Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2009, № 4

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

ИЗВЕСТИЯ

ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 

УНИВЕРСИТЕТА

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Выпуск 4

Часть 1

Издательство ТулГУ

2009

ISSN 2071-6168

УДК 087.2:621.002.5+658.562:621.9+681.51.011+624:69+655:681.62+

621.311:621.331+621.002.03+517.958.530:621.001.5

Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 4. Ч. 1 Тула: Изд-во ТулГУ, 
2009. 304 с.

Рассматриваются 
научно-технические 
проблемы 
в 
области 
машиностроения 
и 
машиноведения, 
новых 
технологий 
обработки
конструкционных материалов, информатики, вычислительной техники и 
управления, приборостроения и управления качеством.
Материалы предназначены для научных и инженерно-технических
работников, 
преподавателей 
вузов, 
студентов 
и 
аспирантов, 
специализирующихся в проблематике технических наук.

Редакционный совет

М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя,
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, В.А. АЛФЕРОВ, И.А. БАТАНИНА,
О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, B.C. КАРПОВ, Р.А. КОВАЛЁВ,
А.Н. ЧУКОВ, Е.А. ФЕДОРОВА, А.А. ХАДАРЦЕВ

Редакционная коллегия

О.И. Борискин (отв. редактор), В.С Карпов (зам. отв. редактора). 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора), 
В.Б. 
Морозов 
(отв. 
секретарь), 
А.Е. 
Гвоздев, 
А.Н. 
Иноземцев, 
А.Б. Копылов, Е.А. Макарецкий, Е.П. Поляков, В.В. Прейс, П.Г. Сидоров, 
В.М. Степанов, А.А.Трещёв, С.С. Яковлев, А.С. Ямников

Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России»

«Известия ТулГУ» входят в Перечень 

ведущих научных журналов и изданий, 
выпускаемых в Российской Федерации, в 
которых 
должны 
быть 
опубликованы 
основные научные результаты диссертаций 
на соискание ученой степени доктора наук

© Авторы научных статей, 2009

© Издательство ТулГУ, 2009

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 539.374:621.762.4.016.2
В. Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., проректор по научной работе, 
(4872) 35-82-00, info@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
Е. М. Селедкин, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-44-14, info@tsu.tula.ru
(Россия, Тула, ТулГУ)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ 
ШТАМПОВКИ ВНУТРЕННИХ ПРОДОЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Рассмотрено моделирование процесса формирования внутренних продольных 
каналов методом многопереходного магнитно-импульсного обжима толстостенной 
трубчатой заготовки на оправке прямоугольной формы.
Ключевые слова: многопереходный магнитно-импульсный обжим, внутренний 
продольный канал, трубчатая заготовка.

Рассмотрим процесс формирования внутренних продольных каналов 
прямоугольного сечения в толстостенных трубных заготовках. Формирование можно осуществить путем магнитно-импульсного обжатия толстостенных трубчатых заготовок на профилированной оправке заданной формы за 
несколько циклов нагружения по схеме, приведенной на рис. 1 [1].
Эффективность высокоскоростной штамповки с использованием 
МИУ существенно зависит от оптимального сочетания параметров разрядного импульсного тока, таких как, частота, декремент затухания колебаний 
разрядного тока и др. Установить рациональные технологические параметры можно, используя математическое и компьютерное моделирование рассматриваемого процесса формоизменения. Ниже рассмотрен подход к построению разрешающей системы уравнений задачи и приведены результаты моделирования процесса формирования внутренних каналов с прямоугольной формой поперечного сечения.
Математическая модель и соответствующая методика численного 
расчета основаны на использовании вариационного принципа теории пластичности и технике метода конечных элементов (МКЭ) [1].

Рис. 1. Схема процесса формирования канала обжимом на оправке

Расчетная конечно-элементная схема задачи строилась с учетом 
симметрии (рис. 2) при следующих граничных условиях в скоростях: 

0
0 

y
y
v
,
0
0 

x
x
v
.

Разбиение на треугольные элементы выполнялось таким образом, 
чтобы в точке касания заготовки с оправкой находился узел.
В процессе формирования канала происходит последовательное соприкосновение внутренней поверхности заготовки и оправки. Момент касания определяется из совместного решения уравнений контура оправки и 
траектории движения узла. После касания соответствующего узла в нем 
переопределяются граничные условия. При поэтапном решении задачи новые граничные условия вступают в силу, начиная с последующего временного шага. Корректировка новых координат и векторов скорости производится с учетом краевых условий 
 
G
f
, когда за промежуток времени 
t


узел дискретной модели перемещается за преграду (рис. 3).
Рассматривались граничные условия прилипания и скольжения. В 
случае прилипания (рис 3, а) новое положение узла соответствует точке 
пересечения траектории его движения с граничной линией 
 
G
f
, а его 
скорость равна нулю. В случае скольжения (рис. 3, б) узел переносится на 
граничную линию 
 
G
f
по нормали к ней. При этом его нормальная к 

 
G
f
составляющая скорости равна нулю, а касательная составляющая 
скорости не изменяется. В дальнейшем основное внимание уделялось граничным условиям скольжения узла по поверхности оправки.

