Selection of Optimal Thermochemical Treatment of Steel Guides of Yarn

• Autorzy: Płonka Stanisław , Drobina Robert , Jędrzejczyk Dariusz , Postrożny Jacek

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.4464

Warianty tytułu

PL

Dobór optymalnej obróbki cieplno-chemicznej stalowych prowadników przędzy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a method of selection of an optimal (the best possible) thermochemical treatment of a steel guide of yarn for a ring spinning frame with the use of an optimisation procedure based on assumed criteria, and with consideration of their importance. Yarn guides for a ring spinning frame were manufactured from three brands of steel and were subjected to the following types of thermochemical treatment: 50SiCr4 steel (chrome hardening, diffusion boronising, and titanising); 41CrAlMo7 steel (nitrosulfiding and nitrogen case hardening), and C45 steel (diffusion boronizing). Unit manufacturing costs and six criteria of manufacturing quality: four parameters of surface texture (Rq, Rp, RΔq, r_w), maximal hardness of the surface layer (HV_0,1), and the case depth of the surface layer (g_ww), were taken as criteria for assessment. Values of the assessment criteria obtained from calculations and measurements were subjected to normalisation. The knowledge of experts and importance matrix B, evaluated with the use of the Saaty method (consisting in pairwise comparison of the successive criteria) were used to determine the importance of the criteria taken for the assessment. Using the Power method, eigenvalues of matrix B were found, as well as corresponding coordinates y_t of the eigenvector, which are simultaneously the weights of the corresponding criteria. Normalised decisions were created in the next step by raising each component of the normalised assessments to a power equal to the corresponding weight. In the last step of the procedure, a single optimal lining-up was created comprising the smallest s-th components of the individual decisions d₁, d₂, ..., d_m. The best variant of the thermochemical treatment was recognised as corresponding to the largest component of the optimal lining-up, which in our case is the diffusion boronizing. Key words: optimisation, thermochemical treatment, yarn guide.

PL

W pracy przedstawiono dobór optymalnej (najlepszej) obróbki cieplno-chemicznej stalowego prowadnika przędzy przędzarki obrączkowej z zastosowaniem metody postępowania optymalizacyjnego ze względu na przyjęte kryteria z uwzględnieniem ich ważności. Prowadniki przędzy przędzarki obrączkowej wykonano z trzech rodzajów stali i poddano następującym rodzajom obróbki cieplno-chemicznej: 50SiCr4 (chromowaniu, borowaniu i tytanowaniu dyfuzyjnemu), 41CrAlMo7 (azotonasiarczaniu i azotowaniu) oraz C45 (borowaniu dyfuzyjnemu). Jako kryteria oceny przyjęto jednostkowy koszt wytwarzania oraz sześć kryteriów jakości wytwórczej: cztery parametry struktury geometrycznej powierzchni (Rq, Rp, RΔq, r_w) i maksymalną twardość na powierzchni HV_0,1 oraz głębokość utwardzenia warstwy wierzchniej g_ww. Wartości kryteriów ocen uzyskane z obliczeń i pomiarów poddano normalizacji. Do określenia ważności przyjętych do oceny kryteriów wykorzystano wiedzę ekspertów oraz macierz ważności B wyznaczoną metodą Saaty’ego, polegającą na porównaniu kolejnych par kryteriów. Stosując metodę Powera znaleziono wartości własne macierzy B i odpowiadające im współrzędne y_t wektora własnego, które są równocześnie wagami odpowiadających kryteriów. Następnie utworzono decyzje unormowane przez podniesienie każdego składnika ocen unormowanych do potęgi równej odpowiedniej wadze. W ostatnim etapie utworzono jedno uszeregowanie optymalne, którego składnikami są najmniejsze s-te składniki poszczególnych decyzji d₁, d₂, ..., d_m. Wariantem najlepszym obróbki cieplno-chemicznej jest ten, któremu odpowiada największy składnik uszeregowania optymalnego, w naszym przypadku jest to borowanie dyfuzyjne.

