исследования:

1. Разработать методику оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО с применением фрактального анализа.

2. Описать механизм процесса формирования электрохимически обработанной поверхности на основе фрактального анализа, учитывающий стадию пленкообразования.

3. Создать математическую модель процесса формирования электрохимически обработанной поверхности на основе фрактального анализа, учитывающую стадию пленкообразования.

4. Исследовать взаимосвязи параметров режима размерной ЭХО, свойств поверхности и фрактальной размерности при обработке облегченных деталей вафельной конструкции.

5. Разработать процедуру регулирования режимов размерной ЭХО и оценки структурно-динамических свойств микроповерхности деталей вафельной конструкции, состоящую из критериев фрактальности микроповерхности и многомерной шкалы, учитывающей взаимосвязь параметров режима размерной ЭХО, фрактальной размерности и свойств поверхности.

6. Разработать технологический процесс контроля качества поверхностного слоя облегченных деталей вафельной конструкции.

Объект исследования - детали вафельной конструкции, обработанные размерной электрохимической обработкой.

Предмет исследования - оценка свойств электрохимически обработанной микроповерхности деталей вафельной конструкции с использованием фрактального анализа.

Теоретическая и методологическая основа исследования. В основе диссертационного исследования лежат теоретические концепции и методологические подходы отечественных и зарубежных ученых в области электрохимической обработки, методов оценки параметров поверхностного слоя деталей машин, фрактального анализа, теории шкал, обеспечивающие системность и комплексность изучения проблем эффективного производства деталей вафельной конструкции.

Основные методы исследования. Определение наличия у образцов фрактальных свойств осуществлялось совместным использованием специализированной компьютерной программы «Nova» и статистического анализа. Фрактальный анализ образцов выполнялся с использованием сканирующей зондовой микроскопии и программы «Nova». Независимый фрактальный анализ образцов производился в ИРЭ РАН методом сеток на специальном компьютерном программном обеспечении. Исследование взаимосвязи режимов размерной ЭХО, геометрических параметров поверхности и фрактальной размерности базировалось на математическом моделировании и на результатах фрактального анализа образцов. Поляризационные исследования осуществлялись с помощью потенциодинамического метода. Эксплуатационные исследования проводились на серийной установке ВЭДС-200 и на специально сконструированной установке рычажного типа с последующим металлографическим, спектральным и рентгеноструктурным анализом. Построение многомерной шкалы основывались на теории шкал.

Информационную и эмпирическую базу исследования составили сведения по состоянию и развитию метода размерной электрохимической обработки, методов оценки параметров поверхностного слоя деталей машин, нормативные документы, касающиеся вопросов шероховатости поверхности и проверки отклонения

вероятностей от нормального распределения, теория фракталов, а также результаты собственных расчетов и проведенных экспериментов.

Степень достоверности полученных результатов. Смоделированные значения параметра D, выступающие в качестве индикатора наличия на электрохимически обработанной поверхности кластера «роста» или кластера «разрушения», экспериментально подтверждены по данным фрактального анализа образцов с заведомо известной стадией формирования микроповерхности.

Выявлена высокая точность результатов, полученных как с использованием критериев фрактальности электрохимически обработанной поверхности, так и при вычислении фрактальной размерности в программе «Nova». Оценка проводилось по результатам многократной обработки структур с известной степенью фрактальности, а также по данным независимого исследования, проведенного в ИРЭ РАН.

Достоверность результатов работы подтверждается также внедрением результатов исследований на предприятии ЗАО ЗЭМ РКК «Энергия» им. С.П. Королева и в учебный процесс кафедры «Стандартизация, метрология и сертификация» Университета машиностроения.

Научной новизной работы являются:

1. Методика оценки качества поверхностного слоя с использованием фрактального анализа, учитывающего фактическую величину значимой части микронеровности после размерной ЭХО.

2. Математическая модель, отражающая связь значимых элементов микронеровностей, полученных после ЭХО, для выбранных значений фрактальной размерности, оцениваемых путем вариантных численных расчетов.

3. Описание механизма процесса формирования электрохимически обработанной поверхности на основе фрактального анализа.

4. Установленные взаимосвязи, позволяющие корректировать режимы размерной ЭХО адаптивными связями с требуемыми параметрами микроповерхности, с использованием оценки фрактальной размерности.

5. Научное обоснование использования методики оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО с учетом специфики изготовления и эксплуатации облегченных деталей вафельной конструкции.

В результате проведенного исследования получены теоретические и практические результаты, определяющие научную новизну и являющиеся предметом защиты:

1. Механизм и математическая модель процесса формирования поверхности тонкостенной детали после размерной ЭХО, построенные на базе фрактального анализа.

2. Методика оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО на примере деталей вафельной конструкции, спроектированной с применением фрактального анализа.

3. Теоретические подходы в построении многомерной шкалы для комплексной оценки характеристик поверхности с учетом ее фрактальных свойств.

4. Критерии фрактальности электрохимически обработанной поверхности.

