Инженер 2014

С

ЕТ ИТ

ЦК

И Й УНИВ ЕР

НАЦ ИО ИЙ Н

СК

А

Й ТЕХН ИЧ НЫ Е ЛЬ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ"

ДО НЕ

ІНЖЕНЕР Студентський науково-технічний журнал Заснований в 2000 році

№ 1(17)-2(18)'2014

Донецьк - 2014

УДК 62

Журнал «Інженер» орієнтований на публікацію наукових праць студентів, магістрантів, стажистів, аспірантів, молодих фахівців з питань: створення і застосування прогресивних технологій; інформаційних технологій; механізації й автоматизації виробничих процесів; керування якістю, метрології, сертифікації; питання економічної теорії і практики; моделювання, розрахунків і проектування складних технічних систем, екологічніх проблем промисловості. Видається за сприянням Міжнародного союзу машинобудівників Засновник – Донецький національний технічний університет (ДонНТУ)

Головний редактор Зам. головного редактора Відп. секретар

Михайлов О.М. Богуславський В.О. Байков А.В.

Редакційна колегія: Башков Є.О., Буленков Є.О., Горобець І.О., Голубов М.В., Івченко Т.Г., Іщенко О.Л., Коваленко В.І., Кульбіда О.О., Левшов О.В., Гусев В.В.., Грубка Р.М., Лахін О.М., Навка І.П., Польченко В.В., Сидорова Е.В., Шевченко Ф.Л., Фенік Л.М., Чернишев Є.О.

Адреса редакції:

ДонНТУ, каф. ТМ 6-й учбовий корпус, 6.305 вул. Артема, 58 83001, м. Донецьк Тел.: (062) 305-01-04 Факс: (062) 305-01-04

Журнал зареєстрований у державному комітеті інформаційної політики України. Свідоцтво про реєстрацію від 30.06.2003 р., серія КВ, № 7379

ISSN 2073-5804

 ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», 2014

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

УДК 004.4 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Бирюк Г.С., Рыбинская Т.А., Шаповалов Р.Г. (кафедра механики, ИРТСиУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Тел. +7 (8634) 371622; E-mail: mkk@egf.tsure.ru Аннотация. В статье приведен исторический обзор развития САПР в машиностроении. Рассмотрены конкретные примеры применения САПР для решения специализированных научных задач. Подробно описаны возможности программного комплекса LCAD. Ключевые слова: САПР, машиностроение, автоматизация, проектирование, технологический процесс. Автоматизация проектирования – одна из наиболее перспективных областей науки и техники, включающая методы и средства создания проектов технических объектов с помощью ЭВМ, начиная от зарождения идеи и заканчивая его изготовлением и испытанием. Под термином «САПР в машиностроении» в нашей стране обычно подразумеваются пакеты, выполняющие функции CAD/CAM/CAE/PDM, т. е. автоматизированного проектирования, подготовки производства и конструирования, а также управления инженерными данными. Первые CAD-системы появились еще на заре вычислительной техники – в 60-х годах. Основными требованиями к промышленному производству являются сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение ее качества. Выполнить эти требования сложно без широкого использования методов и систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAE/CAD/CAM-систем). Историю САПР в машиностроении часто разделяют на несколько этапов. На первом этапе (до конца 70-х годов) был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность автоматизированного проектирования сложных промышленных изделий. Так, теория B-сплайнов была представлена И. Шоенбергом в 1946 г., позднее приведшая к широкому использованию в геометрическом моделировании неравномерных рациональных B-сплайнов (NURBS), предложенных К. Весприллом в 1975 г. Моделированию кривых и поверхностей любой формы были посвящены работы П. Безье, выполненные на рубеже 60-70-х годов ХХ века. Возможности систем на первом этапе в значительной мере определялись характеристиками имеющихся в то время весьма не развитых графических аппаратных средств. По данным Dataquest, в начале 80-х гг. стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до $90000. На втором этапе (80-е годы) появились и начали использоваться графические рабочие станции компаний Intergraph, Sun Microsystems с архитектурой SPARC или автоматизированные рабочие места на компьютерах VAX от DEC под управлением ОС Unix. К концу 80-х годов стоимость CADлицензии снизилась, примерно, до $20000. Тем самым были созданы предпосылки для создания CAD/CAM/CAE-систем более широкого применения. На третьем этапе (начиная с 90-х годов) бурное развитие микропроцессоров привело к возможности использования рабочих станций на персональных ЭВМ, что заметно снизило стоимость внедрения САПР на предприятиях. На этом этапе продолжается совершенствование систем и расширение их функциональности. Принято делить CAD/CAM-системы по их функ-

3

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

циональным характеристикам на три уровня (верхний, средний и нижний). В 80-е и в начале 90-х годов такое деление основывалось на значительном различии характеристик используемого для САПР вычислительного оборудования. Аппаратной платформой CAD/CAM-систем верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с ОС Unix. Такая техника позволяла выполнять сложные операции как твердотельного, так и поверхностного геометрического моделирования применительно к сборочным узлам из многих деталей. CAD-системы нижнего уровня предназначались только для автоматизации чертежных работ, выполнявшихся на низкопроизводительных рабочих станциях и персональных компьютерах. По мере улучшения характеристик персональных компьютеров удавалось создавать сравнительно недорогие системы с возможностями параметрического и ассоциативного 3D-моделирования. Такие системы стали относить к CAD/CAM-системам среднего уровня. Сегодня деление CAD/CAM-систем на САПР верхнего, среднего и нижнего уровней еще сохраняется, хотя и страдает очевидной нечеткостью. Проектирование механических изделий заключается прежде всего в конструировании, т.е. в определении геометрических форм тел и их взаимного расположения. В 1993 г. в США создается компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила свой первый пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. Система Solidworks вошла в число ведущих систем среднего уровня. Ряд CAD/CAM систем среднего и нижнего уровней разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили Компас (компания Аскон) и T-Flex CAD (Топ Системы) и некоторые другие системы. Компания Аскон основана в 1989 г. В нее вошел коллектив разработчиков, который до этого в Коломенском конструкторском бюро машиностроения проектировал систему Каскад. Первая версия Компас для 2D-проектирования на персональных компьютерах появилась в том же 1989 г. В 2000 г. САПР Компас распространена на 3D-проектирование. В СССР Г.К. Горанский создает программы для расчетов режимов резания в первой половине 60-х годов. В.Д.Цветков, Н.М.Капустин, С.П.Митрофанов и др. разрабатывают методы синтеза технологических процессов в 70е годы. В системах инженерных расчетов и анализа CAE центральное место занимают программы моделирования полей физических величин, прежде всего это программы анализа прочности по методу конечных элементов. Метод конечных элементов разработан к 1950 г. специалистами, работающими в областях строительной механики и теории упругости. В 1963 г. был предложен сравнительно простой способ применения МКЭ для анализа прочности путем минимизации потенциальной энергии. Появились программно-методические комплексы для анализа и моделирования на основе МКЭ.В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, ставит задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и начал эксплуатироваться. Стоимость разработки, продолжавшейся 5 лет, составила 3-4 млн долларов. В 1976 г. разработан комплекс DYNA3D (позднее названный LS-DYNA), предназначенный для анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур. К числу лидеров программ CAE следует отнести также комплекс Ansys. Интересно отметить, что в 2000 г. с помощью средств многоаспектного моделирования, реализованных в Ansys, продемонстрирована возможность совместного моделирования электромагнитных, механических и тепловых процессов при проектировании микроэлектромеханических устройств. Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams, разработанный и развиваемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Основное назначение Adams (Automatic Dynamic Analysis of

4

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Mechanical Systems) – кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения. Для проектирования систем, функционирование которых основано на взаимовлиянии процессов различной физической природы, важное значение имеет возможность многоаспектного моделирования. Традиционно продукты САПР в машиностроении разделены на четыре класса: тяжелый, средний, легкий и зрелый рынок. Такая классификация сложилась исторически, и хотя уже давно идут разговоры о том, что грани между классами вот-вот сотрутся, они остаются, так как системы по-прежнему различаются и по цене, и по функциональным возможностям. В результате сейчас в этой области имеется несколько мощных систем, своего рода «олигархов» мира САПР, стабильно развивающиеся продукты среднего класса и получившие массовое распространение недорогие «легкие» программы. Главная особенность «тяжелых» САПР – обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы – все это результат длительного развития. Однако, эти системы немолоды – CATIA появилась в 1981 г., Pro/Engineer – в 1988 г., а Unigraphics NX, хотя и вышла в 2002 г., является результатом слияния двух весьма почтенных по возрасту систем – Unigraphics и I-Deas, полученных фирмой EDS в результате приобретения компаний Unigraphics и SDRC. Все названные программы включают средства трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, а также модули структурного анализа и подготовки к производству, т. е. являются интегрированными пакетами CAD/CAM/CAE. Несмотря на то, что тяжелые системы стоят значительно дороже своих более «легких» собратьев (десятки тысяч долларов за одно рабочее место), затраты на их приобретение окупаются, особенно когда речь идет о сложном производстве, например машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Однако крупных клиентов, способных платить за САПР миллионы долларов не так много. По мнению аналитиков, этот сегмент рынка уже практически насыщен и поделен между «китами» индустрии. Сейчас производители средств автоматизации проектирования возлагают надежды на предприятия среднего и малого бизнеса, которых гораздо больше, чем промышленных гигантов. Для них предназначены системы среднего и легкого классов. Важную роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. Будучи изначально средствами твердотельного моделирования, эти системы среднего класса в ходе эволюции обрели функции поверхностного моделирования, подготовки производства, инженерного анализа и даже управления инженерными данными. Однако далеко не всем пользователям требуются такое разнообразие возможностей. Видимо, именно этим объясняется то, что переход с двумерных систем на трехмерные еще не завершился, и многие пользователи до сих пор предпочитают программы легкого класса, которые, к тому же, гораздо дешевле своих более мощных собратьев. Программы данной категории служат для двумерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. К настоящему времени они попол-

5

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

нились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые и средние САПР. Сейчас существует множество «легких» САПР, включая DataCAD одноименной компании, TurboCAD фирмы IMSI, SurfCAM от Surfware и другие. Эти продукты проще и дешевле (100 – 4000 долл.) тяжелых и средних САПР, поэтому пользуются спросом, несмотря на нынешний экономический спад. В результате «легкие» системы стали самым распространенным продуктом автоматизации проектирования. Таким образом, развитие рынка САПР идет двумя путями – эволюционным и революционным. В свое время революционный переворот произвели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас рынок развивается эволюционно: расширяются функциональные возможности продуктов, повышается производительность, упрощается использование. Но, возможно, вскоре нас ждет очередная революция. Аналитики из Cambashi считают, что это произойдет, когда поставщики САПР начнут использовать для хранения инженерных данных (чертежей, трехмерных моделей, списков материалов и т. д.) не файловые структуры, а стандартные базы данных SQL-типа. В результате инженерная информация станет структурированной, и управлять ею будет гораздо проще, чем теперь. Особое внимание хотелось бы уделить САПР технологических процессов – LCAD. Программный комплекс LCAD (от Layout CAD - расстановка оборудования с помощью компьютера) предназначен для создания автоматизированного рабочего места технолога-проектировщика, осуществляющего технологическое проектирование новых производственных помещений, а также технологическую реорганизацию существующего производства. Комплекс может быть также использован для получения различной справочной информации по установленному на производстве и введенному в базу данных системы оборудованию. Программный комплекс LCAD позволяет автоматизировать процесс формирования: строительной подосновы (планов этажей зданий) по одноэтажным и многоэтажным промышленным помещениям для последующего размещения технологического оборудования; а также административно-бытовым зданиям; графической и текстовой документации по технологической планировке производственных помещений.

LCAD обеспечивает создание и ведение базы данных (БД), содержащей массивы текстовой и графической информации. Структура массивов БД позволяет загружать и использовать при проектировании следующие виды информации: характеристики оборудования (наименование и модель, габариты, масса, установленная мощность электродвигателя и некоторая дополнительная информация), с обеспечением поиска и выбора информации по классам и группам оборудования; дополнительная графическая информация по оборудованию: размеры, установочные планы, планы опор, точки подключения электропитания, воздуха и т.п.; спецификации по установленному оборудованию; принятые условные графические обозначения для нанесения на планировки; структура производства (промышленная площадка - производственный корпус цех - участок); генплан предприятия (для обеспечения быстрого выхода на нужную планировку производственных корпусов, цехов, участков);

6

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

любая информация по цехам и участкам предприятия (виды и размеры площадей и т. д.); справочные данные по нормам и требованиям к размещению оборудования.

LCAD предполагает создание и хранение в БД технологических планировок на строительной подоснове производственного корпуса (здания) в целом. Спецификация установленного оборудования создаётся и хранится в БД в целом по предприятию. Оформление и вывод на печать графической (чертежи планировок) и текстовой (спецификации оборудования) документации может производиться как в целом по производственным корпусам, так и по отдельным цехам и участкам, запрашиваемым в БД (рис. 1).

Рис. 1. Составление документации на производственный корпус LCAD использует и расширяет возможности пакета AutoCAD фирмы Autodesk за счёт наличия дополнительного набора специальных приложений, обеспечивающих основные функции проектирования технологических планировок цехов и участков предприятия. Комплекс можно использовать в технологических подразделениях и технических отделах, как крупных предприятий, так и небольших производственных организаций, применяющих автоматизированные рабочие места технологов-проектировщиков на базе персональных компьютеров. Список литературы: 1. Кондаков А.И. САПР технологических процессов – М.: Издательский центр «Академия», 2007. 2. Дукарский С.М., Иноземцев В.Ф., Шляпников В.И., Шмонин А.П. Автоматизированная система конструкторско-технологической классификации продукции машиностроения и приборостроения // Классификаторы и документы. 1991. № 1. С. 11–20. 3. Дукарский С.М., Рубин Г.Я. Автоматизированная система классификации технологической документации // Классификаторы и документы. 1993. № 3. С. 1–16. 4. Дукарский С.М., Иноземцев В.Ф., Рубин Г.Я., Шляпников В.И., Шмонин А.П. Автоматизированная система группирования изделий машиностроения // Классификаторы и документы. 1994. № 1. С. 5–9.

7

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ САПР Буленков Е. А., Бедрицкий М. Н. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Современные системы автоматизированного проектирования (САПР) выполняются в виде единого программного комплекса, который объединяет программные модули, предназначенные для выполнения различных функций [1]. Такое построение САПР позволяет работать в едином окне как с чертежами и объемными моделями, так и с управляющими программами, технологическими процессами, с электронными документами. Однако обучение работе на таких САПР строится по устаревшей методике, когда отдельные модули рассматриваются последовательно [2, 3, 4]. При таком обучении теряются те преимущества, которые дает концентрация программных модулей в единый комплекс. Таким образом, разработка новых методик обучения студентов современным программным продуктам является сегодня весьма актуальной задачей. Целью выполнения данной работы является создание рациональной методики изучения современных САПР на основе использования различных программных модулей при работе над одной деталью. Для достижения поставленной цели проанализированы возможности современных программ для автоматизированного проектирования, разработана методика обучения студентов на основе использования различных программных модулей при работе над одной деталью. В качестве примера современной САПР, состоящей из программных модулей, работающих в едином окне, рассмотрим программу ADEM. Система ADEM предназначена для автоматизации решения проектных, конструкторских и технологических задач в области машиностроения. Система используется в следующих областях: авиационной, атомной, аэрокосмической, машиностроительной, электро- и приборостроительной и других. Система ADEM также ориентирована на проектирование и производство сложной оснастки, инструмента, штампов и пресс-форм. Система может быть полезна специалистам по техническому дизайну, деревообработке, в строительстве и архитектуре [5]. Модуль ADEM PDM обеспечивает структурированное хранение любых документов и управление данными изделия. Модуль ADEM CAD предназначен для черчения, плоского моделирования, а также для создания объёмных гибридных моделей и оформления конструкторской документации. Модуль создания управляющих программ для любых типов станков и систем ЧПУ, включая многоканальное оборудование. Обеспечивает одновременное управление (максимум) 5-ю независимыми осями. Управляющая программа создается в контексте общего технологического процесса изготовления детали.

ADEM Assembly представляет собой подсистему ADEM для вариативной параметрической сборки, предназначенную для эффективного проведения работ с крупными сборками. Модуль проектирования технологических процессов ADEM САРР предназначен для автоматизации проектирования единичных, групповых и типовых технологических процессов, и ведомостей деталей к ним по всем технологическим операциям машиностроения и приборостроения в соответствии с ЕСТД и СТП. Содержит справочники

8

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

оборудования, инструмента, материалов, оснастки. Позволяет вести расчет трудовых норм и норм расхода материала. Модуль «Нормирование и технологические расчеты» (ADEM NTR) предназначен для быстрого и эффективного определения нормы времени на изготовление детали или изделия в автоматизированном режиме. Корпоративная справочная система i-Ris основана на трехзвенной архитектуре, что позволяет поддерживать многопользовательский режим работы и масштабируемость системы в целом. Для взаимодействия удалённых объектов используется технология Net Remoting [5]. Для успешного изучения системы ADEM на кафедре технологии машиностроения Донецкого национального технического университета применяется методика ускоренного изучения. Суть методики состоит в том, чтобы изучать одновременно несколько модулей системы в комплексе. Рассмотрим на примере последовательность действий студентов при выполнении лабораторной работы. Работа выполняется в начале изучения системы ADEM и направлена на формирование и усвоение основных приемов работы. Лабораторная работа начинается с выполнения эскиза детали (2- D черчение) (рис. 1).

Рис. 1. Выполнение эскиза детали Работая в модуле ADEM CAD, студенты создают 3-D модель детали. При этом выполняются такие операции как «смещение», «скругление», «создание фаски» (рис.2). В ходе дальнейшей работы студенты создают объемную модель штампа, необходимого для штамповки данной детали (рис. 3). Возможности системы ADEM позволяют выполнять эти операции буквально в течение нескольких секунд.

9

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Рис. 2. Построение объемной модели детали

Рис. 3. Создание объемной модели штампа Продолжая выполнять лабораторную работу, студенты разрабатывают технологическую операцию фрезерования штампа на станке с ЧПУ. Работа выполняется в модуле ADEM CAPP. В процессе разработки выбирается инструмент, задаются не-

10

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

обходимые данные и формируется управляющая программа для станка с ЧПУ (рис.

4).

Рис. 4. Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ Возможности системы ADEM позволяют не только проектировать технологию обработки деталей и создавать управляющие программы для станков с ЧПУ, но и осуществлять моделирование процесса резания (рис. 5). В процессе моделирования ото-

11

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

бражается в упрощенном виде зона обработки, показывается перемещение инструмента и его траектория, результат обработки. Даже в таком упрощенном виде этого достаточно чтобы оценить правильность разработки операции и технологического процесса.

Рис. 5. Объемное моделирование процесса резания Заключение Предложенная методика использования различных программных модулей при работе над одной деталью в течение одного занятия позволяет сформировать у студентов полное представление о возможностях САПР. Работа одновременно с несколькими модулями системы позволяет подчеркнуть общность приемов и действий проектировщика при работе в различных модулях, связи между модулями и системность процесса проектирования. Список литературы: 1. САПР технологических процессов : учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. И. Кондаков. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

— 272 с. 2. Построение чертежей в CAD ADEM. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу«САПР ТП» для студентов специальности 120100«Технология машиностроения» всех форм обучения.– Юрга: ИПЛ ЮТИ ТПУ, 2005. – 36 с. 3. Построение трёхмерных объектов в CAD ADEM: Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу«САПР ТП» для студентов специальности 120100«Технология машиностроения».– Юрга: ИПЛ ЮТИ ТПУ, 2005. – 32 с. 4. Автоматизированная подготовка технологической документации в CAPP ADEM. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «САПР ТП» для студентов специальности 151001«Технология машиностроения» всех форм обучения.– Юрга: ИПЛ ЮТИ ТПУ, 2006. – 16 с. 5. Решения ADEM CAD/CAM/CAPP. – Электрон. дан. – М.: ООО «НПП Комплексные решения», 2014. – Режим доступа: http://www.adem.ru/solutions. – Загл. с экрана|.

12

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

УДК 67.02 ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ Веселовский А.Б., Рыбинская Т.А. (кафедра механики, ИРТСиУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Тел. +7 (8634) 371622; E-mail: mkk@egf.tsure.ru Аннотация: В статье рассмотрена история развития промышленных роботов. Приведен перечень преимуществ, достигаемых при использовании роботов. Рассматриваются области применения роботов в процессах механической обработки материалов. Ключевые слова: промышленный робот, автоматизация, технологический процесс. На современных промышленных предприятиях особенную актуальность приобретает использование автоматизированных решений, бережливое и безлюдное производство, внедрение новых технологий и устранение вредных факторов, влияющих на здоровье человека. В связи с этим особую популярность завоевывают решения по автоматизации производства на базе промышленных роботов, позволяющих обеспечить полный цикл обработки с высокой производительностью и точностью, избежать перерывов и производственных ошибок, свойственных человеку. История рынка промышленной робототехники насчитывает уже более 50 лет. Первый патент на промышленный робот был получен в 1961 году (подан в 1954) изобретателем Джорджем Деволом (George Devol), который основал в 1956 году вместе с инженером Джозефом Энгельбергом (Joseph F. Engelberger) компанию по первому серийному производству роботов Unimation Inc (от Universal Automatic – универсальная автоматизация). Энгельберг привлекал в компанию дополнительное финансирование, распространял идеи роботизации среди потенциальных заказчиков и популяризировал идею промышленной автоматизации. Один из примеров применения робототехники показан на рис. 1.

Рис. 1. Unimate на заводе General Motors Дальнейший рост промышленной робототехники был обусловлен развитием компьютера, электроники.

13

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

В Советском Союзе крупнейшим интегратором робототехники стала компания «Автоваз». развивая мощности по выпуску автомобилей и перенимая опыт мировых автомобилестроительных предприятий. На базе отдельного станкостроительного подразделения концерна «Автоваз» началось производство отечественных роботов, применяемых на поточных линиях предприятия. На сегодняшний день ОАО «Автоваз» совместно с МГТУ «Станкин» реализуют программу выпуска линейки роботов для промышленных производств до 1000 единиц ежегодно. Преимущества использования промышленных роботов в производстве Современный промышленный робот-манипулятор в большинстве случаев применяется для замены ручного труда. Так, робот может использовать инструментальный захват для фиксации инструмента и осуществления обработки детали либо держать саму заготовку для того, чтобы подавать ее в рабочую зону на дальнейшую обработку. Робот имеет ряд ограничений, таких как зона досягаемости, грузоподъемность, необходимость избежать столкновения с препятствием, необходимость предварительного программирования каждого движения. Но при его правильном применении и предварительном анализе работы системы робот способен обеспечить производство рядом преимуществ, повысить качество и эффективность рабочего процесса. Для оценки актуальности внедрения робота в процесс обработки приведем ряд преимуществ и недостатков применения робототехники на предприятии: 1. Производительность (в случае правильно выбранного применения роботизированной системы производительность по сравнению с ручным производством возрастает в разы, но при широкой номенклатуре изделий, постоянных переналадках, необходимости большого количества периферийного оборудования для разных деталей производительность может и снижаться, делая процесс неэффективным и сложным).

2. Улучшение экономических показателей. В случае применения робота или автоматизированной системы, в цехе необходимо лишь наличие оператора, контролирующего процесс, при этом оператор может контролировать сразу несколько систем.

3. Качество обработки. Часто причиной внедрения технологической системы на базе промышленного робота становится необходимость обеспечения заданного в документации на изделие качества обработки. Высокая точность позиционирования промышленных роботов (0,1 – 0,05 мм) и повторяемость обеспечивают надлежащее качество изделия и устраняют возможность производственного брака. Исключение человеческого фактора приводит к минимизации рабочих ошибок и сохранению постоянной повторяемости на всей производственной программе.

4. Безопасность. Применение робота достаточно эффективно на вредном производстве, оказывающем неблагоприятное воздействие на человека, например, в литейной промышленности, при зачистке сварных швов, окрасочных работах, сварочных процессах и т.д. В случаях, когда применение ручного труда ограничивается законодательством, внедрение робота может являться единственным решением.

5. Минимизация рабочего пространства. Правильно скомплектованная ячейка на базе промышленного робота более компактна, чем рабочая зона для выполнения ручных работ. Это достигается более эргономичной конструкцией сборочных кондукторов, небольшим размером места, занимаемого роботом, возможностью его размещения в подвешенном состоянии и т.д.

6. Минимальное обслуживание. Современные промышленные роботы, благодаря применению асинхронных двигателей и качественных редукторов, практически не нуждаются в обслуживании. Изготавливаются специальные модели роботов из нержа-

14

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

веющей стали, например, для работы в медицинской и пищевой промышленности, при высоких и низких температурах и в агрессивных средах. Это делает их менее восприимчивыми к окружающей среде и повышает износостойкость оборудования. В Европе прослеживается тенденция к максимальному увеличению производительности за счет безостановочной круглосуточной работы, внедряется философия безлюдного производства, связанная со стремлением минимизировать расходы на персонал. В СССР задачи сокращать ручной труд не ставили, робототехника применялась для автоматизации технологических машин, где могут существовать ограничения на труд человека, – штампов, прессов, гальванических ванн, нагревательных печей и т.д. Кроме того, человек может быть ограничен весом изделий. Так, для деталей от 2030 килограмм требуется применение дополнительного грузоподъемного оборудования. Внедрение автоматизации в литейных и кузнечнопрессовых цехах обусловливается необходимостью устранения тяжелых условий для рабочих и повышения качества производства: выгрузка тяжелых поковок, литейных заготовок, последующее охлаждение, загрузка в штампы для пресса и т.д. Не случайно, третье место применения роботов после загрузки-выгрузки занимает именно совмещение с кузнечнопрессовым и литейным оборудованием. Практически все процессы литья под давлением в Европе сопровождаются автоматизацией с использованием роботов. Роботы могут применяться в самих процессах обработки, выступая альтернативой обрабатывающему оборудованию (рис. 2). Промышленные роботы активно используются для операций раскроя металла с помощью плазмы, лазера и гидроабразивной резки. В отличие от традиционной установки плазменного раскроя плазменные горелки с применением робота могут осуществлять трехмерную резку, что актуально для обработки металлоконструкций, металлопроката (тавров, двутавров, уголков и т.д.), а также подготовки поверхностей под углом для дальнейшей сварки, вырезки различных отверстий и т.д. Рис. 2. Роботизация гибки Использование роботов для фрезерования, сверления и обработки кромок металлов, пластмасс, древесины и камня – новая, динамично развивающаяся технология. Она стала возможна прежде всего благодаря увеличению жесткости и точности современных манипуляторов. Основные преимущества заключаются в практически неограниченной рабочей зоне робота (систему можно оборудовать линейной осью в несколько десятков метров), высокой скорости обработки и большом количестве управляемых осей. Например, типичная фрезеровальная ячейка на базе промышленного робота имеет 8 – 10 управляемых осей и позволяет получить максимальную гибкость обработки (рис. 3).

15

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Возможно использование самого разного приводного инструмента, пневматического и электрического, с воздушным и жидкостным охлаждением. Для снятия заусенцев с кромок деталей после фрезерования используются пневматический приводной инструмент с частотой вращения 35 000 об/мин, а для фрезерования металлов – электрический шпиндель с водяным охлаждением, мощностью 24 кВт. Отдельно стоит упомянуть такой тяжелый, трудоемкий процесс для человека, как зачистка сварного шва на изделии. Применение автоматизации позволяет снизить воздействие вредных производственных факторов и существенно уменьшить время на выполнение зачистки. Процессы абразивной обработРис. 3. Роботизация процесса фрезерования ки поверхности можно разделить на два основных класса – шлифование и полирование. При шлифовании используют абразивные круги или ленты, съем материала может быть существенным, образуется много пыли. Полирование – более тонкий процесс, для которого применяются войлочные круги с абразивной пастой, съема материала при этом практически не происходит. Как правило, эти процессы комбинируют. Преимущество робота заключается в том, что он может обрабатывать деталь на нескольких абразивных инструментах поочередно, за один установ. Например, сначала снимается поверхностный слой на абразивной ленте, а потом деталь заполировывается на войлочном круге с автоматической подачей пасты. Из выше изложенного можно сделать вывод, что промышленные роботы позволяют существенно ускорить технологические процессы, снизить их вредное действие на человека. Поэтому задача расширения области применения промышленных роботов является весьма актуальной и перспективной. Список литературы: 1. Роботизированные технологические комплексы/ Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А. Фадеев – Учеб. пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. – 214 с. 2. Роботизированные технологические комплексы/ Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А. Фадеев – Учеб. Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. – 214 с.

16

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

ЗАДАЧИ ВЫБОРА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА Горобец И.А., Грищенко И.Н., Голубов Н.В. (ДонНТУ, г. Донецк) Жизненный цикл промышленных изделий (ЖЦИ) включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до его утилизации по окончании срока использования. Основные этапы жизненного цикла промышленной продукции приведены на рис. 3. К ним относятся этапы проектирования и технологической подготовки производства (ТПП), собственно производства, реализации продукции, эксплуатации и, наконец, утилизации (в число этапов жизненного цикла могут также входить маркетинг, закупки материалов и комплектующих, предоставление услуг, упаковка и хранение, монтаж и ввод в эксплуатацию). Рассмотрим содержание основных этапов ЖЦИ для изделий машиностроения. На этапе проектирования выполняются проектные процедуры — формирование принципиального решения, разработка геометрических моделей и чертежей, расчеты, моделирование процессов, оптимизация и т.д. На этапе технологической подготовки производства разрабатываются маршрутная и операционная технологии изготовления деталей, реализуемые в программах для станков ЧПУ; технология сборки и монтажа изделий; технология контроля и испытаний. На этапе подготовки производства и непосредственного изготовления продукции осуществляются: каРис. 1. Классификация типов промышленных лендарное и оперативное планирование; приобретение предприятий материалов и комплектующих с их входным контролем; механообработки и другие требуемые виды обработки; контроль результатов обработки; сборка; испытания и итоговый контроль. На постпроизводственных этапах выполняются консервация, упаковка, транспортировка; монтаж у потребителя; эксплуатация, обслуживание, ремонт; утилизация. На всех этапах жизненного цикла имеются свои целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На этапах ТПП и производства нужно обеспечить выполнение требований, предъявляемых к производимому продукту, при заданной степени надежности изделия и минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики. Понятие эффективности охватывает не только снижение себестоимости продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и обеспечение удобства освоения и снижения затрат на будущую эксплуатацию изделий. Особую важность требования удобства экс-

17

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

плуатации имеют для сложной техники, например, в таких отраслях, как авиа- или автомобилестроение. Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых АС. В настоящее время существует более 200 САПР разного уровня и разных производителей. В связи с этим перед многими предприятиями появляются следующие задачи: Первая - непростая задача выбора того или иного вида САПР. Критериями выбора САПР для предприятий являются функциональные возможности и технические характеристики САПР, а ограничением — стоимость владения лицензиями систем. Второй существенной задачей предприятий в сфере технической подготовки производства является хранение электронных документов по проектам: рабочих и сборочных чертежей, спецификации, расчётов, технологических процессов изготовления и сборки изделий, изменений рабочей документации, технических расчетов узлов и объектов. Такое электронное хранилище должно обладать характеристиками: быстрый поиск документации по атрибутам, надёжное и упорядоченное хранение электронных документов, возможность электронного согласования и проведения изменений, наличие электронно-цифровой подписи. Перечисленные свойства позволят не только хранить текущую информацию об объекте, но и управлять жизненным циклом объекта (от его зарождения, изготовления, ремонтов и до утилизации). Поэтому предлагается все производственные предприятия в разделить на две группы: промышленные предприятия и проектные (инжиниринговые) организации. Но поскольку они все разные, нельзя сказать, что для всех предприятий подойдёт одна и та же CAD/CAM/PLM система. В связи с этим предлагается деление предприятий на три ступени: большие, средние, мелкие, основываясь на их общей численности и численности ИТР в конструкторском и технологическом отделах. Проведём анализ необходимого функционала CAD/CAM/PLM систем для разного типа предприятий в соответствии с выполняемыми бизнес-задачами: • Крупные- оптимизация существующих процессов; • Средние- повышение эффективности за разумные деньги и короткие сроки; • Мелкие- низкая цена продукта, минимум платных услуг. Предприятия Украины разнообразны как по количеству работающих, так и по видам деятельности. Поэтому невозможно внесение рекомендаций по выбору аналогичных САПР. Таким образом, решение вопроса технической подготовки производства базируется на выборе набора CAD/CAM/CAE/PLM-систем, являющихся базисом CALSтехнологий. В настоящее время является актуальным создание методики выбора рационального набора систем в зависимости от вида и типа предприятия.

18

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА Горобец И.А., Грищенко И.Н., Голубов Н.В. (ДонНТУ, г. Донецк) CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support), как современная бизнес-модель производства, базируется на фундаменте CAD/CAM/CAE/PLM систем. CAD/CAM/CAE-системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа.

CAD-системы (сomputer-aided design - компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (именуются также системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции объекта и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий. На данный момент одним из наиболее мощных производителей САПР являются –Dassault Systemes, АСКОН (Россия) и Autodesk (США). Главная особенность САПР, указанных производителей — обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы. В настоящее время из 10 известных ядер САПР наибольшую применяемость и популярность получили 5 ядер. Из них, важную роль в становлении среднего класса САПР сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Однако, начиная с 2013 года появляется отдельное коммерческое ядро – C3D компании АСКОН (ране не выходившее на самостоятельный рынок ядер систем), используемое в САПР под брендом КОМПАС с 1989 года. Сегодня в Украине лидирующими компаниями по использованию САПР среднего уровня сложности - является Autodesk и АСКОН с программными продуктами AutoCAD и КОМПАС, соответственно [1]. При этом, в машиностроении, металлургии превалирует САПР КОМПАС, а в инжиниринговых компаниях проектирования в гражданском строительстве – AutoCAD.

19

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

В соответствии с ГОСТ 23501.101-87, САПР – это организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП). САПР — система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. В САПР обеспечивается удобство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проблемно-ориентированных языков и наличия информационно-справочной базы [2,3]. Структурными составными и составляющими САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечивающие выполнение некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. В соответствии с ГОСТ 23501.108-85 САПР классифицируют: -тип/разновидность и сложность объекта проектирования - уровень и комплексность автоматизации проектирования - характер и количество выпускаемых документов - количество уровней в структуре технического обеспечения.

CAM-системы (computer-aided manufacturing - компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAMсистемы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

Рис. 1. Классификация САПР САЕ-системы (computer-aided engineering - поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать оп-

20

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

ределенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа [2].

PLM (Product Lifecycle Management — управление жизненным циклом продукции) представляет собой методологию применения современных информационных технологий для повышения конкурентоспособности промышленных предприятий, причем упор делается на управление данными об изделии. Применение PLM основано на использовании интегрированных моделей данных об изделии и бизнес-процессов предприятия. PLM предполагает новые методы работы с информацией об изделии, позволяя тесно увязать ее с процессами, обеспечивая одновременный доступ к данным различных категорий сотрудников, позволяя в полной мере реализовать принципы параллельного проектирования изделий. Список литературы: 1. САПР в Украине. // ИК-3D. URL: http://www.ik.3dscorpion.com.ua/index.php?ukey=auxpage_66. 2. Основные функции CAD-систем. // Основы САПР.

URL: http://bigor.bmstu.ru/?cnt/?doc=190_CAD/8001.mod/?cou=140_CADedu/CAD.cou 3. Принципы построения САПР. // Рефераты. URL: http://www.ref.by/refs/34/7691/1.html

УДК 681.3 ПЛАНИРОВАНИЕ ЗАГРУЗКИ ПРОЦЕССОРОВ В МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ ВЫСОКОЙ ГОТОВНОСТИ Картамышев А.В., Борзов Д.Б. (каф. ВТ, ЮЗГУ, Курск, Россия) Тел. +7 (4712) 587105; E-mail: borzovdb@kursknet.ru Аннотация: В статье обсуждается проблема составления плана загрузки процессоров в мультипроцессорных системах, обсуждаются пути решения этой задачи в случае применения систем высокой готовности. Ключевые слова: мультипроцессорные системы, системы высокой готовности, теория расписаний. Вычислительные машины работают во всех сферах деятельности человека. Получение данных занимает секунды, а объем измеряется в петабайтах. Для таких нагрузок необходимы мощные мультипроцессорные системы и сверхбыстрые коммуникативные интерфейсы, но есть системы, в которых от скорости реагирования на запрос может, зависит человеческая жизнь — это системы высокой готовности (High Availability Systems). Такие типы систем применяются в области энергетики, военных комплексах, медицины, ракетнокосмических технологиях и т. д. Системы высокой готовности характеризуются высоким коэффициентом минимизации планового и не планового времени простоя, при этом обеспечивают быстрое восстановление после обнаружения неисправности для чего используются избыточные аппаратные и программные средства. Существует две основные проблемы при построении систем высокой готовности, связаны с обработкой данных, обслуживанием телекоммуникаций, обеспечение высокой производительности и продолжительного функционирования систем. Для обеспечения высокого уровня производительности необходимо применение параллельной масштабируемой архитектуры.

21

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Задачу обеспечения функционирования системы можно разбить на три подзадачи: надежность, готовность и удобство обслуживания. Все три подзадачи направлены на устранение неисправности системы, вызванные отказами и сбоями в работе. Применение параллельной масштабируемой архитектуры приводит к усложнению всех алгоритмов управления, следовательно, необходимо создание специализированного программного и аппаратного обеспечения для решения таких актуальных проблем. В мультипроцессорных системах задача планирования, распределения загрузки процессоров и обеспечения высокой производительности стоит на первом месте. Для этих целей разрабатываются множество алгоритмов, методом и систем планирования позволяющих наиболее эффективно распределять нагрузку. Одна из таких систем планирования является «Теория расписаний», которая содержит методы и модели, предназначенные для анализа и синтеза процесса планирования. Данная система представляет собой концептуальную модель, основной которой являются последовательности и операции программы, а также приборы и технологическая матрица, представляющая последовательность прохождения данных. Свои истоки данное направление в науке зародилась в работе Генри Гантта 1903г.

(Gantt H.L. [1]), предложившего то, что сегодня называют диаграммами Гантта, которые встречаются во многих работах по теории расписаний. Термин «теория расписаний» предложил Р. Беллман в 1956 году [2]. С 50-х годов 20-го века началось активное теоретическое исследование задач теории расписаний, следует отметить работы Джонсона (Johnson), Джексона (Jackson) и Смита (Smith). В результате активного исследования появилось необходимость классификации задач и установление их сложности. Наиболее устоявшаяся на нынешний день классификация задач теории расписаний была предложена Грэхэмом. Достаточно полные обзоры по задачам теории расписаний и их сложности представлены в работах Гэрии Джонсона (Garey, Johnson), Ленстры и др. (Lenstra et al.), Лоулера и др. (Lawler et al.), Танаева и др. В качестве приборов в теории расписаний компоненты мультипроцессорных систем. Технологическая матрица определяет последовательность данных, которая обрабатывается несколькими процессорами параллельно. Такие системы должны соответствовать следующим условиям:  непрерывный поток данных, то есть команда на этом процессоре может обрабатываться сразу после полного выполнения предыдущей;  строгое упорядочения операций, существует не более одной операции как до, так и после данной;  любая операция всегда может выполняться только процессором одного типа;  каждый процессором всегда выполняет не более одной операции;  поток данных непрерывен, а значит, аппаратная часть эксплуатируются в любой момент времени, то есть остановка или поломка исключена. По способу задания входной информации задачи делятся на:  детерминированные (on-line). Для таких задач характерно, что все входные данные задачи точно известны, т.е. даны значения всех параметров до начала ее решения;  стохастические (on-line). Для данных задач расписания строятся в режиме реального времени, т.е. перед началом решения задачи мы не знаем значения всех параметров. Расписание строится по частям по мере поступления новой информации. При этом в любой момент, может быть, понадобиться ответ о качестве построенного «частичного» расписания. Задача календарного планирования связана с установлением сроков выполнения операций, это значит, что если каждая операция начинает выполняться, во-первых сразу после наступления момента ее очередности и при наступлении момента доступности процессора, то можно однозначно установить моменты начала выполнения каждой операции. В таком случае задачи календарного планирования сводятся к задачам упорядочения.

