Predictive agents for control of intelligent manufacturing enterprises

A. LINKEVICH, F. PANTELEENKO (Polotsk State University)A general mathematical framework is put forward to model modern intelligent manufacturing enterprises that constitute distributed complex systems. The problem of control of such an object is reduced, to a considerable extent, to the task of forecasting future states of elements of the system, which amounts to the standard issue of prediction of time series. To cope with the latter problem, it is suggested to use frames in Hilbert space. = Предложено использовать основную математическую базу для моделирования организации современного интеллектуального производства на предприятиях, создающих распределенные сложные системы. Задача контроля подобных объектов в определенной степени уменьшена к предсказыванию будущих состояний элементов системы, которая равна стандартной задаче предсказания временного ряда. Для решения последней предложено использовать области гилбертова пространства

Материалы для газотермического напыления, полученные методом диффузионного легирования из порошков на основе сталей аустенитного класса

The article presents experimental studies of composite powder materials for plasma spraying, obtained by the method of diffusion doping of powder materials based on austenitic steels. It is indicated that the main factors forming the diffusion layer on a powder material are a composition of the required saturating medium, treatment temperature and duration of chemical and thermal exposure. Creation of single-phase diffusion layers is possible only in the case of a minimum level of temperature-time characteristics during heat treatment. This is also facilitated by the use of media with a low concentration of boron and introduction of additives inhibiting saturation process (such as carbon, aluminum, silicon) into a saturating mixture of powder. Structure and composition of powders have been thoroughly investigated with the help of X-ray microanalysis that has made it possible to study location of elements contributing to powder alloying and micro-durametric characteristics. A component of high-boride phase is increasing due to higher degree of powder material alloying. Significant changes in phase composition, as well as the chemical one, are noticeable in diffusion processing of the following alloyed powder materials: РR-Х18N9, РR-Х18N10, РR-Х18N15. Free carbon being displaced by boride into a transition zone creates dispersed complex carbide compounds with chromium. This is confirmed by distribution nature of carbide-forming components in a powder particle. All carbide-forming elements have characteristic concentration peaks-bursts in contrast to non-carbideforming silicon. Silicon is practically not present in the considered FeB phase and it is found only in a very small amount in the studied Fe2B phase; it is pushed aside by high-boride phases to a sublayer. The change in microhardness of the FeB and Fe2B phases under study is associated with dissolution of corresponding alloying elements in them and distortions of a crystal lattice in borides. A similar phenomenon is also characteristic for saturation while using boron or while making chemical and thermal treatment of alloyed steels, it has been noted in a number of studies. The increase in microhardness of a particle nucleus during its boriding is caused by displacement of carbon and alloying elements by growing front of boride phases. A core zone moves with an increased microhardness to a particle core while increasing temperature mode and time of boronization and up to realization of the effect with counter diffusion.Представлены экспериментальные исследования композиционных порошковых материалов для плазменного напыления, полученных способом диффузионного легирования порошковых материалов на основе аустенитных сталей. Выявлено, что главными факторами, формирующими диффузионный слой на порошковом материале, являются состав необходимой насыщающей среды, температура обработки и длительность химико-термического воздействия. Создание однофазных слоев диффузии возможно только в случае минимального уровня температурно-временных характеристик при термической обработке. Этому также способствуют применение сред с небольшой концентрацией бора и введение в насыщающую смесь из порошка добавок, тормозящих процесс насыщения (таких как углерод, алюминий, кремний). С учетом проведенных с помощью микрорентгеноспектрального анализа исследований расположения элементов, способствующих легированию порошка, а также микродюрометрических характеристик подробно рассмотрены строение и состав порошков. С повышением степени легированности порошкового материала составляющая высокобористой фазы возрастает. Значительные изменения фазового состава, так же как и химического, заметны при диффузионной обработке следующих легированных порошковых материалов: ПР-Х18Н9, ПР-Х18Н10, ПР-Х18Н15. Вытесняемый боридами в переходную зону свободный углерод создает с хромом дисперсные комплексные карбидные соединения. Это подтверждается характером распределения карбидообразующих составляющих в порошковой частице. Все карбидообразующие элементы в отличие от некарбидообразующего кремния имеют характерные концентрационные пики-всплески. Кремний практически не присутствует в рассмотренной фазе FeB и обнаруживается лишь в очень незначительном количестве в исследуемой фазе Fe2B; он оттесняется высокобористыми фазами к подслою. Изменение же микротвердости исследуемых фаз FeB и Fe2B связано с растворением соответствующих легирующих элементов в них и искажением кристаллической решетки в боридах. Подобное явление характерно также для насыщения с применением бора или при проведении химико-термической обработки легированных сталей; оно отмечено в ряде исследований. Увеличение микротвердости ядра частицы при ее борировании вызвано оттеснением углерода и легирующих элементов растущим фронтом боридных фаз. При повышении температурного режима и увеличении времени проведения борирования и до реализации эффекта при встречной диффузии происходит перемещение зоны ядра с повышенной микротвердостью к сердцевине частицы

ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВ ИЗ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ МЕТОДОМ ДИФФУЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

The paper presents a method for obtaining diffusion alloyed powders on the basis of austenitic steel.Представлен метод получения диффузионно-легированных порошков на основе аустенитных сталей

Классификация методов формообразования и синтез на ее основе схем обработки профильных моментопередающих поверхностей

The paper presents characteristics of the known classifications of surface shaping methods in mechanical engineering during mechanical and physical-technical processing;  according to the  classifications a surface shaping  method is considered as a combination of methods for generating its producing lines – generatrix and guide – provided that the generation rate of the generatrix is higher than the guide. The advantages of constructing a classification and a formalized description of surface shaping methods have been shown in the paper; each of them represents a combination of surface formation methods in cross section and in length, regardless of generation speed for generatrix and guide lines. This increases information content of the description for a shaping method which is important for comparing methods of shaping surfaces and synthesis of schemes for their processing in the functional design of the machine. The paper has revealed the fact that in comparison with the well-known classification of A. A. Fedotenka it is an expedient to introduce methods of bending, intermittent track and intermittent rolling, as well as combined methods combining advantages of their basic methods which expand the synthesis of progressive processing schemes for profile surfaces. The introduction of the methods has been made in many basic methods of generating production lines (copying, following, touching and rolling).  Based on the expanded set of basic methods and the accepted principle of presenting the methods of shaping profile surfaces, their classification has been developed as the basis for systematization and synthesis of known and possible shaping methods. The paper considers examples of rational shaping method synthesis based on the proposed classification and progressive processing schemes for profile moment-transmitting surfaces on the basis of synthesis examples. In particular, the use of an envelope method instead of the applied rolling method has made it possible to simplify significantly a tool design, to increase its versatility and accuracy in formation of moment-transmitting surfaces with a profile in the form of a Relo triangle.Дана характеристика известных классификаций методов формообразования поверхностей в машиностроении при механической и физико-технической обработке, согласно которым метод формообразования поверхности рассматривается как сочетание методов формирования ее производящих линий – образующей и направляющей – при условии, что темп генерации образующей выше, чем направляющей. Показаны преимущества построения классификации и формализованного описания методов формообразования поверхностей; каждый из них представляет сочетание методов формирования поверхности в поперечном сечении и по длине независимо от скорости генерации образующей и направляющей линий. Это повышает информативность описания метода формообразования, что важно для сравнения методов формообразования поверхностей и синтеза схем их обработки при функциональном проектировании станка. Отмечена целесообразность введения, по сравнению с известной классификацией А. А. Федотенка, в множество базовых методов формирования производящих линий (копированием, следом, касанием и обкатом) методов огибания, прерывистого следа и прерывистого обката, а также комбинированных, объединяющих преимущества образующих их базовых методов, что расширяет возможности синтеза прогрессивных схем обработки профильных поверхностей. Исходя из расширенного множества базовых методов и принятого принципа представления методов формообразования профильных поверхностей разработана их классификация как основа систематизации известных и синтеза возможных методов формообразования. Рассмотрены примеры синтеза на базе предложенной классификации рациональных методов формообразования, а на их основе – прогрессивных схем обработки профильных моментопередающих поверхностей. В частности, использование метода огибания вместо применяемого метода обката позволяет существенно упростить конструкцию инструмента, повысить его универсальность и точность формообразования моментопередающих поверхностей с профилем в виде треугольника Рело

АДАПТАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ К КОНТРОЛЮ ИЗДЕЛИЙ С НАПЛАВЛЕННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