Процесс последовательных нагружений разрядными импульсами с 
межоперационным отжигом моделировался следующим образом. За исходную форму области решения задачи на каждом последующем цикле нагружения принималась конечная форма заготовки, полученная на предыдущем разрядном цикле, а механические свойства материала задавались 
такими же, какие они были в исходном состоянии.
Уравнения реологического поведения меди при скоростях деформации, характерных для магнитно-импульсной обработки металлов, были 
получены на основе экспериментов по высокоскоростному деформированию образцов из меди МВ и М2. По результатам проведенных испытаний 
построены математические модели сопротивления деформации в диапазоне скоростей деформаций 103

 è

104 с-1: для меди МВ 
s

= (220 +
200,5 è

0,2056)( è
 /4100)0,12 МПа; 
для 
меди 
М2 
s

=
(265,8
+
235,3 è

0,4359)( è
 /2600)0,14 МПа.
Сила, действующая на заготовку со стороны МИУ во время разряда, 

описывается следующей функцией: 
  
 

u
ft
e
P
t
P
t








2
sin2
0
, где 

0
P = 750 МПа - условное давление магнитного поля в момент времени 

0

t
;  =20000 с-1 - декремент затухания колебаний разрядного тока; f рабочая частота колебаний разрядного тока МИУ;  =0,003 м эквивалентный зазор между индуктором и заготовкой; u - перемещение заготовки; t время. Плотность материала  = 0,00894 Н/м3.
На рис. 4-6 показаны результаты сравнения данных эксперимента и 
расчета по формоизменению образцов при формировании внутреннего 
продольного канала прямоугольной формы с различным соотношением 
размеров сторон оправки a и b после различных циклов нагружения.

а
б
в

Рис. 4. Форма образца, полученная экспериментально и расчетом 
по МКЭ ( f =18 кГц, 
a
b
=1):
а - исходная форма образца; б - после первого разрядного импульса;
в - после третьего разрядного импульса

а
б
в

Рис. 5. Форма образца, полученная экспериментально и расчетом 
по МКЭ ( f =12 кГц, 
a
b
=1,7):
а - после второго разрядного импульса; б - после третьего разрядного 
импульса; в - после пятого разрядного импульса

а
б
в

Рис. 6. Форма образца, полученная экспериментально и расчетом 
по МКЭ ( f =6 кГц, 
a
b
=2,4):
а - после первого разрядного импульса; б - после третьего разрядного 
импульса; в - после шестого разрядного импульса

Анализ результатов показывает, что данная модель реально отражает 
картину формоизменения заготовки при формировании внутреннего канала прямоугольного сечения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках программы «Развитие научного потенциала 
высшей школы (2009-2010 годы)».

Библиографический список

1. Кухарь В. Д., Грязев М. В. Конечноэлементный подход к анализу высокоскоростного 
деформирования трубчатой заготовки из анизотропного материала // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Ч.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 281-288.

V. Kukhar, E. Seledkin
Process modeling of magnetic pulse pressing of inner length way channel
The article considers forming simulation of the internal longitudinal paths by the multistage magnetic-discharge pressing for the heavy-wall tube stocks on the rectangular fixture.

Получено 12.11.2009

УДК658.58
С. В. Тульчев, заместитель главного технолога, (48753) 4-66-75,
office@aztpa.ru (Россия, Алексин, ОАО «Тяжпромарматура»)

МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
МЕЖЦЕХОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАРШРУТОВ 
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

Представлена модель оптимизации межцеховых технологических маршрутов 
при производстве трубопроводной арматуры в условиях функционирования на предприятии системы менеджмента качества.
Ключевые слова: трубопроводная арматура, технологическая маршрутизация,
структурно-функциональное моделирование.

Современное машиностроительное производство характеризуется 
постоянным ростом требований к качеству продукции и усложнением задач его обеспечения; постоянной сменой объектов производства и необходимостью сокращения сроков технологической подготовки производства. 
Производственные задачи усложняются, требования к качеству их решений возрастают, сроки принятия решений сокращаются, поэтому возникает 
необходимость принятия эффективных решений в минимальные сроки. 
Чтобы быть конкурентоспособными и вести экономическую деятельность 
в жестких условиях рыночной экономики, машиностроительные предприятия должны применять высокоэффективные и результативные системы
менеджмента качества (СМК), так как нельзя рассчитывать на стабильность качества продукции без внедрения СМК, отвечающей современному 
уровню организации работ в этой области.
Международные стандарты ИСО серии 9000, сконцентрировавшие 
мировой опыт управления качеством, включают в СМК, кроме функций 
управления качеством (проверка продукции, меры корректирующего воздействия и др.), и элементы управления производственным процессом, 
конструкторским и технологическим проектированием, снабжением, а 
также другие компоненты, существенно влияющие на качество, независимо от того, к каким сферам деятельности они относятся. Причем в редакции данных стандартов 2000 года в соответствии с идеологией Всеобщего 
Управления Качеством (TQM) сделан акцент на процессный подход, когда 
вся деятельность предприятия представляется в виде системы непрерывных и взаимосвязанных процессов. Концепция TQM концентрирует внимание на удовлетворении требований как внешних, так и внутренних потребителей [1] и предусматривает управление качеством продукции через 
управление качеством процессов, сопровождающих ее производство. Для 
реализации этого требования необходимо обеспечение бесперебойного и 
экономичного протекания каждого процесса, гибкости его настройки, соответствующих требованиям выхода процесса.