5. Результаты экспериментальных исследований по определению взаимосвязи параметров режима размерной ЭХО, характеристик поверхности обрабатываемого материала и ее фрактальной размерности.

Практическая ценность:

1. Методика оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО с применением фрактального анализа, позволяющая повысить точность оценки микроповерхностии за счет последующей корректировки режима размерной ЭХО, а также облегчить вафельную конструкцию без утраты ее эксплуатационных качеств.

2. Многомерная шкала, учитывающая влияние фрактальной размерности на структурно-динамические характеристики поверхности.

3. Методика расчета эффективных режимов размерной ЭХО и способы оценки структурно-динамических свойств микроповерхности деталей вафельной конструкции, позволяющие с помощью многомерной шкалы установить фрактальность микроповерхности, оценить ее структурно-динамические свойства и

определить направление корректировки режима обработки.

9

4. Технологический процесс контроля качества поверхностного слоя облегченных деталей вафельной конструкции, как часть процесса изготовления, позволяющий повысить точность оценки качества микроповерхности и улучшить эксплуатационные показатели вафельных конструкций.

Реализация результатов работы. Разработанный технологический процесс контроля внедрен на предприятии ЗАО ЗЭМ РКК «Энергия» им. С.П. Королева. Критерии фрактальности микроповерхности на основе свойств показателя Херста включены в курс лекций «Инженерные методы обеспечения качества», читаемых кафедрой «Стандартизация, метрология и сертификация» Университета машиностроения.

Кроме того, теоретические, практические и методические результаты работы могут быть использованы при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу: «Методы фрактального анализа» (направление подготовки бакалавров 221700.62), а также по программам дополнительного образования для работников машиностроительной отрасли.

Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в постановке задачи, разработке методики оценки качества микроповерхности после размерной электрохимической обработки с применением фрактального анализа, формировании методического обеспечения экспериментальных исследований, математической обработке, анализе, обобщении, обсуждении и оформлении полученных результатов.

Использованная в диссертации компьютерная программа «Nova» предоставлена компанией НТ-МДТ.

Фрактальный анализ образцов проводился в сотрудничестве с ведущим мировым специалистом в области фрактальных подходов к проблемам естествознания, доктором физ.-мат. наук, академиком РАЕН и АИН, профессором КГТУ (КАИ) им. А.Н. Туполева Потаповым A.A.

Апробация результатов исследования. Основные положения

диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной

школе для молодёжи «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы

10

и перспективы» (Москва, 2010 г.), на Международной научно-технической конференции «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» (Москва, 2010 г.), на Международной научно-практической конференции «Евразийское пространство: приоритеты социально-экономического развития» (Москва, 2011 г.), на Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии» («Технология-2012») (Орел, 2012 г.).

Некоторые аспекты диссертации легли в основу учебных пособий «Современные методы оценки качества поверхности деталей машин» и «Современные методы исследования поверхности с использованием программы «Nova». Критерии цели», которые используются в Университете машиностроения при проведении практических занятий по курсу «Инженерные методы обеспечения качества».

Публикации. Основные положения отражены в 18 печатных работах. Из них 9 статей (3 статьи без соавторов), 5 из которых в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 97 наименования и четырех приложений. Основное содержание работы изложено на 230 страницах машинописного текста, содержит 42 таблицы, 75 рисунков, 70 формул.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Бавыкин, Олег Борисович

5.4 Выводы

1. Предложенный на основе теоретических и экспериментальных исследований технологический процесс контроля качества поверхностного слоя облегченных деталей вафельной конструкции, включающий в себя применение многомерной шкалы для оценки выходных данных режима размерной ЭХО (по параметру Б), структурно-динамических свойств поверхности, а также для определения направления корректировки режима размерной ЭХО, повышает точность оценки качества микроповерхности на 5-7%.

2. Внедрение технологического процесса изготовления деталей вафельной конструкции, с включенным в него разработанного технологического процесса контроля, позволило:

- повысить точность изготовления деталей с 1Т11-10 до 1Т9-8;

- повысить усталостную прочность изделий на 15-20%;

- повысить срок службы агрегатов с 3 до 5 лет;

- повысить точность контроля и оценки параметров поверхности деталей на основе фрактального анализа в пределах 25%;

- снизить вес по сравнению с химическим фрезерованием на 60 кг.

3. Экономический эффект от внедрения технологического процесса изготовления деталей вафельной конструкции на предприятии отрасли составил 824745 рубля в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО с использованием фрактального анализа (применительно к деталям вафельной конструкции), являющаяся основой технологического процесса контроля качества поверхностного слоя облегченных деталей вафельной конструкции. Методика позволяет повысить точность оценки микроповерхности от 5 до 7% и за счет последующей корректировки режима размерной ЭХО облегчить вафельную конструкцию на 5-10% в зависимости от ее типа.

2. Методика оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО основывается на критическом анализе существующих подходов оценки микроповерхности без учета динамики ее развития и не позволяющих адекватно охарактеризовать ее свойства, что позволило уточнить качественные и количественные требования к обрабатываемой поверхности с учетом условий эксплуатации тонкостенных конструкций вафельного типа.