22

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

В задачах согласования находятся значения необходимых ресурсов, которые обеспечивают выполнение операций за определённый промежуток времени. В качестве критерия эффективности может выступать, например, ускорение выполнения работы за счёт параллельной обработки. Во-вторых, уменьшения общего времени ожидания. В-третьих, оптимизация загрузки процессоров. Основными методы теории расписаний следующие:  метод прямого перебора;  метод решающих правил;  метод выбора из активных расписаний;  метод ветвей и границ;  метод динамического программирования;  метод генераторов расписаний. В теории расписаний для оптимального решения сложных задач применяются алгоритмы, использующие элементы сразу нескольких методов. Одно из их названий – «гибридные алгоритмы» [3]. Данное направление, на наш взгляд, является одним из перспективных. В следствии можно сделать выводы, что задача оптимизации и ускорения работы процессоров в системах высокой готовности стоит в особом приоритете и весьма актуальна, как на сегодняшний день, так и будущем. Для решения задачи планирования загрузки процессоров в мультипроцессорной системе в дальнейшем планируется разработка аппаратно-ориентированных алгоритмов, основанных на методах теории расписаний. Список литературы: 1. Gantt H.L. ASME Transactions. 1903. 24. P. 1322–1336.

2. Bellman R. Mathematical aspects of scheduling theory // Journal of the Society of Industrial and Applaid Mathematics. 1956. Vol. 4. P. 168–205. 3. Jain V., Grossmann I.E. Algorithms for hybrid MILP/CLP models for a class of optimization problems // INFORMS J. Computing. – 2001.– V. 13. – P. 258 – 276.

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА Ляпин А.Ю., Чернышёв Е.А (каф. ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Развитие машиностроения и металлообработки требует дальнейшего по совершенствованию технологических процессов и производства повышения его эффективности и увеличения производительности труда на базе автоматизации производственных процессов. Анализируя современное состояние комплексной автоматизации, можно отметить следующие направления в совершенствовании технологических роторных автоматов и автоматических линий [1].

1. Создание узкоспециализированных конструкций, когда роторный автомат предназначается для выполнения одной или нескольких операций обработки одного типа деталей массового производства.

2. Создание конструкций роторных автоматов средней универсальности, в которых одним и тем же видом инструмента, например, сверлами, можно обрабатывать однотипные детали. Для этого достаточно в конструкции зажимных приспособлений каждой позиции ротора предусмотреть сменные или универсальные элементы для крепления деталей. Примером может служить роторный автомат для сверления отверстий диаметром до 12 мм в различных деталях 3. Создание универсальных конструкций роторных автоматов, позволяющих путем смены инструментальных блоков обрабатывать разнотипные детали. Этот вариант

23

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

применим для однотипных операций, так как конструкция ротора не предусматривает изменения вида движения исполнительных органов.

4. Создание роторно-конвейерных конструкций роторных автоматов с транспортно-передающими устройствами, представляющими цепь со спутниками, огибающую рабочую зону роторной машины. Такой вариант позволяет удобнее располагать роторы и полнее использовать рабочую зону машины.

5. Унификация конструктивных параметров, механизмов и устройств роторных машин и линий. В первую очередь это относится к шаговому расстоянию между позициями роторных и транспортных устройств. Применение единого шагового расстояния для всех единичных групп автоматической линии позволяет упростить кинематику привода транспортного движения, унифицировать узлы и детали привода, обеспечить его конструктивную простоту.

6. Рациональная компоновка роторных машин и линий с целью увеличения зоны действия инструментальных блоков, что позволяет повысить производительность, а также сократить размеры автоматических машин и линий. Для обеспечения быстрой окупаемости каждый роторный автомат должен иметь производительность в 3—4 раза больше производительности одноинструментной машины (пресса, станка) [1]. Анализируя направления совершенствования роторных машин можно также заметить, что в роторных машинах в общем случае экономически и технически неосуществимы и другие виды автоматического обслуживания рабочего инструмента, такие, как контроль их состояния, поддержание работоспособности за счет профилактики (обмывка, очистка, смазка, охлаждение и т. д.), так как для этих целей также требуется дополнительное цикловое время и, следовательно, увеличение размеров и стоимости ротора в связи с необходимостью увеличения числа рабочих органов. Кроме того, для выполнения этих функций потребовалось бы также практически неприемлемое усложнение рабочих органов (введение сборников жидкостей, ограждений и т. д.). Невозможность автоматизации этих функций не позволяет устранить соответствующие затраты труда и потери полезного времени машин [2]. Вследствие практической невозможности осуществления автоматической смены инструмента и других видов его обслуживания в роторных машинах остаются неустранимыми простои для выполнения этих функций. Выводы. В заключение можно сказать, что несовершенство роторных машин в отношении автоматизма ограничивает окупаемое число объединяемых в линии операций и приводит к необходимости разделения производственного потока на несколько линий с относительно небольшими количествами операций. Сохраняется, следовательно, необходимость применении значительного количества автоматов питания и межлинейных накоплений продукции, т. е. ухудшение показателей непрерывности потока. В условиях постоянно изменяющегося нестабильного рынка (тем более многономенклатурного производства) важной задачей является повышение многофункциональности автоматизированного производства, с тем чтобы максимально удовлетворить требования, нужды и запросы потребителей, быстрее и с минимальными затратами осваивать выпуск новой продукции. Автоматизация создает возможности для улучшения условий и подъема производительности труда, роста качества продукции, сокращения потребности в рабочей силе и в систематическом повышении прибыли, производительности, что позволяет изменить тенденцию развития, сохранить старые и завоевать новые рынки и таким образом оставаться конкурентоспособным. Список литературы: 1. И. А. Клусов, Н. В. Волков, В. И. Золотухин и др Автоматические роторные линии . — М.: Машиностроение, 1987. — 288 с., ил.; 2. Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация на базе роторных линий. - М.: Машиностроение, 1972. - 351 с.

24

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

УДК 621. 923 К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ СБОРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КИНЕМАТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ Орехович М.А, Ищенко А.Л., Кульбида О.О. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье рассмотрены вопросы взаимосвязи сборочных компонент и кинематики их движения на основе морфологического анализа. Ключевые слова: кинематика сборочных движений, морфологический анализ, синтез. Виды сборки классифицируют по следующим основным признакам [1, 2]: целостности соединений, подвижности составных частей, форме сопрягаемых поверхностей, методу образования соединений. Для нахождения зависимости между сборочными соединениями и кинематикой технологических сборочных движений воспользуемся морфологическим анализом [3]. Морфологический анализ проведем в два этапа. Первый этап - морфологический анализ для получения возможных вариантов сборочных соединений. Морфологическими признаками является классификация по форме сопрягаемых поверхностей, целостности соединений, по условию подвижности. Составляем матрицу признаков сборочных соединений, но так как метод образования сборочных соединений есть детализация формы сопрягаемых поверхностей, то этот метод в матрицу признаков не выносим.

p , p  - разъемное, неразъемное соединение. p , p  - подвижное, неподвижное соединение. p , p , p , p , p , p , p , ... - плоское, цилиндрическое, коническое, сферическое, 1 1 1 2 1 3

2 1 2 2 2 3

3 3

4 3

5 3

6 3

7 3

винтовое, профильное, комбинированное, ... . Последняя совокупность морфологических признаков открыта для дальнейшего развития, так как возможно будут использоваться другие формы сопрягаемых поверхностей. Число возможных вариантов сборочных соединений получается простым пере1

1

2

бором морфологических признаков матрицы. Например: p1 p2 p3 - соединение разъемное, цилиндрическое, подвижное. Число возможных вариантов сборочных соединений определяется по формуле: n

N1   k i ,

(1)

i 1

где - N1 - число возможных вариантов сборочных соединений; n - количество морфологических признаков; ki - количество вариантов в i-ом морфологических признаке. Если построить n-мерное пространство (в данном случае 3-х мерное) и на каждой оси, принадлежащей одному из признаков, отложить его возможные варианты, то получаем «морфологический ящик». В каждой точке его, характеризуемой n конкретными координатами, находится одно возможное движение (рис. 1).

25

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Так как третий морфологический признак может в дальнейшем развиваться, то «морфологический ящик» не имеет границы по одной грани. Вектора, исходящие из точки O, указывают на одно конкретное сочетание морфологических признаков, т.е. получаем конкретное сборочное соединение. Второй этап - получение возможных вариантов кинематики технологических (сборочных) движений. Морфологическими признаками, при получении морфологической матрицы, являются: вид движения, количество движений для получения сборочного соединения, и элементарная кинематика движений относительно осей базовой системы координат. Наиболее простой вариант, когда базовая система координат неподвижна и связана с базовой компонентой [4, 5] (т.е. с деталью к которой происходит приРис. 1. Морфологический ящик сборочных соединение остальных компонент, входящих в данное сбосоединений рочное соединение). Такой вариант возможен, когда нет в процессе сборки совмещения транспортных и технологических функций.

  - нестационарное, стационарное движение.

2. b , b , b , b , b , b - от одного до 6 элементарных движений.

3. b , b  - прямолинейное и вращательное движение относительно оси OX. 4. b , b  - прямолинейное и вращательное движение относительно оси OY. 5. b , b  - прямолинейное и вращательное движение относительно оси OZ. 1

2

1 2 1 3 1 4 1 5

2 2 2 3 2 4 2 5

1. b1 , b1

3 2

4 2

5 2

6 2

Данной совокупностью морфологических признаков можно описать любое технологическое движение. Морфологические признаки 3, 4, 5 - не все могут быть использованы при описании технологического движения. На рис. 2 приведен «морфологический ящик» вариантов технологических движений. Число возможных вариантов кинематики технологических (сборочных) движений определяется по формуле, аналогичной формуле (1): n

N2  k j ,

(2)

i 1

где N2 - число возможных вариантов кинематики технологических движений. Остальные составляющие, входящие в формулу (2), имеют те же смысловые значения, что и в формуле (1).

26

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Рис. 2. Морфологический ящик технологических движений

Определим число возможных вариантов кинематики технологических движений: N 2  2  6  2  2  2  96 . Вектора, исходящие из точки O (рис. 3), каждый в отдельности, указывают на одно конкретное решение. Все, вышеописанные морфологические признаки, для каждого этапа представим в матричном виде.

Для первого этапа: p11

p12

0

0

0

0

...

0

A1  p21

p22

0

0

0

0

...

0

,

(3)

p31 p32 p33 p34 p35 p36 ... p3n где A1 - матрица морфологических признаков сборочных соединений. b11 b12 0 0 0 0 b21 b22

b23

b24

b25

b26

A2  b31 b32 b41 b42

0 0

0 0

0 0

0 0

,

(4)

b51 b52 0 0 0 0 где A2 - матрица морфологических признаков технологических движений. Для получения конкретного сборочного соединения число матриц A2 должно быть равным числу элементов, входящих в данное сборочное изделие, в условиях совмещения транспортных и технологических функций. В противном случае, когда совмещение транспортных и технологических функций не возможно (или возможно для сборки нескольких элементов, входящих в сборочное соединение), то число матриц A2 не равно числу элементов сборочного соединения. Таким образом, предложенный морфологический поиск позволяет определить любое сочетание кинематики технологического движения и вида соединения сборочных компонент. Это позволяет определить все возможные комбинации кинематики технологических движений и видов соединения сборочных компонент, а также произвести их анализ и выбрать наиболее рациональную комбинацию.

Список литературы: 1. Муценек К. Я. Автоматизация сборки изделий: Издательство АН Латвийской ССР, Рига, 1964.- 164 с. 2. Муценек К. Я. Автоматизация сборочных процессов. - Л.: Машиностроение, 1969. - 108 с. 3. Настасєнко В. О. Морфологічний аналіз - методу синтезу тисяч винаходів. - К.: Техніка, 1994. - 44 стор. 4. Косилов В. В. Технологические основы проектирования автоматического сборочного оборудования. М., «Машиностроение», 1976. - 248 с. 5. Лебедовский М. С., Вейц В. Л., Федотов А. И. Научные основы автоматической сборки. - Л.: Машиностроение, 1985. - 316 с.

27

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

УДК 621. 923 РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СБОРОЧНОГО МОДУЛЯ Орехович М.А, Кульбида О.О., Ищенко А.Л. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3010805; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье рассмотрены вопросы взаимосвязи сборочных компонент и кинематики их движения на основе морфологического анализа. Ключевые слова: кинематика сборочных движений, морфологический анализ, синтез. Сборка – образование разъемных или неразъемных соединений составных частей детали или изделия. Сборочные работы являются заключительным этапом в производственном процессе, на котором из отдельных деталей и узлов собирают готовые изделия. Качество сборки значительно влияет на эксплуатационные качества машины, на ее надежность и долговечность. Сборочные работы выполняют в сборочных отделениях и цехах заводов. Место и организация сборочных работ определяется характером выпускаемых изделий, технологическим процессом, объемом производства [1].Виды сборки классифицируются по следующим основным признакам [2]: целостность соединений, подвижность составных частей, форме сопрягаемых поверхностей, методу образования соединения. В массовом и крупносерийном производстве сборка часто производится на автоматических линиях, в том числе и на роторных. Рассмотрим сборку для нескольких видов соединений: соединение по цилиндрической поверхности, соединение по плоским поверхностям, резьбовое соединение, шлицевое соединение. Как известно [3], движение предметов при сборке в технологическом модуле можно описать множеством функций. Каждая функция является прямолинейным движением или вращением относительно оси в декартовой системе координат (рис. 1).Для наглядного представления информации результаты анализа свеРис.1. Элементарные движения в дены в таблицы 1. сборочном модуле Проанализировав приведенные в таблице схемы и формулы можно составить обобщенные формулы, описывающие законы движения собираемых единиц для различных видов сборки. Для сборки резьбовых соединений закон движения собираемых единиц имеет вид: F р  f a (t )   f a1 (t )   f x (t )   f x1 (t ) , f x (t ), f x1 (t ) - закон прямолинейного движения, совпадающего и несовпадающего с направлением оси ОХ. Для сборки соединений по цилиндрической поверхности закон движения собираемых единиц имеет вид:

28

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Fц  f z (t )   f z1 (t )   f b (t )   f b1 (t ) ,

где f b (t ), f b1 (t ) - закон прямого и обратного вращательного движения, относительно оси ОZ; f z (t ), f z1 (t ) - закон прямолинейного движения, совпадающего и несовпадающего с направлением оси ОZ.

Вид сборки

f a (t )

f x1 ( t )

f a (t )

f x (t )

-

fa1(t) fx (t)

f x1 ( t )

f a1 (t )

fa (t)  fx1(t) fa1(t)  fx(t)

29

Соединение по цилиндрической поверхности

Резьбовое соединение

Вид сборки

Таблица 1. Результаты кинематического анализа некоторых схем сборки, используемых в роторных линиях Функция Функция Функция Функция движения движения движения движения Рисунок первой соби- второй собиРисунок первой со- второй сораемой едираемой едибираемой бираемой ницы ницы единицы единицы 1 2 3 4 5 6 7 8

f z1 ( t )

-

-

f z (t )

f z1 ( t )

f z (t )

f z1 ( t )

f b1 (t )

f b (t )

fb1(t)fz(t)

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Продолжение таблицы 1.

1 2 3

4

5

7

8

fb(t)fz1(t) f (t)f (t) b1 z

f a (t )

fa1(t) fx(t)

f b (t )

f z (t )

-

fz (t)  fy1(t)

f c1 (t )

f z (t )

f z1 (t )

f y1 (t )

fz1(t)fc1(t)

-

fz1(t)fy(t)

Шлицевое соединение

Соединение по плоской поверхности

f a (t)  f x1 (t) f ( t ) a1

6

fz1(t)fc1(t)

-

30

f z (t )

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

где f a (t ), f a1 (t ) - закон прямого и обратного вращательного движения, относительно оси ОХ; Для сборки соединений по плоской поверхности закон движения собираемых единиц имеет вид: Fn  f z (t )   f z 1 (t )   f y (t )   f y1 (t ) . Для сборки шлицевых соединений закон движения собираемых единиц имеет вид: Fш  f z (t )   f z1 (t )   f c1 (t ) . Очевидным становиться, что функция движения любой из собираемых единиц в пространстве может быть описана посредствам следующего выражения: Fз  f x (t )   f x (t )   f y (t )   f y (t )   f z (t )   f z (t )     f a (t )   f a (t )   f в (t )   f в (t )   f c (t )   f c (t ) Исключая те или иные составляющие в данном выражении можно получить частные формулы движений любой из собираемых единиц в процессе сборки, которые были получены ранее. Общее выражение кинематики функционирования блока технологического воздействия имеет вид:   Fр (t )  Fц (t )  Fп (t )  Fш (t )...  Fi (t ) , где Fi (t ) - закон движения собираемых единиц для i-го вида сборки. Таким образом, получена универсальная кинематическая модель функционирования сборочного модуля, позволяющая получить кинематику движения для любой из собираемых единиц. Использование полученной модели может облегчить и ускорить процесс проектирования роторного оборудования и разработки принципиально новых схем сборки изделий. Список литературы: 1. Егоров М.Ю. и др. Технология машиностроения. Учебник для втузов. М., «Высш. школа», 1976. – 534 с. 2. Муценек К.Я. Автоматизация сборочных процессов. – Л.: Машиностроение. 1969. – 108 с. 3.Ищенко А.Л. Разработка методов структурного и параметрического синтеза технологических систем непрерывного действия для сборочных процессов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Донецк. – 1998, ДГТУ

31

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Петрешин Д.И., Крахмалев О.Н., Косицын Д.А. (каф. АТС, БГТУ, г. Брянск, Россия) Манипуляционные промышленные роботы представляют собой сложные пространственные механические системы (машины) имеющие пять или шесть степеней свободы, а иногда и больше. Уже только по этому, описание движения промышленных роботов даже в кинематической постановке представляет собой сложную математическую задачу. Если от кинематического исследования движения перейти к динамическому, то аналитическое построение математической модели промышленного робота становится практически невозможным [1]. Поэтому для моделирования сложных механических систем, таких как промышленные роботы, целесообразно использовать специальные компьютерные системы автоматизированного проектирования, так называемые CAD системы (computer-aided design). Для построения 3D модели промышленного робота может быть использована CAD система КОМПАС-3D. Данная CAD система обладает всем необходимым инструментальным арсеналом для построения сложных 3D моделей, включая создание сборок. Сборка 3D модели промышленного робота выполняется из заранее разработанных деталей. Основными составляющими, определяющими функциональное назначение промышленного робота, являются звенья, которые оформляются как детали. Как уже было отмечено, данная CAD система обладает всем необходимым для построения сборок 3D моделей и с её помощью может быть разработана 3D модель промышленного робота. Однако, в данном случае воспользуемся готовой 3D моделью промышленного робота KR5, доступной на официальном сайте производителя данных роботов компании KUKA Robotics. 3D модель этого промышленного робота представлена на сайте в формате step, загрузим эту модель в КОМПАС-3D V12, при этом файл модели преобразуется в формат данной CAD системы. Преобразованная модель будет представлять собой единую 3D деталь, состоящую из отдельных тел. Выделяя тела, составляющие звенья промышленного робота, сохраним их в отдельных файлах с расширением m3d. В названии этих файлов удобно использовать нумерацию, так деталь соответствующую второму звену промышленного робота удобно назвать, например, Z2.m3d. На рис. 1–3 представлены изображения нулевого звена, являющегося неподвижным основанием промышленного робота KR5, и его третьего звена, осуществляющего вращательные движения в вертикальной плоскости. Далее, из деталей соответствующих звеньям промышленного робота, выполняется сборка 3D модели всего промышленного робота и формируется файл сборки, например, KR5. a3d (см. рис. 4).

Рис. 1. 3D изображение детали Стойка

Рис. 2. Проекция детали Стойка 32

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Рис. 3. 3D изображение третьего звена

Рис. 4. 3D модель промышленного робота KR5

Помимо геометрических изображений в файлах деталей и сборок CAD система сохраняет информацию о так называемых массо-центровочных характеристиках 3D модели. Эти характеристики содержат значения плотности материала, из которого изготовлены детали, их массы и координаты центра масс. Для построения динамической модели промышленного робота используем программный комплекс Универсальный механизм (http://www.umlab.ru/). Необходимо запустить программу UM Input, которая содержит необходимый инструментарий для создания динамических моделей сложных механических систем. Для переноса 3D модели промышленного робота в программу UM Input необходимо использовать команды меню этой программы: Инструменты → Импорт из CAD → КОМПАС-3D. Особенность реализации импорта данных требует, чтобы соответствующая CAD система была инсталлирована на одном компьютере с UM. При выполнении команды импорта данных UM проверяет, активно ли приложение соответствующей CAD системы, в данном случае КОМПАС-3D, и если не активно, запускает это приложение и загружает выбранную сборку. При этом конвертируются графические образы и массо-центровочные характеристики каждой детали, входящей в сборку 3D модели. После конвертации создаётся новый UM объект. Рассмотрим создание динамической модели промышленного робота в UM. Созданный при конвертации UM объект будет содержать составляющие его тела, соответствующие деталям исходной сборки. Для создания динамической модели тела в UM объекте необходимо связать между собой шарнирами. При построении динамической модели промышленного робота, звенья (тела объекта) манипуляционной системы этого робота последовательно свяжем между собой вращательными шарнирами. При конвертации 3D модели промышленного робота KR5 создаётся объект, состоящий из семи тел, по числу деталей Z0–Z6, соответствующих звеньям робота. Для введения в объект шарниров используем команды меню программы UM Input: Добавить → Шарниры → Вращательный. Исключение составит тело Z0 – Стойка. Это тело свяжем с неподвижным основанием шарниром с нулевой степенью свободы. Данный шарнир вводится набором команд меню: Добавить → Шарниры → 6ст.свободы. При создании лю-

33

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

бого шарнира необходимо указать два тела создаваемого объекта (тело1 и тело2), связываемых этим шарниром. Для первого введенного шарнира тело1– Base0, а тело2–Z0, создаётся шарнир jBase0–>Z0. В этом шарнире необходимо отключить все поступательные и вращательные степени свободы, образовав тем самым неподвижное соединение. Первое звено Z1 свяжем со стойкой Z0 вращательным шарниром jZ1 как показано на рис. 5. Второе звено Z2 свяжем с первым звеном Z1 аналогичным шарниром jZ2 см. рис. 6. Остальные звенья соединяются последовательно аналогичным образом.

Рис. 5. Вращательный шарнир jZ1

Рис. 6. Вращательный шарнир jZ2

При создании динамической модели промышленного робота KR5 было сделано отступление от реальной конструкции этого робота, которая имеет пять степеней свободы. Четвёртое звено в созданной динамической модели соединено с третьим звеном вращательным шарниром, а в конструкции реального робота KR5, оно является конструктивным удлинением третьего звена, жёстко связанным с ним. Таким образом, созданная динамическая модель имеет шесть степеней свободы, однако эта избыточность не помешает моделировать движение реального робота (прототипа). Следующим шагом формирования динамической модели промышленного робота в форме UM объекта является предоставляемая программой UM Input возможность создания силовых элементов. Раздел меню «Добавить» этой программы содержит перечень реализованных в ней силовых элементов: Биполярные силы, Скалярные моменты, Линейные силы, Контактные силы, Т – силы, Специальные силы. Выбор необходимых силовых элементов зависит от постановки конкретной прикладной задачи. В данном случае, для упрощения изложения, из внешних сил, действующих на манипуляционную систему моделируемого промышленного робота, учитываться будут только силы тяжести, поэтому специальные силовые элементы вводиться не будут. Для моделирования движения промышленного робота KR5, на основе разработанной динамической модели, воспользуемся реализованной в программе UM Input возможностью задания функции времени для шарнирной координаты. В программе предусмотрено задание несколько типов таких функций: Выражение, Функция, Расписание, Файл, Кривая. Выберем возможность задать функцию времени выражением. Для каждого шарнира зададим выражение wit, где wi, i=(1,…,6) – переменные, инициализируемые в специальном окне программы, имеющие смысл относительной угловой ско-

34

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

рости между соответствующими звеньями (телами) в данном шарнире. Так для первого шарнира jZ1 выражение будет иметь вид w1*t. Значение переменной w1 необходимо задать в специальном окне, открывающемся после завершения ввода выражения функции времени. Для обеспечения соответствия созданной динамической модели реальному прототипу, имеющему в отличии от модели пять степеней свободы, а не шесть, для четвёртого шарнира jZ4 необходимо задать значение переменной w4=0. После завершения формирования UM объекта его динамическая модель сохраняется в файле input.dat, который необходимо поместить в специальную папку (каталог) с именем объекта, например /KR5. Моделирование движения исследуемого объекта осуществляется в программе UM Simulation, которая может быть запущена непосредственно из программы UM Input. В программе UM Simulation реализован большой набор инструментов для проведения анализа движения исследуемого объекта. Например, можно вывести на рабочий стол компьютера Анимационное окно, в котором будет отражена анимация движения исследуемого объекта, а также отдельные окна для графиков переменных, созданных исследователем. Переменные могут быть созданы мастером переменных через меню программы: Инструменты → Мастер переменных. В качестве переменных рассмотрим реакции (моменты) jRMm(jZ1), jRMm(jZ2) и jRMm(jZ3), возникающие в шарнирах jZ1– jZ3 при выполнении движения по заданным функциям времени, а также проекции скорости v:x(Z6), v:y(Z6) и v:z(Z6), характерной точки шестого звена (тело Z6), в базовой (неподвижной) системе координат. Запустим программу на выполнение, задав время интегрирования равным 16 с. Результаты моделирования представлены на рис. 7–8.

Рис. 7. Анимация движения 3D модели промышленного робота KR5 В данном примере рассмотрено решение обратной задачи динамики для модели промышленного робота KR5. Задача ставит перед собой определение обобщённых сил, в данном случае шарнирных моментов, по заданным обобщённым координатам, их скоростям и ускорениям, заданных функциями времени для каждого из шарниров данной динамической модели. Аналогично может быть рассмотрено решение прямой задачи динамики, для этого вместо использованных функций времени для каждого шарнира должны быть заданы шарнирные моменты. Такая возможность в программе UM Input имеется.

35

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Рис. 8. Результаты моделирования промышленного робота KR5 Возможности программного комплекса Универсальный механизм позволяют помимо решения задач кинематики и динамики создавать системы управления для создаваемых динамических моделей. Также возможно совместное моделирование нескольких объектов одновременно, что позволяет создавать динамические модели, например, для робототехнологических комплексов, включающих несколько промышленных роботов и обслуживаемое ими технологическое и вспомогательное оборудование (станки, лотки, конвейеры и т.д.). Кроме того имеется возможность моделирования рабочих процессов, связанных с обработкой материалов и обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя деталей [2–5]. Список литературы: 1. Крахмалев, О.Н. Математическое моделирование динамики манипуляционных систем промышленных роботов и кранов-манипуляторов: монография / О.Н. Крахмалев. – Брянск: БГТУ, 2012. –200 с. 2. Крахмалев, О.Н. Оптимизация законов движения при моделировании динамики манипуляционных роботов / О.Н. Крахмалев, Д.М. Медведев, Д.И. Петрешин // Вестн. Брян. гос. техн. ун-та. – 2014.

–№1. –С.27–30. 3. Петрешин, Д.И. Расширение функциональных возможностей металлорежущих станков с ЧПУ путем организации связи между ПЭВМ и УЧПУ при построении адаптивной системы управления / Д.И. Петрешин, О.Н. Федонин, В.П. Федоров, А.В. Хандожко, В.А. Хандожко // Вестн. Брян. гос. техн. ун-та. – 2011.–№4.–С.4–9.

4. Петрешин, Д.И. Применение лазерного оптического датчика для измерения высотных параметров шероховатости поверхности деталей машин в самообучающейся адаптивной технологической системе / Д.И. Петрешин // Контроль. Диагностика. – 2009. – №11. – С. 53–57. 5. Суслов, А.Г. Определение закона управления для адаптивной технологической системы при обеспечении заданных параметров качества поверхностного слоя деталей машин при механической обработке / А.Г. Суслов, Д.И. Петрешин // СТИН. – 2010. – №1. – С. 30–36.

36

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 519.718.2:539.3 МЕТОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ Бутенко В.И., Федотов А.А. (кафедра механики ИРТСиУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Тел. +7 (8634) 371622; E-mail: mkk@egf.tsure.ru Аннотация: Разработан и описан метод определения теплопроводности материала, основанный на измерении термического сопротивления контакта индентора с поверхностным слоем детали. Приведены эквивалентная тепловая схема измерения теплопроводности и результаты измерения теплопроводности приповерхностного слоя материала детали после наноструктурирующего выглаживания. Ключевые слова: термическое сопротивление, источник тепла, наноструктурирование. Анализ имеющихся литературных и других информационных источников [1 – 5] показал, что в исследовательской практике широко используется метод стационарного теплового потока, в основу которого положено измерение температурного скачка ΔΘк на плоской контактной границе тестируемых образцов и проходящего теплового потока q. Точность этого метода обеспечивается поддержанием стабильного теплового потока через контакт и надёжной теплоизоляцией исследуемых образцов [1]. При этом термическое сопротивление материала поверхностного слоя образцов в зоне контакта Rк определяется по зависимости  k (1) Rк  . q Основными недостатками данного метода является сложность точного задания и измерения теплового потока q, а также строгие ограничения на размер и форму контактной площадки. Измерение теплопроводности тонких плёнок основывается на зондовом методе периодического нагрева. Метод состоит в регистрации температурных колебаний металлического зонда, нагреваемого переменным током с частотой ω. В этом случае теплопроводность материала поверхностного слоя образца рассчитывается по амплитуде Θ и фазе φ температурных колебаний зонда. Ограничением этого метода является необходимость точного контроля толщины тестируемой плёнки. Наиболее приемлемым для измерения теплопроводности поверхностных слоёв конструкционных материалов после наноструктурирующей ОУО деталей является метод, основанный на измерении термического сопротивления контакта при периодическом нагреве его тепловым импульсом специального наконечника. Была разработана специальная установка [5], схема информационно-измерительного устройства и общий вид которой представлены на рис. 1. Основным элементом информационно-измерительного устройства установки (рис. 1, а) является оправка 1 из материала с высокой теплопроводностью λ 300 Вт/м·оС и массой m ≈ 6 г. Оправка оснащена алмазным наконечником с радиусом Rн = 1 мм и имеющим теплопроводность λ ≈ 2000 Вт/м·оС. В процессе исследований оправка нагревается импульсным источником теплового потока 4. Температура алмазного наконечника Θк измеряется термопарой с автоматизированным регистратором температуры 5. При этом термопара непосредственно встроена в оправку и примыкает к алмаз-

37

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ному наконечнику. Импульсный источник тепла за ограниченное время (10 – 30 с) нагревает оправку тепловым потоком qн до температуры Θиmax = Θ0 + 100оС, где Θ0 – температура окружающей среды. После выключения источника тепла оправка, расположенная в теплозащитном кожухе 2, охлаждается до температуры Θпв = Θиmax – 63,6оС [5].

а б Рис. 1. Схема информационно-измерительного устройства (а) и общий вид установки (б) для определения контактного термического сопротивления материала приповерхностного слоя [64] Время охлаждения То до температуры Θпво зависит как от величины контактного сопротивления материала приповерхностного слоя детали Rкx, так и размера пятна наконечника lкн: 1 Rкх  .

(2)  пс lкн Точность измерения постоянной времени охлаждения Тпо = f(λпс, lкн) достигается с помощью регулируемой нагрузки, обеспечивающей требуемый параметр lкн. Глубина внедрения наконечника и размер пятна контакта lкн выбирается по условию определения теплопроводности λпс материала наноструктурированного слоя толщиной до 10 мкм. Эквивалентная тепловая схема информационно-измерительного устройства установки, определяющей теплопроводность тонкого поверхностного слоя методом теплового импульса, представлена на рис. 2, а. Согласно этой схемы цикл измерения состоит из следующих двух периодов. Первоначально происходит нагрев наконечника от источника тепла qн с параметрами теплоёмкости с0 и массы m0 до температуры Θк = 100оС за фиксированное время tн. После окончания периода нагрева (обычно через tн = Rкч Rп 30 c) начинается охлаждение наконечника через сопротивление Rэкв = , где Rкx Rкx  Rп – тепловое сопротивление тестируемого материала поверхностного слоя детали; Rп – тепловое сопротивление теплоизоляции установки. Связь между временем нагрева наконечника тепловым потоком qн и временем охлаждения через сопротивление Rкx при условии Rп Rкx можно описать дифференциальным уравнением следующего вида: d к (t ) q  к (t )   .

(3) dt c0 m0 c0 m0 Rкx

38

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Общий вид блок-схемы численного решения уравнения (3) в программном пакете VisSim и типовой пример переходных процессов нагрева и охлаждения наконечника представлены на рис. 2, б, в. Тарировка разработанного информационно-измерительного устройства заключается в экспериментальном построении графика зависимости теплопроводности тестируемого материала поверхностного слоя λпс эталонных образцов конструкционных материалов от постоянной времени охлаждения наконечника Тпо. На рис. 3 представлена такая тарировочная зависимость для определения теплопроводности материала поверхностного слоя деталей (меди М4, алюминия А85, латуни ЛАЖМц-66-3-2, сталей 20Х и 20Х13).

б в Рис. 2. Эквивалентная тепловая схема измерения теплопроводности поверхностного слоя ( а ) , блок-схема численного решения дифференциального уравнения (б) и пример переходных процессов нагрева и охлаждения наконечника (в) Были проведены исследования теплопроводности материала приповерхностного слоя образцов из сталей 20Х и 20Х13, подвергнутых наноструктурированному выглаживанию на плоских образцах с режимами, указанными в работе [5], с различной кратностью фрикционно-силового нагружения материала Nс и при скорости обработки vв = 0,16 м/с, результаты которых приведены на рис. 4. Среднее значение теплопроводности материала λпс определялось по результатам десяти последовательно выполненных измерений, при этом максимальное и минимальное полученные значения не учитывались. Выполненными исследованиями установлено, что теплопроводность материала приповерхностного слоя λпс стали 20Х после чистового точения (Raт = 0,35 мкм) с исходной величины λпс ≈ 42 Вт/м·К уменьшается с увеличением Nс до значения λпс ≈ 31 Вт/м·К. После кратности нагружения материала Nс = 23 изменение теплопроводности λпс незначительно (рис. 4, а). Установлено, что в результате наноструктурирования теплопроводность материала приповерхностного слоя образцов из стали 20Х уменьшается в среднем от 10 до 25% (см. рис. 4, а) при экспоненциальном характере изменения величины λпс При экспериментальных исследованиях теплопроводности материала приповерхностного слоя λпс стали 20Х13 после чистового точения (Raт = 0,6 – 0,8 мкм) и многократного нагружения наноструктурирующим выглаживанием также установлено её понижение в среднем до 25% (см. рис. 4, б).

39

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 3. Тарировочная зависимость для определения теплопроводности материала поверхностного слоя детали

а б Рис. 4. Изменение теплопроводности приповерхностного слоя λпс образцов из стали 20X (а) и 20X13 (б) от Nc материала наноструктурирующим выглаживанием Представленные метод и установка для определения теплопроводности материала поверхностного слоя деталей могут быть использованы при исследовании процессов финишной обработки, в том числе отделочно-упрочняющей обработки, например, при наноструктурирующем алмазном выглаживании поверхностей. Список литературы: 1. Шлыков Ю.П., Ганин Е.А., Царевский С.Н. Контактное термическое сопротивление. – М.: Энергия, 1977. – 328 с. 2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 344 с. 3. Неумоина Н.Г., Белов А.В. Тепловые процессы в технологической системе резания: Учебное пособие. – Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2006. – 84 с. 4. Фокин В.М., Байков Г.П., Видин Ю.В. Основы технической теплофизики. – М.: Изд-во «Машиностроение-1», 2004. – 172 с. 5. Кузнецов В.П. Теоретическое обоснование и реализация наноструктурирующего выглаживания при обработке прецизионных деталей из конструкционных сталей / Автореф. дисс. док. техн. наук. – Курган, 2013. – 34 с.

40

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 62-52 АНАЛИЗ И ВЫБОР КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОЛОЧНОГО ОПЕРАЦИОННОГО СВЕТИЛЬНИКА Крупнов Д.С., Гусев В.В, (каф МСМО,ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./факс: +38(062)3010731; Е-mail: dmitriykrupnov@mail.ru Аннотация. В статье приведены данные по кинематическому расчету операционного светильника. Расчет используется для подготовки исходных данных для динамического расчета светильника. Ключевые слова: операционный светильник, кинематический расчет, прямая задача кинематики, система координат 1. Введение На сегодняшний день для проведения качественной операции ни одна операционная Мира не может обойтись без хорошего и качественного операционного места, которое так или иначе обязано включать в себя операционный светильник. Светильник операционный является крайне важным фактором, влияющим на качество работы хирурга и, в конечном счете, оказывает влияние на успех операции и качество лечения. Условия работы врача зависит от качества осветительного прибора медицинского светильника. Чем лучше эргономика, тем легче работать прибором. Поэтому в данной работе рассматриваются основные факторы как: кинематические и динамические параметры, влияющие основным образом на удобство работы хирурга с операционным светильником. В конечном результате основной целью расчетов является легко перемещение операционного светильника при помощи рукоятки, а в случае автоматизации – стабильная управляемость через панель дистанционного управления.

2. Основное содержание и результаты работы Операционный светильник имеет пять степеней свободы, которым соответствуют пять обобщенных координат: 1 ,  2 , 3 ,  4 , 5 . Специальные системы отсчета выбраны в соответствии с указаниями [1] и показаны на конструктивной схеме (рис. 1). Ось z 0 является осью вращения пары (0,1) и расположены перпендикулярно телу 1; ось

z1 проходит по оси пары (1,2) и является осью вращения тела 2; пара (2,3) имеет ось вращения по оси y2 , относительно которой вращается тело 3. Тело 4 кинематической пары (3,4) вращается вокруг оси x3 , а ось z3 коллиниарна оси z1 . ось z 4 также коллинеарна оси z1 .и совпадает с осью тела 4. Направление осей и положения начал координат показаны на рисунке 1. Тип кинематических пар и значения параметров сведены в таблице1. Данная таблица описывает кинематическую схему предложенной конструкции и является входной информацией для кинематического расчета. Выбор систем координат звеньев операционного светильника позволяет с помощью лишь четырех параметров описать переход из одной системы координат в другую. Систему i  1 преобразуем в систему i с помощью поворота, двух сдвигов и еще одного поворота, выполняемых в определенной последовательности. Каждому из этих элементарных движений соответствует одна

41

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

из матриц: матрица вращения или матрица сдвига. Результирующая матрица перехода, связывающая системы эти системы, является произведением этих матриц.