The technique of metalware condition estimation is worked out by authors. Questions of its adaptation to the quality assurance of restored and strengthened details and tools with the wearresistant coatings deposited are discussed. Magnetic and durometrie methods of nondestructive control used in order to estimate the exploitation reliability of details with welded coatings. Efficiency of this methods is confirmed.Рассмотрены вопросы адаптации разработанной авторами методики оценки состояния металлоконструкций к контролю качества восстановленных и упрочненных деталей и инструментов с нанесенными на них износостойкими покрытиями. Подтверждена эффективность применения магнитного (по коэрцитивной силе) и дюрометрического методов неразрушающего контроля для оценки надежности эксплуатации изделий с наплавленными покрытиями

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В ТОНКИХ ПЛАСТИНАХ

Welding is a crucial manufacturing process and widely used for manufacturing various products including ships, automobiles, trains and bridges. Welding distortions often occur in welded structures of thin plates due to relatively low stiffness and result in their warpage during assembly process and high manufacturing cost. Therefore, prediction and reduction of welding distortions are important in order to improve quality of welded structures. Welding distortion during the assembly process is caused not only by local shrinkage due to rapid heating and cooling. 3-D thermo-elastic-plastic finite element method (FEM) has been used to simulate single-bead-on-plate welding with 1 mm thickness. Experiments have been carried out to prove the simulated results. Comparison of the experimental results and FEM simulation results has confirmed that the proposed method efficiently  predicts level of  welding distortions while making single-bead-on-plate welding with 1 mm thickness.Сварка является ключевым процессом промышленного производства и широко используется для изготовления различных  изделий, включая корабли, автомобили, поезда и мосты. Сварочные деформации часто возникают в сварочных структурах тонких пластин из-за относительно небольшой жесткости. Это приводит к их короблению в процессе монтажа и возрастанию стоимости изготовления. Поэтому прогнозирование и уменьшение сварочных деформаций является ключевым для улучшения качества сварных конструкций. Сварочная деформация при сборке вызвана не только локальной (местной) усадкой из-за быстрого нагрева и охлаждения. В ходе данного исследования для моделирования сварки единичного шва тонким валиком на пластине толщиной1 ммиспользовали метод трехмерных термоупругопластичных конечных элементов (МКЭ). Для подтверждения результатов моделирования провели эксперименты. Сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования с помощью МКЭ подтвердили, что предложенный метод эффективно прогнозирует уровень сварочных деформаций при сварке единичного шва тонким валиком на пластинах толщиной 1 мм

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ ТВЕРДОЙ СМАЗКИ ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ

The paper describes creation technology of composite material on the basis of oxide ceramics with inclusion of solid lubricant for gas-thermal spraying of wear resistant coatingss described.Рассмотрена технология получения композиционного материала на основе оксидной керамики с включениями твердой смазки для газотермического напыления износостойких покрытий

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ДИФФУЗИОННО-ЛЕГИРОВАННОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ, ПОЛУЧЕННЫХ ПЛАЗМЕННЫМ НАПЫЛЕНИЕМ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКОЙ

The paper describes investigations on wear-resistant coatings from diffusion-alloyed austenitic steel obtained while using plasma spraying and subsequent laser processing. It is common knowledge that majority of machine parts and equipment has been out of service due to wear of surface layer. Application of diffusion-alloyed powder ПР-Х18Н9 based on austenitic steel while using combined technology including plasma spraying and laser infusion makes it possible to obtain qualitative coatings with high operational characteristics. The coating has a homogeneous structure with characteristic dispersive finely-dendrite formation. While using various powder boronizing modes and laser processing it is possible to control a porosity  (0,23–4,70 %) because the given factor is considered as an inherited parameter and it is influenced not only by laser processing characteristics but by powder boronizing time. It has been established that  the least deformations and internal stresses are formed in the coating in the case when self-fluxing diffusion-alloyed powder has been applied for 3 hours.  It has been revealed that there is a sharp increase in micro-hardness at the depth of 150-400 µm from the surface for a specific energy of 100-300 J/mm2 regardless of boronizing time. Coatings can be successfully applied in industry because after laser infusion the required mechanical processing of parts will not worsen operational characteristics when less hard coating layer is removed. Tests of parts under conditions of dry sliding friction without lubrication  have shown an increase of wear-resistance by 3.0-3.2-fold while preserving corrosion-resistance.Проведено исследование износостойких покрытий из диффузионно-легированной аустенитной стали, полученных плазменным напылением и последующей лазерной обработкой. Общеизвестно, что большинство деталей машин и оборудования выходит из строя в результате изнашивания поверхностного слоя. Применение диффузионно-легированного порошка ПР-Х18Н9 на основе аустенитной стали при использовании комбинированной технологии, включающей плазменное напыление и лазерное оплавление, позволяет получать качественные покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками. Покрытие обладает гомогенной структурой с характерным дисперсным, мелкодендритным строением. При использовании различных режимов борирования порошка и лазерной обработки возможно управление пористостью (0,23–4,70 %), так как данный фактор является «наследуемым» параметром и на него влияют не только характеристики лазерной обработки, но и время борирования порошка. Установлено, что наименьшие деформации, а значит и внутренние напряжения, образуются в покрытии в случае применения самофлюсующегося диффузионно-легированного в течение 3 ч порошка. Выявлено, что для удельной энергии 100–300 Дж/мм2 вне зависимости от времени борирования наблюдается резкое увеличение микротвердости на глубине 150–400 мкм от поверхности. Покрытия могут быть успешно применены в промышленности, так как требуемая после лазерного оплавления механическая обработка деталей не ухудшит эксплуатационные характеристики при снятии менее твердого слоя покрытия. Испытания деталей в условиях сухого трения скольжения без смазки показали рост износостойкости в 3–3,2 раза при сохранении коррозионной стойкост