3. Разработанная методика оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО базируется на описании механизма процесса формирования поверхности как результата синергетической природы метода, проявляющаяся в одновременном действии внешних факторов, связанных с параметрами режима обработки, и внутренних факторов, характеризующих структуру материала, позволяющая учесть как максимальное количество факторов воздействующих на обрабатываемый материал, так и их взаимодействия, что повысило точность оценки в среднем на 7%.

4. Разработанная методика оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО учитывает активное влияние на формирование поверхности пленкообразования, рассматривая его как фрактально-кластерный процесс, поэтому механизм пленкообразования включает в себя несколько стадий:

- формирование единичных зародышей на обрабатываемом материале;

- массовое образование зародышей, начало образования кластеров;

- образование островков плёнки из кластеров;

- образование плёнки различной структуры из островков.

Это позволило использовать предложенную методику оценки процесса пленкообразования как часть технологического процесса контроля качества поверхностного слоя.

5. В качестве эффективного инструмента описания синергетической природы размерной ЭХО и механизма формирования поверхности после электрохимической обработки предложена теория фракталов, позволяющая описать структурно-динамические свойства поверхности, а в качестве оценочного параметра применять фрактальную размерность Э.

6. Создана математическая модель процесса формирования обработанной поверхности при размерной ЭХО, разработанная на основе фрактального анализа и включающая в себя стадии разрушения и роста пленки, что даёт возможность уточнить физические представления о процессе формирования поверхности при размерной ЭХО, имеющем фрактально-кластерный характер, и определить следующие значимые характеристики пленкообразования, влияющие на выбор режимов ЭХО:

- значения 0=2,01 - 2,04, соответствуют процессу роста оксидной пленки;

- значения Б=2,04 - 2,103, характеризуют процесс ее разрушения.

7. Подтверждены результаты поляризационных и эксплуатационных исследований микроповерхности после размерной ЭХО, отвечающие основным положениям созданной математической модели, в частности при (р=0-1 действительно протекает период пленкообразования, при (р=1,8-2 В наступает период активного разрушения пленки.

8. Установлена и реализована взаимосвязь между шероховатостью поверхности, фрактальной размерностью и параметрами режима размерной ЭХО:

- линейная зависимость между Тэ, Яа и £): при увеличении температуры электролита от 293 до 313К параметр шероховатости Яа возрастает от 0,04 до 0,4 мкм, параметр В увеличивается от 2,01 до 2,103;

- линейная зависимость: с ростом температуры в интервале от 293К до 313К параметр И возрастает от 2,01 до 2,103;

- нелинейная зависимость между Ук, Яа и И: при изменении значений V от 0,5 до 1 мм/мин происходит уменьшение параметра Я от 0,067 до 0,04 мкм и параметра £> от 2,03 до 2,01; при значениях V от 1 до 1,5 мм/мин параметры Я и О

К а увеличиваются от 0,04 до 0,192 мкм и от 2,01 до 2,07 соответственно.

Полученные результаты обусловили возможность использования выявленных взаимосвязей для расширения многомерной шкалы, реализующей возможности ускоренного нахождения расчетных параметров, и уточнения ее метрологических характеристик.

9. Разработаны и включены в многомерную шкалу критерии фрактально сти электрохимически обработанной микроповерхности на основе свойств показателя Херста. С помощью этого критерия установлено, что поверхность не проявляет фрактальных свойств при:

1) -0,06 < < 0,06, при этом 1,8 < /?2 < 2,4 или 2,89 < (32 < 3,12;

2)4^=2* /?2=9.

Разработанные критерии позволяют выбрать адекватный способ уточнения показателей свойств поверхности (фрактальный анализ или традиционные методы), наиболее технологичный для конкретного изделия с учетом условий его эксплуатации.

10. Разработана многомерная шкала, содержащая 8 шкал и позволяющая уточнить оценку выходных данных размерной ЭХО (по параметру О), структурно-динамических свойств поверхности (скорости локального растворения границ зерен, толщины оксидной пленки и шероховатости поверхности по параметру Яа), а также для определения наличия фрактальных свойств у обработанной поверхности и направления корректировки режима размерной ЭХО. Разработан алгоритм применения шкалы и форма протокола оформления результатов ее использования.

Доказано, что многомерная шкала является основой построения методики уточненной оценки качества микроповерхности после размерной ЭХО.

11. Проведенный анализ возможностей программы «Nova» при статистической обработке результатов оценки микроповерхности, а также установленная высокая точность алгоритма вычисления фрактальной щразмерности Хаусдорфа-Безиковича (при изучении искусственных фракталов 5 = 1,2+2,3%, при анализе стохастических структур 8 = 0,8+1,5%) позволяют использовать в многомерной шкале указанный программный продукт с целью определения наличия фрактальных свойств у электрохимически обработанной поверхности и для проведения фрактального анализа.