Рис. 1. Конструктивная схема операционного светильника Таблица 1. Тип кинематических пар и значения параметров Кинематическая Тип пары Номер Параметры пара звена Вращательная Вращательная Вращательная Вращательная Вращательная

1 2 3 4 5

0 0 0 0 0

0 0 0 0

В соответствии с таблицей 1 определяем матрицы переходов. Матрица четвертого порядка, соответствующая преобразованию координат между соседними системами, имеют вид:

42

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

cos(1 )  sin(1 ) 0 0 1 sin(1 ) cos(1 ) 0 0 0 M 01   0 0 1 0 0 0 0 0 1 0

0 0 a1 cos(1 )  sin(1 ) sin(1 ) cos(1 ) 1 0 0  0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

0 cos( 2 )  sin( 2 ) 0 0 1 0 0 0 sin( 2 ) cos( 2 ) 0 0 0 1 0 M 12   0 0 1 0 0 0 1 s 0

0

cos(3 )

0 1 0 0 0

0 sin( ) 3 0 1 0 M 23   sin( ) 0 cos( ) 3 3 0 0 0 1 0 0 0 cos(4 )  sin( ) 4 M 34  0 sin( ) cos( ) 4 4 0 0 0



0 a1 cos(1 ) 0 a1 sin(1 ) 1 0

0 1

,

cos( 2 )  sin( 2 ) 0

0

sin(1 )

cos(1 )

0

0

0

1 s

0

0

0

2

1

0 1 0 0 a cos(3 ) 3 0 0 1 0 0 0   0 0 0 1 0  sin( ) 3 1 0 0 0 1 0

0

1

2 ,

0 sin( ) a3 cos(3 ) 3 1 0 0 0 cos( )  a sin( ) 3 3 3 0 0 1

1 0 0 a4 0 1 0 0 a 4 0 0 1 0 0 0 cos( 4 )  sin( ) s sin( 4 ) 4 4   0 0 0 1 s 0 sin( ) cos( )  s cos( ) 4 4 4 4 4 1 0 0 0 1 0 0 0 1

cos( 5 )  sin( 5 ) 0 0 1 0 0 a1 cos( 5 )  sin( 5 ) sin( 5 ) cos( 5 ) sin( 5 ) cos( 5 ) 0 0 0 1 0 0 M 45    0 0 0 0 1 0 0 0 1 s 5 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 Результирующая матрица перехода M 05

0

где m11  cos( 2 )  (cos(1 )  cos( 2 )  sin(1 )  sin( 2 ));

m21  cos( 2 )  (sin(1 )  cos( 2 )  cos(1 )  sin(  2 )); m31   sin(3 ) ;

43

0

0 0 1 s 5 0 1

. является произведением матриц:

m11 m12 m m22 M 05  M 01  M12  M 23  M 34  M 45  21 m31 m32 0

0

m13 m23

m14 m24

m33 0

m34 1

,

,

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

m12  [cos( ) sin( )  sin( ) cos( )]  sin( )  sin( ) 1 2 1 2 3 4  [cos(1 )sin( 2 )  sin( 1 )cos( 2 )]cos( 4 ) m22  [sin( ) cos( )  cos( ) sin(  )]  sin(  )  sin(  )  1 2 1 2 3 4 [sin(1 )sin( 2 )  cos(1 )cos( 2 )]cos( 4 )

m32  cos( 2 ) sin(  4 ); m13  [cos( ) cos( )  sin( ) sin(  )]  sin(  )  cos( )  1 2 1 2 3 4 [cos(1 )sin( 2 )  sin(1 )cos( 2 )](-sin( 4 )); m23  [sin( ) cos( )  cos( ) sin( )]  sin( )  cos( )  1 2 1 2 3 4 [cos(1 )cos( 2 )  sin(1 )sin( 2 )](-sin( 4 ));

m33  cos( 3 ) cos( 4 ); m14  [cos( ) cos( )  sin( ) sin(  )]  cos( )  [(a  a )  a  cos( )] ; 1 2 1 2 3 3 4 1 1 m24  [sin( ) cos( )  cos( ) sin( )]  cos( )  [(a  a )  a  cos( )] ; 1 2 1 2 3 3 4 1 1 m34   s2  sin( 3 )  ( a3  a 4 ) . Столбцы матрицы M 05 имеют геометрическое толкование. Первые три элемента первого, второго и третьего столбцов представляют собой направляющие косинусы соответственно осей x4 , y 4 , z 4 в 0 системе координат, а три элемента четвертого столбца – это координаты центра операционного светильника в той же системе, x 4  [cos(1 ) cos( 2 )  sin( 1 ) sin( 2 )]  cos( 3 )  (a3  a 4 )  a1 cos(1 ) ;

y 4  [sin(1 ) cos( 2 )  cos(1 ) sin( 2 )]  cos( 3 )  ( a3  a4 )  a1 sin(1 ) ; z 4   s2  sin( 2 )(a3  a4 ) . Таким образом, решив прямую задачу кинематики для конструкции операционного светильника, мы имеем возможность, задавшись известными значениями обобщенных координат, определяющих положения всех звеньев друг относительно друга, определить положение и ориентацию последнего звена операционного светильника в нулевой системе отсчета. Геометрические параметры звеньев считаются известными.

3. Заключение Выполненные расчеты предоставляют необходимую информацию и являются основополагающими для дальнейшего, более подробного анализа как кинематических, так и динамических характеристик операционного светильника, содержащие необходимые данные для определения параметров, которые обеспечат требуемую эргономичность, точность и быстродействие при перемещении. Список литературы: 1. Механика промышленных роботов: Учеб. Пособие для вузов: В 3 кн./ Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 1: Кинематика и динамика /Е.И. Воробьев, С.А. Попов, Г.И. Шевелева. – М.: Высш. шк. 1988. – 304 с.:

44

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 621.9.02 ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЙБУЛЛА Махоткин Д.В., Полтавец В.В. (Кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) E-mail: vvardon@mail.ru Аннотация. В статье рассматриваются методики оценки значений параметров распределения Вейбулла, описанные в научно-технической литературе. Выполнен анализ особенностей их практической реализации и сложности использования. На основе выполненного анализа указаны рекомендации по предпочтительности использования рассмотренных методик. Ключевые слова: распределение Вейбулла, закон, параметр, оценка, методика 1. Введение Распределение Вейбулла названо в честь шведского исследователя Валодди Вейбулла (Waloddi Weibull), применявшего это распределение для описания времен отказов разного типа в теории надежности. В современной научно-технической литературе распределение Вейбулла нашло широкое применение в связи с его универсальностью. Интегральная функция распределения Вейбулла имеет вид:   x c  F ( x)  1  exp     при x ≥ 0, a > 0, c >0;  a   

(1)

а плотность распределения Вейбулла записывается в виде: c 1  x c   x c  exp     a   a   f ( x)  , (2) a где а – параметр масштаба; с – параметр формы [1]. Обычно распределение Вейбулла сосредоточено на числовой полуоси от 0 до бесконечности. При этом в соответствии с выражениями (1) – (2)распределение является двухпараметрическим. Если вместо границы 0 ввести параметр b, что часто бывает необходимо на практике, то возникает так называемое трехпараметрическое распределение Вейбулла со следующим законом:  xb c   F ( x)  1  exp  (3)  , a   где b – параметр положения (смещение). При значениях параметра положения b = 0 распределение Вейбулла (3) позволяет аппроксимировать логарифмически нормальное распределение и служит достаточно хорошим приближением для ряда других законов, используемых в различных моделях прикладной математической статистики [2]. Если с > 5, то такое распределение хорошо аппроксимирует нормальное распределение. При параметре формы с = 2 распределение Вейбулла совпадает с распределением Рэлея, а значение параметра с = 1 превращает распределение Вейбулла в показательное распределение. Существуют специальные методики оценки всех параметров распределения Вейбулла, но наибольшие проблемы возникают при оценке параметра положения для трехпараметрического распределения [3]. Рассмотрим сущность и отличительные особен-

45

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ности методик оценки значений параметров распределения Вейбулла, описанных в научно-технической литературе.

2. Методики оценки параметров распределения Вейбулла В работе [4] рассмотрены две такие методики. Первая из них основана на использовании вероятностной сетки распределения Вейбулла. Значения исследуемой случайной величины и оценки их вероятностей откладываются на вероятностной сетке. Затем с помощью геометрических построений непосредственно находится значение параметра формы с, после чего при использовании промежуточной величины, также определённой из геометрических построений на сетке, рассчитывается параметр масштаба a. Соответственно, применение указанной методики требует предварительной подготовки вероятностной сетки. На вероятностной сетке распределения Вейбулла ось абсцисс имеет логарифмический масштаб, а шкала оси ординат принимается неравномерной и растягивается таким образом, чтобы функция распределения теоретического закона, для которого предназначена данная сетка, преобразовалась в прямую линию. Правила построения графиков на вероятностных сетках и определения параметров распределений с их помощью приведены в книгах по надежности и математической статистике, но их реализация представляется достаточно трудоёмкой. Вторая методика называется «методом разделяющих разбиений». Оценка значений параметров а и с по этой методике производится следующим образом [4].

1) выбираются границы разбиения Θ1 и Θ2, при этом Θ1 < Θ2, и рассчитывается количество значений исследуемой случайной величины x, лежащих в пределах интервалов (Θ, Θj), j = 1, 2. Эти количества обозначим m(Θj).

2) находятся отношения   j  

 

mj N

, где N – объём исследуемой выборки.

3) параметры а и с рассчитываются по формулам     1 1 ln ln    ln ln   1  1   1   2   c , ln 1  ln  2

ac 

1c

 .

1 ln   1  1   В данной методике основную сложность представляет назначение границ разбиений, а рекомендации в литературе по этому поводу нечёткие и неоднозначные. Ввиду этого точность оценивания значений параметров а и с зависит от выбранных значений границ разбиений. Табличная методика определения значений параметров распределения Вейбулла по опытным данным изложена в работе [5]. Последовательность применения этой методики имеет следующий вид.

1) определяются оценки математического ожидания x и среднего квадратического отклонения Sx исследуемой случайной величины.

2) рассчитывается оценка коэффициента вариации величины x : S Vx  x . x

46

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3) по таблице из работы [5] для полученного значения Vx находятся параметр формы с и промежуточная величина kb.

4) параметр масштаба a рассчитывается по формуле x a . kb В практике машиностроительных исследований в области надёжности для определения параметров распределения Вейбулла часто используется метод максимального правдоподобия. Алгоритм расчёта параметров, реализующей данный метод и основанной на переходе от среднего значения выборочных дисперсий к дисперсии генеральной совокупности конечного объёма описан в работе [6]. Блок-схема указанного алгоритма приведена на рис. 1.

Рис. 1. Алгоритм расчета параметров распределения закона Вейбулла А, В, С [6]

47

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Расчётная методика включает в себя совокупность расчётных зависимостей. Среднее квадратическое отклонение для совокупности ( N c  1)  m S с  sв  , N c  ( m  1) где sв – среднестатистическое отклонение для выборки; Sв = a∙gb. Коэффициенты gb и Kb  1  2 g b  Г   1    K b 2 , K b  Г  1   .  b  b Тогда 2

 2  1 s в  a  Г  1    Г  1   .  b  b Аналогичные коэффициенты и соотношения для генеральной совокупности 2  g B  Г  1    K b 2 , B 

1  K B  Г  1  , Sc  А  g B .

B  Так как modb ≈ modc, то получим уравнение B b  x C    x c   2      d 2  d 1  e  A    2 1  e  a  ,  dx   dx 2      и ограничим искомые параметры распределения неравенствами B  0,

c  C  0, C  c.

3. Заключение Методика определения параметров распределения Вейбулла на основе метода максимального правдоподобия обладает большей универсальностью и исключает субъективные факторы, однако требует затрат времени на её программную реализацию. Наиболее удобна для частого использования табличная методика определения параметров распределения, но она ограничена двухпараметрическим распределением. Список литературы: 1. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. – 248 с. 1. Айвазян С.А. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное изд. / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин. – М.: Финансы и статистика, 1983. – 471 с. 3. Lawless Jerald F. Statistical models and methods for lifetime data. – John Wiley & Sons, New York, 1982. – 580 pp. 4. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента / П.Г. Кацев. – М. Машиностроение, 1974. – 231 с. 5. Груничев А.С. Таблицы для расчётов надёжности при распределении Вейбулла / А.С. Груничев, А.И. Михайлов, Я.Б. Шор. – М.: Изд-во стандартов, 1974. – 64 с. 6. Касьянов В.Е. Аналитическое определение параметров закона Вейбулла для генеральной совокупности конечного объема по выборочным данным прочности стали / В.Е. Касьянов, А.А. Котесов, А.А. Котесова // Инженерный вестник Дона. – 2012. – № 2.

48

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 621.01 (06) ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ГТД С НЕРАВНОМЕРНЫМИ ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННЫМИ РАЗРУШЕНИЯМИ ПОКРЫТИЙ Михайлов Д.А., Соосар В.А., Михайлов А.Н. (Кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В представленной работе выполнены исследования, связанные с определением процесса износа ионно-плазменного покрытия поверхностей пера лопатки. В работе исследованы особенности подготовки поверхностей пера лопатки к напылению нового покрытия посредством полирования. Предложены схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки – титанового сплава. Для нанесения нового нитрид титанового покрытия на оставшееся старое покрытие и основной материал поверхности - с одинаковыми свойствами, разработаны рекомендации по опорному одновременному полированию двух материалов и обеспечению близких параметров шероховатости на покрытии и на основном материале пера лопатки. Ключевые слова: лопатки газотурбинного двигателя, эрозионно-коррозионные разрушения вакуумных ионно-плазменных покрытий, опорное полирование лопаток с покрытиями.

1. Введение Лопатки компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) это сложные и дорогостоящие элементы авиационных двигателей (рис. 1), которые имеют целое множество вариантов геометрии в зависимости от номера ступени. Например, для двигателя ТВ3117 применяются лопатки компрессора двенадцати ступеней. Для повышения стойкости лопаток компрессора широко используются различные вакуумные ионно-плазменные покрытия. Эти покрытия значительно снижают коррозионноэрозионные разрушения пера лопаток. Можно отметить, что нитрид титановые, нитрид титановые циркониевые или другие покрытия имеют высокую микротвердость, коррозионную и эрозионную стойкость по сравнению с параметрами Рис. 1. Лопатка 3-й ступени компрессора ГТД основного материала пера ТВ3-117 лопатки [1, 2]. Поэтому они

49

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

позволяют существенно повысить стойкость лопаток компрессора и соответственно всего ГТД. Вместе с тем, в процессе эксплуатации лопаток компрессора ГТД происходит абразивный износ и эрозия, газовая, кислотная и солевая коррозия покрытия, которое в процессе эксплуатации лопаток ГТД разрушается (рис. 2). Поэтому для повышения стойкости лопаток компрессора покрытия необходимо восстанавливать. Вместе с тем, следует отметить, что процесс повторного нанесения покрытия имеет определенные особенности, связанные со следующим. Процесс разрушения вакуумного ионно-плазменного покрытия, например нитрид титанового покрытия, имеет неравномерный характер. Возможны следующие случаи разрушения покрытия (рис. 2): – без полного разрушения покрытия по его толщине (рис.

2,а); – с полным разрушением покрытия по его толщине на входной и периферийной кромке (рис. 2,б); – прогрессирующее разрушение покрытия на поверхности пера (рис. 2,б). Здесь обозначено: 1 – перо лопатки, 2 – покрытие пера лопатРис. 2. Особенности разрушения ионно-плазменного ки, 3 – переходная зона покрытия лопатки: пера лопатки между а – без полного разрушения покрытия по его толщине, основным материалом б – с полным разрушением покрытия по его толщине на пера лопатки и покрывходной и периферийной кромке, тием. Можно отметить, в – прогрессирующее разрушение покрытия на поверхности что в переходной зоне пера 3 пера лопатки необходимо обеспечивать некоторые особенности обработки, связанные с одновременной полировкой двух материалов пера лопатки. Целью данной работы является подготовка лопатки ГТД с эрозионнокоррозионными разрушениями вакуумных ионно-плазменных покрытий под напыление нового покрытия за счет обеспечения одинаковых параметров шероховатости нитрид титанового покрытия и титанового сплава поверхностей пера в условиях совместного опорного их полирования. Для достижения поставленной цели в данной работе определены следующие задачи: 1. Рассмотреть особенности износа ионно-плазменного покрытия поверхностей пера лопатки.

2. Исследовать особенности подготовки поверхностей пера лопатки к напылению нового покрытия посредством полирования.

50

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3. Предложить схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки – титанового сплава.

4. Для нанесения нового нитрид титанового покрытия на оставшееся старое покрытие и основной материал поверхности - с одинаковыми свойствами, разработать рекомендации по опорному одновременному полированию двух материалов и обеспечению близких параметров шероховатости на покрытии и на основном материале пера лопатки. Эти задачи решаются в данной работе.

2. Особенности подготовки поверхностей пера лопатки к напылению нового покрытия посредством полирования Следует отметить, что при подготовке пера лопатки, в зоне 3 (рис. 2) необходимо обеспечивать совместную обработку двух различных материалов, имеющих различные физико-механические свойства, а именно нитрид титанового покрытия (микротвердость H  21 … 23 ГПа), располагающегося на поверхностях пера лопатки, и основного материала пера лопатки, изготовленного из титанового сплава, например ВТ 8М (микротвердость H  1,2 … 1,5 ГПа). При этом в случае совместной полировки двух принципиально различных материалов возникают случаи продавливания покрытия и углубления инструмента в основной материал пера лопатки. Это обусловлено тем, что для обработки покрытия необходимы усиленные режимы обработки, а именно удельное давление полирования поверхности с покрытием должно превышать в 1,5 …

2,0 раза по сравнению с обработкой основного материала пера лопатки. При этом для нанесения нового нитрид титанового покрытия необходимо обеспечивать следующее особенности: - для исключения процесса продавливания покрытия и углубления инструмента в основной материал пера лопатки (старое покрытие имеет переменную толщину) необходимы новые схемы совместной обработки двух разнородных материалов; - для обеспечения заданных параметров качества нового покрытия, параметры шероховатости предыдущего покрытия и основного материала пера лопатки должны иметь близкие значения; - для повышения производительности полировки поверхностей лопатки с покрытием режимы обработки должны быть ориентированы на обработку покрытия.

3. Схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки Для одновременной обработки двух разнородных материалов, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки из титанового сплава разработаны две схемы опорного полирования, представленные на рис. 3 и рис. 4. Здесь показаны: обработка поверхности спинки пера лопатки (рис. 3,а и рис. 4,а) и обработка поверхности корыта пера лопатки (рис. 3,б и рис. 4,б). На верхнем рис. 3 или рис. 4 показана схема обработки, а на нижнем – показана схема трассирования инструмента при обработке поверхности. На этих схемах обозначено: 1 – тело пера лопатки (титановый сплав ВТ-8М, 2 – нитрид титановое покрытие, 3 - инструмент – полировальный круг, 4 – эпюр удельного давления прижатия инструмента к поверхности пера лопатки, 5 - траектория трассирования инструмента при обработке пера лопатки. А также, на этих рисунках показано: so – поперечная подача инструмента, s1 - продольная подача инструмента, vp – скорость резания, R – радиус полировального круга, F(l) – функция распределения удельного давления полировального круга на поверхность пера лопатки, пред-

51

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ставленная в плоскости, fmax – максимальное удельное давление в эпюре F(l), l – длина контакта полировального круга на поверхности пера лопатки (длина эпюра удельного

Рис. 3. Схема опорного полирования двух материалов с ориентированием продольной оси полировального круга по подаче so: а – полирование покрытия спинки, б – полирование покрытия корыта

давления), l0 – длина контакта полировального круга с удаляемым покрытием, l1 – длина контакта полировального круга с основным материалом пера лопатки,  - угол перекоса продольной оси полировального круга относительно касательной к полируемой поверхности пера лопатки. В соответствии со схемами рис. 3 и рис. 4 полировальный круг следует располагать относительно полируемой поверхности пера лопатки таким образом, чтобы 75% эпюра (расстояние от точки А до точки В) распределения удельного давления приходилось на нитрид титановое покрытие, а 25% эпюра (расстояние от точки В до точки С) распределения удельного давления приходилось на взаимодействие инструмента и основного материала пера лопатки. В этом случае основная часть нагрузки концентрируется на нитрид титановом покрытии (более твердом материале в зоне АВ), при этом инструмент как бы опирается на покрытие пера лопатки. Причем меньшая часть нагрузки – с меньшими удельными давлениями действует на основной материал поверхности пера лопатки в зоне ВС. При этом удельное давление, приходящееся на основной материал пера лопатки должно быть примерно в 1,5 … 2 раза меньше, чем удель-

52

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ное давление, действующее на материал покрытия. Это связано с тем, что нитрид титановое покрытие имеет микротвердость H  21 … 23 ГПа, а основной материал пера лопатки (титановый сплав ВТ-8М) имеет микротвердость H  1,2 … 1,5 ГПа и для обработки необходимы принципиально различные удельные давления. Здесь точка D исходная точка начала обработки покрытия пера лопатки. На рис. 3 приведена схема опорного полирования двух материалов с ориентированием продольной оси полировального круга по подаче so. Здесь, на рис. 3,а представлена схема полирования покрытия спинки, на рис. 3,б – схема полирования покрытия корыта. Основной особенностью одновременного полирования двух материалов является то, что зона взаимодействия полировального круга с полируемой поверхностью двух материалов распределяется из условия 75% по поверхности с покрытием и 25% по поверхность без покрытия. При этом максимальное удельное давление действует в зоне покрытия. Это обеспечивает при обработке двух материалов усиленные удельные давления в зоне покрытия и смягченные режимы в зоне обработки поверхности без покрытия. При этом реализуется опорное полирование двух материалов с опорой инструмента на более твердый материал – нитрид титановое покрытие. Это исключает процесс продавливание полировального круга через покрытие в основной материал пера лопатки.

Рис. 4. Схема опорного полирования двух материалов с ориентированием продольной оси полировального круга перпендикулярно подаче so и перекосом : а – полирование покрытия спинки, б – полирование покрытия корыта

53

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

На рис. 4 приведена схема опорного полирования двух материалов с ориентированием продольной оси полировального круга перпендикулярно подаче so и перекосом . Здесь, на рис. 4,а представлена схема полирования покрытия спинки, на рис. 4,б – схема полирования покрытия корыта лопатки. В представленной схеме полирования все позиции и обозначения аналогичны рис. 3. При этом процесс опорного полирования реализуется за счет перекоса оси полировального круга относительно полируемой поверхности лопатки. Представленные схемы обработки позволяют вести подготовку поверхностей пера лопатки состоящих из двух принципиально различных материалов, а именно из титанового сплава и старого нитрид титановые покрытия, к нанесению нового нитрид титанового покрытия. При этом обеспечивать заданные параметры качества обработки пера лопатки ГТД.

4. Заключение Таким образом, выполненные исследования позволили реализовать следующее: 1. В представленной работе рассмотрены особенности износа ионноплазменного покрытия поверхностей пера лопатки. При этом установлено, что при эксплуатации лопатки покрытие изнашивается не равномерно на ее поверхностях.

2. Исследованы особенности подготовки поверхностей пера лопатки имеющих разнородные материалы к напылению нового покрытия посредством полирования.

3. В работе разработаны схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки – титанового сплава.

4. Для нанесения нового нитрид титанового покрытия на оставшееся старое покрытие и основной материал поверхности - с одинаковыми свойствами, разработаны рекомендации по опорному одновременному полированию двух материалов и обеспечению близких параметров шероховатости на покрытии и на основном материале пера лопатки. Список литературы: 1. Богуслаев В.А., Качан А.Я., Долматов А.И., Мозговой В.Ф., Кореневский Е.Я. Технология производства авиационных двигателей. Ч. 1. Основы технологии. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2007. – 518 с. ISBN 966-87-2. 2. Богуслаев В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальская Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. Отделочно-упрочняющая обработка деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с. ISBN 966-7108-91-0. 3. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г., Барботько А.И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов. – Минск: Наука и техника, 1976. - 328 с.

4. Михайлов А.Н. Основы синтеза функциональноориентированных технологий. – Донецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с. ISBN 966-7907-24-4.

54

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 621.923 ОПИСАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ВЫСОТЕ ВЕРШИН ОРИЕНТИРОВАННО РАСПОЛОЖЕННЫХ АБРАЗИВНЫХ ЗЕРЕН В ЭЛАСТИЧНОМ ШЛИФОВАЛЬНОМ ИНСТРУМЕНТЕ Новиков И.А., Байков А.В. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел. +38(062)3010805; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. Приведены результаты описания распределения вершин абразивных зерен по высоте рабочей поверхности шлифовального круга для инструмента с ориентированным их расположением нормальным законом и законом эксцентриситета, приведены оценки соответствия. Ключевые слова: абразивное зерно, ориентированное расположение, параметры закона распределения.

1. Введение Формирование шлифованной поверхности является результатом взаимодействия режущих элементов алмазного инструмента с обрабатываемым материалом, поэтому характер геометрии рабочей поверхности шлифовального круга (РПК) оказывает первоопределяющее значение на показатели качества обработанной поверхности. Оним из основных параметров, которым характеризуют геометрию РПК, является закон распределения вершин зерен по высоте. На закон распределения вершин зерен по высоте оказывает влияние большое количество случайных факторов: размер абразивного зерна, распределение центров зерен в матрице инструмента, направление ориентации зерна, характер и степень разрушения алмазного зерна при воздействии на него обрабатываемого материала, прочность его удержания в связке и т.д. Обычно закон распределения вершин зерен над уровнем связки получают аппроксимацией экспериментальный данных. Вследствие указанного разные исследователи предлагают описывать распределение вершин зерен нормальным [1], параболическим [2], бэта-распределением [3], распределением Вейбулла [4, 5] и другими законами. Знание закона распределения высоты выступания алмазных зерен над уровнем связки необходимо для решения задач определения количества зерен, активно участвующих в диспергировании обрабатываемого материала, а, следовательно, производительности шлифования и качества обработанной поверхности.

2. Основное содержание и результаты работы Для определения закона распределения высоты выступания абразивных зерен данного инструмента были изготовлены специальные абразивные бруски на эластичной полимерной связке. Ориентирование абразивных зерен, покрытых ферромагнитным материалом, осуществлялось в постоянном магнитном поле. После изготовлении абразивные бруски подвергались вскрытию путем сошлифовывания слоя h=0,5 мм. Запись рельефа поверхности абразивных брусков проводилась на профилографепрофилометре модели 252. Обработка профилограмм заключалась в определении разновысотности абразивных зерен относительно наиболее выступающего зерна. По результатам обработки профилограмм построена гистограмма распределения вершин зерен, приведенная на рис. 1. На основании анализа гистограммы можно предположить, что распределение вершин абразивных зерен по высоте рабочей поверхности шлифовального инструмента подчиняется закону нормального распределения.

55

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Расчетные значения параметров нормального распределения по результатам обработки профилограмм составили: среднее арифметическое значение разновысотности зерен x =31,71 мкм, среднее квадратичное отклонение 25 разновысотности зерен  =13,61 мкм 20 Проверка гипотезы, 15 что опытное распределение подчиняется закону нор10 мального распределения, по критерию согласия Колмо5 горова значение критерия 0 согласия для наибольшей 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 величины разности накопленной эмпирической и теоретической частот будет Рис. 1. Гистограмма распределения вершин зерен равно: 3,0867   0,2646 .

136 Значение вероятности Р()=1. Таким образом, значение вероятности Р() больше принятого уровня значимости 0,05, следовательно гипотеза, что опытное распределение подчиняется закону нормального распределения, считается справедливой. Проверка гипотезы, что опытное распределение подчиняется закону нормального распределения по критерию Пирсона (т.к. данный критерий является наиболее достоверным при достаточно большом числе наблюдений) показала, что  2  3,353 . Для





числа степеней свободы k=9-2-1=6 вероятность P  2  3,353  0,74 , что существенно больше чем Р=0,05. Т.о. гипотезу соответствия можно считать правдоподобной. Недостатком описания распределения вершин зерен по высоте рабочего слоя инструмента законом нормального распределения является то, что фактическое поле рассеяния значений положения вершин зерен относительно наиболее выступающего распространяется и на отрицательные значения. Это приводит к тому, что количество наиболее выступающих зерен согласно данному закону распределения больше фактического, что вносит погрешность в описание процесса резания. С целью исключения данной погрешности желательно описывать распределение вершин абразивных зерен по высоте законом распределения существенно положительных величин. Одним из таких законов является закон эксцентриситета, который описывается уравнением: y

R



R2

2  2 ,

2 где R – переменная величина эксцентриситета; σ - среднее квадратичное отклонение координат x и z, определяющих величину R. Особенностью данного распределения является то, что в основе его лежит нормальное распределение, т.к. координаты x и z конца эксцентриситета R распределены

56

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

нормально, но распределение эксцентриситета не подчиняется закону нормального распределения. Расчетное значение параметра распределения эксцентриситета σ=20,78. График теоретической и экспериментальной плотности вероятности распределения вершин абразивных зерен по высоте рабочей поверхности шлифовального круга представлены на рис.2. Проверка гипотезы, что опытное распределение подчиняется закону эксцентриситета по критерию Пирсона, показала, что величина  2  15,86 . Для числа степеней свободы k=9 вероятность



0.2



P  2  15,86  0,074 . что незначительно больше чем Р=0,05. Т.о. гипотезу соот0.15 ветствия опытного распределения закону эксцентриситета отвергать нельзя.

0.1 Приведенные графики показывают, что описание распределения вершин 0.05 абразивных зерен по высоте законом эксцентриситета визуально несколько отли0 чается от эксперименталь0 20 40 60 80 20 40 60 мкм ных данных.

3. Заключение Рис. 2. Теоретическая () и экспериментальная (- -) Проведенные исслеплотность вероятности распределения вершин абрадования показали, что расзивных зерен пределение вершин ориентированно расположенных абразивных зерен эластичных шлифовальных брусков можно описать как законом нормального распределения, так и законом эксцентриситета. Закон нормального распределения более близко описывает разновысотность абразивных зерен по всей высоте рабочей поверхности инструмента, но существенно искажает картину в области наиболее выступающих, т.е. наиболее активных зерен. Закон распределения эксцентриситета наоборот, более близко описывает распределение наиболее выступающих зерен. Список литературы: 1. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник /Под. ред. А.Н.Резникова. – М.: Машиностроение, 1977. – 391 с. 2. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. – К.: Наукова думка, 1978. – 207 с. 3. Филимонов Л.М., Степаненко В.Г., Приймак Ю.П. и др. Статистический анализ распределения режущих кромок на рабочей поверхности шлифовального круга // Абразивы. - 1976. - № 10. - С.10-13. 4. Матюха П.Г. Научные основы стабилизации выходных показателей алмазного шлифования с помощью управляющих воздействий на рабочую поверхность круга: Автореф. дис.... докт. техн. наук: 05.03.01/ ХГПУ. – Харьков, 1996.

– 48 с. 5. Гусєв В. В. Наукові основи технологичного забезпечення експлуатаційних характеристик виробів з технічної кераміки при алмазному шліфуванні: Автореф. Дис.. докт. техн. наук: 05.02.08 / ДонНТУ – Донецьк, 2006 – 36 с.

57

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 621.01 ВЛИЯНИЕ ЗУБЧАТЫХ МУФТ НА НАГРУЗКУ ОПОР ВАЛОВ Польченко В.В., Мирутенко С.В. (каф. ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Зубчатые муфты по конструкции компактны, надежны в работе, могут работать при высоких частотах вращения и передавать значительные крутящие моменты в условиях перекоса соединяемых валов. Вместе с тем, погрешности монтажа валов приводят к перегрузке не только зубьев муфт, но и динамической нагруженности опор соединяемых валов. Ухудшение динамических характеристик машин, имеющих в своем составе зубчатые муфты, может снизить эффект от применения этого прогрессивного типа соединительных муфт. Учет нагруженности зубьев зубчатых муфт и опор соединяемых валов имеют свою специфику, так как зубчатые муфты в стандартном исполнении имеют два зубчатых соединения. Это обстоятельство приводит к своеобразному проявлению погрешностей изготовления и монтажа муфт, распределению нагрузки между зубьями и усложняет решение задачи статической и динамической нагруженности муфт [1]. Характерной особенностью зубчатых муфт, при наличии шаговых погрешностей зубчатых соединений и погрешностей монтажа соединяемых валов, является трансформация статических нагрузок на зубьях в динамические силы на опорах валов. Это связано с тем, что эпюра зазоров между зубьями, обусловленная шаговыми погрешностями зубчатых венцов, при вращении муфты вращается относительно эпюры зазоров между зубьями обусловленной погрешностями монтажа валов, которая неподвижна относительно опор соединяемых валов. Существенную роль на погрешность муфты и опор валов оказывает величина радиального зазора Сr в зубчатом зацеплении полумуфт, которая определяет способ центрирования плавающего элемента муфты относительно зубчатой втулки. Наличие увеличенных радиальных зазоров, приводящих к центрированию по боковым поверхностям зубьев, позволяет в определенной степени компенсировать погрешности изготовления и монтажа и, тем самым, повысить компенсирующие свойства муфт [2]. Нагруженность опор соединяемых валов обуславливается нагрузками, вызванными характером распределения окружного усилия в зубчатом зацеплении полумуфт и нагрузками, вызванными наличием неуравновешенности в муфте. Для определения указанных нагрузок рассматривалась двухвальная система с зубчатой муфтой, что позволило, используя метод кинетостатики получить аналитические зависимости составляющих опорных реакций: 1  Sin2 R AX  M oб eo bw2 cos   J zc  M oб eo2  J x1 W 2   ab 2



Zk   2 fSin  B cos  A cos   Pi  Cos i  i 1  1  Sin2 RBX  M oб eobw2 cos   J zc  M oб eo2  J x1 W 2   ab 2 Zk   2 fSin  B cos  A cos   Pi  Cos i  i 1  z Zk r 1  M o eo bw2 sin   2 f cos  Pi ri  cos 2  i   A  2b Sin  Pi cos i ab i 1 i 1



R AY



58



ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

RBY 

Zk zr 1 M o eobw 2 sin   2 f cos   Pi ri  cos 2  i   A  2b Sin  Pii cos  1 ab i 1 i 1 Zk

RBZ  2 f cos   Pi cos  i i 1

где RAХ, RBХ, RAУ, RBУ, RZ – составляющие опорных реакций, вызванные работой муфты при передаче крутящего момента, а, в – параметры, характеризующие расстояние от середины муфты до опор, моб – масса зубчатой обоймы; еo – эксцентриситет, вызванный наличием погрешностей изготовления зубчатого зацепления и элементов муфты;  - угол, характеризующий разворот геометрической оси обоймы относительно оси вращения;  угловая скорость муфты; Jzc – момент инерции зубчатой обоймы относительно оси, проходящей через центр тяжести муфты; Jx – момент инерции зубчатой обоймы относительно одной оси симметрии; f – коэффициент трения в зоне контакта зубьев; i – угол положения i-го зуба; Zk- радиус делительной окружности зубатого зацепления; Рi – нагрузка, передаваемая i-ым зубом;  - угол перекоса осей соединяемых валов;  - угол зацепления; А – расстояние между зубчатыми венцами; В – ширина зуба. Для определения характера нагрузок на зубьях полумуфты и закона их распределения между зубьями, было рассмотрено равновесие плавающего элемента муфты (зубчатой обоймы) под действием сил, возникающих на рабочих поверхностях зубьев. Решение полученной системы уравнений позволило получить зависимости, характеризующие соотношение сил в пределах одного зацепления, а, следовательно, и нагрузки, воспринимаемые зубьями муфты в зависимости от ее параметров и положения осей соединяемых валов: - нагрузка на максимально нагруженном зубе 2M k Pmax  ; Zk Ci  Ji  1  Ti MZ   max  i 1 C max  - нагрузка на i-ом зубе муфты

Pi  Pmax -

Ci Cmax

 J 1  1   max

   Ti 

коэффициент ,учитывающий смещение валов Ticm 

A cos i     B cos cos 2  i  ri f cos  Sin2 i   A cos i 1     B cos cos 2  i 1  ri f cos Sin2 i 1

  A  B  fSin tq i Sin1   A  B  fSin tq i 1 Sin i 1 - коэффициент, учитывающий перекос валов B ACos  i     SinSin 2 i  2i Sib CosSin 2 i  AfSintqi Sin i 2 Tinep  B  ACos  i 1     Sin Sin 2 i 1  r i SinCosSin2 i 1  AfSintqii 1Sin i 1 2 где Мк – передаваемый муфтой крутящий момент; м – модуль зацепления; сi - жесткость i-го зуба; смах –жесткость зуба, первым вступившим в работу; Ji- величина бокового зазора в i-ой паре зубьев. Анализ полученных зависимостей показывает, что закон распределения нагрузки между зубьями муфты в значительной мере обусловлен взаимным расположением

59

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

осей соединяемых валов и соотношением величин радиального и бокового зазоров в зубчатом зацеплении муфты. Окружное усилие распределяется по двум зонам контактирующих зубьев, расположенных симметрично оси перекоса, только при наличие увеличенных радиальных зазоров в зацеплении Сr по отношению к величине боковых зазоров между зубьями Jб. В общем случае распределение нагрузки по зонам контактирующих зубьев различно и характеризуется коэффициентом Тi, зависящим от взаимного расположения осей валов и параметров муфты. Этот факт позволяет при помощи коэффициента Тi характеризовать муфту с точки зрения рационального выбора ее конструктивных параметров, оказывающих влияние на распределение нагрузки между зубьями и на нагруженность опор соединяемых валов. Для проверки аналитических зависимостей по распределению нагрузки между зубьями и нагруженности опор соединяемых муфтой валов проведены экспериментальные исследования на специально спроектированной и изготовленной установке. Установлено, что наиболее неблагоприятное Рис.1. График зависираспределение нагрузки наблюдается при смещении мости величины реакции осей валов. На нагружение зубьев оказывает влияние и соотношение ширины зуба втулки, и расстояние меж- опоры от передаваемого ду зубчатыми венцами. Показано, что зубчатые муфты муфтой 0крутящего момента -эксперимент; при любом сочетании взаимного расположения опор при γ=0 : ▬-расчет валов, вызывают появление в опорах дополнительных нагрузок. При работе зубчатой муфты, соединяющей несоосные валы, на рабочих поверхностях профилей зубьев появляется усилие, стремящееся сместить зубчатую обойму в осевом направлении. В этом проявляется результат действия сил трения между контактирующими зубьями. Величина усилия, смещающего зубчатую обойму, зависит от взаимного расположения осей валов. Усилие всегда направлено в сторону ведущего вала и направление смещения не изменяется при реверсе муфты. Наиболее неблагоприятным с точки зрения нагружения зубьев следует считать смещение соединяемых валов, как и предполагалась ранее [3]. Величина опорной реакции зависит не только от передаваемого муфтой крутящего момента (рис 1), но также и от коэффициента трения. Изменение коэффициента трения в пределах 0,15…0,2 приводит к изменению опорной реакции в 1,4-1,5 раз. Этот факт указывает на то, насколько важным является вопрос создания таких конструкций уплотнений, которые бы обеспечили надежное сохранение смазки в полости муфты при наличии погрешностей монтажа. Список литературы: 1. Польченко В.В., Соловей А.В. Распределение нагрузки между зубьями зубчатой муфты//Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 1998.Вып. 5 – 177-181с.