Немаловажное значение концепция TQM придает качеству протекания технологических процессов изготовления деталей и изделий. Причем 
управление качеством технологических процессов осуществляется в три 
фазы: планирование, контроль и улучшение качества. При этом отмечается, что индикатором качества процесса и инициатором его улучшения является стоимость брака, так как чем меньше объем брака, тем меньше требуется издержек на его исправление, что, в свою очередь, снижает добавленную стоимость, а, следовательно, и общую стоимость готового продукта [1].
Качество выполнения технологического процесса в огромной степени определяется качеством этапа разработки. Как известно, проектирование технологических процессов осуществляется на двух уровнях с различной степенью детализации проектных решений:
1) разработка межцеховых технологических маршрутов;
2) разработка маршрутно-операционных технологических процессов 
изготовления деталей и сборочных единиц (ДСЕ).
На первом уровне технологического проектирования устанавливаются маршруты движения составных частей изделия по производственным 
подразделениям предприятия. Данный уровень проектирования в ГОСТ 
14.004-83 получил наименование «расцеховка». На втором уровне технологического проектирования определяются маршруты движения ДСЕ 
внутри подразделения, проектируется операционная технология изготовления ДСЕ на конкретных видах технологического оборудования. В результате разработки межцеховых маршрутных технологических процессов 
формируется документ, который содержит информацию, необходимую для 
проектирования технологии изготовления ДСЕ в рамках определенных 
производственных подразделений.
Проектирование технологического маршрута связано с анализом 
значительного числа различных параметров ДСЕ, подлежащих изготовлению, и параметров технологического оборудования, имеющегося на предприятии. Проектирование маршрутов движения ДСЕ по цехам предприятия осуществляется, как правило, специалистами технологической службы вручную. При этом они используют свой производственный опыт и 
принимают проектные решения с учетом сложившихся на предприятии 
производственных условий и традиций.
Для повышения качества процесса разработки межцеховых технологических маршрутов необходимо проанализировать данный процесс с целью выделения составляющих его процессов и выработать решения по повышению качества каждого такого процесса. Для проведения данного анализа применена методология структурного анализа и проектирования 
SADT. Фрагмент функциональной SADT-модели решения задачи технологической маршрутизации предметов труда представлен на рис. 1. Разработанная SADT-модель раскрывает закономерности функционального взаимодействия технологов со специалистами других профессиональных групп 

машиностроительного предприятия при разработке межцеховых технологических маршрутов и формирования машинокомплектов подразделений.

УЗЕЛ:
НАЗВАНИЕ:
НОМЕР:
Выполнить технологическую маршрутизацию 
предметов производства
А0
М002

Выпустить 
технологическую документацию
А4

Оценить 
полезность 
решений
А3

Ра зработать 
технологические 
маршруты и маши но-комплекты 
подразделений
А2

Выполнить 
разузлование

А1

НТД

Предистория 
изготовления деталей 
машин

Комплект 
деталей

Технологические 
проектные 
решения

Состав 
изделий

Согласованные 
технологические 
проектные решения

Ведомость 
маршрутов

ОГТ

ОГТ

ОГТ, ПДО, ОАСУП

Номенклатурная программа 
производства изделий

График ТПП

Машинокомплекты
подразделений
ОГТ

Технологические 
проектные 
решения на 
согласование 

ОГТ, ПДО, ОАСУП

Информация о 
технологическом браке

Текущая загрузка производственных 
мощностей

Рис. 1. Фрагмент функциональной SADT-модели решения задачи
технологической маршрутизации предметов труда

В результате анализа представленной SADT-модели установлено, 
что при решении задачи технологической маршрутизации предметов труда 
в реальных производственных условиях специалист-технолог обычно ограничивается рассмотрением небольшого числа вариантов технологических маршрутов, и этого оказывается достаточным для выбора приемлемого, но не оптимального решения. Для оптимального решения данной задачи вытекает необходимость в ее формализации с целью последующей автоматизации процедур технологического проектирования. Для формализации следует воспользоваться статистическими методами и методами экспертных оценок с привлечением лингвистического подхода. Использование методов математической статистики обусловлено тем, что, несмотря 
на существование на предприятии сложной производственной структуры и 
обширной (несколько тысяч наименований) номенклатуры изготавливаемых деталей, количество принципиально различных технологических 
маршрутов движения ДСЕ по цехам обычно невелико. Так, по данным [2], 
при обследовании одного из машиностроительных предприятий было выявлено всего 12 вариантов расцеховок.
Сферами целесообразного и оправданного применения метода экспертных оценок и экспертных систем являются задачи, которые имеют ло