12. Разработан технологический процесс контроля качества поверхностного слоя как часть последовательности обработки облегченных деталей вафельной конструкции, включающий в себя применение многомерной шкалы для оценки выходных данных режима размерной ЭХО (по параметру D), структурно-динамических свойств поверхности, а также для определения направления корректировки режима размерной ЭХО. Технологический процесс контроля повышает точность оценки качества микроповерхности на 5-7%.

13. Внедрение технологического процесса изготовления деталей вафельной конструкции, с включенным в него разработанного технологического процесса контроля, позволило:

- повысить точность изготовления деталей с IT11-10 до IT9-8;

- повысить усталостную прочность изделий на 15-20%;

- повысить срок службы агрегатов с 3 до 5 лет;

- повысить точность контроля и оценки параметров поверхности деталей на основе фрактального анализа в пределах 25%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бавыкин, Олег Борисович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Электрофизические и электрохимические методы обработки: В 2-х т. / Под ред. В.П. Смоленцева. - М.: Высш. шк., 1983. Т. 1. 247 с.

2. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей / В.П. Смоленцев. М.: Машиностроение, 1978. 176 с.

3. Электрофизические и электрохимические методы обработки: В 2-х т. / Под ред. В.П. Смоленцева. М.: Высш. шк., 1983. Т. 2. 208 с.

4. Технология электрических методов обработки: учебное пособие / В.П. Смоленцев, A.B. Кузовкин, А.И. Болдырев, В.И. Гунин. Воронеж: ВГУ, 2001. 310 с. (Гриф МО РФ).

5. Болдырев А.И. Достижение заданного качества материала управлением технологическими условиями комбинированной обработки / А.И. Болдырев // Вестник Саратовского ГТУ. 2010. № 3 (46). С. 27-31.

6. A.c. 1085734 СССР, МКИЗ В 23 Р 1/04, 1/10. Способ электрохимикомеханической обработки / А.И. Болдырев, В.П. Смоленцев (СССР). № 3460386/25-08; заявл. 29.06.82; опубл. 15.04.84; Бюл. № 14. 2 с.

7. Седыкин Ф.В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин,- М.: Машиностроение, 1976, 302 с.

8. Суров Н.С. Технология электрохимических методов обработки. М.: Машиностроение, 1990, 91 с.

9. Болдырев А.И. Экспериментальные исследования состояния поверхностного слоя после электрохимикомеханической обработки / А.И. Болдырев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 10. С. 1520.

10. Болдырев А.И. Влияние комбинированной электрохимикомеханической обработки на состояние поверхностного слоя деталей машин / А.И. Болдырев // Вестник Брянского ГТУ. 2011. № 1 (29). С. 15-21.

11. Болдырев А.И. Обеспечение заданного качества поверхностного слоя каналов комбинированной обработкой / А.И. Болдырев // Известия ОрелГТУ. 2009. №2-3/274(560). С. 59-63.

12. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учеб. пособие / Б.А. Артемонов и др., М.: Высшая школа, 1983. С. 119.

13. Румянцев Е.М., Давидов А.Д. Технология электрохимической обработки металлов: Учеб. пособие для техн. вузов. - М.: Высш. шк., 1984. -159 с.

14. Давыдов А.Д. Изучение анодного растворения алюминия при высоких плотностях тока - В кн.: Теория и практика размерной электрохимической обработки материалов. Уфа, НТО машпром, 1971, с. 29-30.

15. Технико-экономические вопросы электрохимического формообразования: научное издание / В.В. Паршутин, В.В. Бородин; Ред. Ф.Ф. Седыкин ; АН Молдав. ССр. - Кишинев : Штиинца, 1981. - 128 с. : граф., схем, табл., фото. - Библиогр.: с. 119-124.

16. Тэхт В.П., Купершток С.Н. Остаточные напряжения при различных видах механической обработке. Применяемых для изготовления турбинных лопаток.- М.: Энергомашиностроение. 1976. №12. С. 40-42.

17. Болдырев А.И. Инженерия поверхностного слоя изделий при электрохимической и комбинированной обработке / А.И. Болдырев // Вестник Донского ГТУ. 2009. Т. 9. № 4(43). С. 627-635.

18. Вячеславова О.Ф., Усов С.В., Свириденко Д.С. Формирование нанокомплексов на базе структурно-информационных технологий и комплексных автоматизированных систем // Технология машиностроения. 2009. № 4. С. 52-56.

19. МИ 1850-88 Методические указания. ГСИ. Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Методика поверки. -М.: Издательство Стандартов, 1988 г., 25 с.

20. ГОСТ 9378-93. Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия. - М.: Издательство Стандартов, 1993 г., 20 с.

21. Калин Б.А., Волков Н.В. Измерение топографии модифицированной поверхности материалов. - М.: МИФИ, 2008. 32 с.

22. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. - М.: Машиностроение, 1978 г. 232 с.

23. Аксютов JI.H. Определение параметров шероховатости поверхности оптическим методом // Инженерно-физический журн., 1975. Т. 23. Вып. 6. С. 10791083.