2. Айрапетов Э.Л., Генкин М.Д., Косарев О.И. Расчетно-экспериментальные исследования нагрузочных характеристик зубчатых муфт.//Статика и динамика механизмов с зубчатыми передачами. – М.: Наука, 1974. 3. Попов А.Л. Зубчатые муфты в судовых агрегатах. – Л.: Судостроение. 1985.- 240 с., ил. – (Качество и надежность).

60

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 621.9.025 РАЗРАБОТКА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ СТАЛИ ШХ15 Сидорова Е.В., Калайда К.А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел.: +38 062 301 08 05, E-mail: sydorova@gmail.com Аннотация. В целях определения характера нагружения режущей пластины при поиске оптимальных условий резания была разработана термомеханическая модель процесса резания стали ШХ15 (HRC 45) режущей пластиной ATI Stellram CNMG542A-4E SP0819 CNMG160608E-4E из мелкозернистой наноструктурированной карбидной подложки SP0819 и сверхтвёрдого PVD-нанопокрытия TiAlN. Ключевые слова: моделирование, процесс резания, сталь ШХ15, SIMULIA/Abaqus, закон Джонсона-Кука. Введение При поиске оптимальных условий резания необходим анализ термомеханического нагружения режущего инструмента. Использование аналитических методов моделирования процесса резания вызывает множество сложностей, связанных с решением большого количества дифференциальных уравнений. Упрощения и допущения, применяемые в таких моделях, отражаются на точности конечного результата. Для решения данных проблем в настоящее время используют методы численного моделирования, позволяющие решать с высокой точностью динамические задачи с учётом большого количества факторов. Проблема термомеханического моделирования процесса резания решалась посредством компьютерной имитации в работах Pantale O., Криворучко Д.В., Ozel T., Xie L. и ряда других авторов. Среди наиболее распространённых программных продуктов для термомеханического моделирования процессов резания методом конечных элементов, программный комплекс SIMULIA/Abaqus (Dassault Systemes, Франция) представляет интерес с точки зрения точности получаемых результатов, открытости программного кода, возможности интегрировать различные законы поведения материалов и их взаимодействий. Целью данной работы является разработка термомеханической модели процесса резания стали ШХ15 (HRC 45) режущей пластиной ATI Stellram CNMG542A-4E SP0819 CNMG160608E-4E из мелкозернистой наноструктурированной карбидной подложки SP0819 и сверхтвёрдого PVD-нанопокрытия TiAlN. Для этого необходимо решить следующие задачи: - разработать CAD-модель режущей пластины и обрабатываемого материала; - задать физико-механические свойства режущей пластины и обрабатываемого материала; - задать характер контактного взаимодействия режущей пластины и обрабатываемого материала; - задать граничные условия; - определить стратегию наложения конечно-элементной сетки и тип элементов; - выполнить имитацию процесса резания стали ШХ15.

61

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Основное содержание и результаты работы В программной среде SIMULIA/Abaqus была разработана CAD-модель режущей пластины и обрабатываемого материала. Физико-механические свойства режущей пластины ATI Stellram CNMG542A-4E SP0819 CNMG160608E-4E были заданы на основании [1-3], а обрабатываемого материала (стали ШХ15) - [4]. Закон наклёпа материала при больших деформациях описывается законом Джонсона-Кука. Данный закон устанавливает зависимость напряжения σ от степени деформации ε, от скорости деформации  , а также от температуры θ, и может быть разложен в мультипликативной форме на три функции [5]     A  B    1  C  ln 0 



n



m       0   .   1         f 0     

Первый множитель описывает явление наклёпа, второй – динамические процессы, третий – явления теплового отпуска. Множитель, связанный с наклёпом, соответствует пределу текучести по отношению к скорости деформации. А – предел текучести, рассматриваемого материала, В и n соответственно линейные и нелинейные параметры упрочнения. Второй множитель – масштабный коэффициент, характеризующий динамической упрочнение материала и зависящий от эквивалентной скорости пластической деформации: С – коэффициент чувствительности к скорости деформации, 0 – начальная скорость деформации. Третий множитель соответствует явлению теплового отпуска (θ - температура, по отношению к которой рассматривается механизм теплового отпуска, θ0 – начальная температура, θf – температура плавления, m – показатель степени теплового отпуска). Коэффициенты данного закона получают посредством проведения испытаний на статическое и динамическое кручение. Значения параметров закона поведения материала ШХ15 (HRC 45) при больших деформациях Джонсона-Кука представлены в таблице 1. Таблица 1. Значения параметров закона поведения материала ШХ15 (HRC 45) при больших деформациях Джонсона-Кука [4] A, MПa B, MПa C n m ε0 θf θ0 1470 510 0,05 0,2 0,685 1 1487 20 Закон контакта между поверхностью режущей пластины и обрабатываемой поверхностью определяется совокупностью механических и тепловых явлений. Контактные механические явления опишем изотропной моделью трения Кулона: t    n ; t    n , где σt, σn – составляющие вектора контактного напряжения, ? – средний коэффициент трения [6]. Средний коэффициент трения для пары TiAlN/ШХ15- 0,3. Контактные тепловые явления представлены коэффициентом распределения теплового потока, образующегося на границе контакта обрабатываемого материала и режущей пластины. В случае динамического контакта проблема усложняется тем, что граница контакта представляет собой источник тепла. Если пренебречь толщиной контакта и накоплением тепла в зоне данного контакта, тогда всё тепло генерируемое на

62

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

границе контакта Φg будет разделяться между двумя телами. Введём понятие коэффициента распределения , определяющего долю теплового потока Φg направленного в тело 1. В нашем случае тело 1 – это режущая пластина, а тело 2 – обрабатываемый материал. В упрощённом случае, где два тела находятся в идеальном контакте, отношение Вернотта вместе с коэффициентом распределения может быть описано в зависимости от следующего отношения физических характеристик двух материалов [7] 1  1  c p1  g 1  ,    g 2   1 2   2  c p 2 где λ1 и λ2 - коэффициент теплопроводности, ρ1 и ρ2 - плотность, cp1 и cp2 – удельная теплоёмкость режущей пластины и обрабатываемого материала соответственно. Коэффициент распределения теплового потока согласно отношению Вернотта для пары TiAlN/ШХ15 0,74, из этого следует, что 57% теплового потока на границе контакта обрабатываемого материала и режущей пластины направленно в сторону обрабатываемого материала. Учтём также коэффициент теплопроводности контактной зоны (размер h = 1 мкм) для пары обрабатываемого и инструментального материала αк = 108 Вт/(м2∙°C). Моделирование процесса резания было выполнено с использованием Произвольного подхода Лагранжа-Эйлера. Граничные условия для конечно-элементной сетки и для материала представлены на рис. 1 и 2, где U1, U2 – закрепление перемещения конечно-элементной сетки по соответствующему направлению, V1, V2 – скорость движения материала по соответствующему направлению.

Рис. 1. Граничные условия для конечноэлементной сетки

Рис. 2. Граничные условия для материала

Конечно-элементная сетка была нанесена таким образом, что проблемы её деградации были исключены. Для всех элементов обрабатываемого материала была выбрана квадратичная структурированная форма. На режущей пластине элементы PVDпокрытия имели квадратичную структурированную форму, а элементы подложки квадратичную свободную форму. При имитации процесса обрабатываемый материал согласно схеме резания перемещается с заданной скоростью и взаимодействует с режущей пластиной. Результатом являются термомеханические нагружения режущей пластины. В качестве примера, на рисунке 3 показано распределение напряжений по фон Мизесу при следующем

63

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

режиме резания: скорость резания v = 200 м/мин; подача s = 0,05 мм/об; глубина резания t = 1 мм. Таким образом, была разработана термомеханическая модель процесса резания стали ШХ15 (HRC 45) режущей пластиной ATI Stellram CNMG542A-4E SP0819 CNMG160608E-4E. Заключение. Разработанная термомеханическая модель процесса резания стали ШХ15 (HRC 45) режущей пластиной ATI Stellram CNMG542A-4E SP0819 CNMG160608E-4E из мелкозернистой наноструктурированной карбидной подложки подложки SP0819 и сверхтвёрдого PVD-нанопокрытия TiAlN может использоваться в целях определения характера нагружения режущей пластины при поиске оптимальных условий резания.

Рис. 3. Распределение напряжений по фон Мизесу при процессе резания стали ШХ15 (v = 200 м/мин; s = 0,05 мм/об; t = 1 мм)

Список литературы: 1. Bouzakis, K.-D. Ambient and elevated temperature properties of TiN, TiAlN and TiSiN PVD films and their impact on the cutting performance of coated carbide tools / K.-D .Bouzakis, G. Skordaris, S. Gerardis, G. Katirtzoglou, S. Makrimallakis, M. Pappa, E. LilI, R. M'Saoubi // Surface & Coatings Technology. – 2009. - № 204. – P. 1061–1065. 2. Horlinga, A. Mechanical properties and machining performance of Ti1-xAlxN-coated cutting tools / A. Horlinga, L. Hultmana, M. Oden, J. Sjolen, L. Karlsson // Surface & Coatings Technology. – 2005. – № 191. – P. 384– 392. 3. Caracteristics of carbide grade [Электронный ресурс] / Professional grade carbide cutting tools DJET. – Режим доступа: http://www.dijetusa.com/products/dijet-carbide-grades/cg-carbide-gradecharacteristics.pdf - (20.04.2014). 4. Habak, M. Etude de l'influence de la microstructure et des parametres de coupe sur le comportement en tournage dur de l'acier a roulement 100Cr6: these presentee pour obtenir le grade de docteur: mecanique et materiaux / Habak Malek; ENSAM. – Soutenue 11.12.06. – Angers, 2006. – 191 p. 5. Kalay, F. Simulation numerique de l’usinage Application a l’aluminium AU4G (A2024-T351) [Электронный ресурс] / F. Kalay // Techniques de l’ingenieur : les bases documentaires techniques et scientifiques. – Режим доступа: http://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mecanique-th7/travail-des-materiauxassemblage-ti153/simulation-numerique-de-l-usinage-bm7002 - (20.04.2014). 6. Bacaria, J.-L. Un modele comportemental et transitoire pour la coupe des metaux: these presentee pour obtenir le grade de docteur: genie mecanique / Bacaria Jean-Louis; Ecole Nationale d’Ingenieurs de Tarbes.

– Soutenue 13.11.01. – Tarbes, 2001. – 232 p. 7. Pantale, O. Modelisation et simulation tridimensionnelles de la coupe des metaux: these presentee pour obtenir le grade de docteur: mecanique / Pantale Olivier; Ecole Nationale d’Ingenieurs de Tarbes. – Soutenue 10.07.96. – Tarbes, 1996. – 177 p.

64

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 65.01 УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ПРОДУКЦИИ Дымковская Д.А., Рыбинская Т.А. (кафедра механики, ИРТСиУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Тел. +7 (8634) 371622; E-mail: mkk@egf.tsure.ru Аннотация. В статье проведен обзор истории контроля качества продукции. Приведена характеристика групп показателей качества. Рассмотрена оценка качества промышленной продукции на различных стадиях жизненного цикла. Дана классификация методов определения значений показателей качества продукции. Выполнен обзор особенностей управления качеством продукции, а также проанализированы факторы и условия, влияющие на обеспечение качества продукции. Ключевые слова: качество, продукция, показатели, факторы, методы. Удовлетворение общественных и личных потребностей людей тесно связано с понятием «качество продукции». Проблема качества продукции имеет много аспектов. Одни исследователи различают философский, социологический, экономический, правовой, инженернотехнический, статистический аспекты, другие выделяют кибернетическую, математическую, техническую, производственную, потребительскую ее сторону. Потребительная стоимость представляет собой целостную совокупность свойств продукта, благодаря которым он способен удовлетворять ту или иную человеческую потребность, т.е. определяет полезность данного продукта, а категория качества означает степень, в которой данная потребительная стоимость способна удовлетворять ту или иную потребность, т.е. выражает меру полезности данной потребительной стоимости. Если потребительная стоимость выражает вообще полезность вещи, то качество означает меру, в какой она объективно способна удовлетворять конкретные потребности. Качество продукции выражает меру учета совокупных требований к продукции как к объекту производства или потребления соответственно со стороны изготовителей или потребителей при ее разработке, производстве и использовании в соответствии с потребностями каждого конкретного общества. Представление о качестве постоянно изменяется. На каждой ступени развития общества требования к качеству – результат взаимодействия объективных и субъективных факторов. Применительно к конкретному виду продукции качество выражает собой результат непрерывного роста и оптимального сбалансирования ее полезных свойств на стадиях разработки, производства и эксплуатации в пределах общественно допустимых затрат. В процессе развития общества выделяют ряд стадий в зависимости от степени удовлетворения общественных потребностей в товарах. В индустриально развитых странах до середины 30-х годов ХХ века была эпоха массового спроса на основные потребительские товары. На смену эпохе массового спроса в 30-50-е годы пришла эпоха массового сбыта. Ее символизировал принцип ежегодной смены моделей, переход от стандартной продукции к дифференцированной. Главными задачами управления фирмами в условиях обострившейся конкуренции стали предложение новых моделей на рынок, организация рекламы и сбыта, другие маркетинговые способы воздействия на выбор потребителя.

65

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

С середины 70-х годов наступила «постиндустриальная эпоха», для которой характерно производство высококачественных товаров в расчете на потребителя с относительно высоким уровнем доходов. В последние десятилетия более активную позицию в отношении качества товаров заняли потребители. Они стали требовать все более полной информации о покупаемом товаре. Большинство стран прилагают огромные усилия, чтобы повысить качество своих товаров и тем самым отстоять свой престиж и положение на мировом рынке в ожесточенной борьбе против конкурентов. Особенно остро проблема качества стоит и требует своего решения в нашей стране. Показатель качества продукции – это количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, составляющих ее качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления. Каждый вид продукции характеризует своя номенклатура показателей качества, которая зависит от назначения продукции. Номенклатура показателей качества продукции (НПКП) – это совокупность (перечень) характеристик свойств продукции, выражающих ее качественную определенность как продукта производства и средства удовлетворения потребности. Обоснование и назначение номенклатуры показателей – исходный момент объективной комплексной оценки качества продукции. От полноты перечня показателей, четкости их количественного определения в конечном счете зависит достоверность ее результатов и выбор лучших вариантов. Выделяют следующие группы показателей качества: назначения, надежности, экономного использования ресурсов, эргономические, эстетические, технологичности, транспортабельности, стандартизации и унификации, патентно-правовые, экологические, безопасности, стойкости к внешним воздействиям, экономические. Целями системы стандартов на НПКП являются установление и использование необходимой и достаточной НПКП при решении задач управления качеством продукции и стандартизации, в том числе: при аттестации и оценке технического уровня и качества продукции; разработке и постановке продукции на производство; разработке стандартов и технических условий на продукцию; сертификации продукции. Рассмотрим характеристику номенклатурных групп показателей качества.

1) Показатели назначения. Показатели назначения характеризуют свойства продукции, определяющие основные функции, для выполнения которых она предназначена. Показатели назначения делятся на подгруппы: классификационные показатели (характеризуют основные классификационные свойства продукции) и функциональные показатели (конструктивные эксплуатационные).

2) Показатели надежности. К этой группе относятся: безотказность, сохраняемость, долговечность, ремонтопригодность.

3) Показатели экономного использования ресурсов. Эти показатели характеризуют уровень или степень использования в конструкции изделия и при его эксплуатации сырья, материалов, топлива, энергии, трудовых ресурсов.

4) Эргономические показатели. Эргономические показатели характеризуют приспособленность изделия к эксплуатации и проявляются при функционировании системы «человек – изделие – среда использования». Эргономические показатели подразделяются на гигиенические; антропометрические; психофизиологические и др.

5) Эстетические показатели. Эстетические показатели характеризуют такие свойства, как выразительность (оригинальность замысла, соответствие стиля окружающей среде); рациональность формы; целостность композиции

66

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

(соподчиненность целого и частей, упорядоченность графических и изобразительных элементов); совершенство производственного исполнения; соответствие моде и т.д.

6) Показатели технологичности. Показатели технологичности характеризуют свойства изделия, определяющие приспособленность его конструкции к достижению наименьших затрат ресурсов при производстве, эксплуатации и ремонте. К числу основных показателей технологичности относят: трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость, технологическую себестоимость.

7) Показатели транспортабельности. Показатели транспортабельности характеризуют пригодность продукции к транспортным операциям.

8) Показатели стандартизации и унификации. Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность продукции стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, а также уровень унификации ее по сравнению с другими изделиями аналогичного назначения. Составные части подразделяются на стандартные, унифицированные и оригинальные.

9) Патентно-правовые показатели характеризуют патентную защиту и патентную чистоту продукции.

10) Экологические показатели характеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации или потреблении продукции.

11) Показатели безопасности характеризуют свойства изделия, гарантирующие безопасность человека и других объектов на всех режимах его эксплуатации, при обслуживании, транспортировании и хранении.

12) Экономические показатели характеризуют затраты на разработку, изготовление, эксплуатацию или потребление продукции, а также экономическую эффективность ее производства и применения. Оценка уровня качества продукции необходима при решении следующих задач: прогнозирование потребностей в продукции, ее технического уровня и качества; планирование повышения качества и объемов производства; обоснование новых видов продукции; выбор наилучших образцов; оценка научно-технического уровня разрабатываемых и действующих стандартов. Оценка уровня качества продукции может производиться на различных стадиях жизненного цикла. На стадии разработки оценивается уровень качества разрабатываемой продукции, в результате чего устанавливаются требования к будущей продукции и производится нормирование показателей качества в нормативных документах. На стадии производства определяются фактические значения показателей качества продукции по результатам контроля и испытаний, оценивается уровень качества изготовления продукции и принимаются соответствующие решения при управлении качеством. На стадии эксплуатации или потребления оценивается уровень качества изготовленной продукции и по результатам ее эксплуатации или потребления принимаются управляющие решения, направленные на сохранение или повышение уровня качества продукции. В условиях рынка главное значение приобретает не оценка предприятием качества своего товара по сравнению со стандартами или с товарами конкурентов, а общая потребительская оценка свойств товара. Согласно маркетинговому подходу, не существует единого качества для всех. Каждому сегменту рынка соответствует свой, оптимальный для него, уровень качества данного товара. В условиях рынка целью изготовителя является достижение не

67

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

высочайших технических параметров изделия, а лишь такого уровня его качества, на который существует потребность в избранном рыночном сегменте. Для японской практики (в отличие от западной) характерен иной подход. Японские фирмы чаще придерживаются стратегии постоянного стремления не к оптимальному (с точки зрения потребителя), а к наивысшему уровню качества. Они идут на связанное с этим повышение затрат, пренебрегая текущим результатом ради достижения стратегических целей, и в конечном итоге добиваются устойчивых потребительских предпочтений и укрепляют свои позиции на рынке. К тому же благодаря высочайшему организационно-техническому уровню производства, а во многом и за счет человеческого фактора они, максимально улучшая качество, достигают относительно низкого уровня издержек и высокой доходности. В общем виде уровень качества товара обусловливается конкретной рыночной ситуацией. В условиях рыночной экономики выпускаемая продукция должна обладать качеством, в большей степени соответствующим имеющейся потребности, чем аналогичная продукция конкурентов. Методы определений значений показателей качества продукции подразделяются по способам и источникам получения информации. Различают следующие методы: 1. Измерительный метод, основанный на информации, получаемой с использованием технических измерительных средств.

2. Регистрационный метод основан на использовании информации, получаемой путем подсчета числа определенных событий, предметов или затрат, например, количества отказов изделия при испытаниях, числа частей сложного изделия (стандартных, унифицированных, оригинальных, защищенных авторскими свидетельствами или патентами и т.п.). Этим методом определяются показатели надежности, стандартизации и унификации, патентно-правовые и др.

3. Расчетный метод, при котором значения показателей качества вычисляются по значениям параметров продукции, найденным другими методами. Для этого необходимо иметь теоретические или эмпирические зависимости показателей качества от параметров продукции. Этим методом пользуются при проектировании продукции, когда последняя еще не может быть объектом экспериментальных исследований.

4. Органолептический метод основан на анализе восприятия органов чувств без применения технических измерительных или регистрационных средств.

5. Метод опросов, который можно применять в различных формах, получивших названия: социологический и экспертный. Особенности процесса управления качеством продукции вытекают из особенностей качества продукции как объекта управления. Рассмотрим эти особенности. Процесс управления качеством продукции не ограничивается только процессом ее изготовления, а рассматривается гораздо шире. ГОСТ 15467 определяет управление качеством продукции как «действия, осуществляемые при создании и эксплуатации или потреблении продукции в целях установления, обеспечения и поддержания необходимого уровня ее качества». Уровень отдельных показателей качества изделия при переходе от одного этапа жизненного цикла к другому имеет тенденцию к снижению (т.е. понижается при продвижении изделия по этапам жизненного цикла: исследование – разработка – изготовление – эксплуатация). Это объективное обстоятельство должно учитываться при формировании целей и критериев управления качеством на каждом этапе жизненного цикла изделия. Постоянное изменение уровня качества под воздействием

68

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

различных факторов, в том числе физического и морального старения. Эта особенность делает качество неустойчивым, что предполагает необходимость непрерывного учёта и анализа при принятии управляющих решений всех факторов, влияющих на качество. Большое число свойств качества, сложность их взаимозависимостей, отсутствие гарантии полноты охвата, надёжных способов их расчёта повышают трудность управления процессом формирования качества продукции. Качество продукции является вероятностной системой свойств, в которой взаимодействие составляющих частей не может быть точно предопределено, т.к. изменение воздействия факторов, влияющих на отдельные свойства и в целом на качество, заранее предопределить трудно. Поэтому процесс управления качеством должен основываться на использовании методов теории вероятностей и математической статистики. Эти особенности отражаются на характере процесса управления качеством продукции. Управление качеством продукции – это постоянный, планомерный, целенаправленный процесс воздействия на факторы и условия, обеспечивающий создание продукции оптимального качества и его поддержание при использовании продукции. Качество продукции формируется на этапах её проектирования и изготовления и поддерживается на этапе эксплуатации. На каждом этапе на качество влияют определенные факторы и условия. Под фактором обеспечения качества продукции понимается конкретная сила, изменяющая свойства сырья, материалов, конструктивных элементов или изделия в целом. Сюда относятся: предметы и орудия труда, оборудование, оснастка, инструмент, технология, а также профессиональные знания и навыки разработчиков, рабочих, организаторов производства. Под условиями обеспечения качества продукции понимаются производственные обстоятельства, обстановка, среда, в которых действуют факторы обеспечения качества продукции. По отношению к месту обеспечения качества продукции условия делятся на внутренние и внешние. К внутренним условиям относятся: характер производственного процесса, его интенсивность, ритмичность, продолжительность; уровень оснащённости и обслуживания рабочих мест; экологическое состояние производственных помещений; интерьер и производственный дизайн; состояние безопасности труда; характер материального и морального стимулирования за качество. К внешним условиям относятся: научно – техническое развитие страны; экологическое состояние окружающей среды; система управления качеством на предприятии; экономическое стимулирование деятельности предприятия; принципы ценообразования; законодательная и правовая среда; состояние социально – материальной среды работающих. Основные факторы, определяющие качество продукции на разных этапах её жизненного цикла. На этапе проектно-конструкторских разработок основными факторами, обеспечивающими качество изделий, являются: глубокая предпроектная проработка изделия с учетом отечественных и зарубежных патентов; технико-экономическое обоснование конструкции и эксплуатационных характеристик изделия; широкое применение типовых схем, максимальное использование унифицированных, стандартизованных деталей, узлов, агрегатов; включение в изделие встроенных систем контроля, в том числе автоматического; проведение лабораторных испытаний в усложненных условиях; проверка и уточнение НТД по результатам отработки опытной партии и данных эксплуатации.

69

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

На этапе производства продукции факторы, влияющие на её качество, можно разделить на технические, организационные, информационные, социальные, экономические. На этапе эксплуатации основными факторами, влияющими на поддержание качества и надежности технических устройств, являются: использование устройств по прямому назначению с соблюдением режимов, предусмотренных технической документацией; улучшение обслуживания и проведение регламентных работ в предусмотренные сроки; повышение качества текущего, планово-предупредительного и капитального ремонтов. Рассмотренные факторы позволяют сформулировать основные направления повышения качества технических устройств: создание технологичных конструкций устройств; совершенствование технологических процессов изготовления; повышение уровня унификации изделий; повышение технического уровня производства, комплексная механизация и автоматизация производственных процессов (основных и вспомогательных); ритмичная работа всех подразделений предприятия; разработка и применение прогрессивных методов контроля и анализа качества продукции; безусловное соблюдение технологической, производственной и исполнительской дисциплины; выполнение требований стандартов. Управление качеством включает методы и деятельность оперативного характера, корректирующие и предупредительные меры, необходимые для устранения выявленных или предотвращения потенциальных несоответствий продукции предъявляемым к ней требованиям. Улучшение качества представляет собой постоянную деятельность, направленную на повышение технического уровня продукции, качества её изготовления и совершенствование элементов производства и системы качества. В соответствии с этапами жизненного цикла продукции деятельность по обеспечению, управлению и улучшению качества включает следующие действия, составляющие содержание процесса функционирования системы качества: оценка уровня качества имеющихся на рынке аналогичных изделий, анализ требований покупателей; долгосрочное прогнозирование; планирование уровня качества; проектирование качества в процессе конструирования и разработки технологий; контроль качества исходного сырья и покупных материалов (входной контроль); пооперационный контроль в процессе производства (включая контроль продукции, оборудования, технологических процессов, контрольно-измерительной и испытательной аппаратуры); приёмочный контроль готовой продукции; контроль качества изделия в условиях эксплуатации; анализ отзывов покупателей. Каждое из перечисленных действий распадается на множество процессов, процедур и операций. Следовательно, реальный процесс функционирования системы управления качеством представляет собой сложную совокупность взаимосвязанных процессов управления. Из выше изложенного становится очевидным, что управление качеством является необходимым и очень важным мероприятием, направленным на повышение конкурентоспособности продукции. Список литературы: 1. Окрепилов В.В. Управление качеством: Учебник для вузов. Рекомендации по оценке технического уровня продукции. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 92 с. 2. Дружинин Г.В. Методы оценки и прогнозирования качества.

– М.: Радио и связь, 1982. – 160 с. 3. Андрианов Ю.М., Субетто А.И. Квалиметрия в приборостроении и машиностроении. Л.: Машиностроение, 1990. – 216 с.

70

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ОБОСНОВАНИЕ ВАРИАНТА ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Калафатова Л.П., Цуканова А.И. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Развитие машиностроения на современном этапе невозможно без постоянного повышения производительности труда и улучшения качества выпускаемых изделий. В настоящее время требования к качеству поверхностей ответственных изделий машиностроения значительно повысились, что связано с особыми условиями их эксплуатации. Для решения поставленных задач разрабатываются и внедряются различные современные методы обработки, используются высокоточные станки и усовершенствованные конструкции инструментов. Горное оборудование работает в тяжелых условиях с повышенной запыленностью, поэтому его детали должны быть обработаны с требуемыми качеством и точностью. Для примера рассмотрим финишную обработку детали «Вал», которая входит в узел приводного барабана ленточного конвейера 2Л1000. Вал, длиной L=1886 мм, изготовлен из стали 40Х. Точными поверхностями являются шейки под подшипники O140k6, с шероховатостью Ra=1,6 мкм. Существует достаточное количество способов обработки, обеспечивающих заданные качество и точность. В статье для обработки точных поверхностей детали «Вал» проанализируем эффективность таких способов обработки, как тонкое точение, шлифование и метод пластического деформирования. Тонкое точение широко применяют в авиационной, тракторной и автомобильной промышленностях при обработке цилиндрических и конических поверхностей (наружных и внутренних), а также торцовых поверхностей, уступов и др. В виду малого сечения снимаемой стружки, небольших сил резания и незначительного нагрева заготовки исключается получение значительного деформированного слоя на обработанной поверхности. Из-за небольших упругих деформаций технологической системы обеспечивается точность обработки по 6 – 8-му квалитетам, для цветных металлов и сплавов – даже по 5 – 6-му квалитетам. Шероховатость обработанной поверхности у деталей из стали и чугуна составляет Rа 2,5…0,63 мкм, из цветных сплавов – Rа 0,32…0,16 мкм [1]. В качестве режущего инструмента для тонкого точения применяют: 1. Резцы с пластинками твердого сплава марок ВК2 и ВК3М для тонкого обтачивания и растачивания чугуна; Т30К4 и Т60К6 для тонкого точения и растачивания сталей, легких сплавов и цветных металлов.

2. Алмазные резцы - для тонкого точения и растачивания легких сплавов, цветных металлов и неметаллических материалов. Алмазные резцы значительно долговечнее твердосплавных резцов. Они позволяют работать сотни часов без переточки и переналадки и тем самым обрабатывать большое количество одинаковых деталей с соблюдением точности размеров. Однако алмаз хрупкий материал и предполагает наличие хорошо предварительно обработанной поверхности детали Шлифование — один из широко используемых видов обработки металлов резанием. При шлифовании припуск на обработку снимается абразивными инструментами — шлифовальными кругами. Шлифовальный круг представляет собой пористое тело, состоящее из большого количества мелких режущих зерен. Эти зерна

71

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

соединены между собой особым веществом, которое называется связкой. Твердые материалы, из которых образованы зерна шлифовального круга, называются абразивными материалами. Процесс шлифования состоит в том, что шлифовальный круг снимает с детали тонкий слой металла (стружку) острыми гранями своих абразивных зерен [2]. Применяются операции чернового, предварительного, окончательного и тонкого шлифования. Черновое шлифование предусматривает обработку без предварительной токарной операции со снятием увеличенного припуска от 1 мм и более на диаметр. Эту операцию целесообразно выполнять на режимах силового и скоростного шлифования при скорости резания vкр =50-60 м/с. В отличие от точения черновое шлифование обеспечивает более высокую точность обработки по 8-9-му квалитету и более низкий параметр шероховатости Ra=2,5 – 5,0 мкм, не требует последующего предварительного шлифования. Его применение целесообразно при наличии точных заготовок или заготовок, имеющих плохую обрабатываемость лезвийным инструментом. Предварительное шлифование обычно выполняют после токарной обработки с повышенной скоростью резания vкр=40-60 м/с. Предварительное шлифование осуществляют до термообработки для создания базовых поверхностей или в качестве промежуточной операции для подготовки поверхности к окончательной обработке. На операциях предварительного шлифования достигается точность по 6-9-му квалитетам и параметр шероховатости поверхности Ra=1,2 -2,5 мкм. Окончательное шлифование позволяет получить точность обработки по 5-6-му квалитету и параметр шероховатости поверхности Ra=0,2-1,2 мкм. Наиболее часто применяют скорость резания vкр=35-40 м/с. Тонкое шлифование применяют главным образом для получения параметра шероховатости Ra=0,025-0,1 мкм. Оно требует очень хорошей предварительной подготовки поверхности, так как снимаемый припуск при тонком шлифовании не превышает 0,05-0,1 мм на диаметр. Применение тонкого шлифования возможно при наличии прецизионного станка и специальных кругов, оно экономически целесообразно лишь в условиях единичного и мелкосерийного производства. В массовом производстве низкие параметры шероховатости поверхности более производительно и надежно получают на суперфинишных и полировальных станках [3]. Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) – один из наиболее простых и эффективных технологических путей повышения работоспособности и надёжности изделий машиностроения. В результате ППД повышаются твёрдость и прочность поверхностного слоя, формируются благоприятные остаточные напряжения, уменьшается параметр шероховатости Rа, увеличиваются радиусы закругления вершин неровностей обработанной поверхности, относительная опорная длина профиля и т.п.

[4]. Пластическая деформация поверхностного слоя, возникающая под действием усилий деформирующего тела, изменяет его физико-механические свойства и структуру. Степень пластической деформации, и ее последствия зависят от характера деформации, ее режима, исходного состояния материала, макро- и микроструктуры, шероховатости поверхности, формы, размеров детали и ряда других факторов. Изучение природы и закономерностей фазовых и структурных превращений, происходящих в материале детали под действием ППД, является необходимой предпосылкой для создания новых и оптимизации существующих технологических

72

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

процессов и оборудования. Знание этих закономерностей позволяет расширить их технологические возможности и вскрыть внутренние резервы [5]. Наиболее широко применяют способы обкатывания и раскатывания шариковыми и роликовыми обкатниками наружных и внутренних цилиндрических, плоских и фасонных поверхностей. Цилиндрические наружные, внутренние, фасонные поверхности обрабатываются, как правило, на токарных, револьверных, сверлильных и других станках; плоские поверхности – на строгальных, фрезерных станках. Качество обрабатываемой поверхности при обкатывании роликами и шариками в значительной степени зависит от режимов деформирования: силы обкатывания (или давления на ролик и шарик), подачи, скорости, числа рабочих ходов и применяемой смазочно-охлаждающей жидкости. До обкатывания и раскатывания заготовки обрабатывают точением, шлифованием и другими способами, обеспечивающими точность, по 7 – 9-му квалитету. Припуск на обработку обычно рекомендуется выбирать равным 0,005...0,02 мм. Эффективность рассмотренных методов обработки зависит от выбора материала инструмента, мощности станка и режимов резания. Для выбора наиболее рационального способа обработки используем критерий «минимум технологической себестоимости обработки». Технологическая себестоимость обработки СТ может быть определена следующим образом [6] СТ=С1+С2+С3+С4+С5, (1) где С1 - непроизводительные затраты; С2 - стоимость машинного времени обработки; С3 - стоимость времени на смену инструмента; С4 - стоимость инструмента, отнесенная к одной детали; С5 – стоимость материала. В себестоимость могут быть включены и другие затраты, такие, как затраты на охлаждающую жидкость, на разработку инструмента, на обрабатываемый материал, хотя перечисленные затраты, кроме затрат на обрабатываемый материал, могут быть включены в накладные расходы. Технологическая себестоимость обработки детали может быть снижена путем выбора рационального маршрута обработки, обоснованного назначения режима резания, сокращения времени закрепления и снятия детали, времени простоя и времени смены инструмента. Для этого могут быть использованы как технические, так и организационные методы. Совершенствование материала инструмента и способа заточки повышает стойкость инструмента, уменьшает количество смен инструмента и стоимость заточки, приходящуюся на одну деталь, тем самым снижая себестоимость детали. Износ режущего инструмента может быть также снижен путем изменения свойств обрабатываемого материала и [6]. Список литературы: 1 Точение. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dlja-mashinostroitelja.info/2010/09/tochenie_obtachivanie_i_rastachivanie/.

2 Шлифование металлов. [Электронный ресурс].

– Режим доступа: http://www.markmet.ru/kniga-po-metallurgii/shlifovanie-metallov.

3 Наерман М.С. Справочник молодого шлифовщика / М.С. Наерман. – М.: Высш. шк., 1985. – 207 с. 4 Ткачёв А.Г. Технология машиностроения: курс лекций / А.Г. Ткачёв, И.Н. Шубин. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн.ун-та, 2009. – 164 с. 5 Бойко Н.И. Ресурсосберегающие технологии повышения качества поверхностных слоев деталей машин: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / Н.И. Бойко.- М.: Маршрут, 2006. – 198 с. 6 Армарего И.Дж.А., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием / И.Дж.А. Армарего, Р.Х. Браун. – М: Машиностроение, 1977. - 325с.

73

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 622.92 ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПРИРОДНОГО КАМНЯ Киреев Д.Г., Горобец И.А., Голубов Н.В. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье приведены данные результаты исследования процесса шлифования природного камня. Рассмотрены вопросы влияния режимов обработки на производительность процесса обработки и топографию обработанной поверхности. Ключевые слова: заготовка, эксперимент, круг, сила, топография, производительность, устройство. Современное машиностроение развивается такими темпами, что технологии, общепринятые сегодня, завтра могут уже не удовлетворить запросам производства. Одним из путей выхода из этой ситуации есть поиск новых технических решений в области процессов обработки материала. В настоящее время на производстве возникают повышенные требования к качеству производимых изделий, что в свою очередь повышает требования, которые предъявляются к контролю а, следовательно, к контрольно-измерительным приспособлением. Ответственные элементы приспособлений должны обеспечивать необходимую точность измерений в различных условиях эксплуатации на длительном времени работы. Новым решением этой проблемы является применение нетрадиционных материалов, в том числе неметаллических, для изготовления контрольно-измерительных приспособлений. Одним из таких материалов есть природный камень, в частности гранит. Одним из актуальных вопросов является повышения производительности обработки заготовок из природного камня без ухудшения качественных характеристик заготовки. Повышение производительности процесса шлифования, что может быть достигнуто за счет совершенствования технологического процесса шлифования. Для выявления особенностей режимов резания на производительность процесса шлифования изделия из камня различными кругами была проведена серия экспериментов. Целью экспериментальных исследований являлось выявление зависимостей режимов обработки на производительность обработки изделий из природного камня при обработке их шлифованием. Задачи исследований: 1. Экспериментально определить взаимосвязь производительности и режимов резания при шлифовании.

2. Сравнить величины производительности различных кругов на разных режимах резания.

3. Экспериментально определить влияние формы круга и режимов обработки на макрогеометрию обработанной поверхностей заготовки В соответствии с поставленными задачами в качестве контролируемых величин принимались: Входные величины: режимы резания, характеризующиеся скоростью подачи Vn, усилием прижима инструмента Ро, припуском обработки Z. Выходная величина: величина съема материала h по поверхности заготовки.

74

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

В качестве заготовок при проведении экспериментальных исследований принят гранит. Обрабатывались образцы Янцевского месторождения (прочность при сжатии 210?МПа, плотность 2,62?2,82 г/см3). Для каждого образца заготовки и двух вариантов инструмента (базовый и модернизированный) проводился полный факторный эксперимент. Скорость шлифования принята равной 8,8 м/с (частота вращения инструмента n = 1600 об/мин). Уровни варьирования факторов: - подача, 400-630-800 мм/мин.

- глубина шлифования, 200-400-600-800-1000 мкм. Измеряемым параметром являлась величина съема материала y, мкм, которая производилась в 25 точках поверхности с интервалом в 30 мм. По данным измерений определялась также и макрогеометрия обработанной поверхности. В процессе шлифования осуществлялось два полных рабочих хода инструмента с продольной подачей и фиксировалась осевая сила Ро. Экспериментальная установка состоит из основного технологического оборудования, измерительных приборов и оснастки, а также вспомогательных устройств [1]. Реализация торцового плоского шлифования осуществлялась на модернизированном вертикально-фрезерном станке 6М13П. Модернизация станка заключалась в установке на конец шпинделя специальной головки для крепления торцевого шлифовального инструмента и подачи СОТС через центральное отверстие шлифовального круга. В качестве инструмента для шлифования гранита использовали круги алмазные шлифовальные АГШГ Д160 мм АС50 400/315 М6-14.50% ТУ 88 Украина 90. 513-81 производства ИСМ НАНУ. В качестве измерительного средства использовался индикатор часового типа, [2]. Для проведения точных тензометрических исследований характера и величины динамически изменяющихся усилий шлифования использовался разработанный авторами специальный тензометрический стол, [3-4]. В качестве усилительного, преобразующего аналогово-цифрового и записывающего устройства использовались тензоусилитель ТА-5, аналогово-цифровой преобразователь Pico ADC-16 и персональный компьютер. В ходе эксперимента были получены данные величины съема слоя материала при различных подачах и величина осевой силы Рy (Рис. 1 и 2) В результате расчетов были получены средние значения осевой силы Рy, которая действует во время обработки измеряемой области заготовки. Так, при обработке базовым кругом величина съема при подаче S=400 мм/мин составила от 315 мкм до 851 мкм, при подаче S=630 мм/мин – от 268 мкм до 768 мкм и при подаче S=800 мм/мин – от 242 мкм до 644 мкм. При обработке модернизированным кругом величина съема при подаче S=400 мм/мин составила от 218 мкм до 730 мкм, при подаче S=630 мм/мин – от 278 мкм до 730 мкм и при подаче S=800 мм/мин – от 296 мкм до 775 мкм. Увеличение сил резания обусловлено изменением формы круга и перераспределением значений радиальной и вертикальной силы резания. Можно предположить, что при обработке заготовки базовым кругом превалирует радиальная составляющая силы резания, а при резании модернизированным превалирует осевая сила резания. Превалирование осевой силы над радиальной обуславливает

75

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

возникновения нормальных напряжений, а не касательных, что может благоприятно сказываться на образование микротрещин. По результатам этих данных были так же получены величины производительностей при обработке базовым и модернизированным кругами (Рис. 3 и 4).

