Разработка методов и средств метрологического обеспечения аддитивных и фазохронометрических технологий в области машиностроения

Актуальность темы. Современный этап развития нашей страны, появление принципиально новых направлений как в технологии формообразования изделий, так и в измерительной технике для контроля и мониторинга этих технологий, требует создания, разработки и исследований сложных технических систем методами информационно-метрологического сопровождения. Например, с помощью аддитивных технологий можно достичь более сложных структур, геометрии, более высокой эффективности, индивидуального дизайна, более высокой производительности и хорошей экологической устойчивости. Благодаря этому аддитивные технологии выходят за рамки прототипов для производства конечной продукции и запасных частей, в следствие чего возрастает роль оценки технического состояния и метрологического обеспечения сложных технических систем на разных этапах жизненного цикла в машиностроении, учитывая внедрение новых производственных технологий. Научная новизна результатов заключается в следующем: 1. Разработан научно-методический подход к метрологическому обеспечению машиностроительных комплексов на примере электродвигателей и подшипников качения, предложена и научно обоснована классификация использования средств измерения и измерительных систем на основе анализа информационной емкости измеряемой физической величины. 2. Научно обоснована и апробирована методика определения качества сборки подшипника на базе исследования геометрии тел качения по критерию параметрической идентификации. 3. Впервые применён фазохронометрический метод для оценки критериев повышения энергоэффективности промышленных электродвигателей. 4. Разработан и научно обоснован подход к обеспечению качества изделий машиностроения путем создания проекта системы интервалов допусков изделий для аддитивных технологий. 5. Предложен графический подход к активному контролю параметров жизненного цикла изделия аддитивного производства, основу которого составляет многопараметрическая динамическая функция состояния. Практическая значимость. 1. Отдельные результаты диссертационной работы имеют существенное теоретическое и практическое значение и отмечены в части пересмотра базы стандартизации и управления, а также реализации полного нормативного метрологического обеспечения процессов жизненного цикла изделий ООО «СИБУР» (Акт ООО «Сибур» от 29.08.2024 г.). 2. Работа поддержана в рамках проектов: - грант РФФИ 20-38-90133 «Разработка и исследование информационно-измерительных комплексов повышения энергоэффективности в области машиностроения в условиях цифровой экономики», в котором соискатель являлся непосредственным руководителем; - грант Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых – докторов наук МД-1209.2020.8 «Разработка научных и методических подходов применения интеллектуальных измерительных комплексов в области ветроэнергетики и гидроэнергетики в целях контроля качества электрической энергии и мониторинга оборудования на базе фазохронометрического метода». Срок выполнения 2020-2021 гг.; - государственное задание 9.4968.2017/БЧ «Разработка научных основ и методов повышения точности измерительно-вычислительных фазохронометрических технологий поддержки жизненного цикла высокотехнологичных объектов машиностроения». Срок выполнения 2017-2019 гг. 3. Полученные в диссертации результаты исследований показали повышение качества поверхности изделия в продольном направлении и по периметру после лазерной обработки до 20 раз, а в поперечном направлении более чем в 10 раз. Предложенный подход к метрологическому обеспечению допусков показал, что зоны повторного нагрева материала требуют особого внимания, т.к. шероховатость поверхности ухудшается в 1,5-2 раза, как в продольном, так и в поперечном направлении. 4. Эффективность применения разработанного в диссертации подхода к формированию системы интервалов допусков для изделий, получаемых аддитивными технологиями, доказана на примере лазерной полировки методом переплавления поверхности изделия. Применение технологии лазерной полировки переплавлением повышает качество поверхности деталей машиностроения: позволяет достигнуть уменьшения микрошероховатости в 3-5 раз и макрошероховатости в 4-5 раз. 5. На основе полученных результатов в рамках диссертации разработаны учебно-методические материалы, включённые в учебный процесс кафедры метрологии и взаимозаменяемости МГТУ им. Н.Э. Баумана.