24. Витенберг Ю.Р. Шероховатость поверхности и методы ее оценки. - Д.: 1971.

98 с.

25. Левин В.М. Контактный метод измерения микрогеометрии поверхности. Основы метода и оптические профилограммы. М.: 1950. 192 с.

26. «Талисурф-10» - система измерения качества обработки поверхности/ В.Ц.П. Пер. ст. Мицухибо К., 1989, т.51.

27. Измеритель высоты выступов для работы с измерителем параметров поверхностей /Пер. с англ., 1985, т.11, с. 35-46.

28. ГОСТ 18961-80. Иглы алмазные к приборам для измерения шероховатости поверхности. Технические условия. - М.: Издательство Стандартов, 1980г., 34 стр.

29. Бавыкин О.Б., Вячеславова О.Ф. Комплексная оценка качества поверхности и эксплуатационных свойств изделий из наноматериалов // Автомобильная промышленность. - 2012 г. - №3. - С 36-37.

30. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. - М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

31. Табенкин А.Н., Тарасов С.Б., Степанов С.Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт. Издательство Политехнического университета. Санкт-Петербург. 2007. - 136 с.

32. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обоначения. -М.: Издательство Стандартов, 1982 г., 15 с.

33. ISO 13565-2:1996. Технические требования к геометрическим параметрам продукции (GPS). Структура поверхности: Профильный метод. Поверхности имеющие стратифицированные функциональные свойства. Часть 2. Характеристика слоев методом выделения линейного участка на кривой процентного содержания материала. С. 14.

34. ISO 13565-3:1998. Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности: профильный метод. Поверхности с послойным распределением функциональных свойств. Часть 3. Характеристики высоты с применением кривой распределения материала. С. 26.

35. Mandelbrot B.B. The Fractal Geometry of Nature. - N. Y.: Freeman, 1982. - 468

P-

36. Потапов A.A. Фракталы в радиофизике и радиолокации: Топология выборки. Изд. 2-е, перераб. и доп.- М.: Университетская книга, 2005.- 848 с.

37. Федер Е. Фракталы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1991. - 262 с.

38. Вячеславова О.Ф., Усов C.B. Создание структурно-информационных технологий и комплексных автоматизированных систем для построения нанообъектов // Информационные технологии и вычислительные системы. 2008. № З.С. 98-106.

39. Besicovitch A. S. On the Sum of Digits of Real Numbers Represented in Dyadic System (On Set of Fraction dimension II)//Math. Annal. 1934. B.l 10, №3. S. 321-330.

40. Hausdorff F. Dimension und Äusseres Mass//Math. Annal. 1919. В. 79. S. 157179.

41. Бельков Д.В. Методы определения фрактальной размерности рельефа обработанной поверхности // Прогресивш технологи i системи машинобудування. 2009. №37. С. 14-19.

42. Золотухин И.В. Твердотельные фрактальные структуры / И.В. Золотухин, Ю.Е. Калинин, В.И. Логинова // Альтернативная энергетика и экология. - 2005. -Т. 29. - № 9. - С. 56-66.

43. Дырда В.И. Механика разрушения композитных материалов в контексте фрактального анализа. / В.И. Дырда, М.А. Щелокова // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 79. — Б1блюгр.: 36 назв. — рос.

44. L. Nyikos and Т. Pajkossy: Fractal dimension and fractional power frequency dependent impedance of blocking electrodes, Electrochim. Acta 30 (11), 1533-1540 (1985).

45. Вячеславова О.Ф., Бавыкин О.Б. Применение фрактального анализа для описания и оценки стохастически сформированных поверхностей // Известия МГТУ «МАМИ». - 2012 г., - №2 (14), Т. 2. - С. 61-63.

46. http://www.cplire.rU/joined/koi/lection6/text.html#p6 - Потапов А.А. Применение фрактальных методов для обработки радиолокационных изображений.

47. Fractal Structures of Zinc Metal Leaves Grown by Electrodeposition. M. Matsushita, M. Sano, Y. Hayakawa, H. Honjo, and Y. Sawada. // Phys. Rev. Lett. 1984. V. 53. P. 286.

48. Пояркова E.B., Кузеев И.Р., Юркин E.C. Применение фрактального анализа при контроле качества термической обработки стали 35ХМА // Новые материалы и технологии в машиностроении: тезисы межд. научн. конф. (Брянск, 2009 г.). -Брянск: БГИТА, 2009. - 134 с.

49. Балмасов А.В., Бурков В.М., Гаврилова E.JL, Гришина Е.П., Донцов М.Г., Невский О.И., Носков А.В. Электрохимическая размерная обработка металлов и сплавов. Проблемы теории и практики. ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2006, 282 с.

50. Барахтин Б.К., Мещеряков Ю.И., Савенков Г.Г. Динамические и фрактальные свойства стали СП-28 в условиях высокоскоростного нагружения // ЖТФ. - 1998 г. - Т. 66, № 10. - С.43-49.