Осевая сила Py, кг

150

100

50

0

0

1000

2000

3000

4000

5000 6000 Время t, мс

7000

8000

9000

10000

Рис. 1. Осциллограмма изменения осевой силы Рy при обработки модернизированным кругом при режимах резания S=400 мм/мин, t=800 мкм 40 35

Осевая сила Py, кг

30 25 20 15 10 5 0

0

1000

2000

3000

4000 5000 6000 Время t, мс

7000

8000

9000

10000

Рис. 2. Осциллограмма изменения осевой силы Рy при модернизированным кругом на режимах резания S=400 мм/мин, t=800 мкм

обработки

По полученным данным, было выяснено, что при увеличении параметров режимов резания будет увеличиваться производительность обработки. В результате обработки полученных данных, было установлено, что обработки заготовок на малых подачах (400 мм/мин) базовый круг имеет среднюю производительность 480 мм3/с, при модернизированном круге средняя производительность составила 447 мм3/с. Но при увеличении подачи производительность обработки модернизированным кругом увеличивается. Так при шлифовании на подачи S=800 мм/мин средняя производительность при базовом круге составила 855 мм3/с, а при модернизированном – 945 мм3/с. Повышение производительности базовым кругом при малых подачах обуславливается приработкой заправленного инструмента, т.е. круг изменил свою геометрию при начальной работе.

76

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Рис. 3. Характер изменения производительности при изменении режимов резания при обработки модернизированным кругом

Рис. 4. Характер изменения производительности при изменении режимов резания при обработки базовым кругом В результате эксперимента были получены данные зависимости производительности от значения осевой силы во время процесса шлифования (рис.5,6). Выполнены экспериментальные исследования процесса шлифования природного камня и получены данные о производительности процесса шлифования различными кругами при разных режимах обработки. Анализ полученных результатов привел к тому, что производительность модернизированного круга выше на высоких подачах, в сравнении с базовым. И так, производительность при диапазоне подач от 400 мм/мин до 800 мм/мин и глубине резания от 200 мкм до 800 мкм составила от 212 мм3/с и до 1507 мм3/с. В диапазоне подач от 400 мм/мин и до 630 мм/мин большую производительность показывает базовый круг. Но с увеличением подачи возрастает резко производительность модернизированного круга. В результате обработки полученных данных, было установлено, что топографические характеристики поверхностных слоев (рис.7), полученных в результате обработки, являются практически эквидистантными, т.е. при шлифовании камня макрогеометрия обрабатываемой поверхности практически не изменяется. Это обусловлено упругой деформацией элементов СПИД под действием сил шлифования. Так, при прохождении выпуклой части заготовки силы шлифования увеличиваются и, соответственно, увеличивается отжим заготовки от инструмента.

77

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Таким образом, при реализации процесса шлифования природного камня работает механизм копирования макронеровностей поверхностного слоя.

1600 S=400 мм/мин S=630 мм/мин S=800 мм/мин

Производительность, мм3/с

1400 1200 1000 800 600 400 200 60

80

100

120 140 Осевая сила, кг

160

180

Рис. 5. Зависимость производительности от осевой силы шлифования при обработки модернизированным кругом 1400 S=400мм/мин S=630мм/мин S=800мм/мин

Производительность, мм3/с

1200

1000

800

600

400

200

0

10

20

30 40 Осевая сила, кг

50

60

Рис. 6. Зависимость производительности от осевой силы шлифования при обработки модернизированным кругом Анализ результатов проведенного эксперимента показал, что после четырех двойных проходов модернизированного круга и удалением общего припуска 1,6 мм при подаче 400 мм/мин отклонение обработанной поверхности заготовки от плоскостности составило: максимальное - 290 мкм, среднее - 94 мкм, при соответствующей первоначальной: максимальной - 320 мкм, средней - 117 мкм. При обработке базовым кругом при удалении припуска 1,97 мм при подаче 400 мм/мин отклонение обработанной поверхности заготовки от плоскостности составило: максимальное - 380 мкм, среднее - 135 мкм, при соответствующей первоначальной: максимальной - 530 мкм, средней - 226 мкм. Значительная погрешность обработки заготовки обусловлена износом станка, на котором проводился эксперимент. Под действием силы резания, из-за больших зазоров в шпиндельном узле станка, положение круга изменяется, ось его вращения располагается не перпендикулярно обрабатываемой поверхности и формируется криволинейная (вогнутая) поверхность (рис.7).

78

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Анализ экспериментальных данных доказал, что уменьшить высоту 0 макронеровностей обработанной -500 поверхности заготовки традиционным технологическим способом, -1000 заключающемся в многопроходном -1500 удалении припуска, не удалось даже при использовании модернизированного -2000 круга.

-2500 150 Анализ полученных результатов 150 100 100 50 50 показал, что производительность 0 0 Вдоль, мм Поперёк, мм модернизированного круга выше на Рис.

7. Характер изменений высоких подачах, в сравнении с топографии поверхностного слоя заготовки базовым. И так, производительность при гранита при обработке шлифованием диапазоне подач от 400 мм/мин до 800 мм/мин и глубине резания от 200 мкм до 800 мкм составила от 212 мм3/с и до 1507 мм3/с. В диапазоне подач от 400 мм/мин и до 630 мм/мин большую производительность показывает базовый круг. Но с увеличением подачи возрастает резко производительность модернизированного круга. Выполнены экспериментальные исследования процесса шлифования природного камня и получены данные о макрогеометрии обработанных поверхностей. Полученные в результате исследований данные позволяют определить новые направления дальнейшего повышения качества и эффективности технологических процессов шлифования заготовок. Список литературы: 1. Михайлов А.Н., Горобец И.А., Байков А.В., Голубов Н.В., Ищенко А.Л. Экспериментальная установка для исследования процессов шлифования изделий из природного камня /Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Вып. 92. – Донецк, ДонНТУ 2005. с. 164 – 174. 2. Горобец И.А., Михайлов А.Н., Голубов Н.В. Исследование влияния формы режущей кромки шлифовального круга на производительность обработки изделий из природного камня/ Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. Наукових праць – Донецьк: ДонНТУ, 2008, Вип.35, С.49-58. 3. Горобец И.А. Михайлов А.Н. Управление качеством поверхностного слоя обрабатываемой заготовки. Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Вип.71. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – с.164 – 174. 4. Gorobez I., Navka I., Lapajeva I., Schaban K. Die Parameter der Adaptronsysteme der Drehmaschinen – Modern Technologies, Quality and Restructuring International Conference N.C.M.R – Bulletin of the Politechnic institute of Jassy, Iassy, Romania 23-25 of May 2002 , Vol. XLVIII - S.100-104. Высота, мкм

S=400

79

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧИ БАБКИ ИЗДЕЛИЯ ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА МОДЕЛИ 3А227П В СООТВЕТСТВИИ С ИЗМЕНЕНИЕМ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КРУГА Лавров В.А., Матюха П.Г., Габитов В.В. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) В настоящее время высокопроизводительное шлифование твердых сплавов осуществляется алмазными кругами на металлической связке [1, 2], заправленными электроэрозионным способом, обеспечивающим высокую исходную режущую способность рабочей поверхности круга (РПК). В работах [3, 4, 5] шлифование твердых сплавов осуществляют с постоянным усилием поджима заготовки к РПК, что обеспечивает улучшение качества обработанной поверхности и эксплуатационных показателей процесса шлифования. В работе [6] для определения оптимальных режимов шлифования предложено использовать мгновенную текущую лимитированную режущую способность шлифовального круга (ТЛРСК), которая оценивается количеством удаленного шлифованием материала за единицу времени при условии, что все технические ограничения, налагаемые на режим обработки, удовлетворены. В работе [7] для осуществления шлифования на внутришлифовальном станке модели 3А227П с постоянным усилием поджима РПК к заготовке предложена конструкция шлифовальной бабки, где усилие поджима обеспечивается грузом определенной массы. Такой способ реализации подачи шлифовального круга в соответствии с его режущей способностью имеет ряд существенных недостатков – необходимостью изменения конструкции шлифовальной бабки станка и компоновки ее привода; а также ограниченностью применения шлифовальной бабки врезным шлифованием, так как при шлифовании с подачей груз будет осуществлять колебательное движение. Цель работы – модернизация привода бабки изделия внутришлифовального станка с целью обеспечения подачи согласно изменению текущей лимитирующей способности круга. Величину подачи Sп(τ), изменяющуюся в соответствии с законом изменения ТЛРСК Q(τ), определим используя ее значения в разные периоды шлифования по следующей формуле:

S п   

Q  , Vд  дискр  Bд 103

где Q(τ) – значения ТЛРСК в определенные периоды шлифования, мм3/мин; Vд – скорость детали, м/мин; τдис – время дискретизации процесса шлифования, мин; Вд – высота обрабатываемой цилиндрической поверхности образца, мм. Поставленную задачу перемещения заготовки в соответствии с законом изменения ТЛРСК во времени на внутришлифовальном станке модели 3А227П решим, используя механизм поперечного перемещения бабки изделия (рис. 1). на рис.1 условно не показаны) и непрерывную автоматическую, от гидросистемы 9.

80

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Рис. 1. Конструкция бабки изделия внутришлифовального станка модели 3А227П с механизмом поперечной подачи

81

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Бабка изделия состоит из моста 1, закрепляемого на станине, салазок 2, получающих поперечное перемещение от механизма поперечной подачи, образованного винтом 3 и гайкой 4, шпиндельной бабки 5, установленной на салазках 2. Перемещение салазок по мосту осуществляется по роликовым направляющим качения типа «ласточкин хвост». Зазор в направляющих регулируется клином 6. Зазор в резьбе винта подачи и гайки выбирается посредством дополнительной гайки 7, находящейся под действием пружины 8. Механизм поперечной подачи станка обеспечивает поперечные подачи изделия: ручную – от маховика, дозированную — от отдельной рукоятки (маховик и рукоятка Для осуществления подачи, изменяющуюся в соответствии с законом изменения ТЛРСК станок предлагается оснастить дополнительным устройством, кинематическая схема которого представлена на рис. 2.

Рис. 2. Кинематическая схема устройства перемещения бабки в соответствии с законом изменения ТЛРСК Задающим устройством привода перемещения бабки изделия в соответствии с законом изменения ТЛРСК, является вычислительный блок 1, который преобразует закон изменения подачи Sп(τ) в определенное количество импульсов в единицу времени, управляющих шаговым двигателем 2. От вала шагового двигателя 2 вращение передается через безлюфтовую упругую муфту 3 на вал 4, от вала на вал 6 через беззазорную червячную передачу 5. От вала 6 вращение передается через беззазорную цилиндрическую зубчатую передачу 7 на вал ходового винта 8. Беззазорные передачи практически исключают зазор в зубчатом зацеплении, тем самым увеличивают точность перемещения бабки изделия. От ходового винта 8 перемещение передается на гайку 9. Гайка 9 с регулируемым зазором в винтовой паре, жестко закреплена на корпусе бабке изделия 10. Перемещение бабки изделия 10 осуществляется по роликовым направляющим 11. Автоматическая система управления (рис. 3) перемещением бабки изделия осуществляется в соответствии с найденным законом изменения подачи Sп(τ) во времени.

82

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Задающее устройство 1 генерирует управляющие шаговым двигателем импульсы, в соответствии с заданным законом Sп(τ). Также устройство 1 задает начальное положение бабки изделия в зависимости от диаметра шлифуемого отверстия. Управляющие импульсы, преобразованные в электрический сигнал, передаются в сравнивающее устройство 2, в котором происходит сопоставление сигнала текущего положения бабки изделия с заданным и, в случае необходимости, вырабатывается корректирующий сигнал. Фиксирование текущего положения бабки изделия происходит по цепи обратной связи, образованной датчиком 3, фиксирующим фактическое положение бабки изделия и усилителем сигнала 4. Полученный суммарный управляющий сигнал усиливается устройством 6 и подается на вход шагового двигателя 7, вращение от которого через беззазорный механизм 8, чей принцип работы описан выше, передается бабке изделия 9. Индикаторы 5 и 10 визуально фиксируют координаты текущего и заданного положения бабки изделия

Рис. 3. Схема автоматической системы управления механизмом перемещением бабки изделия С целью программирования автоматической системы управления бабкой изделия, необходимо знать закон изменения ТЛРСК во времени для конкретных условий обработки, которую определяют экспериментально. Текущую лимитированную режущую способность шлифовального круга 1А1 40? 16? 10? 5 АС6 100/80-4-М2-01 определяли при шлифовании твердого сплава ВК15 с постоянной силой поджима на станке модели 3А227П, модернизированном для электроэрозионной правки [7, 8]. Перед проведением экспериментов круг правили электроэрозионным способом по схеме внутреннего многопроходного шлифования до полного обновления рабочей поверхности круга. В качестве источника технологического тока использовали блок

83

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Режущая способность круга Q(τ), мм3/мин

питания ИТТ-35. Правку РПК осуществляли шлифованием чугунного электрода на режимах: механических – Vк = 26 м/с, Vэ = 24 м/мин, глубина шлифования t = 0,005 мм; электрических – средняя сила тока электроэрозионных воздействий Iср = 10А, напряжение холостого хода Uxx = 60 В. Внутреннее врезное шлифование с постоянным усилием поджима образца из твердого сплава марки ВК15 в виде кольца, с диаметром отверстия Dо = 40 мм и высотой В=10 мм, выполняли на режимах: Vк = 25,8 м/с, Vд = 24 м/мин (при заданном параметре шероховатости Ra = 1,25 мкм). Усилие поджима образца к РПК составляло Рп = 20 Н, найденное исходя из точности обработки, которая является лимитированным техническим ограничением. Поджим образца к РПК осуществляли при помощи специального нагрузочного устройства, обеспечивающего стабильное усилие поджима в процессе обработки. Охлаждение при правке и шлифовании осуществляли 0,3%-ным водным раствором кальцинированной соды. Внутренний диаметр кольца измеряли в трех сечениях с помощью микрометром с ценою деления 10 мкм. Режущую способность оценивали объемом сошлифованного материала, удаленного за одну минуту. Измерение диаметра отверстия, а также шлифовального круга выполняли после 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 15; 30; 45 минут обработки.

Время шлифования τ, мин Рис. 4. Изменение текущей лимитированной режущей способности круга 1А1 40? 16? 10? 5 АС6 100/80-4-М2-01 при шлифовании твердого сплава ВК15:1 – экспериментальная кривая; 2 - регрессионная кривая Используя данные экспериментов, были построены график зависимости текущей лимитированной режущей способности круга от времени шлифования Q(τ) (рис. 4), а также найдены уравнения регрессии в виде: Q(τ) = Qст+ΔQ∙exp(βQ τ),

84

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

где Q, Qисх, Qуст – соответственно текущая, исходная, установившаяся режущая способность круга, мм3/мин; ΔQ = Qисх − Qуст – амплитуда изменения режущей способности круга, мм3/мин; – эмпирический коэффициент, 1/мин; τ – продолжительность шлифования, мин. За исходную режущую способность Qисх принимали режущую способность на первой минуте шлифования. За установившуюся принимали режущую способность круга после 15 минут обработки. Уравнение Q = f(t), полученное методом наименьших квадратов, имеет вид: Q(τ) =30,2+372,5∙exp(−0,25τ). Полученный закон изменения ТЛРСК во времени будет использован при программировании предложенной автоматической системы управления поперечной подачей бабки изделия внутришлифовального станка модели 3А227П в соответствии с найденным законом. Список литературы: 1. Габитов В.В. Производительность и удельная себестоимость внутреннего врезного алмазного шлифования твердого сплава с периодическими электроэрозионными воздействиями / В.В. Габитов, П.Г. Матюха // Сверхтвердые материалы. – Киев «Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля», 2012. – вип. №5(199) – С. 54-61. 2. Попов С.А. Алмазно-абразивная обработка металлов и тв рдых сплавов/ Попов С.А., Малевский Н.В., Терещенко Л.М. – М.: Машиностроение, 1977. – 263 с. 3. Узунян М.Д. Алмазно-искровое шлифование твердых сплавов / Узунян М.Д. – Харків: НТУ „ХПІ”, 2003. – 359 с. 4. Глейзер Л.А. О сущности процесса круглого шлифования/ Глейзер Л.А.// Вопросы точности в технологии машиностроения. – М.: Машгиз, 1959. – с. 5-24. 5. М.Ф. Семко. Основы алмазного шлифования/ М.Ф. Семко, А.И. Грабченко, А.Ф. Раб. и др. – К.: Техніка, 1978. – 192 с. 6. Матюха П.Г. Високопродуктивне шліфування ванадієвих штампових та інструментальних сталей / Матюха Петро Григорович. – Донецьк: ДВНЗ „ДонНТУ”, 2008. – 222 с.7. Пат. 94813 Україна МПК В24В, 47/00. Шліфувальна бабка. / Матюха П.Г., Габітов В.В., Войтов М.С., Благодарний А.О.; заявник та патентовласник Донецьк. ДВНЗ „ДонНТУ — №98857 С2; заява 19.11.2009; опублік. 10.06.2011, Бюл. №11 8. Габитов В.В. Определение текущей лимитированой режущей способности алмазного шлифовального круга при шлифовании комбинированного образца «Сталь 45 – твердый сплав ВК8» / В.В. Габитов // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Випуск 6 (154). – Донецьк: ДонНТУ, 2009. С 35 – 40 с.

85

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.795:621.92 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛИРОВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛОПАТОК ГТД Михайлов Д.А., Братан С.М., Ивченко Т.Г., Мазур И.Ю. (Кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: arasamogon@mail.ru Аннотация. В статье приведены данные о некоторых особенностях полировки криволинейных поверхностей лопаток авиационных двигателей. Представлено описание физической сущности процесса полирования лопаток и особенности обработки их криволинейных поверхностей. А также разработаны математические модели взаимодействия инструмента и поверхности лопатки. В данной работе представлены результаты и даны рекомендации полировки лопаток. Ключевые слова: лопатка, авиационный двигатель, полировка, процесс, технология.

1. Введение Эксплуатационные свойства авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) определяются параметрами качества лопаток компрессора, которые испытывают значительные знакопеременные и циклические нагрузки, эрозионно-коррозионные воздействия в процессе работы [1, 2]. Для обеспечения заданных параметров качества лопаток компрессоров ГТД применяется множество различных технологических методов [3, 4]. При этом на отделочных операциях технологического процесса применяется полирование поверхностей лопатки. Вместе с тем, полирование поверхностей лопатки имеет определенные технологические особенности. Это обусловлено, прежде всего, тем, что материалом лопатки являются титановые сплавы, которые относятся к труднообрабатываемым материалам. А также тем что, обрабатываемые поверхности имеют сложную криволинейную форму, определяемую поверхностями корыта и спинки лопатки, имеющую переменный радиус кривизны. Поэтому вопросы полировки криволинейных поверхностей лопатки из титановых сплавов ГТД требуют дальнейших изучений для создания методов повышения качества обработки и соответственно увеличения ресурса и надежности ГТД в целом. Целью данной работы является повышение качества криволинейных поверхностей ГТД из титановых сплавов на основе установления механизма полировки и определения схем взаимодействия инструмента и поверхности лопатки. В соответствии с поставленной целью в работе определены следующие задачи: исследовать физическую сущность и механизм процесса полирования криволинейных поверхностей лопатки; установить особенности обработки и схемы взаимодействия инструмента и криволинейных поверхностей лопатки; разработать математические модели взаимодействия инструмента и поверхности лопатки; представить основные рекомендации процесса полирования криволинейных поверхностей лопатки. Эти задачи решаются в данной работе.

2. Физическая сущность и механизм процесса полирования поверхностей лопатки При полировании рабочих поверхностей лопатки из титановых сплавов высокая точность процесса формообразования и параметры шероховатости достигаются посредством применения соответствующего инструмента, полировальных паст, режимов обработки, кинематической структуры и жесткости оборудования, а также

86

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

прогрессивных методов обработки. Для повышения точности и параметров шероховатости поверхностей лопатки при полировании выполняют дифференциацию процесса на следующие переходы: предварительное полирование, окончательное полирование и глянцевание (зеркальное полирование). Физическая сущность процесса полирования поверхностей различных изделий рассмотрены в ряде работ [5, 6, 7, 8]. Вместе с тем, полирование поверхностей лопатки из титановых сплавов требует дальнейших исследований. Процесс полирования поверхностей лопатки из титановых сплавов реализуется за счет следующих типов технологических воздействий.

1. Резания материала поверхности абразивными зернами, приводящего к образованию диспергированного (размельченного) рельефа поверхностного слоя.

2. Пластической деформации микрорельефа полируемой поверхности.

3. Химического воздействия поверхностно-активных полирующих веществ (углеводородов, кислот, солей кислот и их соединений и тому подобных веществ).

4. Термического воздействия на макро- и микроуровнях. Можно отметить, что приведенные выше технологические воздействия при полировании реализуются в едином комплексе. При этом отдельные типы технологических воздействий могут преобладать или действовать незначительно. Например, при предварительном полировании действуют все типы технологических воздействий, причем преобладает резание материала. При окончательном и зеркальном полировании, влияние процесса резания снижается соответственно, и относительно возрастает действие пластических и химических воздействий. На рис. 1 представлена системная модель процесса Рис. 1. Системная модель процесса технологических преобразований технологических преобразований свойств свойств поверхностного слоя поверхностного слоя лопатки при полировании лопатки при полировании. Здесь показано, что преобразование начальных свойств V полируемой поверхности лопатки в конечные свойства W реализуются посредством процесса технологических преобразований свойств поверхностного слоя лопатки при обработке на базе действия потоков материи M, энергии E и информации I, формируемых технологическими воздействиями четырех типов. Процесс полирования лопаток может выполняться за счет нескольких переходов: 1 – предварительное полирование, 2 – окончательное полирование, 3 – глянцевание (зеркальное полирование). Параметры качества обработки поверхностей лопатки на каждом переходе определяются припусками, режимами обработки, параметрами полирующего круга и полирующего материала, а также особенностями обработки. Именно эти особенности обработки лопаток ГТД оказывают существенное

87

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

влияние на параметры качества их поверхностей. Поэтому далее рассмотрим более детально основные особенности обработки поверхностей лопатки.

3. Особенности обработки и схемы взаимодействия инструмента и криволинейных поверхностей лопатки Одной из главных особенностей полирования лопатки ГТД является то, что перо лопатки состоит из криволинейной внутренней и внешней поверхности, а именно корыта и спинки, которые имеют переменные радиусы кривизны. При этом полирующий круг имеет постоянные радиусы кривизны, как в продольном, так и поперечном сечении. Поэтому при взаимодействии инструмента, имеющего постоянные радиусы кривизны режущей поверхности, и поверхности лопатки с переменным радиусом кривизны обрабатываемой поверхности, происходит переменный процесс резания. Кроме того, процесс резания ухудшается тем, что лопатка имеет внутренние и внешние поверхности, которые также приводят к возникновению переменных параметров процесса резания на поверхности корыта и спинке. Все это снижает параметры качества рабочих поверхностей пера лопатки. На рис. 2 представлены схемы обработки поверхностей лопатки ГТД (вид сбоку). На рис. 2,а – обработка корыта лопатки при r11 < r21 ; на рис. 2,б – обработка

Рис. 2. Схемы обработки поверхностей лопатки ГТД (вид сбоку): а – обработка корыта лопатки при r11 < r21 ; б – обработка корыта лопатки при r11 < r21 в случае, когда радиусы кривизны инструмента и лопатки почти равны; в – обработка спинки лопатки корыта лопатки при r11 < r21 в случае, когда радиусы кривизны инструмента и лопатки почти равны; на рис. 2,в – обработка спинки лопатки. Здесь показано: 1 – полировальный круг; 2 – лопатка; ω – угловая скорость вращения круга; s – подача лопатки; γ0 – половина угла зоны резания; r11 – радиус кривизны круга в осевом сечении; r21 – радиус кривизны поверхности лопатки в зоне резания в продольном сечении.

88

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Можно отметить, особенно неравномерные режимы резания возникают при обработке поверхности корыта из-за того, что контакт инструмента и поверхности лопатки внутренний, а также поверхность корыта образована с изменяющимся радиусом кривизны. Это приводит к значительному изменению длины зоны контакта ab в продольном сечении инструмента (рис. 2,б). Особенно значительно это влияние происходит в случае, когда радиусы кривизны инструмента r11 и поверхности лопатки r2 почти равны. В этом случае, нагрузка прикладывается постоянная, а пятно контакта имеет переменные параметры из-за изменяющейся дуги контакта ab в зоне резания (рис. 2). Это приводит к возникновению неравномерного удельного давления в зоне резания. Также можно заметить, что такие же процессы неравномерности обработки происходят и в поперечном сечении Рис. 3. Схемы обработки поверхностей лопатки инструмента. На рис. 3 ГТД (вид спереди): представлены схемы а – обработка корыта; б – обработка спинки обработки поверхностей лопатки ГТД (вид спереди). На рис. 3,а – обработка корыта лопатки; на рис. 3,б – обработка спинки лопатки. Здесь цифрами обозначены позиции, аналогичные рис. 2. А также на рис. 3 показано: r12 – радиус кривизны инструмента в поперечном сечении; r22 – радиус кривизны поверхности лопатки в поперечном сечении. Можно отметить, что в поперечном сечении зоны обработки, из за неравномерного радиуса кривизны поверхностей лопатки и особенностей обработки внутренних и внешних поверхностей лопатки, также происходит возникновение неравномерных удельных контактных нагрузок. Таким образом, в процессе полирования рабочих поверхностей лопатки возникают следующие особенности обработки: 1. Обработка основных поверхностей лопатки, а именно поверхности корыта и поверхности спинки, ведется в различных условиях из-за того, что при обработке корыта образуется внутренний контакт с инструментом, а при обработке спинки – внешний.

2. Обработка каждой поверхности пера лопатки обусловлена наличием переменного радиуса кривизны в различных точках поверхности и возникновением изменяющихся параметров удельной контактной нагрузки.

3. При обработке поверхности корыта пера лопатки возникают значительные перепады значений контактной нагрузки из-за вхождения инструмента в зоны, где радиус кривизны обрабатываемой поверхности лопатки и инструмента близки по своим значениям. На рис. 4. представлен эпюр удельной контактной нагрузки на поверхности лопатки, возникающий от действия инструмента. Здесь цифрами показано: 1 обрабатываемая поверхность лопатки, 2 – эпюр контактной нагрузки, возникающий от действия инструмента на поверхность лопатки.

89

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Все выше перечисленные особенности приводят к возникновению неравномерных удельных контактных давлений при полировании поверхностей лопатки и снижению параметров качества лопаток ГТД в целом. Поэтому вопросы определения удельных нагрузок в зоне контакта полировального инструмента и поверхностей лопатки имеет важное значение для повышения точности процесса формообразования поверхностей корыта и спинки лопатки, а также параметров шероховатости и других свойств поверхностного слоя.

Рис.

4. Эпюр удельной контактной нагрузки на поверхности лопатки от действия инструмента 4. Математические модели взаимодействия инструмента и поверхности лопатки Проведенные исследования особенностей контакта инструмента и поверхностей пера лопатки при полировании позволил установить варианты их взаимодействия, которые представлены в табл. 1. Таблица 1. Особенности контактирования полировального круга поверхностями лопатки и распределения удельной нагрузки по пятну контакта № Наименование п\п обрабатываемой поверхности пера лопатки Спинка 1 Корыто 2

с

Вид контакта Тип распределения удельной по исполнительной линии нагрузки по пятну контакта образующая направляобразующая направляю ющая щая внешний внешний по Герцу по Герцу 1-й вариант контактирования внутренний внешний по Герцу по Герцу 2-й вариант контактирования внутренний внутренний по Герцу по Герцу 3-й вариант контактирования внутренний внутренний по Штайерману по Герцу (радиусы почти равны)

Анализируя варианты взаимодействия поверхностей и особенности распределения нагрузки по пятну контакта инструмента и поверхности лопатки, представленные в табл. 1, можно отметить, что при обработке поверхности спинки лопатки существует один их вариант взаимодействия (внешний – внешний контакт), характеризуемый распределением контактной нагрузки, которое можно описать распределение Герца, как по образующей, так и по направляющей лопатки. Здесь один вид контакта между поверхностями, однако, в наличии изменяющиеся радиусы кривизны поверхности в направлении образующей и в направлении направляющей линий лопатки. Поэтому обработка поверхности спинки характеризуется постоянством

90

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

вида контакта по всей поверхности, но изменяющимся радиусом кривизны поверхности спинки лопатки. В этом случае, распределение нагрузки по пятну контакта будет характеризоваться законом Герца, как по образующей, так и по направляющей поверхности спинки лопатки. Можно отметить, что распределение контактной нагрузки по Герцу достаточно хорошо описано в современной литературе и разработаны формулы для инженерных расчетов [9, 10]. При полировании поверхности корыта мало того, что имеется переменный радиус кривизны обрабатываемой поверхности, возникают три варианта контактирования инструмента и поверхности (табл. 1). Эти особенности приводят к возникновению больших неравномерностей процесса обработки и снижению параметров качества обработки. Поэтому поверхность корыта обрабатывать более сложно по сравнению с поверхностью спинки пера лопатки. Можно отметить, что при распределении контактной нагрузки в соответствии с законом Герца внутреннего и внешнего контакта достаточно хорошо изучены в современной литературе, поэтому эти вопросы не будем детально рассматривать. При распределении нагрузки по Штаерману – Герцу (табл. 1) могут происходить значительные изменения удельного давления, которые приводят к снижению качества поверхности лопатки. В этом случае удельная нагрузка по образующей распределяется в соответствии с законом Штайермана, а по направляющей - по Герцу. Эти вопросы мало исследованы и требуют дальнейшего изучения, поэтому рассмотрим более детально эти вопросы. Используя закон распределения контактной нагрузки, действующий по образующей в соответствии с распределением Штаермана [9], а по направляющей – по Герцу [10] можно записать следующую систему уравнений 0 0    1 1 1 1 2(v1r11  v2 r21 )  p ( ) cos(   ) ln tg d  ( x1r11  x2 r21)  p( 1 ) sin    1 d 1   2  0  0  0   2v1r11  p( 1 )d 1  (r21  r11)(1  cos )  y cos ;   (1)  0   0     0;    r11r12 2 Pi  3,636 p ( ) cos d ,  E 0  где 1  2 1 2  2 2 v1  , v2  , 41 (1  1 ) 4 2 ( 2   2 )

1 1 , x2  .

4(1  1 ) 4( 2   2 ) Здесь: 1 , 1 , 2 ,  2 - упругие постоянные контактирующих поверхностей инструмента и лопатки; Е – модуль упругости; Рi – нагрузка, прикладываемая к инструменту;  - угол до рассматриваемой точки в области контакта. Решение этой задачи сводится к решению интегродифференциального уравнения Прандля, метод, решения которого предложен Векуа [9]. Оно сводится к x1 

91

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

замене одной из функций приближенным выражением, однако решение такого уравнения получается в замкнутом виде и полученные определенные интегралы не выражаются в явном виде. Поэтому решение этой системы уравнений выполняется методом конечных разностей. Разобьем интервал 0,  0 в системе (1) на n равных частей и будем считать, что в каждом из полученных подинтервалов функция p ( ) сохраняет постоянное значение: p( )  p k , (k  1)v    kv ,

0 . n Учитывая, что в системе (1) функции четные, можно положить:   lv, (l  1, 2, ..., n) . Тогда, проделав ряд соответствующих преобразований, решение сводится к использованию метода конечных разностей. Сглаживая получаемые при этом ступенчатые эпюры распределения удельной контактной нагрузки, получим эпюр, определяемый интегральной системой уравнений (1). k  1, 2, ..., n,

v

5. Результаты и основные рекомендации Для повышения качества рабочей криволинейной поверхности пера лопатки ГТД с изменяющимся радиусом ее кривизны ГТД и повышения точности обработки необходимо учитывать следующие особенности обработки: 1. Для исключения условий, когда радиусы кривизны полирующего круга и обрабатываемой поверхности по своим размерам почти равны, необходимо обеспечивать радиус полирующего круга в продольном сечении следующих размеров r11  (0,7  0,8) r21 min , где r21 min - минимальный радиус кривизны обрабатываемой поверхности лопатки. В этом случае контактная нагрузка при полировании будет изменяться не значительно. Следует заметить, что в условиях, когда радиусы кривизны полирующего круга и обрабатываемой поверхности по своим размерам почти равны, возникают значительные перепады удельных давлений из-за перераспределения контактного давления на большие размеры площадки контакта. При этом при переходе из режима обработки, когда радиусы кривизны почти равны в обычные условия обработки, когда радиусы кривизны имеют различие, происходит значительное изменение удельной нагрузки, что ведет к изменению свойств (параметров шероховатости) поверхности лопатки. Это ведет к снижению параметров качества рабочих поверхностей лопатки ГТД.

2. Режущую часть полирующего круга в поперечном сечении следует выполнять с закруглением.

3. При обработке поверхности корыта пера лопатки для каждой ступени лопаток должен быть свой конкретный полирующий круг. При этом для комплекта ступеней лопаток должен быть сформирован комплект инструментов. В ряде случаев один инструмент может быть применен для обработки лопаток 2 … 3 ступеней близких размеров.

4. При обработке поверхности лопатки необходимо обеспечивать параметры поджима полирующего круга из условия средних параметров нагружения. Для определения параметров нагружения зоны полирования необходимо предварительно проводить соответствующие расчеты.

92

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

5. Для обеспечения постоянных параметров качества рабочих поверхностей лопатки необходимо вести управление параметрами за счет изменения усилия поджима полирующего круга. Приведенные рекомендации нужно учитывать при обработке рабочих поверхностей пера лопатки ГТД.

6. Заключение Таким образом, выполненные исследования дают возможность решать вопросы повышения качества криволинейных поверхностей ГТД из титановых сплавов на основе установления механизма полировки и определения схем взаимодействия инструмента и поверхности лопатки. В представленной работе решены следующие вопросы: 1. Проведенные исследования позволили определить физическую сущность и механизм процесса полирования криволинейных поверхностей лопатки. При этом установлено, что процесс полирования лопаток из титановых сплавов обусловлен действием комплекса различных типов технологических воздействий.

2. В работе установлены основные особенности обработки и схемы взаимодействия инструмента и криволинейных поверхностей лопатки. При этом показано, что процессу обработки криволинейных поверхностей пера лопатки свойственны резко изменяющиеся параметры контактирования полировального круга и рабочей поверхности лопатки в зоне их контакта.

3. Выполненные исследования позволили разработать математические модели взаимодействия инструмента и поверхности лопатки.

4. В данной работе представлены основные рекомендации по повышению качества обработки криволинейных поверхностей лопатки. Список литературы: 1. Богуслаев В.А., Яценко В.К., Притченко В.Ф. Технологическое обеспечение и прогнозирование несущей способности деталей ГТД. – Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2006. – 335 с. 2. Богуслаев В.А., Цыпак В.И., Яценко В.К. Основы технологии машиностроения. Учебн. пособие для студентов машиностр. спец. вузов. – Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2003. – 336 с. 3. Полетаев В.А. Технология автоматизированного производства лопаток газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 2006. – 256 с. 4. Демин Ф.И., Проничев Н.Д., Шитарев И.Л. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей: Учеб. пособие.

– М.: Машиностроение, 2002. – 328 с. 5. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г., Барботько А.И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов. – Минск: Наука и техника, 1976. - 328 с. 6. Гавриш А.П., Мельничук П.П. Фінішна алмазно-абразивна обробка магнітних матеріалів. – Житомир: ЖДТУ. 2004. - 551 с. 7. Качество машин: Справочник. В 2-х т. Т.1 / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. - М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.; Т.2 / А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, А.М. Дальский и др. М.: Машиностроение, 1995. – 430 с. 8. Гусакова Л.В. Повышение эффективности шлифования поверхностей деталей из высоколегированных и жаропрочных материалов изменением конструкции и состава абразивного инструмента. Автореферат дис. ... канд. техн. наук. – Ростов н/д, 2012. - 18 с. 9. Штаерман И.Я. Контактная задача теории упругости. – М.: Гостехиздат, 1949. – 270 с. 10. Математический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - 847 с.

93

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.825 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ МУФТ Польченко В.В., Догадаев И.С., (каф., ДонНТУ, Украина) В процессах изнашивания важную роль играют состояние и свойства тонкого поверхностного слоя деталей машин, от которых зависит характер образования и разрушения вторичных структур. Поверхностный слой формируется при окончательной механической обработке деталей машин. В настоящее время в машиностроении применяется большое число способов формирования поверхностного слоя деталей[1]. К основным методам, обеспечивающим повышение надежности и долговечности деталей машин, относятся: упрочнение пластическим деформированием, термообработка, наплавка и напыление износостойкого материала на рабочие поверхности деталей, электротехнические покрытия полимерными материалами и т. д. Эти методы дают возможность получать поверхностные слои с нужными эксплуатационными свойствами. Из перечисленных методов наиболее технологичным для зубчатых муфт может быть дробеструйный наклеп. Для реализации технологического процесса могут быть использованы механические и пневматические установки (рис 1). Они просты по устройству, обеспечивают концентрированный поток дроби и позволяют вести обработку внутренних и фасонных поверхностей, что важно при обработке зубьев. Эффективность дробеструйного наклепа зависит в первую очередь от глубины наклепанного слоя и определяется кинетической энергией дроби и длительностью наклепа. Соответствующим подбором режима дробеструйного наклепа можно добиться высокой эффективности упрочнения зубьев зубчатых муфт. К режимам обработки относятся, скорость дроби, её размер, продолжительность обработки, расстояние обрабатываемой поверхности от места вылета дроби, угол падения на обрабатываемую поверхность. Эксперимент по выявлению влияния режимов обработки на состояние поверхностного слоя был проведен на образцах зубьев зубчатых муфт, изготовленных из стали 45.