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСАМИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ

The purpose of the presented paper is to optimize technological parameters of hardening high-energy processing used for sprayed coatings made of materials based on oxide ceramics with inclusions of solid lubricant. The paper presents results of the investigations on influence of power density and total number of laser irradiation impulses in a spot treatment on thickness of treated coating layers made of materials based on oxide ceramics. The considered wear-resistant coatings require increased cohesive and adhesive strength. Therefore, the total number of impulses should ensure melting and sealing of the coatings along the whole thickness that will fully contribute to obtain hardened nano-crystalline and amorphous structures.The work is based on complex metallography, X-ray diffraction and electron-microscopic investigations on modified structural elements of composite coatings being treated with highly concentrated energy sources. The following main processes of hardened plasma coating formations have been revealed in the paper: com paction of sprayed materials due to thermal and shock-wave impacts of laser irradiation impulses. In this case material porosity is decreasing, cohesive and adhesive strength of coatings is increasing, grain structure is crushed, amorphous and nano-crystalline phases of higher strength are formed all these facts are evidenced by an increase in average micro-hardness of deposited compositions. Duration of thermal laser irradiation impulse impact on the material is sufficient to activate chemical processes in the boundaries of main phases of the composite coating. This leads to formation of finely dispersed (including nanoparticle size) compounds that strengthen boundaries of the main phases and the coating as a whole. This is confirmed by the results of an X-ray diffraction analysis.Целью работы является оптимизация технологических параметров упрочняющей высокоэнергетической обработки напыленных покрытий из материалов на основе оксидной керамики с включениями твердой смазки. Приведены результаты исследования влияния плотности мощности и суммарного количества импульсов лазерного излучения в пятне обработки на толщину обработанных слоев покрытия из материалов на основе оксидной керамики. Для рассматриваемых износостойких покрытий необходимы повышенные когезионная и адгезионная прочности. Поэтому суммарное количество импульсов должно обеспечить оплавление и уплотнение покрытий по всей толщине, что будет в полной мере способствовать получению упрочненных нанокристаллических и аморфных структур.Методика исследования основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях модифицированных структурных элементов композиционных покрытий при их обработке высококонцентрированными источниками энергии. Выявлены следующие основные процессы формирования упрочненных плазменных покрытий: 1) уплотнение напыленных материалов за счет теплового и ударно-волнового воздействий импульсами лазерного излучения. При этом снижается пористость материалов, возрастают когезионная и адгезионная прочности покрытий, измельчается зеренная структура, формируются аморфные и нанокристаллические фазы повышенной прочности, о чем свидетельствует увеличение усредненной микротвердости нанесенных композиций; длительность теплового воздействия импульсом лазерного излучения на материал достаточна для активизации химических процессов на границах основных фаз композиционного покрытия. В результате образуются тонкодисперсные (в том числе наноразмерные) соединения, которые упрочняют границы основных фаз и покрытие в целом. Это подтверждается результатами рентгенофазового анализа

ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОРОШКА НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ БИОКЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Researches of powder production process are carried out on base HA + ZrO2 and adapted technological characteristics of plasma bioceramic coatings on the basis of this materials.Проведены исследования процесса получения порошка на основе ГА + ZrO2 и оптимизированы технологические параметры напыления плазменных биокерамических покрытий на их основе