51. Потапов A.A., Булавкин В.В., Герман В.А., Вячеславова О.Ф. Исследование микрорельефа обработанных поверхностей с помощью методов фрактальных сигнатур // ЖТФ. - 2005. - Т. 75, № 5. - С. 28 - 45.

52. Мельник М. А. Фрактальный анализ извилистости рек: на примере Томской области // Вестник Томского государственного университета. - 2010 г. - № 335. - С. 168-176.

53. Старченко Н.В. Локальный анализ хаотических временных рядов с помощью индекса фрактальности: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. -М.: 2005.

54. Потапов А.А, Бавыкин О.Б., Вячеславова О.Ф. Автоматизация процессов измерения параметров электрохимически обработанных поверхностей с целью реализации фрактального подхода к управлению технологическим процессом // Системы обработки информации. - 2012. - № 2 (100). - С. 92-95.

55. Герасименко Н.М., Апрелов С.А. Фрактальные методы анализа степени упорядоченности наноструктур // Российские нанотехнологии - 2007. - Т. 2, №1-2. -С. 136-139.

56. Потапов A.A., Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Пахомов A.A., Герман В.А. Новейшие методы обработки изображений / Под ред. A.A. Потапова- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008.- 496 с. (монография - по гранту РФФИ № 07 - 07 - 07005).

57. Аптуков В.Н., Митин В.Ю., Скачков А.П. Исследование микрорельефа поверхности сильвина с помощью метода Хёрста // Вестник Пермского университета. - 2010 г. - № 4. - С. 30-33.

58. Демин С.А., Галимзянов Б.Н., Панищев О.Ю. Анализ персистентных и антиперсистентных корреляций в биомедицинских сигналах // Успехи современной радиоэлектроники. - 2011 г., - № 5. - С. 61-71.

59. http://www.cplire.ru.

60. Потапов A.A., Вячеславова О.Ф., Бавыкин О.Б. Применения фрактального анализа для оценки качества инженерной поверхности и динамических свойств ее

структуры // Механические свойства современных конструкционных материалов: тезисы межд. научн. конф. (Москва, 10-12 сентября 2012 г.). -М.: 2012. - С. 197-199.

61. Киселевский О.С. Методика мультифрактального анализа поверхностей по данным атомно-силовой микроскопии // БелСЗМ, № 4, 2000. - С. 31-40.

62. Рогалев A.B. Прогнозирование свойств композиционного материала, наполненного наноразмерными частицами в рамках фрактально-кластерного подхода / A.B. Рогалев, С.А. Хвостов, Е.С. Ананьева, В.Б. Маркин // Ползуновский вестник. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. №3. - С. 98-104.

63. Рогалев A.B. Влияние ультрадисперсных частиц на формирование структуры и уровень эксплуатационных свойств КМ: автореф . дис. кан. техн. наук. - Барнаул, 2007. - 18 с.

64. Носков A.B., Балмасов A.B., Козлова Н.Б., Лилин С.А. Фрактальные свойства поверхности вольфрама по данным импедансной спектроскопии границы раздела металл-раствор // Журн. физ. химии. 2003. Т. 77. С. 2081.

65. Сафонов A.A., Штеренберг A.M. Фрактальный анализ поверхности тонкопленочных нано- и микроструктур, синтезируемых в тлеющем разряде // Мир измерений. №6. М.: 2010. С.46 -53.

66. Сафонов A.A. Кинетика формирования и свойства нано- и микроструктур полимеров, синтезируемых в тлеющем разряде пониженного давления в парах адамантана и его производных: автореф. дис. кан. техн. наук. - Самара, 2012. - 20 с.

67. Mandelbrot В.В., Passoja D.E., Paullay A.J., Fractal character of fracture surfaces of metals. Nature, v. 308, n. 19, April, p. 721-722, 1984.

68. Генералова A.A. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин на основе оценки его характеристик с применением теории фракталов: автореф. дис. канд. техн. наук. - Пенза, 2012.

69. Кликушин Ю.Н. Фрактальная шкала для измерения формы распределений вероятности // Журнал радиоэлектроники. 2000. № 3. С. 3-3.

80. Каримов А.Х. Методы расчета электрохимического формообразования.- Казань: Изд.-во Казанского университета, 1990, 25 с.

81. Талохов М.А. Моделирование сложных объектов. М.: 1993, 53с.

82. Усов C.B., Ядрышников А.К. Применение комбинированной обработки для упрочнения сталей РКТ / В сб. Современные технологии производства РКТ, вып.2,-М.: 2002, с. 119-126.

83. Закономерности образования макродефектов при размерной электрохимической обработке сталей в хлоридном электролите //Пупков Е.И., Корнилов Э.Н., Белобрагин Ю.А., Покровский Ю.Ю. / Электрофизические и электрохимические методы обработки, 1974, вып. 7, с. 19-23.

84. Клопова СВ. Исследование обрабатываемости и режимы обработки титановых сплавов ВТ-3, ВТ-8, ВТ-9, ОТЧ-1 электрохимическим способом в различных электролитах / Авиационная промышленность, 1967, № 4, с. 14-18.