Рис.1. Некоторые способы поверхностного упрочнения: а) пневматический наклеп дробью; б) механический наклеп дробью; в) центробежно-шариковый наклеп Установлено, что дробеструйный наклеп повышает твердость поверхностного слоя зубьев. Повышение твердости в результате наклепа может достигать 20-30%. Максимальную твердость имеют поверхностные слои, толщина которых в зависимости от времени обработки может достигать 0,2 мм. С ростом кинетической энергии удара дроби и продолжительности обработки твердость металла увеличивается. Угол падения дроби оказывает также существенное влияние на повышение твердости. Наилучшие результаты достигаются при угле падения дроби 70о. Изменением времени дробеструйной обработки можно управлять шероховатостью обрабатываемой поверхности и достигать Rа3,2…6,3 мкм. Исходная шероховатость при этом на шероховатость окончательную не влияет. Упрочнение поверхностного слоя зубьев муфты дробеструйным наклепом способствует повышению износостойкости рабочих поверхностей главным образом за счет 94

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

наклепа. Повышение твердости, прочности и активизация поверхностного слоя при наклепе способствует установлению динамического равновесия разрушения и восстановления вторичных структур. А это оказывает существенное влияние на расширение диапазона нагрузок, при которых происходит нормальный окислительный износ. На образцах зубчатых втулок, предварительно обработанных дробью, при трении в среде смазки Индустриальное 30, даже при высоких давлениях (до 890 МПа) не развивается схватывание I рода и стабильно сохраняется нормальный окислительный износ. Существенное влияние на процессы изнашивания оказывает специфическая микрогеометрия поверхностного слоя. В результате ударного воздействия дроби поверхность образца покрывается многочисленными лунками, которые являются своего рода «карманами» для смазки. Это способствует более надежному удержанию смазки в зоне трения и выполнению основных функций ее – физическое разделение трущихся поверхностей, деконцетрация напряжений и химическое экранирование. Одним из распространенных методов повышения долговечности зубчатых муфт является термическая обработка. Интенсивность изнашивания J при сухом и граничном трении в условиях пластического контакта с позиций молекулярно-механической теории трения обратно пропорциональна твердости НВ в степени γ [2]

J

1

,

HB t 1  1 , 2 где t - показатель кривой усталости,  - константа кривой опорной поверхности.

(1) (2)

Следовательно, для увеличения долговечности зубчатых муфт необходимо подвергать их упрочняющей термообработке, что не всегда предусматривается технологическими процессами машиностроительных предприятий, изготавливающих зубчатые муфты. Результаты сравнительных испытаний износостойкости образцов из стали 45 после объемной закалки при нагреве в печи и после поверхностной закалки с применением ТВЧ показали, что в условиях окислительного износа с небольшой скоростью скольжения, когда несколько проявляется атермическое схватывание, высокочастотная закалка повышает износостойкость почти вдвое [2]. Применение закалки ТВЧ предпочтительно еще и потому, что наличие твердого поверхностного слоя и вязкой сердцевины не снижает прочности и податливости зубьев муфты. Одним из основных факторов, влияющих на износостойкость пар трения, является давление на контактирующих поверхностях. Давление зависит от нормального усилия и реальной площади контакта. Значительное влияние на реальную площадь контакта оказывает шероховатость поверхности, конфигурация микронеровностей. Различные способы обработки обеспечивают различные параметры шероховатости в различных направлениях. При одинаковой величине Rа могут быть различными максимальная и минимальная высота микронеровностей, параметры кривой опорной поверхности, что приводит к различным условиям трения. Определением оптимальной высоты шероховатости, направлением микронеровностей относительно вектора относительного перемещения контактирующих тел можно достичь увеличения износостойкости, по крайней мере, на периоде приработки. А технологическая наследственность обработанной поверхности проявится в период эксплуатации зубчатых муфт. Список литературы. 1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред.А.М.Дальского, А.Г.Суслова, А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова -5-е изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение -1, 2001г. 944 с.ил. 2. Крагельский И.В. Трение и износ.М.:Машиностроение, 1968.

95

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9: 658.5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ АЛМАЗНЫМ ТОЧЕНИЕМ И ВЫГЛАЖИВАНИЕМ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ Брадулов П.Р., Ивченко Т.Г. (кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. Представлена методика оптимизции параметров комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки тонким точением и алмазным выглаживанием, обеспечивающих заданный уровень шероховатости поверхностного слоя и максимальную производительность. Разработаны рекомендации по выбору оптимальных режимов обработки для закаленной стали 12ХН3А. Ключевые слова: точение, выглаживание, сталь, оптимизация, скорость, подача Одним из наиболее перспективных направлений повышения эффективности современного машиностроительного производства является использование комбинированных методов обработки, обеспечивающих как снижение трудоемкости за счет совмещения операций, так и высокое качество поверхностного слоя деталей. Не менее важным является также обеспечение оптимальных условий применения этих методов, обеспечивающих максимальную производительность обработки. Наиболее распространенным является комбинирование лезвийной и отделочноупрочняющей обработки, для каждой из которых достаточно хорошо изучены закономерности формирования поверхностного слоя обрабатываемых деталей и условия рационального применения [1, 2]. Однако сведения об особенностях комбинированной обработки тонким точением и алмазным выглаживанием весьма ограничены, хотя применение инструментов из сверхтвердых материалов в настоящее время является весьма эффективным способом повышения производительности и качества обработки закаленных сталей. Исследование возможностей и оптимизация параметров комбинированной обработки тонким точением и алмазным выглаживанием, выполненные в работе [3], требуют дальнейшего расширения в определении ограничений по шероховатости обработанной поверхности для различных условий обработки. Цель представляемой работы – определение оптимальных параметров комбинированной обработки точением и выглаживанием, обеспечивающих заданный уровень шероховатости поверхностного слоя и максимальную производительность. Для решения задачи оптимизации используется метод линейного программирования [4], позволяющий осуществлять одновременную оптимизацию скорости и подачи с учетом действующих ограничений по критерию максимальной производительности. Целевая функция - производительность обработки, максимум которой достигается при минимуме основного времени, или максимуме произведения nS max. (n, S - частота вращения и подача). Основные ограничения, рассматриваемые в настоящей работе при комбинированной обработке точением и выглаживанием, ограничения по возможностям лезвийного режущего инструмента из сверхтвердого материала – эльбора - Р и по предельно допустимой шероховатости обработанной поверхности Ra.

96

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Отсутствие справочных сведений о взаимосвязи параметров шероховатости с условиями комбинированной обработки требуют проведения специальных исследований. Ограничения по шероховатости обработанной поверхности устанавливаются на основании известных теоретических зависимостей параметра шероховатости Rz от условий лезвийной и отделочно - упрочняющей обработок [1, 2]. При комбинированной обработке тонким точением и алмазным выглаживанием параметр шероховатости Rz рассчитывается с учетом того, что исходным для алмазного выглаживания является параметр шероховатости, полученный при тонком точении той же поверхности при одних и тех же скоростях резания и подачах:

R z  S 2 8R 

r 4r 2  S 2 0.5 1  2 o  T 2S  0.5 1  2 o  T     cos 2 cos 32r

    2 0.5 150P 1  f    RP    Rt H 180  arccosS  a ïë  a ïë h mu   êèí  h óï  2h óï    180  









0,5

 R zu

, (1)

где R- радиус алмазного индентора; r – радиус при вершине резца; γ – передний угол резца;  - радиус скругления режущей кромки резца; о - сдвиговая прочность обрабатываемого материала; Т – предел текучести обрабатываемого материала; Rp - высота сглаживания профиля шероховатости; Р – рабочее усилие при выглаживании; f – коэффициент трения скольжения; tmи – относительная длина опорной линии исходного профиля шероховатости; Н - поверхностная микротвёрдость; aпл – радиус пластического отпечатка; hкин – глубина внедрения индентора в обрабатываемую поверхность, hуп - величина упругого восстановления; Rzи - шероховатость рабочей части инструмента. На основании регрессионного анализа с использованием формулы (1) установлена упрощенная аналитическая зависимость параметра шероховатости Ra от подачи S в степенном виде, удобном для использования в качестве ограничения, а также разработана методика опреления коэффициентов CR и показателей степени nR при различных условиях комбиниованной обработки:

Ra  CR S nR ,

(2)

С учетом указанных ограничений установлены аналитические зависимости для определения оптимальных значений подачи Sо и скорости резания Vо:, обеспечивающих максимальную производительность: 1 Ra  n R 

 S î     CR 

 C K ; Vo   V V  TS yV t xV  o

1

m  .  

(4)

где CV, KV, xV, yV, m – коэффициенты и показатели степени влияния глубины t, подачи S и стойкости T на скорость резания V при тонком точении. В качестве примера в табл. 1 представлены оптимальные режимы комбинированной обработки тонким точением и алмазным выглаживанием стали 12ХН3А(HRC 55-57).

97

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Усилия выглаживания. P, Н Радиус индентора R, мм

Таблица 1. Оптимальные режимы комбинированной обработки стали 12ХН3А Шероховатость обработанной поверхности Ra, мкм 0.025

0.05

0.1

0.2

0.4

0.8

1.6

S (V)

S (V)

S (V)

S (V)

S (V)

S (V)

S (V)

2.0

-

0.03 (40)

0.05 (36)

0.07 (32)

0.1 (29)

0.15 (27)

0.2 (24)

2.5

-

0.03 (42) 0.07 (32) 0.04 (38) 0.03 (40) 0.03 (41) 0.05 (36) 0.04 (39) 0.03 (40)

0.04 (37) 0.09 (30) 0.06 (35) 0.05 (36) 0.04 (37) 0.07 (33) 0.05 (35) 0.05 (36)

0.06 (34) 0.11 (29) 0.08 (31) 0.07 (33) 0.06 (33) 0.09 (30) 0.08 (32) 0.07 (33)

0.09 (30) 0.13 (27) 0.11 (29) 0.1 (29) 0.1 (30) 0.12 (28) 0.11 (29) 0.1 (29)

-

-

0.16 (26) 0.16 (26) 0.15 (26) 0.14 (27) 0.16 (26) 0.16 (26) 0.15 (26)

0.2 (24)

150

2.0 2.5 250 3.0

-

3.5

-

2.5 300

0.06 (34) 0.03 (42)

3.0 3.5

0.04 (39) 0.03 (43) -

-

Из таблицы следует, что с увеличением усилия выглаживания оптимальные значения подачи для одних и тех же радиусов индентора и значений шероховатостей постепенно увеличиваются, а значение оптимальных скоростей обработки уменьшается. Таким образом, в результате проведенных исследований разработана методика определения оптимальных параметров комбинированной лезвийной и отделочноупрочняющей обработки точением и выглаживанием, обеспечивающих заданный уровень шероховатости поверхностного слоя и максимальную производительность. Список литературы: 1. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин.

- М.: Машиностроение, 2000. - 320с. 2. Качество машин: Справочник. В 2 т. Т.1 / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. - М.: Машиностроение, 1995.-256с. 3. Ивченко Т.Г. Исследование возможностей и оптимизация параметров комбинированной обработки тонким точением и алмазным выглаживанием / Т.И. Губин., Т.Г. Ивченко // ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2008, № 9. - С.22-25. 4. Кроль О.С., Хмелевский Г.Л. Оптимизация и управление процессом резания. Учеб. Пособие.- К.:УМК ВО, 1991. - 140с.

98

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9: 658.5 АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН КОМБИНИРОВАННЫМИ МЕТОДАМИ ОБРАБОТКИ Брадулов П.Р., Ивченко Т.Г.(кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. Выполнена сравнительная оценка различных методов комбинированной лезвийной и отделочно – упрочняющей обработки по обеспечению параметров шероховатости обработанной поверхности и износостойкости деталей машин в зависимости от подачи. Установлена возможность повышения износостойкости при использовании комбинированной обработки тонким точением и выглаживанием. Ключевые слова: точение, обкатывание, выглаживание, комбинированная обработка Повышение эксплуатационных свойств деталей машин и, прежде свсего, износостойкости за счет совершенствования методов их механической обработки - весьма актуальная задача современного машиностроительного производства. Одним из перспективных направлений повышения эффективности производства является комбинирование лезвийной и отделочно-упрочняющей обработок, обеспечивающих как снижение трудоемкости за счет совмещения операций, так и высокое качество поверхностного слоя деталей машин [1, 2]. В настоящее время известны основные закономерности формирования параметров поверхностного слоя и их влияние на износостойкость, как для лезвийной обработки, так и для отделочно-упрочняющей [3, 4]. Однако сведения об особенностях комбинированной обработки практически отсутствуют, что весьма ограничивает область ее рационального применения. Цель работы – исследовать возможности повышения износостойкости при различных видах комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработках деталей машин. В настоящей работе в качестве показателя износостойкости использован коэффициент относительного изменения износостойкости Kи при постоянных условиях работы и физико-механических свойствах материала, имеющий следующий вид [3]: K u  Rîa Wîz H î max 

16

o t îm2 S îm 1 2 H î  2 3 ; 3

(1)

где Rоa = Ra/Ra б; Wоz = Wz/Wz б; Hоmax= Hmax/Hmax б; о = / б; tоm = tm /tm б; Sоm = Sm /Sm б; Hо = H/H б - относительные показатели параметров поверхностного слоя, определенные в сравнении с базовыми; Ra - среднее арифметическое отклонение профиля; Wz - параметр волнистости; Hmax –макроотклонение;  - коэффициент, учитывающий поверхностные остаточные напряжения;tm - относительная опорная длина профиля на уровне средней линии; Sm - средний шаг неровностей; H - поверхностная микротвердость. В представленной работе исследованы закономерности формирования параметров шероховатости и их влияние на износостойкость при различных видах комбинированной обработки точением, обкатыванием и выглаживанием наружных поверхностей вращения. Для комбинированной обработки тонким точением и обкатыванием роликами незакаленных сталей параметр шероховатости Ra равен [2]:

99

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Rà1  228,6V 0,11S 0,74 r 0,78 0,22 r p0,26 P 1,15 D 0p,86 .

(2)

где V - скорость резания; S – подача; r - радиус при вершине резца; ,  - передний угол; rр - приведенный радиус ролика; Р – усилие при обкатывании; Dp - диаметр ролика. Для комбинированной обработки тонким точением и обкатыванием, а также тонким точением и алмазным выглаживанием закаленных сталей параметр шероховатости Ra равен [3]:



0,95  max 0,24 d 0,13S 0,7V 0,22 ; 0.77  max 0,27 d a 0,3 S 0,59V 0,20 , r 0,29 

Ra 2  0,8 (90   ) 0,66 r 0,29



Ra3  1,1 0,8 (90   ) 0,66

(3) (4)

где  max – максимальные напряжения на контакте; d – диаметр шарика; da – диаметр алмазного индентора. Как следует из представленных зависимостей, наибольшее влияние на шероховатость имеет подача, поэтому в представленной работе выполняется анализ возможности управления шероховатостью за счет изменения подачи. В связи с тем, что при комбинированной обработке исходная шероховатость Rа переменна и уменьшается с уменьшением подачи, параметр шероховатости Rа, формируемый в результате комбинированной обработки меньше, чем при обычной отделочноупрочняющей обработке. Следовательно, при комбинированной обработке для одних и тех же подач может быть достигнута меньшая шероховатость поверхностного слоя, чем при обычной отделочно-упрочняющей обработке. Графики зависимости параметра шероховатости Ra от подачи S для различных видов комбинированной обработки: закаленных сталей – точением и обкатыванием роликами незакаленных сталей (Ra1), тонким точением и обкатыванием шариками закаленных сталей (Ra2), тонким точением и выглаживанием закаленных сталей (Ra3), представлены на рис. 1. Условия обработки незакаленной стали 45: твердосплавный резец Т15К6, радиус при вершине r = 2мм, передний угол  = 5о, скорость резания Vо = 100м/мин, приведений радиус rр = 1мм), сила при обкатывании Р = 500 Н, диаметр обкатного ролика Dp = 40мм. Условия обработки закаленной стали ШХ15 твердостью HRC63: при тонком точении эльбором передний угол  = 5о, радиус при вершине r = 1мм, скорость резания V = 100м/мин; при обкатывании и выглаживании: диаметр шарика d = 10мм, диаРис.1. Графики зависимости метр алмазного индентора da =5мм, напряжения  параметра шероховатости Ra от max = 5000МПа, скорость Vо = 100м/мин. подачи S при различных видах Наилучшими возможностями по обеспечекомбинированной обработки нию шероховатости поверхности обладает комби-

100

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

нированная обработка тонким точением и выглаживанием. При прочих сопоставимых условиях она обеспечивает наименьшее значение параметра шероховатости Ra3. Снижение шероховатости обработанной поверхности способствует снижению интенсивности изнашивания, то есть повышению износостойкости. Для количественной оценки изменения износостойкости в зависимости от подачи, изменяющей шероховатость, предлагается ввести коэффициент изменения интенсивности изнашивания: K  K u Ra S  K u Ra 0,05  ,

(5)

где Ки[Ra(S)] - коэффициент относительного изменения износостойкости Kи в зависимости от переменных значений параметра шероховатости Ra и подачи S; Ки[Ra(0,05)] - постоянное значение этого коэффициента при подаче S = 0,05мм/об, принятое за базу для сравнения при различных методах комбинированной обработки. Зависимости коэффициентов изменения интенсивности изнашивания от подачи для различных видов комбинированной обработки: точением и обкатыванием роликами незакаленных сталей (К1), тонким точением и обкатыванием шариками закаленных сталей (К2), тонким точением и выглаживанием закаленных сталей (К3) представлены на рис. 2. При прочих сопоставимых условиях комбинированная обработка тонким точением и выглаживанием обеспечивает наименьшее значение коэффициента изменения интенсивности изнашивания, то есть максимальную износостойкость. Рис.3. Графики зависимости Таким образом, выполнена сравнительная коэффициентов изменения оценка различных методов комбинированной лезинтенсивности изнашивания К вийной и отделочно – упрочняющей обработки по от подачи S при различных обеспечению параметров шероховатости обработанметодах комбинированной ной поверхности и износостойкости деталей машин обработки в зависимости от подачи. сталей На основании результатов исследований может регламентироваться выбор рациональных методов комбинированной обработки и рациональных подач, обеспечивающих заданный уровень шероховатости и повышения износостойкости. Методика может быть использована для различных методов комбинированной обработки. Список литературы: 1. Ивченко Т.Г. Оценка возможностей снижения шероховатости поверхностей при тонком точении и алмазном выглаживании / Т.И.Губин, Т.Г. Ивченко // ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2009, № 10. - С. 144-147. 2. Ивченко Т.Г. Оценка возможностей методов упрочняющй обработки поверхностно- пластическим деформированием в повышении эксплуатационных свойств деталей машин / А.А. Пустовой, Т.Г. Ивченко //ИНЖЕНЕР: студенческий научнотехнический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2008, № 9. - С.44-48. 3. Качество машин: Справочник. В 2 т. Т.1 / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. - М.: Машиностроение, 1995.-256с. 4. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. - М.: Машиностроение, 2000. - 320с.

101

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9.029 ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С ФУНКЦИОНАЛЬНООРИЕНТИРОВАННЫМИ СВОЙСТВАМИ Долматов Д.А., Лахин А.М. (кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В работе рассмотрен способ обеспечения переменных функциональноориентированных свойств рабочих поверхностей зубьев позволяющих обеспечивать более равномерный характер их износа. Для реализации данного способа, разработана схема нанесения покрытий, со сложной кинематической структурой движения зубчатых колес в вакуумной камере. Ключевые слова: технология, качество, износ, прочность Введение. Зубчатые колеса широко используются в современных машинах и технологических системах. Обладая рядом преимуществ по сравнению с другими видами силовых передач, при продолжительном использовании зубчатых передач постепенно снижаются их эксплуатационные функции, что проявляется увеличением шума в работе, заеданием, износом рабочих поверхностей зубьев и пр. При этом характер износа на рабочих поверхностях зубьев обычно переменный, однако подчиняется некоторым закономерностям, связанными с изменением скорости взаимного скольжения в различных точках контакта зубьев. Современные требования к качеству и эксплуатационным свойствам зубчатых колес достигаются на этапах отделочной и упрочняющей обработки рабочих поверхностей зубьев. Однако существующие методы не позволяют в достаточной степени обеспечивать свойства рабочих поверхностей зубьев относительно материала детали, что требуется для колес работающих в сложных эксплуатационных условиях, в частности открытых зубчатых передач, работающих без смазки, колес гидромашин и пр. Поэтому требуется применение новых, перспективных методов обработки, проявивших свою эффективность для других изделий современного машиностроения, работающих в подобных условиях эксплуатации. Одним из перспективных направлений создания технологического обеспечения производства изделий современного машиностроения, является функциональноориентированный подход [1], в котором требуемые свойства элементов изделия достигаются за счет реализации технологических воздействий реализуемых в зависимости от характера действия эксплуатационных функций. Цель данной работы: повышение качества зубчатых колес за счет разработки структурного и технологического обеспечения функционально-ориентированных технологий отделочной обработки рабочих поверхностей зубьев. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: на основе анализа действия эксплуатационных функций на элементы зубьев, разработать технологические методы позволяющие исключить неравномерный износ рабочих поверхностей зубьев; подтвердить эффективность разработанных методов на основе ресурсных испытаний. Основное содержание и результаты работы. Механический износ рабочих поверхностей зубьев возникает вследствие разности

102

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

тангенциальных составляющих скорости в точке контакта сопряженных зубьев шестерни и колеса [2]. При этом разность скоростей, и, соответственно путь трения, наибольший на участках у головки и ножки зуба, а в полюсе зацепления - скольжение отсутствует. Это вызывает неравномерный механический износ вдоль рабочего профиля зуба, характер которого соответствует графику скорости взаимного скольжения. Предыдущими исследованиями установлено [3], что переменный характер износа вследствие трения профилей сопряженных зубьев наиболее ярко проявляется для тяжело нагруженных передач работающих при скоростях до 20 м/с, а также открытых передач, работающих в условиях сухого трения. При этом интенсивность изнашивания зубьев тяжелонагруженных передач определяется выражением [3]: m2

m

m4

3 1   H      RT    100  Ih  k          HB   hсм   Q    1  ,

m

(1)

где k, m1, m2, m3 – коэффициент, и показатели степени, учитывающие физикомеханические свойства контакта; χ – приведенный параметр шероховатости сопрягаемых поверхностей; hсм – толщина смазочного слоя, образованного слоем граничной смазки и смазочным слоем контактно-гидродинамической природы; v100, v1 – соответственно, кинематическая вязкость масла при 1000С и при рабочей температуре смазочного материала. Из приведенной формулы видно, что интенсивность изнашивания контактируемых поверхностей обратно пропорциональна твердости, а следовательно, при прочих равных условиях, повышение твердости поверхностного слоя способствует снижению интенсивности изнашивания рабочих поверхностей зубьев. Поэтому среди технологических методов обработки зубчатых колес наибольший интерес представляют методы, обеспечивающие увеличение твердости поверхностного слоя, закономерно изменяющейся по высоте зуба. Одним из наиболее рациональных методов обеспечение данных свойств рабочих поверхностей зубьев является нанесение вакуумных ионно-плазменных покрытий переменной толщины и свойств по высоте зуба. При этом поэтапное нанесение слоев покрытия различного состава обеспечивает переменные механические свойства, а сообщение требуемой кинематики движения зубчатых колес относительно плазменных потоков позволяет достичь плавное уменьшение толщины покрытия от участков головки и ножки зуба с наибольшим взаимным скольжением (и, соответственно, наибольшим износом), к зонам у делительной окружности, где износ наименьший. Синтез вариантов движения изделий в вакуумной камере [4] позволил выделить схему движения зубчатых колес, позволяющую решить поставленную задачу (рис. 1, а)[8], а также разработать конструкцию планетарного стола для реализации предложенной кинематики движения зубчатых колес в вакуумной камере (рис. 1, б).

103

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

а) б) Рис. 1. Схема движения (а) и конструкция стола вакуумной камеры (б), обеспечивающие переменные свойства по высоте зубьев в соответствии с условиями эксплуатации Результаты нанесения 12-слойного композиционного покрытия на рабочие поверхности зубьев с использованием данной схемы движения (рис.1, а), представлены графиками изменения толщины покрытия (рис.2, а) и микротвердости (рис.2, б) по высоте зуба. Данные графики позволяют отметить тенденцию к плавному уменьшению толщины покрытия и микротвердости от зон с наибольшей скоростью взаимного скольжения профилей.

б)

а)

Рис. 3. Результаты измерения толщины покрытия (а) и микротвердости (б) по высоте зуба Оценка эксплуатационных свойств зубчатых колес производилась ресурсными испытаниями пар зубчатых колес, позволивших оценить степень и характер износа зубьев в течении периода эксплуатации. Целью испытаний было определить характер изменения профиля зуба в период приработки и в начальный период эксплуатации зубчатой передачи, а также сравнить уровень и равномерность износа зубьев исходных колес, с износом зубьев имеющих функционально-ориентированные. Оценка производилась путём вычисления разностей толщин зуба в фиксированных сечениях через определённые промежутки времени эксплуатации. Анализ полученных результатов измерения износа показал, что в среднем износ зубьев с покрытиями в период приработки уменьшился на 45% по сравнению с зубьями исходных зубчатых колес. Кроме этого отметим, что многослойное покрытие обеспечивает более высокую износостойкость по сравнению с аналогичными изделиями, подвер-

104

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

гавшимся традиционным методам упрочнения. По экспериментальным данным были построены графики (рис. 4) отражающие характер изменения износа по различным сечениям профиля зубьев.

а) б) Рис. 4. Графики износа по высоте зубьев, полученные в результате 48 часов ускоренных ресурсных испытаний: а) исходная зубчатая пара; б) зубчатая пара с 12-ти слойным композиционным покрытием Анализ графиков износа исходных зубчатых колес (рис. 5, а) подтверждает теоретические положения о неравномерности износа по высоте зуба вследствие изменения скорости взаимного скольжения. Причем разность износа на вершине и вблизи полюсной линии зуба достигает 0,04÷0,05 мм, и, как результат, наблюдается значительное искажение профиля зуба. Для колес с покрытиями (рис.4, б) наблюдается более равномерный характер износа по высоте зуба (максимальная разность износа не превышала 0,015 мм). Это достигнуто за счет переменных свойств рабочей поверхности зуба, при использовании многослойных покрытий различных свойств. Выводы. Таким образом, в работе предложен способ нанесения многослойных покрытий переменной толщины на рабочие поверхности зубьев, позволяющий обеспечивать переменные свойства вдоль рабочего профиля, для достижения равномерного износа по высоте зуба. Эффективность данного способа подтверждена серией ускоренных ресурсных испытаний, позволивших отметить более равномерный характер износа по высоте зуба и меньшее его искажение, а также значительное увеличение ресурса зубчатых колес. Список литературы: 1. Михайлов А.Н. Основы синтеза функциональноориентированных технологий машиностроения. – Донецк: ДонНТУ, 2008. - 346 с. 2. Кудрявцев В.Н. Зубчатые передачи. - М.: «Машгис», 1957. – 263 с. 3. Когаев В.П. Прочность и износостойкость деталей машин. Учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов / В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. – М.: Высш. школа, 1991. – 319 с.

ISBN 5-06-001905-5. 4. Лахин А.М. Особенности применения фукнциональноориентированного подхода в производстве изделий с зубчатым венцом // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2013. Вип. 45. С. 149 – 155.

105

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СДВИГОВЫМ РЕГИСТРОМ ЧЕРЕЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПОРТ КОМПЬЮТЕРА Матлахов В.П., Рыжиченко А. И. (каф. АТС, БГТУ, г. Брянск, Россия) В настоящее время последовательный порт активно используется в системах, которым необходимо передавать малые объемы информации. RS-232 – протокол обмена через COM порт. В таких устройствах реализуется асинхронная передача данных, то есть без синхронизирующих импульсов, где используются RxD и TxD – линии принимаемых и отправляемых данных. Устройства должны заранее быть настроены на одинаковую скорость передачи данных. COM порт активно вытесняется USB интерфейсами: на многих современных компьютерах уже нет его, но из-за своей простоты он все еще используется. Существуют переходники USB - COM, которые позволяют создать виртуальный COM порт и пользоваться им даже на ноутбуках. Асинхронная передача через порт связана с некоторыми сложностями, например, необходимость использования программируемого микроконтроллера, поэтому создание простой программы с понятным интерфейсом является весьма актуальной задачей. Микросхема 74HC595 – восьмиразрядный сдвиговый регистр, 8 из 16 ножек которой отражают информационное состояние регистра. Работа с этой микросхемой предельно проста для понимания: на вход данных подается сигнал – логический 0 или 1, который требуется записать, далее на соответствующую ножку подается тактовый импульс, после этих действий в регистре данных будет записан 1 бит. Повторяя эти действия восемь раз, мы полностью заполним регистр. Чтобы записанные данные появились на выводах микросхемы, необходимо подать импульс на так называемый вход «защелкивающий» данные. То есть для управления сдвиговым регистром необходимо 3 выхода COM порта. Представленная программа использует линию RTS для передачи данных, DTR для тактовых импульсов и TxD для «защелкивания» данных. В отличие от всех остальных сигнальных линий в компьютерах, где используются напряжения от +5 В до 0, в интерфейсе RS-232 уровни напряжения сигнала могут лежать в диапазоне от -15 В до +15 В. Логическая единица определена как напряжение от +3 до +15 В, а логический ноль — от -3 до —15 В. Неопределенное значение относится к промежутку между —3 и +3 В. Для согласования логических уровней порта и регистра на отладочной схеме были использованы обыкновенные резисторные делители напряжений и диоды для каждого выхода порта. На программном уровне для доступа к COM порту используются API функции Windows. Все действия с портом сводятся к трем простым задачам: во-первых, определение доступных COM портов в системе, во-вторых, открытие порта и в-третьих, передача данных в регистр, последнее осуществляется путем последовательных изменений логических состояний выходов порта. Решение этих задач реализовано посредством разработки класса на языке C++, на основе которого можно создавать программы с другим функционалом, если не достаточно данной программы. После передачи, в программе номера выходов микросхемы подсвечиваются, это позволяет определять, правильно ли работает устройство. В разработанной программе также имеется обработка изменения напряжения с трех входов: DSR, CTS, DCD, на которые можно доверить контроль за ходом выполнения программы (останавливать передачу и запускать). Пользователь может формировать передаваемые данные в виде таблицы, где пустая клетка – логический ноль, а крестик - единица, либо загружать из файла. Таблицу

106

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

данных, для быстрого редактирования, можно заполнять «рисуя» крестики (как в Paint), зажав левую кнопку мыши, либо стирать зажав правую. Также можно устанавливать задержку между посылками, с точностью до 1 миллисекунды. Перед действиями, такими как закрытие и удаление данных из таблицы, программа обязательно выведет диалог, который предложит сохранить, либо отменить операцию. На командных кнопках размещены пиктограммы, что делает программу интуитивно понятной для пользователя. Работоспособность проверялась на светодиодах и шаговых двигателях. В качестве демонстрационного макета был выбран лазерный проектор, на управление котором потребовалось всего три выхода. Принцип проектора заключается в отражении светового луча лазерной указки от зеркал, расположенных под определенными углами. С помощью компьютера, мы, изменяя скорости вращения зеркал, либо вовсе их останавливая, изменяем конечный рисунок проектора. Сопряжение последовательного порта с микросхемой 74hc595 сделано посредством стабилитронов на 5,1В[1,2]. Практическая значимость этой программы — возможность передавать цифровую информацию от компьютера на свои устройства, 8 выходов вполне достаточно, чтобы реализовать небольшие проекты по робототехнике и автоматизации: управление двигателями постоянного тока, шаговыми двигателями, светодиодами, семисегментными индикаторами, приводами клапанов и т. д. Есть возможность увеличения количества управляемых выходов посредством подключения других сдвиговых регистров, к выходам первого. Правда, чтобы подключать более мощные нагрузки, потребуются дополнительные элементы усиления, так как максимальный ток через кристалл регистра всего 70 mA. Чтобы управлять постоянным током, вполне достаточно использовать транзисторы или тиристорные ключи. Для переменного тока, можно выбрать симисторы, но оптимальным вариантом для коммутации напряжения сети будет твердотельное реле, так как в этом случае обеспечивается гальваническая развязка между низковольтными и высоковольтными контурами, что обеспечивает защиту микросхемы и персонального компьютера от повреждений. Конечно же в случае переменного тока можно и электромагнитное реле, но тогда потребуется дополнительное усиление для обмотки. Разработанная программа неплохо подходит для небольших проектов или для начинающих. Например, стандартную панель управления промышленных роботов, можно заменить данной программой, что может быть очень удобно. Один из минусов работы программы – не точная скорость передачи данных в регистр, а также при малых значениях задержки ее реальная величина довольно сильно плавает, особенно если процессор компьютера полностью загружен. Как альтернативу, можно предложить использовать микроконтроллеры, однако работа с ними подразумевает умение программировать и более высокие материальные затраты на их приобретение [3]. Список литературы: 1. Носов, Т. Управление приборами через COM-порт компьютера / Т. Носов// Радио. – 2007. –№11. –С.61–62. 2. Лечкин, А. Лазерный проектор с управлением через COM-порт/ А. Лечкин// Радио. – 2009. –№12. –С.41–44. 3. Федонин, О.Н. Разработка автоматизированной системы управления влажностью в сушильной камере на базе приборов фирмы «ОВЕН»/ О.Н. Федонин, В.А. Хандожко, В.П. Матлахов // Вестн. Брян. гос. техн. ун-та. – 2014. –№2. –С.27–30.

107

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9.025 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СМАЗОЧНООХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Сидорова Е.В., Калайда К.А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел.: +38 062 301 08 05, E-mail: sydorova@gmail.com Аннотация. Новые смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) и технологии их применения разрабатываются с целью улучшить технологические, экономические и экологические параметры обработки. В выполненном обзоре были рассмотрены основных направления совершенствования химического состава СОТС, разработки новых способов подачи СОТС, применения различных способов активации СОТС и комбинированных технологий. Ключевые слова: СОТС, химический состав, подача, активация, микросмазывание Введение Одним из распространённых и во многом универсальным методом интенсификации процесса резания является применение смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), функции которых состоят в повышении производительности процесса резания, повышения стойкости инструмента, а также улучшения качества обрабатываемой поверхности, что приводит к снижению себестоимости обработки. Новые СОТС и технологии их применения разрабатываются с целью улучшить: - технологические показатели обработки (стойкость инструмента, качество обработанной поверхности, отвод стружки); - экономические показатели (снижение себестоимости, минимизация расхода СОТС, регенерация СОТС); - экологические параметры (применение менее вредных составляющих элементов СОТС, минимизация расхода СОТС, регенерация СОТС, разложение отработанных СОТС, эксплуатационные характеристики). Целью данной статьи является обзор основных направлений совершенствования СОТС и технологий их применения. Для этого рассматриваются следующие вопросы: - совершенствование химического состава СОТС; - разработка новых способов подачи СОТС; - применение различных способов активации СОТС; - применение комбинированных технологий. Основные направления совершенствования смазочно-охлаждающих технологических средств В настоящее время существует четыре основных направления совершенствования обработки с применением СОТС: - совершенствование химического состава; - разработка новых способов подачи СОТС; - применение различных способов активации СОТС; - применение комбинированных технологий. Совершенствованию химического состава СОТС посвящены работы Мамедова П.Ш. (СОТС с синтезированными серосодержащими присадками на основе фенола и стирола), Макарова С.Н., Капаевой С. и Симинченко И.П. (полимерные СОТС), Тимако-

108

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ва А.С. (йодсодержащие СОТС), Сойту Н. Ю. (фуллеренсодержащие СОТС) и др. С целью решения экологической проблемы разрабатываются СОТС на растительной основе. Так Якубов Ч.Ф. предлагает применять СОТС на основе рапсового масла, однако его эффективность ограничена температурой резания до 300…3500С по причине выгорания масла. В этом же направлении есть работы Левина Я.А. и Башиновой В.М, Videau D. и Gosset S. Методы применения нетрадиционных СОТС, таких как жидкий азот (криогенное охлаждение), различных газов (диоксид карбона, азот, аргон), жидких кристаллов и их смесей частиц, твёрдых СОТС, распылённых в воздухе или в нефти, находятся в настоящее время в стадии разработки [1]. Каковым бы идеальным ни был химический состав СОТС, необходимо создавать определённые условия, в которой оно в наибольшей степени сможет проявить свои высокие свойства. Различные способы управления подачей СОТС позволяют улучшить применение традиционных СОТС. Это, прежде всего, управление расходом СОТС (увеличение давления или ,напротив, использование микросмазывания или воздушной струи) и управление направлениями подачи СОТС (фиксация сопел в определённых положениях) [1]. В работе Сукайло В.О. была установлена необходимость применения различных видов охлаждения для разных условий резания. Абдулаев Ш.Л. предлагает технологию совмещенного резания с нагревом поверхности заготовки тепловым потоком и рациональным охлаждением резца. Технология обработки «всухую» (под давлением воздуха) при рационализации параметров резания, инструментов и состава обрабатываемого материала позволяет исключить в некоторых случаях использование СОТС и использовать технологию обработки «всухую» [1]. Однако данная технология ограничивается областью возможности применения. Технологии использования в качестве СОТС ионизированного воздуха получили названия «сухое электростатическое охлаждение». Смазочная способность ионизированного воздуха недостаточна. Для более эффективного его действия на процессы стружкоотделения необходимо усиление этой функции СОТС. Исследования [2] позволяют сделать вывод, что ионизированный воздушный поток, имеющий в своем составе нано- и микродозы органических смазочных веществ оказывает положительное действие на работоспособность инструментов. В последнее время, как показывают отечественные и зарубежные публикации, требования к СОТС в связи с неблагоприятной экологической обстановкой значительно ужесточаются. Так, предполагается минимизировать расход СОТС или применять экологически чистые вещества в виде микродоз, например в капсулированном виде. Опыты в этом направлении впервые проведены в Ивановском государственном университете на кафедре технической физики. Последнее время уделяется также значительное внимание подаче СОТС в зону резания в распыленном состоянии, с расходом жидкости в несколько грамм в час, а также резанию в ионизированных жидкостях, в коронном разряде или при использовании «тихих разрядов» [3]. Руднев А.В. и Узунян М.Д. видят перспективу в применении техники минимальной смазки. СОТС, используемые для микросмазывания, должны также сопротивляться окислению, быть стабильными в течение долго периода хранения. Однако, ограниченная тепловая стабильность, снижает область применения микросмазывания [1].