Słowa kluczowe

EN

optimisation; thermochemical treatment; yarn guide

PL

optymalizacja; obróbka termochemiczna; prowadnik przędzy

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 27, no. 6 (138)
• Strony: 27--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Płonka Stanisław

• University of Bielsko-Biała, Department of Manufacturing Technology and Automation, 43-309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Poland

autor

Drobina Robert

• University of Bielsko-Biała, Department of Manufacturing Technology and Automation, 43-309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Poland

autor

Jędrzejczyk Dariusz

• University of Bielsko-Biała, Department of Manufacturing Technology and Automation, 43-309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, Poland

autor

Postrożny Jacek

• Cavalry Captain Witold Pilecki State University of Malopolska in Oświęcim, Institute of Management and Production Engineering, 32-600 Oświęcim, ul. M. Kolbego 8, Poland

Bibliografia

• 1. Cwietkow WD. System to Automation of Design of Technological Processes. PWN, Warszawa 1978.
• 2. Szadkowski J. Artificial Intelligence Approach to Structural and Parametrical Optimization of Multi – Tool – Machining Processes. Gepgyartastechnologia (Fertigungstechnik), Budapest, (1992) 9-10.
• 3. Mittemeijer EJ, Somers MAJ. Thermochemical surface engineeering of steels. Woodhead Publishing Series in Metals and Surface Engineering, 2015, 62.
• 4. Dobrzański LA, Dobrzańska-Danikiewicz AD. Surface Treatment of Enigineering Materials. Open Access Library, 2011, 5.
• 5. Rapal-Fadenfuhrer (Thread Guides·Guide·Fils·Guidafili·Guia-Hilas). Catalouge of Rauschert Gmbh & Co KG Germany.
• 6. Lawrence CA. Fundamentals of Spun Yarn Technology. CRC Press, Leeds 2003.
• 7. Nowicki B. Geometrical structure. Roughness and waviness of surface. WNT, Warszawa 1991.
• 8. PN-EN ISO 4287:1999. Specifications of geometry of products. Geometrical structure of surface: Profile method. Terms, definitions and parameters of geometrical structure of surface.
• 9. Oczoś KE, Liubimov V. Geometrical Structure of Surface. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2003.
• 10. Płonka S. Methods of Evaluation and Selection of Optimal Structure of Technological Process. Rozprawy Naukowe 48. Budowa i Eksploatacja Maszyn 31. Politechnika Łódzka Filia w Bielsku-Białej1998.
• 11. Płonka S, Przybyło S. Effect of the 3D surface structure of oxide coating on the kinetic friction coefficient. Tribologia 2007; 38, 6: 151-163.
• 12. Osyczka A. Evolutionary Algorithms for Single and Multicriteria Design Optimization. Physica – Verlag Heidelberg, New York 2002.
• 13. Płonka S. Multicriteria Optimization of Production Processes of Machinery Components, WNT, Warszawa 2017.
• 14. Breiing A, Knosala R. Bewerten technischen Systeme (Theoretische Und methodische grundlagen bewertungstechnischer Entscheidungshilfen). Springer – Verlag, Berlin – Heidelberg 1997.
• 15. Nguyen NT, Trawiński B, Knosala R. Multiobjective Optimization of Bioactive Compound Extraction Process via Evolutionary Strategies. Lecture Notes in Computer Science. Springer International Publishing, 2015, 13-21, ISBN 978-3-319-15704-7.
• 16. Płonka S, Ogiński L. Multicriterial Optimisation of the Manufacturing Process of a Spindle Working in a Ring Spinning Frame. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2014; 22, 6(108): 51-58.
• 17. Saaty TL. Fundamentals of Decision Making and Priority Theory. Pittsburgh, Pennsylvania: RWS Publications 2001.
• 18. Matuszek J, Kłosowski M, Krokosz-Krynke Z. Cost Account for Engineers. PWE, Warszawa 2011.
• 19. Więcek D, Więcek D. Production Costs of Machine Elements Estimated in the design Phase. Advances in Intelligent Systems and Computing 2018; 637, 380-391. Springer, Cham.
• 20. Zieliński W, Zieliński R. Statistic Tables. PWN, Warszawa 1990.
• 21. Turbo Pascal. Numerical Methods Toolbox. Borland International Incorporation, USA 1986.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).