85. Анодное исследование А1 и его сплавов: Пер. с англ., -М.: Металлургия, 1986, 186 с.

86. Бавыкин О.Б., Вячеславова О.Ф. Формирование наименьшего значения шероховатости поверхности деталей машин на основе выбора оптимальных режимов размерной электрохимической обработки // Известия МГТУ «МАМИ». -2010.-№2(10).-С. 102-107.

87. Бавыкин О.Б. Метод фрактального анализа как основа способа распознавания и оценки структурных характеристик поверхностного слоя // Измерение, контроль, информатизация: тезисы межд. научн. конф. (Барнаул, 3-4 июня 2009 г.). - Барнаул, 2009. - С. 188-189.

88. Бавыкин О.Б., Вячеславова О.Ф., Зайцев С.А. Комплексное использование современного компьютерного программного обеспечения в процессе обучения и оценки знаний студентов по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» // Системы обработки информации. - 2011. - №6 (96). - С. 44-47.

89. РМГ 83-2007. Государственная система обеспечения единства измерений. Шкалы измерений. Термины и определения. - М.: Издательство Стандартов, 2008 г. - 17 с.

90. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Часть 1. Общая теория измерений // - Спб.: Питер, 2010.- 192 с.

91. Вячеславова О.Ф., Бавыкин О.Б. Многомерная шкала для комплексной оценки качества поверхности и функциональных параметров электрохимически обработанных изделий // Метрология и метрологическое обеспечение 2010: тезисы нац. науч. симпозиума (Болгария, Созополь, 9-13 сентября 2010 г.). - Созополь, 2010 г.

92. Бавыкин О.Б. Оценка качества поверхности машиностроительных изделий на основе комплексного подхода с применением многомерной шкалы // Известия МГТУ «МАМИ». - 2012 г., - №1 (13). - С. 139-142.

93. Бавыкин О.Б. Фрактальная многомерная шкала, предназначенная для управления режимом размерной ЭХО и оценки его выходных данных // Известия МГТУ «МАМИ». - 2012 г., - №2 (14), Т. 2. - С. 218-219.

94. Бавыкин О.Б., Вячеславова О.Ф. Определение интенсивности фрактальных свойств поверхностей конструкционных материалов по данным статистического анализа // Труды международной 77-й научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров».-М.: 2012 г. С. 12-21.

95. Потапов A.A., Вячеславова О.Ф., Бавыкин О.Б. Особенности разработки технологического процесса изготовления деталей с применением фрактального анализа поверхностного слоя // Механические свойства современных конструкционных материалов: тезисы межд. научн. конф. (Москва, 10-12 сентября 2012 г.). - М.: 2012. - С. 202-204.

96. Бавыкин О.Б., Савостьянова О.В., Вячеславова О.Ф. Актуализация оценочно-измерительных процедур параметров поверхности в субмикро- и

нанодиапазонах // Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы: тезисы Всеросс. научн. школы (Москва, 4-9 октября 2010 г.). - М.: 2010. - С. 19-22.

97. Вячеславова О.Ф., Савостьянова О.В., Бавыкин О.Б. Новый подход к повышению качества жизни человека путем актуализации оценочно-измерительных процедур параметров поверхности в субмикро- и нанодиапазонах // Качество и жизнь 2011.-2011 г.

Приложение А. Акт внедрения на предприятии

«УТВЕРЖДАЮ»

уЗам. Главного инженера ШЙЖ,«Энергия» им. С.П. Королева :=:SШ•cпГ,-Ю.П. Лапатанов

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

технологического процесса изготовления деталей вафельной конструкции

На предприятии ЗАО ЗЭМ РКК «Энергия» им. С.П. Королева внедрен технологический процесс изготовления деталей вафельной конструкции методом ЭХО с применением фрактального анализа (авторы: Вячеславова О.Ф., Бавыкин О.Б.).

Внедрение нового технологического процесса изготовления деталей вафельной конструкции позволило:

- повысить точность изготовления деталей с ТТ11-10 до IT9-8;

- повысить усталостную прочность изделий на 15-20%;

- повысить срок службы агрегатов с 3 до 5-7 лет;

- повысить точность контроля и оценки параметров поверхности деталей на основе фрактального анализа в пределах 25%;

- сократить трудоемкость изготовления деталей за счет применения банка идентификационных поверхностей на начальном этапе проектирования технологического процесса на 20%.

Экономический эффект от внедрения составил 824745 рублей.