109

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Для точения применяют также газовые средства. Причины высокой эффективности смазочного газового средства заключаются в более высокой проникающей способности на контактные поверхности вследствие вакуумного эффекта, а также высокой адсорбционной способности молекул газов [3]. Компания Sandvik Coromant предлагает систему CoroTurn HP [4]. CoroTurn HP это система полива СОТС под высоким давлением. Система может также работать под низким давлением. Поток СОТС, направленный под высоким давлением, всегда достигает зоны, где он наиболее необходимо. Сопла имеют фиксированное положение и не требуют дополнительной настройки. Преимущества системы – это качественное удаление стружки; возможность увеличение скорости резания на черновых видах обработки труднообрабатываемых материалов до 20%; а стойкости - до 50%. Однако большой объём требуемого СОТС не всегда даёт возможность сделать выбор в сторону данной технологии. Для использования жидкого азота, в качестве СОТС в работе [5] предложен метод, предполагающий распыление криогенной жидкости на режущую поверхность инструмента посредством двух фаз холодным паром и каплями. Широко получили распространение методы активации СОТС. Активация представляет собой процесс естественного или искусственного воздействия на СОТС с целью получения химически активных компонентов, необходимых для интенсивного формирования разделительных слоёв (вторичных структур) в контактной зоне [6]. Активации СОТС посвящены диссертационные работы Маркова В.В. [7], Цыпкина Е.Н. [8]. В работе Чистякова А.В. и Асцатурова Ю.Г. [9] утверждается, что физические методы активации смазочных материалов являются наиболее перспективными для применения в процессах обработки, так как их отличает гибкость и возможность использования в условиях автоматизированного производства. Механизм физической активации состоит в том, что атомы и молекулы СОТС под действием энергии, подведенной извне, преодолевают потенциальный барьер, который препятствует их взаимодействию с поверхностью металла в зоне контакта при резании. При этом ослабляются или разрываются межмолекулярные связи в молекуле вещества и усиливается эффект смазки при резании за счет образования новых реакционноспособных компонентов. СОТС переходит в некоторое метастабильное состояние, характеризующееся повышенной способностью к проникновению на контактные поверхности, к образованию смазочных пленок. Наиболее перспективное направление в настоящее время - это активация СОТС посредством наложения ультразвуковых колебаний. Эффективность данного метода, а также физические основы действия СОТС в контактных зонах при механической обработке заготовок с наложением ультразвуковых колебаний было наиболее широко представлено в работах проф. Киселёва Е.С. [10]. Различные способы разработки новых СОТС и технологии их применения, как показано выше, могут принести значительный эффект при интенсификации процесса точения. Однако достаточно сложно добиться максимальных результатов и обеспечить все требования, предъявляемые к СОТС, подбором лишь одного химического состава, или одной технологии подачи, или одним из способов активации. Более высоких результатов можно добиться в сочетании этих методов. Таким образом, концерн «Shell» разработал Shell Garia SL 601 [11] - СОТС на основе растительного масла, произведенного из рапсового масла. Благодаря системе прямого впрыска, разработанной специально для таких целей, Shell Garia SL 601 покрывает режущий инструмент микроскопической пленкой. Образование микроскопической пленки на поверхности режущего инструмента обеспечивает превосходные смазывающие свойства. Охлаждение происходит за счет воздуха,

110

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

который также подает Shell Garia SL 601 и удаляет стружку. Масляная пленка практически полностью расходуется на поглощение тепла, выделяющегося в процессе металлообработки. При этом не образуется ни запахов, ни испарений. В диссертационной работе Аснос Т.М. [12] была показана эффективность применения микрокапсулированных СОТС в активированной воздушной среде. Заключение. Существующие СОТС и технологии их применения позволяют в широком диапазоне варьировать и обеспечивать различные действия СОТС за счёт совершенствования химического состава, разработки новых способов подачи, применения различных способов активации и комбинированных технологий. Список литературы: 1. Bierla, A. Usinage des aciers prétraites à l’huile entière - effets physico-chimiques des additifs soufres: thèse présentée pour obtenir le grade de docteur: génie mécanique – procédés de fabrication / Bierla Aleksandra; ENSAM de Cluny. – Soutenue 24.09.09. – Cluny, 2009. – 206 p. 2. Латышев, В.Н. Влияние микродоз масла И-20А на эффективность ионизированной воздушной СОТС / В.Н. Латышев, А.Г. Наумов, В.А. Комельков // Металлообработка. - 2006. - N 5-6. - С. 18-20. 3. Латышев, В.Н. Трибология резания металлов: в 7 ч. / В.Н. Латышев. — Иваново: Иван. гос. ун-т., 2000. – Ч.1. – 68 с: ил. 4. Outils Coromant Capto avec arrosage haute pression [Электронный ресурс] / Sandvik Coromant.

– Режим доступа: http://www.coromant.sandvik.com/sandvik/2120/Internet/Coromant/se03324.nsf/GenerateTopF rameset?ReadForm&menu=&view=http%3A//www.coromant.sandvik.com/sandvik/2120/Inter net/coromant/se03325.nsf/Alldocs/Toolholding*Systems*2ACoroTurn*HP&banner=/sandvik/ 2120/Internet/Coromant/se03324.nsf/LookupAdm/BannerForm%3FOpenDocument (06.04.2014). 5. Šalak, A. Machinability of powder metallurgy steels / A. Šalak, M. Selecká, H. Danninger. — Cambridge International Science Publishing, 2005. – 536 p. 6. Смазочноохлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием: справочник / [Л.В. Худобин, А.П. Бабичев, Е.М. Булыжев и др.]; под ред. Л.В. Худобин.

— М.: Машиностроение, 2006. – 544 с. — Библиогр.: в конце гл. 7. Марков, В.В. Повышение эффективности и экологической безопасности лезвийного резания путем применения энергетической активации и оптимизации состава присадок СОТС: автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.03.01 / Марков Владимир Викторович; Ивановский государственный университет. – Иваново, 2004. –18 с. 8. Цыпкин, Е.Н. Повышение работоспособности инструмента из быстрорежущей стали в условиях прерывистого резания путем комбинированной активации СОТС: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.03.01 / Цыпкин Евгений Николаевич; Филиал ГОУ ВПО Московского государственного индустриального университета в г. Кинешме. – Кинешма, 2004. –20 с. 9. Чистяков, А.В. Средства технологического оснащения для активации СОТС при механообработке [Электронный ресурс] / А.В. Чистяков, Ю.Г. Асцатуров // Конференции БГТУ им. В.Г. Шухова. – Режим доступа: http://conf.bstu.ru/conf/docs/0017/0367.doc. - (06.04.2014). 10. Киселев, Е.С. Интенсификация процессов механической обработки использованием энергии ультразвукового поля: учебное пособие / Е.С. Киселев. – Ульяновск: УлГТУ, 2003. – 186 с. 11. Shell Garia SL 601 [Электронный ресурс] / Концерн « Shell ». – Режим доступа: http://shellnn.ru/uploads/cat/files/Garia%20SL%20601(TDS).pdf. - (06.04.2014). 12. Аснос, Т.М. Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента путем применения микрокапсулированных СОТС в активированной воздушной среде: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.03.01 / Аснос Татьяна Михайловна; Ивановский государственный университет.

– Иваново, 2004. –18 с.

111

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9: 658.5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ В ЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ Шахова И.Ю., Феник Л.Н. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В работе рассматривается одно из направлений повышения эффективности подготовки исходного сырья для получения качественных заготовок на начальном этапе производства изделий машиностроения. Ключевые слова: абразивная обработка, силовое шлифование, абразивный инструмент, режимы шлифования Исходным сырьём для получения большинства заготовок будущих изделий машиностроения являются продукты литейного и прокатного производства. При этом во многих случаях эта продукция может без дополнительной переработки поступать в механические цеха на обработку. Например, круглый или фасонный прокат может сразу подвергаться токарной или фрезерной обработки. Однако, размеры заготовки и готового изделия могут существенно отличаться по размерам и на заготовках могут присутствовать дефекты, что характерно для отливок и поковок. В настоящее время потребителем – машиностроительным предприятием - предъявляются повышенные требования к качеству получаемых заготовок. Естественно, что повышение качества заготовок приводит к некоторому удорожанию последних. Однако для современного механообрабатывающего производства такой подход оказывается более выгодным. Современное металлообрабатывающее оборудование – это дорогостоящие, высокоточные и высокопроизводительные станки, оснащённые эффективными системами программного управления. Стоимость станкоминуты работы такого оборудования достаточно высока, чтобы расходовать машинное время на удаление излишнего припуска или дефектного слоя. До недавнего времени предварительная обработка выполнялась лезвийным инструментом на более дешёвых, и, зачастую изношенных станках. На этом этапе с поверхности будущих изделий удалялся не только излишний припуск, но и дефектный слой, присутствующий в прокате. Недостатком такого вида предварительной обработки заготовок является повышенный износ инструмента и дальнейший износ оборудования. Совершенствование производства абразивного инструмента в области создания высокопрочных шлифовальных инструментов позволило повысить эффективность шлифовальных операций за счёт интенсификации режимов обработки. Это предопределило другие варианты использования процесса шлифования, кроме окончательной отделочной обработки изделий машиностроения. Цель работы – анализ состояния вопроса использования современных высокопроизводительных методов, которые применяются в заготовительном производстве, используемого оборудования и инструмента. В общем случае принцип обдирочного (силового) шлифования заключается в удалении за один проход большого припуска (до 10 мм.), значительно превышающего припуск при обычном шлифовании. В реальности на процесс обдирочного (силового) шлифования оказывают влияние совокупность ряда факторов: конструкция оборудования для силового шлифования, конструкция и характеристики инструмента, сочетания ре-

112

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

жимов шлифования и ряд других. Применительно к заготовительному производству обдирочное (силовое) шлифование используется для удаления с заготовок дефектного слоя материала после литья, прокатки, ковки, штамповки и сварки. При обдирочном шлифовании производится только зачистка поверхностей заготовок, в основном без их точного формообразования. Обдирочное шлифование производится при снятии больших припусков кругами на бакелитовой связке преимущественно прямого профиля (типа ПП, реже типов ПВ, ПР и ПН), а также чашечными кругами типа ЧК зернистостью 80-320. Обдирочное шлифование выполняется на стационарных и подвесных станках. Область применения тех или иных станков определяется объёмами производства, характером и габаритами заготовок. На подвесных станках производится светление стальных слитков, зачистка пороков отливок, обдирка поковок, проката и другие работы; на стационарных станках - обдирка среднегабаритных отливок, поковок и проката. Единичные дефекты на поковках и отливках устраняются ручными машинками, что не является характерным для силового шлифования и в дальнейшем рассматриваться не будет. Обдирочное шлифование ведется с большой глубиной резания и со значительной подачей. На станках стационарного типа при обдирке мелких и средних отливок и поковок применяются круги типа ПП наружным диаметром 200-600 мм из нормального электрокорунда и черного карбида кремния, зернистостями 125, 100 или 80, степеней твердости СТ1-Т1. Для обдирки и зачистки отливок и проката - круги типа ПП наружным диаметром 400-900 мм, из тех же шлифматериалов, но степеней твердости СТ1-СТ3, изготовленные методом холодного прессования [1,2]. Характерной особенность процесса силового шлифования является использование повышенных рабочих скоростей абразивного инструмента - до 50 м/с. Разработаны конструкции абразивных кругов, работающие на скоростях до 100 м/с. Для повышения производительности применяются также рифленые плоские круги типа ПР, на одной из торцевых поверхностей которых (рабочей) имеются рифления в виде квадратных конических углублений до 11 мм. Такие углубления делают рабочую поверхность круга прерывистой, что позволяет шлифовать этими кругами заготовки с большой площадью обработки. Эти углубления позволяют снимать значительный слой металла без засаливания рабочей поверхности круга, так как стружка, остающаяся в зоне контакта, размещается в углублениях. Рифления на кругах типа ПР уменьшают площадь контакта круга со шлифуемой поверхностью и вместе с тем значительно увеличивают общую длину рабочих кромок круга, несущих основную нагрузку при шлифовании. Уменьшение площади контакта также препятствует образованию прижогов, а углубления способствуют лучшей очистке круга и заготовки потоком проходящего воздуха. Кроме того, такая конструкция рабочей поверхности круга способствует лучшему отводу тепла из рабочей зоны. Для некоторых видов заготовок возможен вариант использования комбинации схемы силового шлифования и размерной обработки изделия. Для таких схем разработаны конструкции абразивного инструмента. Круги типа ПР предназначены для обработки всевозможных станочных заготовок, торца крышки картера цилиндра, торцов, шатунов, втулок клапанов, пружин и т. д. Они изготовляются только на бакелитовой связке, причем круги наружным диаметром 500750 мм делаются сплошными, а наружным диаметром 1340 мм - секторными. Перед установкой на станок такие круги приклеиваются специальными составами к металлическому диску, при помощи которого и крепятся к станку. Недостатком кругов типа ПР является их малая полезная рабочая высота, вследствие чего они быстро срабатываются.

113

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

На станках стационарного типа применяют также шлифовальные круги типа ПН, наращенные на металлические диски. Такие круги имеют в 2,5-3,5 раза большую высоту по сравнению с кругами типа ПР и больший срок службы. Круги типа ПН наружным диаметром 450-750 мм изготовляются сплошными, а диаметром 1340 мм из четырех - шести секторов и применяются для обработки плоскостей разных заготовок, в частности картеров и торцов клапанов. Одним из основных направлений развития обдирочного шлифования является резкое увеличение объемов снимаемого металла в единицу времени при высоких рабочих скоростях, скоростях продольных подач и высоких силах прижима в зоне обработки. Это позволяет снизить общие припуски на механическую обработку термообработанных заготовок повышенной твердости, исключить в ряде случаев фрезерование, строгание, огневую зачистку при снятии припусков до 10 мм и более за проход. Такой метод скоростного обдирочного шлифования широко применяется в машиностроении при обработке заготовок шлифованием из целого металла без предварительного точения, в металлургической и литейной промышленности при подготовке и отделке проката, зачистке отливок. При этом методе обдирочного шлифования применяется гамма специальных обдирочношлифовальных станков, работающих при рабочей скорости 60-80 м/с, скорости продольной подачи до 60 м/мин, силе прижима 6000-10000 Н; мощность главного привода 75-160 кВт. Для работы на этих станках выпускаются обдирочные горячепрессованные круги наружными диаметрами 500, 600 и 800 мм из циркониевого электрокорунда зернистостями 160, 200 и 250. В настоящее время находит развитие новое направление скоростной абразивной зачистки полупродукта и готового проката на агрегатных станках при рабочей скорости 80 м/с и силе прижима 15000-20000 Н. Это потребовало разработки нового класса оборудования, обладающего высокой жёсткостью и оснащаемого двигателями главного движения - до 300квт. Как правило, такие станки оснащаются двумя составными кругами большого наружного диаметра из новых горячепрессованных сегментов 12С 125х75х250 из циркониевого электрокорунда 38А зернистостями 200-80, степенью твердости 4Т. Отличительной особенностью обдирочного шлифования, осуществляемого при высокой удельной силе прижима в зоне обработки, высокой рабочей скорости и скорости продольной подачи, является высокий съем металла за порогом прижогов, сопровождающих шлифование при обычно применяемом режиме обработки, а так же возможность реализации работы абразивного инструмента в режиме самозатачивания. Для уменьшения непроизводственных потерь времени, связанных с заменой изношенного инструмента разработана конструкция, исключающая операцию приклеивания рабочих сегментов к корпусу. В этом случае корпус инструмента не снимается со шпинделя станка и позволяет после установки новых сегментов сократить время приработки инструмента. Таким образом, применение обдирочного (силового) шлифования на этапе подготовительного производства в комбинации с последующей окончательной механической обработкой на высокопроизводительных станках позволяет получить суммарную выгоду от замены на рассматриваемом этапе лезвийной обработки на абразивную. Список литературы: 1. Глубинное шлифование деталей из труднообрабатываемых материалов /С.С.Силин, В.А.Хрульков, А.В, А.В.Лобанов, Н.С.Рыунов, М.:Машиностроение/, 1984. – 64с. 2. Диссертационная работа: Сталінський Дмитро Віталійович. Наукові основи створення високоефективних процесів, обладнання та інструменту обдирного шліфування : дис... д-ра техн. наук: 05.03.01 / Національний технічний ун-т; Харківський політехнічний ін-т;. - Х., 2006. 3. /www.abrasive.ru/lib/

114

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

СНИЖЕНИЕ ОБЪЕМОВ СУПЕРТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ В АГЛОМЕРАЦИОННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ С ПОМОЩЬЮ РАСТВОРА МОЧЕВИНЫ Шморгун Ю.А., Мищенко И.М. (кафедра РТП, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Диоксины — это полихлорированные дибензопарадиоксины, относящиеся к классу плоскостных трициклических ароматических соединений. Известно 75 изомеров, различающихся свойствами. Эти твердые бесцветные вещества, плохо растворимые в органических растворителях и очень плохо - в воде. Диоксины - сильно токсичные соединения, отрицательно воздействуют на иммунную систему человека, нарушают функционирование печени, вызывают атрофию селезенки, влияют на рост числа заболеваний раком, выкидышей и врожденных уродств у потомства. У людей, подвергнутых действию диоксина (в результате аварий), проявлялись различные психические отклонения и кожные заболевания. Серьезную тревогу вызывает то, что воздействие даже крайне низких концентраций диоксинов резко усиливается в присутствии других биологически активных загрязняющих веществ. Кроме диоксина может образовываться фуран, отличающийся от первого отсутствием одного атома кислорода в химической структуре соединения. Суммарное воздействие их усиливается. Поэтому вводится понятие "токсичного эквивалента", выражающегося в нг/м3газа. Предельно допустимая концентрация "токсичного эквивалента" в воздухе во многих странах установлена равной 0,1 нг/м3.Загрязнение окружающей среды диоксинами происходит в основном за счет антропогенных источников, к которым относятся в первую очередь мусоросжигательные промышленные и городские станции (инсинераторы) и черная металлургия. В США выброс диоксинов в атмосферу составляет 2,9 кг/год, в Швеции - 0,2 кг/год. Для образования диоксинов необходимы органические соединения, кислород и определенная температура. Оптимальные условия образования диоксинов создавались в инсинераторах. Катализаторами, во много раз увеличивающими содержание диоксинов в продуктах горения, являются тяжелые металлы, такие как медь. Диоксины разлагаются при высоких температурах, однако при прохождении продуктов высокотемпературного горения через газоходы неудачной конструкции установок они могут образовываться снова. Во Франции провели определение содержания «токсичного эквивалента» в газах, выбрасываемых инсинераторами, аглофабриками, коксовыми печами и дуговыми сталеплавильными печами (на заводах фирмы Usinor). Несколько инсинераторов было остановлено. Выявили, что коксовые печи не выбрасывают диоксины, аглофабрики и дуговые печи выбрасывают соответственно 0,5-3,3 и 0,01—1,3 нг/м3 «токсичного эквивалента» (максимальные значения относятся к дуговым печам, выплавляющим углеродистую сталь и работающим с подогревом лома, особенно к шахтным дуговым печам). Печи, работающие без подогрева лома, выбрасывают меньше «токсичного эквивалента». Практически не выбрасывают диоксинов/фуранов печи, выплавляющие легированную сталь [1]. Выбросы от процессов агломерации возникают главным образом при погрузочноразгрузочных операциях, происходящих с выделением взвешенной пыли, и при реакции горения на агломерационной ленте. Газообразные продукты сгорания от последнего источника содержат пыль, захваченную непосредственно с ленты вместе с такими продуктами сгорания, как CO, CO2, SOx, NOx и аэрозольные частицы. Концентрация этих веществ изменяется в зависимости от качества топлива и используемых сырьевых материалов и условий горения. Выбросы в атмосферу содержат также летучие органические соединения (ЛОС),

115

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

образующиеся из летучих материалов в коксовой мелочи, замасленной вторичной окалине и т.д., а также диоксины и фураны, образующиеся из органических веществ в определенных эксплуатационных условиях. Металлы испаряются из используемых сырьевых материалов, а пары кислот образуются из галоидных соединений, присутствующих в сырьевых материалах [2]. Газообразные продукты сгорания чаще всего подвергают очистке в электростатических фильтрах (ЭФ), существенно понижающих выбросы пыли, но почти не влияющих на выбросы газообразных загрязнителей. Скрубберы с водяным орошением, иногда применяемые в агломерационных установках, могут быть менее эффективными по улавливанию твердых частиц в сравнении с ЭФ, но зато обеспечивают более высокую степень очистки от газообразных выбросов. Большие количества масел в загружаемом сырье могут создать взрывоопасные условия в ЭФ. Для очистки выбросов, создаваемых процессами дробления и грохочения агломерата, обычно применяют ЭФ или тканевые фильтры. Сбросы сточных вод, включая стоки хранилищ сырья, направляются в водоочистные сооружения, которые могут быть использованы также для очистки сточных вод от доменных печей. К твердым отходам относят огнеупоры и шлам, получаемый при очистке воды из системы мокрой очистки газовых выбросов. Нижний продукт сортировки агломерата возвращают на агломерационную ленту» [2]. Процессы образования ПХДД/ПХДФ носят сложный характер. Можно предположить, что ПХДД/ПХДФ в процессе агломерации железной руды возникают как продукт de novo синтеза. Как правило, в отходящих газах агломерационных установок преобладает ПХДФ. Механизм образования ПХДД/ПХДФ, по-видимому, берет начало в верхних зонах слоя агломерата вскоре после разжигания, а затем диоксины/фураны и другие соединения конденсируются на более холодной шихте нижележащей зоны в период, когда слой агломерата перемещается с агломерационной лентой к точке прожога. Процесс улетучивания и конденсации продолжается до тех пор, пока температура более холодной нижней зоны шихты не поднимется настолько, что это предотвратит конденсацию и выход ПХДД/ПХДФ с отходящим газом. По-видимому, выброс этих веществ сначала быстро нарастает, достигает максимума непосредственно перед моментом прожога. а затем резко падает до минимума. В ряде исследований достоверность этого предположения подтверждается сопоставлением профиля концентрации диоксина/фурана с профилем температур по длине агломерационной ленты. Показано, что количество образующихся ПХДД и ПХДФ возрастает с увеличением концентрации углерода и хлора. Углерод и хлориды содержатся в некоторых исходных материалах агломерата, обычно перерабатываемых агломерационной установкой [3]. Есть основания предположить, что состав агломерационной шихты влияет на образование ПХДД/ПХДФ таким образом, что увеличение содержания хлора в шихте сопровождается более интенсивным образованием ПХДД/ПХДФ, при этом вид источника углерода кажется более значимым, чем просто его количество. Замена коксового топлива антрацитом понижает концентрацию ПХДД/ПХДФ. На выброс фуранов может влиять также форма твердого топлива (еще один потенциальный источник углерода). В японской программе лабораторных исследований чередование угля, графита и активированного кокса позволяло снизить выбросы пентахлордибензофурана приблизительно на 90%. Рабочие параметры процесса агломерации, по-видимому, влияют на образование ПХДД/ПХДФ.

116

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В Великобритании на заводе по агломерации железной руды были проведены тестовые испытания по впрыскиванию мочевины для подавления процесса образования диоксинов и фуранов. Контролируемое количество гранулированной мочевины добавлялось к загруженной на агломерационной ленте массе. Есть мнение, что такая технология предотвращает или сокращает выбросы как ПХДД/ПХДФ, так и диоксида серы. По данным испытаний образование ПХДД/ПХДФ снизилось примерно на 50%. По оценкам 50% сокращение ПХДД/ПХДФ означает достижение концентрации эмиссий в 0,5 нг I-TEQ/м3. Необходимые капиталовложения оцениваются в 0,5-1 млн. фунтов стерлингов на одно предприятие (примерно, 0,9-1,8 млн. долларов США). На ряде европейских агломерационных фабрик также применялось добавление мочевины и, по сообщениям, выбросы ПХДД/ПХДФ снижались до 50% при добавлении небольших количеств мочевины в агломерационную смесь. Однако также сообщалось о том, что процесс сопровождался повышением содержания пыли, NOx и NH3 в отходящих газах после очистки (по-видимому, при использовании существующих систем контроля и очистки загрязнения воздуха). Также, в то время как на одних предприятиях отмечалось значимое сокращение выбросов SO2, в отчетах других предприятий говорилось о том, что результаты по выбросам SO2 при использовании традиционных методов измерения могут быть неточными вследствие влияния соединений аммиака. Однако в полученных данных не было сообщений о попытках оптимизации и модификации систем предотвращения и контроля загрязнения воздуха применительно к различным загрязнителям. На единственной агломерационной фабрике в Канаде (г.Гамильтон, Онтарио), оператором которой является компания Stelco Inc., проводились испытания по внедрению нового аналогичного процесса для снижения выбросов диоксинов. Испытания показали, что герметизация печи для снижения объема кислорода и добавление небольшого количества мочевины позволяют нарушить химическую реакцию образования диоксинов, в результате чего достигается сокращение выбросов. В испытаниях этой новой технологической схемы в сочетании с системами воздушных скрубберов были достигнуты уровни выбросов диоксинов в 177 пг/м3. Этот результат значительно лучше предельной нормы в 500 пг/рм3, установленной в Канаде в 2005 году, и ниже нормы в 200 пг/рм3, планируемой на 2010 год. Этот уровень также представляет сокращение на 93% от уровня в 2700 пг/рм3, замеряемого в 1998 году. Данное достижение однозначно не связано с процессом улавливания диоксинов из отходящих газов в скруббере а, по-видимому, является результатом «истинного предотвращения загрязнения», поскольку для образования диоксинов необходим хлор, а мочевина высвобождает аммиак, который связывает находящиеся в пыли хлориды, тем самым сокращая их наличие и препятствуя образованию диоксинов [4]. Выводы: В ходе исследования углеводородов, было выявлено механизм формирования и причины способствующие этому. Сейчас существуют эффективные методы по сокращению опасных тонкодисперсных выбросов. С помощью новейших методов, таких как впрыскивание мочевины в поток газа, достигается максимальный результат по уменьшению вредного воздействия на окружающую природную среду. Список литературы: 1. Федяева О.А Промышленная экология. – Омск: И.: ОмГТУ, 2007. - 145 c. 2. Журнал «Environment Canada», 2001.- 23–25 с. 3. Леммон У партнеры ООО, 2004. - 20–21с. 4. Entec UK Ltd. 2003.- 10–20 с.

117

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

АНАЛИЗ ЗОНЫ КОНТАКТА ИНСТРУМЕНТА И ЗАГОТОВКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ПРОТЯЖЕК БогуцкийБ.В., БратанС.М. (каф.ТМ, СевНТУ, г. Севастополь, Россия) Одной из наиболее сложных и трудоемких операций при производстве металлорежущего инструмента, является операция шлифования стружечных канавок и передних поверхностейзубьев. Особенно это важно при изготовлении таких дорогостоящих инструментов как протяжки.В работах многих авторов [1,2,3] отмечается, что работоспособность протяжек во многом зависит от размеров и формы стружечных канавок, так как при протягивании они оказывают существенное влияние на процесс формирования и схода стружки. Необходимо отметить, что работоспособность протяжек так же во многом зависит как от размеров и формы стружечных канавок, так и качества их обработки [ 4 ]. При анализе особенностей процесса шлифования стружечных канавок, было выявлено, что их шлифование можно рассматривать как процесс обработки, при котором съем материала происходит периферией профильного шлифовального круга и его боковой поверхностью по мере его внедрения в обрабатываемую заготовку. При этом следует учитывать, что ось вращения инструмента находится под углом к оси вращения инструмента. Производительность процесса при этом прямо пропорциональна площади поверхности фасонного круга, которая находится в непосредственном контакте с заготовкой, и скорости его внедрения (подачи) вглубь разрезаемой заготовки. Таким образом, не затрагивая вопроса, связанного с характеристикой круга по его зернистости, материалу абразива, твердости и характеру рельефа боковых поверхностей, необходимо рассмотреть геометрическую задачу взаимодействия фасонного круга с заготовкой. Задача определения общей площади FS контакта фасонного круга диаметром D, расположенного под углом γ к оси обрабатываемой заготовки и заготовки наружным диаметром d, диаметром стружечных канавок d1, с радиусной поверхностью r в зависимости от величины внедрения у фасонного круга в заготовку с подачей инструмента под углом γ к оси заготовки  S y . При построении математической модели необходимо найти величину площади FS , которая складывается из двух частей: боковой площади FB , и площади FP контакта периферийной части фасонного круга.

FS  FB  FP . На рис. 1 показана схема взаимодействия фасонного круга с заготовкой. Видно, что боковая поверхность круга контактирует с заготовкой по площади ограниченной кривыми ABC и ADC (рис. 1 а,б), а контактирование периферийной поверхности инструмента происходит по поверхности EE' F ' F (рис.1, в), суммарная поверхность контакта и её форма показана на (рис.1, г). Площадь контакта боковой поверхности фасонного круга может быть определена как сумма площадей сегментов ABC и ADC (рис. 2). Площадь сегмента ADC рассчитаем как разность площадей сектора OК ADC и треугольника OК AC . При этом необходимо учесть, что ось вращения шлифовального круга расположена под углом γ к оси вращения заготовки и, следовательно, сечение заготовки в плоскости, параллельной плоскости боковой поверхности круга, будет иметь форму эллипса. Обозначим высоту зоны контакта (отрезок BD) как h. Тогда из треугольника  BDD (рис. 2) можно записать h  BD ' cos  .

118

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

Рис. 1. Схема контактирования поРис. 2. Схема к расчету площади конверхности круга с заготовкой: а,б - ботакта ковой поверхности; в - периферийной поверхности; г - суммарная поверхность контакта Величину отрезка BD' можно рассчитать как BD'  B 'O r'  d 2  d1 2  r  Or Or' Из треугольника Or DOr' Or Or'  r  sin  Тогда d  d1  2  r1  sin   h cos .

(1)

Для определения длины дуги контакта ADC , необходимо определить угол  . Представим нашу схему в виде системы координат с центром расположенным в центре эллипса с координатами (0;0). Окружность с центром в точке OК на которой расположена дуга ADC описывается уравнением x 2  y 2  R 2 , где R – радиус окружности, R  D 2  r. Центр круга OК смещен по оси y относительно начало координат на величину H , равную расстоянию между центрами эллипса и шлифовального круга H  D 2  r  h  d 2 cos  .

2

 D  2r  Тогда уравнение окружности примет вид x  H  y    (2)   2  . x2 y2 Эллипс с центром в точке O 'Д описываться уравнением 2  2  1 (3) a b , где x и y – координаты точек на линии, описывающей эллипс относительно осей х и у; a, b – полуоси эллипса.

BO Д d d Из O Д BO 'Д b  BO 'Д   , согласно свойствам эллипса a  .

2 cos  2 cos  2 2

2

x2

С учетом полученных значений aиb

d    2

119

2



y2  d   2 cos 

  

2

1 .

(4)

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

Так как точки A и C являются точками пересечения окружности с центром OК и эллипса с центром O 'Д , их положение относительно осей координат может быть описано как уравнением (2), так и уравнением (4) Соответственно можно составить систему уравнений: 2  2  D  2r  2  x  H  y      2    x2 y2 (5)   1 2 2  d  d         2   2 cos   Решая данную систему, получим

x  0.5 d 2  4 y 2  cos( ) 2

(6)

.

cos2  (d 2  D 2  4H 2  4r 2  4Dr)  d 2  ( D  2r ) 2 ) H  2 2 cos   1 cos   1 .  AB x Из рис. 2 видно, что для O K AB tg   2 OK B H  y .

(7)

y

Тогда угол α можно определить как   2  arctg

x Hy.

2

Площадь сектора Oк ADC FOк ADC 

  D  2r    .

360  2  2

Для треугольника Oк AC запишем площадь в виде

FADC

FOк AC

1  D  2r     sin  .

2 2 

Таким образом, искомая площадь сегмента ADC равна 2 2 2   D  2r  1  D  2r   D  2r      1   FOк ADC  FOк AC    sin   .     sin      360  2  2 2  2 360 2    

(8) Площадь сегмента FABC (рис. 3) определим как разность площади сектора F ABCO '

Д

и площади треугольника FACO '

Д

Для определения площади сектора F ABCO ' , предварительно определим плоД

щадь F ABO '

Д

y

криволинейной

A'

трапеции

ABO 'Д

A' .

Изуравнения

эллипса

имеем

b 2 a  x2 . a x

b a b x b a b x x y a 2  x 2 dx  arcsin   x  a2  x2  arcsin  2 a 2a 2 a 2 .

0a Площадь сектора a b x x  y x y ab x ABO Д' F  FABO' А'  FAO' А'  arcsin    arcsin ABO'Д Д Д 2 a 2 2 2 a.

Тогда FABO '

ДA

''



120

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

или FABO'

Д

d 2  4 y 2  cos( ) 2 d2  arcsin 8 cos d .

Рис.3. Схема для расчета площади сегмента FABC

d 2  4 y 2  cos( ) 2 d2 arcsin Площадь сектора ABCO FABCO'  2FABO'  . Д Д 4 cos  d Для треугольника ACO 'Д запишем площадь в виде ' Д

(10)

1 FACО'  2  x  y  0.5 y d 2  4 y 2  cos( ) 2 . Д 2 Искомая площадь сегмента ABC равна d 2  4 y 2  cos( ) 2 d2 arcsin  0.5 y d 2  4 y 2  cos( ) 2 (11) Д Д 4 cos  d . Таким образом, площадь боковой поверхности контакта шлифовального круга с заготовкой равна F ABC  F ABCO '  F ACО ' 

2

FB  FADC  FABC

d 2  4 y 2  cos( ) 2 d2  D  2r      1    sin    arcsin    d (12).  2   360 2  4 cos 

 0.5 y d 2  4 y 2  cos( ) 2 Контактирование периферийной поверхности инструмента происходит по площади FF 'G 'G (рис. 4,а), имеющей сложную форму (см. рис. 4,б). Шлифовальный круг профилирован радиусом r поэтому заготовка с переменным диаметром d1i в зоне контакта FF 'G ' G обрабатывается шлифовальным кругом пере-

менного диаметра Di . Согласно рис. 4,а можно записать уравнения, описывающие изменение диаметров Di и d1i : Di  D  2r (cos i  1) ; d1i  d 1  2 r (1  cos  i )  d 1  2r (cos  i  1) Для определения площади контакта найдем длину дуги контакта FDG  2L 2L  D  D LFDG  i i  i i sin i  i  i  2 arcsin i 2  180 360 2 Di Di , где Li - половина хорды дуги FDG Величину Li можно найти из соотношения

121

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

Li  t f 

где

t f ( D  2r (cos i  1))  (d1  2r (1  cos i )) Di  d i  Di  d i D  d1

,

t f глубина микрорезания. Тогда

 i  2 arcsin2

t f  (d1  2r  2r cos i ) ( D  d1 )(D  2r (cos i  1))

.

Рис. 4. Схема к расчету площади контакта периферийной поверхности шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью протяжки

Длина дуги контакта FDG LFDG 

t f  (d1  2r (cos i  1))  ( D  2r (cos i  1))  arcsin 2 180 ( D  d1 )( D  2r (cos i  1))

.

 i r  0.00555 i r 180 . Тогда площадь рассматриваемой фигуры 0.01745 i r  t f d  2r 1  cos i   d FP   D  2r cos i  1 arcsin 2   i  D  d   D  2 r  cos   1   0 i   .

Длину дуги DD' определим как LDD ' 

Вывод. Предложены уточненные аналитические зависимости расчета площадей контакта шлифовального круга с заготовкой, позволяющие определить наиболее протяженные участки контакта зерна круга с поверхностью детали с учетом поворота оси круга. Полученные результаты позволяют выявить наиболее теплонапряженные участки зоны контакта для предотвращения возникновения прижогов Список литературы: 1. Барсов А.В. Технология изготовления режущего инструмента/ А.В. Барсов, А.В. Иванов, К.И. Кладова – М.: Машиностроение, 1979. 136с. 2. Муцянко В.И. Абразивная заточка и доводка металлорежущих инструментов/ В.И. Муцянко – Ленинград: МАШГИЗ, 1961. – 88с. 3. Постников B.A. Практика профильного шлифования/ B.A.Постников, М.А.Шкаев. - М.: Машиностроение, 1987. 232с.

4.Богуцкий В.Б. Расчет размерного износа абразивных зерен при наружном круглом шлифовании/В.Б. Богуцкий, Ю.К.Новосёлов, С.М.Братан. Ползуновский альманах. №1/2012. – Барнаул: АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 2012.– С.279-283.

122

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

УДК 621.91 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ Ефимов Б.Н, Коваленко В.И. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье рассмотрена общая методика определения некоторых элементов режимов резания. Пример применения методики использован для случая зенкерования отверстий. Исходными данными являются вид обрабатываемого материала, его твердость, а также номинальный диаметр инструмента D. По эмпирической зависимости определяется вспомогательный коэффициент CS. В процессе отработки программы вычисляются рекомендуемый размер заготовки и подача режущего инструмента. Ключевые слова: обработка, отверстие, режимы резания 1. Введение При выполнении технологических расчетов для определения элементов режимов резания используют различного вида нормативы [1-2]. Подобного рода литература предназначена для нормировщиков, когда используя исходные конструкторские и технологические данные, определяют искомую величину, например, скорость резания. При определении элементов режимов резания по нормативным документам при использовании осевых инструментов, таких как зенкер, значения глубины резания и подачи функционально связаны с номинальным размером самого инструмента. Однако, форма представления исходных данных для определения режимов резания не всегда является удобной для пользователя. Например, в широко используемом справочнике [2] значения припусков на диаметр сгруппированы всего в 5 интервалах, что обуславливает большую дискретность выбираемых значений и, следовательно, неточность. Значения подачи, по этому же справочнику, определяются по эмпирической зависимости s = CS D0,6 , где CS – коэффициент, учитывающий вид и твердость обрабатываемого материала, D – номинальный диаметр инструмента. Значения коэффициента CS даны раздельно для чугуна и стали с учетом твердости (по НВ) обрабатываемого материала. Моделирование технологических процессов, интенсивно разрабатываемое в настоящее время, невозможно без использования компьютерной техники. В предлагаемой работе представлена методика разработки алгоритма для определения подачи при зенкеровании чугуна и стали.

2. Основное содержание и результаты работы При многономенклатурной обработке отверстий в различных по свойствам и размерам заготовках для определения элементов режимов резания удобно использовать графические зависимости, обладающие высокой наглядностью и простотой применения. Для получения искомых графиков был разработан алгоритм определения рекомендуемых размеров заготовок и подач при зенкеровании отверстий во всем диапазоне применяемых размеров (Рис. 1). Поясним основные этапы разработки программы, выполненной в такой последовательности. После ввода диаметра зенкера D и припуска на диаметр 2t определяется рекомендуемый размер заготовок: DЗАГ. = D – 2t (блоки 1 – 4).

123

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

1 Исходные данные 2 Ввод D 3 Ввод 2t 4 DЗАГ=D- 2t 0

5

чугун

[сталь] 1 6 0

HB <= 170 1 7 CS = 0.19

8 CS = 0.1

9

HB<=160 10 160<HB<=240 11 240<HB<=300

12 CS = 0.15

14 CS = 0.08

13 CS = 0.11

15 CS = 0.06

16 S=CS D0.6

17 STOP

Рис.1. Блок-схема алгоритма для определения подачи при зенкеровании чугуна и стали 124

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

Как видно из структуры вышеприведенной формулы для определения подачи, предварительно необходимо определить значение коэффициента CS. В программе предусмотрена возможность выбора этого коэффициента при зенкеровании как чугуна, так и стали. При обработке чугуна (блоки 5 – 8) выделены две подгруппы материалов с твердостью НВ  170 и НВ>170. В соответствии с этим в программу введены конкретные значения CS = 0,19 и CS = 0,1. При обработке стали (блоки 9 – 15) выделены 4 подгруппы: НВ  160, 160< HB  240, 240< HB  300 и НВ > 300. Значения соответствующих коэффициентов равны: CS = 0,15; CS = 0,11; CS = 0,08 и CS = 0,06. В блоке 16 по указанной формуле определяется подача s. На рис. 2 приведен пример реализации программы для определения припусков и рекомендуемых размеров заготовок при зенкеровании.

100

14 88

90 83,5

9,5

70

9

1

8,5

6,5

4,5

35,5

4

25 18

9,5

39

28,5

2,5 12

6

2

32

3,5 3

10

8

53,5

42,5

5 4

10

48

5,5

30

11,5

59

7

6 40

11

74,5

64,5

7,5 50

10,5

70

8

60

10

12

Припуск на диаметр, мм

Диаметр заготовки, мм

80

20

12

79

21,5 2

14,5

0

0 12

15

18

22

26

30

34

38

42

46

50

56

62

68

74

80

85

90

95

100

Диаметр зенкера, мм

Рис. 2. Значения припусков (прямая 1) и рекомендуемые размеры заготовок (кривая 2) при зенкеровании, мм 3. Заключение Таким образом, пользуясь вышеуказанной методикой, для заданного диаметра зенкеруемого отверстия и типа обрабатываемого материала, можно определить рекомендуемый размер заготовки и величину подачи. Список литературы: 1. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Часть 2. Нормативы режимов резания. М. – Экономика. – 1990. 474 с. 2.. Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев, С.Г. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1987. – 846 с.