методом ЭХО с применением фрактального анализа

Начальник управление

С.В. Евстратов

Приложение Б. Акт внедрения в учебный процесс

^ЛЗВЫ'ЖДЛЮ» Первый нрррехюр

.Ущшдашеш машшюстроет

Л. * > - ———

И И. Колтунов

\h

\

. С* 20

' ^«УШ-РЖДЛЮ» ' ^ Проректор но учебной работе ..и^И,нчверои&па машиностщ>ен

^Ш^ШЙрИ--------

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Критериев фрактальмоети мнкроповерхцости в учебный процесс кафедры «Стандартизация, мет рология и сертификация» У н i i верситета м аш иностроен и я

Результаты диссертационной работы «Методика оценки качества микроповерхности после размерной электрохимическом обработки е применением фрактального анализа» Бавыкииа Олега Борисовича, выполненной на кафедре «Стандартизация, метрология и сертификация» в период с 2009 по 2013 год. а именно: критерии фрактальмоети микроповерхности на основе свойств показателя Херста, внедрены в учебный процесс на основании решения кафедры «Стандартизация, метрология и сертификация».

Указанные результаты включены в курс лекций «Инженерные методы обеспечения качества».

Критерии представлены в изданных редакциоино-издательским отделом Университета .мат и построения учебных пособиях:

1) О.Ф. Вячеславова. O.Ii. Бавыкин. Современные методы оценки качества поверхности деталей машин......М.: МГТУ «МАМИ», 2010. - 74 с.

2) О.Ф. Вячеславова, О.Б. Бавыкин, И.О. Ткаченко. Современные методы исследования поверхности с использованием программы «Nova». Критерии цели. - М. : М1ТУ «МАМИ». 2012.-42 с.

/7\ А

Декан факультета автоматизации

За места те л ь заведуют! i и кафедро й «Стандартизация, метрология и сертификация);

10.А. Моргунов

О.Ф. Вячеславова

Приложение В. Фрактальный анализ образцов

Рисунок В.1 - Изображение поверхности образца №2 (20% №Ж)3; Т=303К;

Ук = 1 м/мин; Уэ=52 м/мин)

1од100)

Рисунок В.2 - Я/Э-анализ образца №2 электрохимически обработанной поверхности

(вертикальный срез)

Iog10(t)

Hurst exponent H = 0 7926 * СП367 "_Fractal dimereiorTp = 2 H =T~2074 ± 0 1367_~ ** ~_^

Рисунок В.З - К/8-анализ образца №2 электрохимически обработанной поверхности

(горизонтальный срез)

Рисунок В.4 - Изображение поверхности образца №3 электрохимически обработанной поверхности (20 % ЫаМЭз; Т=293К; Ук = 1 м/мин; Уэ=52 м/мин)

Iog10(t)

Hurst exponsntH = 0 7C!38±¥l9oi ~~f?ra53diiriTOonO»2¿.H- Г2962±,0 1903 J ~~}

Рисунок В.5 - R/S-анализ образца №3 электрохимически обработанной поверхности

(вертикальный срез)

Iog10(t)

НигйехропепЖэо 7767 ± 0 1884 £¡¡¡1 г ^[вжЙ&шкюпй-2 Н= 1 2233 ±0 1884 , " ^

Рисунок В.6 - Я/Б-анализ образца №3 электрохимически обработанной поверхности

(горизонтальный срез)

п

Рисунок В.7 - Вычисление фрактальной размерности образца №2

электрохимически обработанной поверхности

216

В)

а - изображение образца, обработанного размерной ЭХО ( 15% №N03; Т = 293К; Уэ = 32 м/мин; Ук = 0,5 мм/мин); б - фрактальная сигнатура (фрактальный кепстр) образца; в - поле и экспериментальное распределение фрактальных размерностей

Рисунок В.8 - Фрактальный анализ поверхности образца из сплава 1201

<2>айя Омт'ш Оаввл 0<хо ИЗМЕГМТЬ

^Ш""""..........

ЙРЯИМ

В в щшял шШЩШШШ ри ■

жшШ вншж вЯрВщш ЩШшШШя ¡¡¡й!

■рй ЯяН ЩШ шЯЯ ШЯВНР ■К

шяви вявв

ШШт

Штт

шл.

ВВВВМИР

Окно

а)

«>вйп О&ыииы Смолою; 0*но ИЗМОМГЬ Хдаадн

тт

ттттшт

шял

X ¡3,98534798534799

О ¡2,17862478479862 о ¡0^177^53^8019^

Мвавг«^^^ Ймтжн»

> • ■ ря .

«и'™,» Л] _ ФхАЬ'уР j РвОпОЭМВОеННО | »> J X . | '-•■■'

б)

а - фрактальная сигнатура (фрактальный кепстр) образца; б экспериментальное распределение фрактальных размерностей

поле

Рисунок В.9 - Фрактальный анализ поверхности образца №2 электрохимически

обработанной поверхности:

Окно ^

"I1К'

а)

шШттШШшШ

щШШШШШш

Шшш

¡ЁрШ^ШвщШ

жт§ттт

В1

тл

ИИ

__

§?«* -

2,25641025641026

□ 2.21539243417558

шшшшжвм»шшз>ше1.*- .«нив?«»

о 0.0701661877127293

Г - „ у?

.•к

ч

л

б)

а - фрактальная сигнатура (фрактальный кепстр) образца; б экспериментальное распределение фрактальных размерностей

поле и

Рисунок В. 10 - Фрактальный анализ поверхности образца №3 электрохимически

обработанной поверхности