125

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

УДК 621.9: 658.5 УЧЕТ ПЕРЕМЕННОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ОГРАНИЧЕНИЙ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ЧЕРНОВОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Король К. О., Ивченко Т.Г., Феник Л.Н. (кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. Представлена усовершенствованная методика оптимизации режимов резания по критерию максимальной производительности с учетом переменности действующих ограничений при точении фасонных поверхностей. Установлены закономерности изменения оптимальной подачи и скорости резания вдоль образующей фасонной поверхности. Ключевые слова: точение, фасонная поверхность, оптимизация, скорость, подача Решение задач оптимизации режимов резания, обеспечивающих максимальную производительность механической обработки деталей машин, весьма актуальны для повышения эффективности современного машиностроительного производства. В настоящее время при оптимизации режимов резания широко применяются методы линейного программирования [1], однако все известные исследования и расчеты выполнены для условий обработкит с постоянными параметрами процесса резания и, соответственно, с постоянными ограничениями. Однако в ряде случаев параметры процесса резания закономерно изменяются, например, при обработке различных фасонных поверхностей. При точении фасонных поверхностей имеет место сложный характер изменения как кинематических геометрических параметров лезвия инструмента, так и параметров среза поверхностного слоя, связанный с кривизной поверхности [2, 3, 4]. В результате переменными вдоль криволинейной образующей фасонныхой поверхности становятся физические параметры процесса резания - силы и температуры резания, что определяет переменность действующих силовых и температурных ограничений. Представляет интерес анализ влияния переменных параметров обработки на оптимальные режимы резания. Цель работы – определение оптимальных режимов резания при точении фасонных поверхностей с учетом переменности действующих ограничений. При оптимизации режимов резания в качестве критерия оптимальности принимается производительность обработки. Целевая функция определяется производительностью, максимум которой достигается при минимуме основного времени, или максимуме произведения nS max. (n, S - частота вращения и подача). Основные ограничения, рассматриваемые при черновом точении - по режущим возможностям инструмента, по прочности пластины и по температуре резания, с учетом их переменности представляются в виде:

Dn 1000  CV KV KTm T m t xv S y v ; 34n1.35t 0.77 K   C P K P k P  K M S

(1)

yp xp

;

(2)

C  K  K O k   t xt S yt Dn 1000nt   o ,

(3)

126

t

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

где CV , КV – коэффициенты, xv, yv, m – показатели, характеризующие степень влияния глубины t, подачи S и стойкости T на скорость резания V; kР(ξ), kΘ(ξ) – коэффициенты, характеризующие закономерности изменения силы и температуры резания в процессе обработки; с – толщина пластины; φ- главный угол в плане; CР, KР, xр, yр - коэффициенты и показатели, характеризующие степень влияния глубины t и подачи S на силу резания Рz; Кφ = (sin60o/sinφ))0,8 - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане φ; С, К, nt, yt, xt – коэффициенты и показатели, характеризующие степень влияния скорости резания V, подачи S и глубины t на температуру резания ; о - допустимый уровень температуры. Закономерности изменения кинематических главных φК и вспомогательных φ1К углов в плане рассмотрены на примере выпуклой поверхности с постоянным радиусом кривизны ρ, приведенном на рис.1 (образующая поверхности вращения – дуга окружности, центр принятой системы координат является центром кривизны, то есть центром окружности). Рис. 1. Схема определения углов в плане лезвия Обработка выполняется инструмента при токарной обработке выпуклой инструментом с трехгранной пластиной, для которой стакриволинейной поверхности тические углы в плане: φС = 90о; φ1С = 30о. Положение вершины лезвия на указанной криволинейной поверхности определяется мгновенным углом поворота ψі, который для выпуклых ψі1 и вогнутых ψі2 поверхностей рассчитывается следующим образом: sin ψі = xi/ρ; ψі1 = arcsin(ξi); ψі2 = arcsin(-ξi), где ξі = xі /ρ – безразмерная координата. Особенностью обработки выпуклой криволинейной поверхности является возможность обработки одним и тем же инструментом поверхности до точки О0, для которой φ1Ко = 0. Безразмерные координаты точки О0: ξ0 = -sin(φ1С); ν0 = -cos(φ1С). Максимальная возможная для обработки безразмерная глубина выпуклой (вогнутой) поверхностей h/ρ = 1 - cos(φ1С). Общие закономерности изменения главных φК и вспомогательных φ1К углов в плане вдоль безразмерной координаты ξ в сравнении со значениями этих углов в точке, соответствующей началу принятой системы координат, описываются с помощью безразмерных коэффициентов kφ(ξ) = φК(ξ)/φК(0), kφ1(ξ) = φ1К(ξ)/φ1К(0): k    1  arcsin    C ; k1    1  arcsin   1C .

(4)

При обработке криволинейных поверхностей глубина резания t остается постоянной, в связи с чем ширина среза b изменяется в зависимости от главного кинематического угла в плане φК: b(ξ) = t/sin(φС– arcsinξ). В случае обработки на станках с ЧПУ с постоянной контурной скоростью подачи SК, толщина среза а изменяется в зависимости от главного кинематического угла в плане φК: а(ξ) = SК sin(φС– arcsinξ)

127

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

Общие закономерности изменения скорости резания вдоль безразмерной координаты ξ могут быть описаны с помощью безразмерного коэффициента kV(ξ) = V(ξ)/V(0): kV    1  1  cosarcsin   2

,

(5)

где δ = D/ρ – безразмерный диаметр обрабатываемой поверхности в точке, соответствующей началу принятой системы координат; знак « - » соответствует выпуклой поверхности, знак « + » - вогнутой. На основании установленных закономерностей изменения скорости резания исследованы закономерности изменения сил и температур резания. Общие закономерности изменения сил и температур резания вдоль безразмерной координаты ξ могут быть описаны с помощью безразмерных коэффициентов: КР(ξ) = Р(ξ)/Р(0), КΘ(ξ) = Θ(ξ)/Θ(0):

  1  cosarcsin     k P    1   2   

n P

  1  cosarcsin    ; k     1    2   

nt

. (6)

В результате анализа ограничений для любых условий чернового точения оптимальные подача Sо и скорость резания Vо могут быть определены аналитически:



S i    34 c

1,35 0, 77  x P 

t

1 yp



K  C P K P k P  

.

yt  1    y p nt  nt C P K P k P        ,   0 ;  C  K  k      34c1,35 t 0,77  xP  K      Vi     yv   yP  CV K V   C P K P k P    ,  ,     m x   0  1,35 0,77  xP  V K   T t   34c t

где

n 1,35 0,77  x P  K   CV KV  t  34c t     0  C  K   CP KP   T m t x v   

(7)

(8)

yt  y v nt yp

- граничное значения температуры резания, для которго необходимо учитывать температурное ограничение. Закономерности изменения оптимальных подач и скоростей резания вдоль образующих выпуклых и вогнутых фасонных поверхностей, аналитически описаны коэффициентами относительных оптимальных подач и скоростей резания КS(ξ) = Sо(ξ)/Sо(0 ) и КV(ξ) = V(ξ)/Vо (ξ), представленных на рис. 2.

K S    1 k P  

1 yp

1  yt  1  nt   k P   y p nt ,    0 ;  ; K     k      V  y  k   v ,    . y P 0 P 

128

(9)

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

Рис. 2. Графики изменения коэффициентови относительных оптимальных подач КS и скоростей резания КV вдоль образующих при черновой обработке выпуклых – а) и вогнутых - б) фасонных поверхностей Заштрихованная область ІІ (рис. 2а) соответствует зоне невозможной обработки заданным инструментом выпуклой поверхности; область І (рис. 1б) – вогнутой. Графики свидетельствуют о том, что в разных точках фасонной поверхности оптимальные режимы могут изменяться до 1,5 раз, что необходимо учитывать при выборе оптимальных режимов резания. Установленные закономерности изменения коэффициентови относительных оптимальных подач КS и скоростей резания КV вдоль образующих создают основу оптимального управления режимами обработки на станках с ЧПУдля обеспечения макстимальной производительности точения фасонных поверхностей. Таким образом, усовершенствована методика оптимизации режимов резания по критерию максимальной прозводительности при точении фасонных поверхностей с учетом переменности действующих ограничений. Методика позволяет обоснованно выбирать оптимальные режимы резания при обработке фасонных поверхностей и может быть использована для любых видов их обработки. Список литературы: 1. Оптимизация и управление процессом резания: / О.С. Кроль, Г.Л. Хмеловский. – К.: УМК ВО, 1991. – 140с. 2. Івченко Т.Г. Визначення впливу кінематичних кутів у плані леза інструмента на шорсткість криволінійних поверхонь / Т.Г. Івченко, К.O. Король // Молодая наука ХХI века: Сборник научных работ международной студенческой научной конференции. Краматорск: ДГМА, 2013. – С.80 -83. 3. Івченко Т.Г. Визначення теплових потоків та температури різання під час точіння фасонних поверхонь / Т.Г. Івченко, І.О. Петряєва, К.O. Король // Машиностроение и техносфера ХХ1 века. Сб. трудов ХХ международной конференции в г. Севастополе 17-21 сентября 2013г. В 4-х томах. - Донецк: ДонНТУ, 2013. Т.1. - С. 253-257. 4. Івченко Т.Г. Дослідження впливу змінних параметрів механічної обробки на шорсткість криволінійних поверхонь під час точіння / К.O. Король, Т.Г. Івченко, Л.М. Фенік // ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2013, № 14. - С. 70-73.

129

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА РАБОЧУЮ ПОВЕРХНОСТЬ КРУГА ПРИ ВНУТРЕННЕМ АЛМАЗНОМ ШЛИФОВАНИИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ 14 НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И УДЕЛЬНУЮ СЕБЕСТОИМОСТЬ ОБРАБОТКИ Матюха П.Г., Габитов В.В., Голуб И.В. (МСМО, ДонНТУ, Донецк) Обеспечение выпуска конкурентоспособной продукции в условиях современного машиностроения возможно при использовании новых материалов, обладающих особыми свойствами, а также использования прогрессивных методов их обработки. В последнее время все более широкое распространение в самых разных областях машиностроения получают титановые сплавы, а вопрос их высокопроизводительной обработки успешно решается за счет алмазного шлифования кругами на металлической связке. Известно, что шлифовальные круги на металлической связке позволяют наиболее полно использовать режущий потенциал алмазных зерен, тем самым существенно сокращая расходы, связанные с износом круга. Однако в то же время, прочное закрепление зерен в материале связки ухудшает свойства самозатачивания круга, что приводит к потере его режущей способности с течением времени шлифования [1]. Поэтому, для интенсификации процесса обработки используются способы шлифования, при которых в процессе обработки на рабочую поверхность круга (РПК) осуществляются электроэрозионные воздействия (ЭЭВ). Причем, ЭЭВ на РПК могут быть как непрерывными [1], поддерживая режущую способность квазипостоянной, и периодическими, когда текущее значение режущей способности круга поддерживается в заданном диапазоне значений [2]. Данные способы обработки подробно исследованы для условий шлифования быстрорежущих сталей и твердых сплавов, однако исследование влияния способа введения ЭЭВ на РПК при плоском алмазном шлифовании титановых сплавов отсутствуют. Целью работы является исследование влияния способа ЭЭВ на РПК при плоском алмазном шлифовании титановых сплавов на производительность и удельную себестоимость обработки. Сравнительную оценку различных способов плоского шлифования титанового сплава ВТ 14 алмазным кругом проводили по удельной себестоимости обработки. Удельная себестоимость представляет собой отношение стоимости всех затрат на процесс шлифования к объему удаленного материала за время обработки и зависит от текущей лимитированной режущей способности рабочей поверхности круга. Текущая лимитированная режущая способность шлифовального круга представляет собой объем сошлифованного материала в единицу времени с постоянным усилием поджима заготовки к РПК, найденном по лимитированному техническому ограничению [3]. Текущую лимитированную режущую способность шлифовального круга 1А1 250? 75? 15? 5 АС6 100/80 4 М2-01 определяли при шлифовании титанового сплава ВТ 14 с постоянным усилием поджима к РПК на станке модели 3Г71, модернизированном для электроэрозионной правки и ЭЭВ на РПК в процессе шлифования. Перед проведением экспериментов круг правили электроэрозионным способом по схеме плоского многопроходного шлифования до полного обновления рабочей поверхности круга. В качестве источника технологического тока использовали блок питания ИТТ-35. Правку РПК осуществляли шлифованием чугунного электрода на режимах: механических – Vк = 35 м/с, Vст = 6 м/мин, глубина шлифования t = 0,005 мм; элек-

130

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

трических – средняя сила тока электроэрозионных воздействий Iср = 10А, напряжение холостого хода Uхх = 60 В. Плоское врезное шлифование с постоянным усилием поджима образца из титанового сплава марки ВТ 14 с размерами шлифуемой поверхности 10014 мм выполняли на режимах: Vк = 35 м/с, Vст =6 м/мин. Усилие поджима образца к РПК составляло Рп = 43 Н, найденное исходя из условия отсутствия полиморфных превращений в поверхностном слое заготовки. Поджим образца к РПК осуществляли при помощи специального нагрузочного устройства, обеспечивающего заданное усилие поджима заготовки к РПК в процессе шлифования. Периодические ЭЭВ с силой тока Iпер = 10 А осуществляли через время Tопт = 3,4 мин длительностью tвосст= 0,75 мин, режимы которых найдены по критерию минимальной удельной себестоимости обработки согласно ранее разработанной нами методики. Среднюю силу тока непрерывных воздействий Iнепр рассчитывали по формуле: t восст I непр  I пер  , (1) t восст  Т опт где tвосст – время восстановления режущей способности при шлифовании с периодическими ЭЭВ, мин. В результате расчета средняя величина тока непрерывных воздействий составила Iнепр = 1,8 А. Охлаждение при правке и шлифовании осуществляли 0,3%-ным водным раствором кальцинированной соды. Определение количества сошлифованного материала и расхода алмазоносного слоя круга определяли через 1, 5, 10, 15, 30, 45 и 60 минут. Изменения текущей лимитированной режущей способности круга в процессе шлифования экспоненциальной зависимостью вида: Q (t )  Q уст  Q  exp(   Q  t ) , (2) где Q(t), Qисх, Qуст – соответственно текущее, исходное и установившееся значение режущей способности круга, мм3/мин; Q = Qисх – Qуст – амплитуда снижения режущей способности, мм3/мин; Q – эмпирический коэффициент, 1/мин; t– продолжительность шлифования, мин. Уравнением аналогичного вида описывали и изменение текущего лимитированного расхода алмазов на соответствующем этапе: М (t )  М уст  М  exp(  М  t ) , (3) где M, Mуст, Mисх – соответственно текущее, установившееся и исходное значение минутного расхода алмазов, мг/мин; М = Мисх – Муст – амплитуда снижения текущего расхода алмазов, мг/мин. В периоды, когда режущая способность РПК восстанавливается за счет ЭЭВ при их периодическом введении, повышение режущей способности РПК в процессе восстановления и рост текущего расхода алмазов описывали линейными зависимостями вида: QЭЭВ (t )  K Q  t  BQ , М ЭЭВ (t )  K М  t  BМ .

(4) За исходную режущую способность Qисх принимали режущую способность на первой минуте шлифования. За установившуюся принимали режущую способность круга после 45 минут обработки. Уравнение Q = f (t) , полученное методом наименьших квадратов, имеет вид: - при шлифовании без ЭЭВ (рис. 1, а) Q(t) = 283 + 105· exp(–0,06·t ) ; - при шлифовании с непрерывными ЭЭВ (рис. 1, в) Q(t) =345 +564·exp(–0,06·t ) .

131

450

Режущая способность круга Q(t), мм3/мин

Режущая способность круга Q(t), мм3/мин

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

400

1 350

2 300 250 0

10

20

30

40

50

60

450 400 350 300 250 0

Режущая способность круга Q(t), мм3/мин

Время шлифования t, мин а

2

4

6

8 10

Время шлифования t, мин б

950

1

850 750 650 550

2

450 350 250 0

10

20

30

40

50

60

Время шлифования t, мин в Рис. 1. Изменение текущей лимитированной режущей способности круга 1А1 250? 75? 15? 5 АС6 100/80 4 М2-01 при шлифовании титанового сплава ВТ 14 без ЭЭВ (а), с периодическим введением ЭЭВ (б) и с непрерывными ЭЭВ (в): 1 – кривая, построенная по экспериментальным данным; 2 – регрессионная кривая Текущую режущую способность РПК в процессе восстановления ее режущих свойств QЭЭВ(τ) описывали уравнением (рис. 1, б): Q(t) = 14·t +285.

(5) Одновременно с измерением количества сошлифованного материала определяли расход алмазов, который описывали зависимостями: - при шлифовании без ЭЭВ – М(t) = 10,2 + 381· exp(–0,25·t ) ; - при шлифовании с непрерывными ЭЭВ – М(t) =11,4 + 365·exp(–0,27·t ) .

- расход СТМ при периодических ЭЭВ – М(t) = 7,5·t + 4,7. Влияние способа введения ЭЭВ на удельную себестоимость шлифования титанового сплава ВТ 14 алмазным кругом, рассчитывали по известной методике, с использованием данных о затратах на процесс шлифования и количестве сошлифованного материала за 60 минут работы, найденных с использованием формул (2) – (5), и нормативных данных на декабрь 2013 года (таблица 1).

132

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

Таблица 1. Технико-экономические показатели станко-часа шлифования титанового сплава ВТ 14 кругом АС6 100/80 4 М2-01 в зависимости от способа шлифования Объём соМасса изСебестоиУдельная Изменение шлифован- расходован- мость шлисебестоиудельной Способ шлиного матеных алмафования, мость, грн/ себестоимофования риала, зов, грн/ мм3 мм3 сти, % 3 3 мм мм Без ЭЭВ Периодические ЭЭВ Непрерывные ЭЭВ

18680

2136

34,5

0,0018

-

20350

2982

110,6

0,0054

+200

29840

2036

34,7

0,0012

-33

Как видно из таблицы 1, максимальная производительность при минимальной удельной себестоимости шлифования титанового сплава ВТ 14, обеспечивается при шлифовании с непрерывными электроэрозионными воздействиями на РПК. Периодическое введение ЭЭВ на максимальных режимах существенно увеличивает расход алмазов и, как следствие, удельную себестоимость. Это связано с интенсивными процессами удаления связки за счет электроэрозионных разрядов и преждевременным выпадением наиболее ослабленных зерен шлифовального круга, что связано с особенностями шлифования титанового сплава и высоким коэффициентом шлифования. Выводы: 1. При шлифовании титанового сплава ВТ 14 кругом АС6 100/80 4 М2-01 уменьшение режущей способности с течением времени обработки без электроэрозионных действий описывается экспоненциальною зависимостью, а изменение режущей способности РПК во время ее восстановления за счет электроэрозионных воздействий с силой тока 8 – 10 А одновременно со шлифованием, описывается линейным законом.

2. Периодическое введение ЭЭВ на РПК на максимальных режимах существенно увеличивает расход СТМ и соответственно в два раза увеличивает удельную себестоимость. Поэтому режимы непрерывных ЭЭВ могут быть использованы лишь как средство определения оптимальных режимов непрерывных ЭЭВ.

3. Минимальная удельная себестоимость обработки титанового сплава ВТ 14 обеспечивается при шлифовании с непрерывными ЭЭВ и составляет 0,0012 грн/мм3, что на 33% ниже, чем при шлифовании без ЭЭВ, при этом достигается максимальная производительность 29840 мм3 за станко-час обработки. Список литературы: 1. Матюха П.Г. Алмазне шліфування з електроерозійними керуючими діями на робочу поверхню круга / П.Г. Матюха, В.В. Полтавець. – Донецьк: ДонНТУ.– 2006.– 164 с. 2. Матюха П.Г. Определение оптимального интервала времени между электроэрозионными воздействиями на рабочую поверхность круга при алмазном шлифовании твердого сплава / П.Г. Матюха, В.В. Полтавец, В.Б. Стрелков // Прогресивні технології і системи машинобудування. – Донецьк: ДонНТУ.– 2006. – Вип.

31. – С. 203–209. 3. Полтавец В.В. Себестоимость шлифования с управляющими воздействиями на РПК / Полтавец В.В. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научн. трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 2000. – Вып. 10. – С. 202 – 207.

133

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

УДК 621.09.079 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМАЗЫВАЮЩЕ-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ (СОЖ) ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ Чаплыгин Д.В., Голубов Н.В. (Донецкий национальный технический университет, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статья посвящена тенденциям использования смазывающеохлаждающих жидкостей (СОЖ) в машиностроении. Рассмотрены различные варианты снижения затрат на СОЖ. Ключевые слова: затраты, СОЖ, обработка, производительность, резание Затраты на производство и обслуживание СОЖ в различных случаях составляют от 5 % до 15 % производственных затрат в машиностроении ФРГ при затратах на инструмент порядка 4 % [1]. В 1997 г. в Германии было использовано около 800 000 т СОЖ. Стоимость одной тонны СОЖ в зависимости от ее состава колеблется в пределах 150– 1000 евро. При средней цифре в 500 евро затраты составляют 400 млн. евро, причем стоимость обслуживания и переработки отходов СОЖ превышает эту сумму и составляет в год в Германии около 600 млн. евро. Другой не менее важной в современных условиях причиной отказа являются все возрастающие требования к экологической и медицинской безопасности эксплуатациивсех видов производственного оборудования. В странах ЕС и в США приняты многочисленные законы (порядка 250) [1], направленные на защиту здоровья человека, включая защиту от вредного воздействия СОЖ, на защиту воздуха, на уменьшение шума, вибраций и др. Таким образом, актуальным становится разработка новых способов обработки металлов резанием без использования СОЖ, или с использованием минимального объёма СОЖ. При обработке на токарных станках весьма перспективным является твердое точение – способ окончательной обработки материалов высокой твердости, без применения СОЖ, который может являться альтернативой шлифованию. Твердой называют [2] обработку деталей с твердостью выше 47 HRC. Основным технологическим решением для данной обработки всегда было шлифование, поэтому основной задачей твердой обработки стала замена шлифования лезвийной обработкой. Наибольшее распространение получило твердое точение, за ним следует твердое фрезерование, твердое сверление и протягивание. Функционально принцип твердого точения заключается в нагреве материала заготовки в зоне контакта с режущей кромкой. Специально подобранная геометрия инструмента и режимы обработки нагревают материал, что приводит к его отпуску до твердости около 25 HRC. После отделения стружки происходит быстрое охлаждение материала. В результате твердость детали уменьшается не более чем на 2 единицы, а полученная стружка имеет твердость около 45 единиц. Деталь в своей основной массе практически не нагревается. Целью замены шлифования твердой обработкой является уменьшение себестоимости обработки. Съем материала при твердом точении в три раза меньше, чем при шлифовании. Стоимость токарного станка также примерно в три раза ниже, чем шлифовального. Точность обработки идентична при твердом точении и шлифовании (иначе

134

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

замена не имеет смысла). Время обработки при твердом точении значительно (иногда в три раза) ниже, чем при шлифовании. Утилизация стружки проще и дешевле, чем шлифовального шлама. В результате, твердое точение практически всегда на 30 - 50% экономичнее шлифования. Высокоскоростное фрезерование [3] (англ. HSC – High Speed Cutting) - специальный термин, обозначающий современную технологию изготовления, которую можно отнести к группе технологических методов изготовления путем обработки резанием резцами с определенной геометрией. По основному принципу он не отличается от обычного фрезерования. В нем также с помощью вращающегося режущего инструмента с несколькими определенными резцами (фрезами) снимается (срезается) материал с заготовки. Однако при высокоскоростном фрезеровании скорости резания и подач в 5-10 раз выше, чем при обычной обработке. Для наглядности можно привести пример, что фреза диаметром 6 мм имеет скорость вращения примерно 40.000 об./мин. Такая высокая скорость резания комбинируется с высокими скоростями подач. Также и они повышаются по сравнению с обычной обработкой в 5-10 раз и тем самым находятся в диапазоне от 2 до 20 м/мин. Наиболее важным фактором является перераспределение тепла в зоне резания. При небольших сечениях среза, в данном диапазоне скоростей основная масса тепла концентрируется в стружке, не успевая переходить в заготовку. Отсюда основной принцип ВСО – малое сечение среза, снимаемое с высокой скоростью резания, и соответственно высокие обороты шпинделя и высокая минутная подача. Благодаря высокоскоростному фрезерованию достигается, по сравнению с обычным фрезерованием, очень короткое основное технологическое время [3], которое в соответствии с заданным параметром в 5-10 раз меньше (при прочих равных условиях резания в пределах возможного). Дальнейшее преимущество получается благодаря обработке в надкритическом для колебаний диапазоне, потому что везде при таких высоких скоростях вращения, которые используются при высокоскоростном фрезеровании, значительно превышаются частоты резонанса детали, инструмента и компонентов станка. Одновременно с этим за счет небольших поперечных сечений среза силы резания могут быть небольшими, что благоприятно сказывается на выдерживании размеров узлов. Кроме того, проблема выделения тепла сведена к минимуму, как уже описывалось в предыдущем разделе. Но высокоскоростное фрезерование приносит с собой и большие недостатки. Из-за необходимости использовать только специальные высокоскоростные инструментальные шпиндели, требующиеся для такой высокой скорости вращения, в настоящее время часто могут применяться лишь инструменты диаметром от 15 до 20 мм. Интересный эффект увеличения стойкости инструмента при ВСО наблюдается при сравнении способов охлаждения [4]. Как показывает график (рис. 1), наибольшая стойкость наблюдается при исРис. 1. Графики зависимости износа пользовании обдува. Так как тепло конценинструмента в зависимости от спо- трируется в стружке, ее надо просто быстро удалить из зоны резания. Низкая стойкость соба охлаждения зоны резания инструмента при охлаждении объясняют главным образом выкрашиванием, вследствие циклических термических нагрузок на

135

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

режущую кромку инструмента. Постоянная тепловая нагрузка, даже на относительно высоких температурах лучше, чем меняющаяся циклическая нагрузка. При обработке деталей осевым инструментом, например сверлении, может осуществляться резание минимальным использованием СОЖ MMS (Minimal mengen schmierung) [1] . При MMS в зону резания обычно вводится от 5 до 50 см3 смазочного вещества в час (при глубоком сверлении – до 120см3/ч), что во многих случаях обработки позволяет устранить недостатки «сухого» резания и практически обеспечить режимы и параметры обработки с обильным использованием СОЖ, а в ряде случаев – даже превзойти их. Процесс MMS обычно сочетается с высокоскоростным резанием. Возникающая при этом высокая температура приводит к испарению смазочного вещества, так что обрабатываемая деталь, инструмент и стружка остаются сухими. В этом случае СОЖ подаются в виде аэрозоля. Подвод смазочного материала должен осуществляться через вращающийся шпиндель и автоматически сменяемый инструмент, который должен иметь каналы для подвода MMS к режущим кромкам. На современных станках с частотой вращения шпинделя 10000–12000 мин-1 в особенности на высокоскоростных, где эти частоты достигают 20000 – 30000 мин-1 , возникает опасность расслоения аэрозоля под воздействием центробежных сил с оседанием частиц смазки на стенках каналов. Давление воздуха в аэрозоле или его компонентах, подводимых к вращающемуся шпинделю, не превышает обычного давления подводимой СОЖ, в связи с чем для подвода используются такие же устройства. В настоящее время известны два основных способа образования и подвода аэрозоля: а) с образованием смеси «смазочное вещество – воздух» вне вращающего шпинделя; б) с раздельным подводом смазочного вещества и воздуха к шпинделю и образованием аэрозоля в непосредственной близости от инструмента. Второй способ применяется на быстроходных шпинделях и обеспечивает подвод аэрозоля к инструменту без расслоения. По оценкам многих специалистов [1] в ближайшие годы на MMS будут переведены до 10 % всех станков в машиностроении. MMS имеет хорошие перспективы, если будут осуществлены следующие мероприятия: а) повышение общей стойкости инструментов; б) приспособление конструкций станков к требованиям MMS; в) совершенствование устройств методов смешивания масла и воздуха для их подачи в зону обработки; г) создание способов, эффективного удаления стружки MMS. Благодаря значительным экономическим и экологическим преимуществам перед обработкой с обычным применением СОЖ, MMS займет достойное место в металлообработке. Обработка без СОЖ или с ее минимальным использованием постепенно проникает во все отрасли, связанные с обработкой металлов. В первую очередь это относится к стали, алюминию и его сплавам и чугуну. В этой области многими странами, в частности Германией, проводятся широкие исследования и уже накоплен большой практический опыт лезвийной обработки как совершенно без СОЖ, так и с ее минимальным применением, причем во многих случаях реализуется именно первый вариант как наиболее экологически безопасный. Список литературы: 1. Резание с ограниченным использованием смазочноохлаждающей жидкости. Журнал «Инструменты. Технологии. Оборудование» №5 2005 г. с. 14-18. 2. Современные технологические тенденции в обработке резанием. Инж.Д.А.Локтев/http://www.stankoimport.com/presscentre/forum/dloktev.html 3. Высокоскоростное фрезерование (HSC) / http://www.galika.ru/article_8.htm 4. Высокоскоростная обработка /http://www.delcam-ural.ru/cam/tehpodderjka

136

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

УДК 681.3 ПОДХОД ПОЭТАПНОГО СЖАТИЯ ВИДЕОСИГНАЛА НА БАЗЕ АЛГОРИТМА СЖАТИЯ ВИДЕОПОТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ RGB - МОДЕЛИ Борзов Д.Б., Гуляев К.А. (Кафедра ВТ, ЮЗГУ, Курск, Россия) Тел. +7 (4712) 587105; E-mail: borzovdb@kursknet.ru Аннотация: В работе описывается подход сжатия видеосигнала за счет сжатия видеопотока с использованием модели RGB путем удаления из каждого цвета четырех младших бит. Ключевые слова: видеосигнал, алгоритм, сжатие, модель, RGB, поток, цвет. В современном обществе управление различными проектами требует оперативного управления подчинёнными и подразделениями, находящимися как в близлежащем, так и удаленном регионе Российской Федерации. Инструментом управления и контроля являются корпоративные видеоконференции [1]. Используя современные технологии, каждый участник конференции в режиме реального времени может проводить беседу с сотрудниками, расположенными в любой точке планеты в различных часовых поясах [2]. Исходя из этого, разработка программно-аппаратного обеспечения для сжатия потоковых данных в режиме реального времени является одним из перспективных направлений, обусловленных развитием сети интернет и современных линий связи. В опубликованной ранее статье авторами был рассмотрен алгоритм сжатия видеопотока с использованием RGB- модели в контексте «Теории цвета» [1]. Суть данного алгоритма заключалась в преобразовании RGB кода так, чтобы сократить объем передаваемых данных с 24 бит исходного кода до 12 бит «усеченного» кода путем удаления четырех младших бит каждого из трех октетов исходного кода, отвечающих за оттеночные области цвета. Наглядно это изображено на рис. 1.

Рис. 1. Преобразования кода при использовании алгоритма сжатия видеопотока с использованием RGB- модели На рисунке обведены разряды исходного кода, подлежащие удалению. В результате таких преобразований сохраняется целостность изображения, уменьшается в 2 раза объем передаваемых данных, а потери происходят исключительно в градиентной области спектра, что практически не влияет на качество и целостность передаваемого изображения.

137

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

В данной статье авторами предлагается подход способный увеличить коэффициент сжатия данных путем динамического подключения еще одного алгоритма сжатия – метода Хаффмана. Для этого необходимо дополнительно ввести 3 бита «схожести», назовем их h1,h2 и h3 соответственно, все они по умолчанию равны нулю [3]. В случае если первая тетрада сжатого кода равна второй бит h1 будет равен 1, если вторая тетрада равна третьей, тогда бит h2 станет равным 1, а если первая и третья тетрады окажутся равными, то h3 примет значение, равное 1, после чего из исходного кода удаляется одна из равных тетрад, а на выдачу передается только признак равенства и только одна из одинаковых тетрад. Таким образом, когда приемник на вход получает единицу в признаке равенства, он заполняет недостающую часть кода последовательность из «равной» тетрады и восстанавливает код, полученный на первом этапе сжатия. Подход, описанный выше изображен на рис. 2.

Рис. 2. Реализация второй ступени сжатия с использование метода Хаффмана Согласно рисунку, в случае, когда все 3 тетрады кода равны, нам необходимо передать только 3 бита равенства и 4 бита кода, что сокращает объем данных на 7 бит, относительно исходного 12 битного «усеченного» кода. Основываясь на анализе проблемной области, можно сделать вывод, что предложенный нами подход может являться решением рассмотренной задачи, так как таким образом удастся достичь большего коэффициента сжатия данных при относительно не большом увеличении исходного кода, а так как процесс вещания происходит в реальном времени, то необходимо применение альтернативных аппаратных средств, так как существующие программно-аппаратные реализации не подходят или неспособны полностью обеспечить необходимый результат. Список литературы: 1. Борзов Д.Б., Гуляев К.А. Видеоконференцсвязь: общая организация, метод сжатия с использованием словаря: Студенческий научнотехнический журнал "Инженер" / №14. - 2013. - С.83-86. - Донецк: ДонНТУ, 2013.

2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 1104 с. 3. Балашов К.Ю. Сжатие информации: анализ методов и подходов: уч. пособие для вузов.– СПб.: ПИТЕР, 2004. 234с. 4. Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео.– М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003.– 384 с.

138

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

УДК 681.3 СЛОЖНОСТЬ ЗАДАЧИ ПЛАНИРОВАНИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ В ПЛИС В УСЛОВИЯХ НАЛИЧИЯ ДЕФЕКТНЫХ ПРОЦЕССОРОВ И/ИЛИ КАНАЛОВ СВЯЗИ НА КРИСТАЛЛЕ Масюков И.И., Борзов Д.Б. (каф. ВТ ЮЗГУ, г. Курск, Россия) Тел. +7 (4712) 587105; E-mail: borzovdb@kursknet.ru Аннотация: Обсуждается проблема задачи планирования размещения параллельных программ на кристалле в условиях наличия дефектных процессоров и/или каналов связи. Ключевые слова: система на кристалле, процессор, размещение, планирование, дефекты. Система на кристалле (СнК) – это устройство, на кристалле которого расположено множество различных компонентов – центральный процессор, графический процессор, память, периферийные устройства, интерфейсы [1]. В настоящее время СнК можно встретить почти в любом электронном устройстве, начиная от наручных часов, заканчивая суперкомпьютерами. Но самое интересное, что первая система на кристалле использовалась в наручных часах Microma LCD Watch, в них использовалась разработанная Intel СнК Intel 5810 CMOS Chip. Существует несколько способов реализации систем на кристалле. Один из способов – это создание интегральной схемы специального назначения (ASIC), но данный способ, хотя и приводит к получению схемы, быстро решающей поставленную перед ним задачу, дорог и из-за сложности проектирования может привести к ошибкам в производстве. Поэтому ASIC чаще всего применяется в микросхемах узкой направленности, например аппаратного кодирования/декодирования аудио- и видеосигналов. Следующий способ – это проектирование на основе программируемой логической интегральной схема (ПЛИС). Данный способ хорош тем, что используются стандартные микросхемы, которые программируются с помощью специальных языков (напр.

Verilog, VHDL, AHDL), позволяющих создавать сложные проекты в короткие сроки. Но главные минусы данного подхода – это стоимость самих кристаллов, она выше, чем у ASIC, и высокая потребляемая мощность. Существуют так же гибридные технологии, как структурные ASIC, так и конфигурируемые системы на кристалле (Configurable System on Chip – CsoC) [2]. В настоящее время количество процессоров, входящих в ПЛИС уже вплотную подходит к отметке 100. Учитывая данный технологический уровень развития, мы часто сталкиваемся с проблемой технологического дефекта кристаллов. Вероятность таких дефектов, несмотря на постоянное совершенствование микроэлектронной технологии, остается относительно высокой процент выпускаемых СБИС фактически представляют собой брак. Наличие таких дефектов усложняет решение многих задач. Одной из них является планирование размещения выполняемых параллельных программ. План размещения определяется хост-компьютером (высокопроизводительной универсальной ЭВМ) исходя из структур мультипроцессора и программ, подлежащих реализации, и формируется так, чтобы минимизировать коммуникационную задержку. Причем указанный план строится с учетом неоднородности физической структуры мультипроцессора, вызванной дефектами СБИС (дефектные процессоры, на которые запрещено на-

139

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

значать программы, а также дефектные каналы связи, через которые нельзя передавать данные между процессорами). Формально задача планирования размещения параллельных программ в ПЛИС представляется как отображение вершин и дуг взвешенного орграфа, описывающего набор программ, на нерегулярный граф, представляющий физическую структуру мультипроцессора с учетом дефектов. При этом вариант отображения выбирается с минимизацией суммарного веса дуг, характеризующего коммуникационную задержку. Посути имеет место усложненный вариант задачи поиска в графе изоморфного подграфа, которая, как известно, является классической NP-полной задачей теории графов. Учитывая большое число процессоров, задача планирования размещения становится программно неразрешимой за приемлемое для практики время. Наращивание вычислительной мощности хост-компьютера также не решает данную проблему, поскольку кривая роста трудоемкости планирования размещения значительно опережает кривую повышения его производительности. Кроме того, необходимость использования более мощного хост-компьютера значительно увеличивает стоимость таких систем и во многих случаях делает их применение нецелесообразным. Другим подходом к разрешению указанного противоречия является планирование размещения на аппаратном уровне, т.е. создание специализированных устройств размещения, учитывающих специфику решаемой задачи. Аппаратное решение задач на графах – известный подход, который широко применяется, например, при выполнении трассировки соединений на печатных платах Таким образом, существует проблема между высокой вычислительной сложностью задачи планирования размещения параллельных программ в ПЛИС в условиях наличия дефектных процессоров и/или каналов связи на кристалле, ограниченными возможностями программных и универсальных аппаратных средств ее решения и значительной стоимостью дальнейшего повышения производительности указанных средств. Список литературы: 1. Каляев И.А., Левин И.И., Семерников Е.А., Шмойлов В.И. Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры. Изд-во ЮНЦ РАН, 2008. – 320 стр. 2. Немудров В., Мартин Г. Системы-на-кристалле. Проектирование и развитие. Изд-во Техносфера, 2004. – 216 с.

140

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

ГАЗОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ И УСТРОИСТВО ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ Нурымов Е.К., Ткаченко Д. Е., Поветкин В.В., Татыбаев М.К. (кафедра ССиТМ, Каз НТУ имени К.И. Сатпаева, Алматы, Республика Казахстан) тел:87272926919. Е-mail:Mukhtar_t.k@mail.ru Аннотация. В статье изложены вопросы создания способа и устройства для газопламенного нанесения металлических покрытиий на поверхности деталей, подвергающихся интенсивному износу.

1. Введение Повышение надежности современной техники, снижение себестоимости ее эксплуатации, обеспечение конкурентоспособности, а также продление ресурса эксплуатации и его реновации и путем применения современных технологий ремонта при необходимости восстановления работоспособности узлов до уровня новых изделий, подвергающихся различным видам износа [1]. Применение технологий защитных покрытий, среди которых газотермические процессы в настоящее время занимают наиболее значительное место, является одним из кардинальных путей решения данного вопроса. Используя существующие в настоящее время оборудование, материалы и технологии газотермического напыления, возможно уменьшить или исключить полностью влияние таких процессов как износ трением, эрозия, коррозия (в т.ч. высокотемпературная), абразивный износ, кавитация и др. Защитные покрытия могут иметь кроме чисто защитных функций и другое предназначение как, например, создание термобарьера, обеспечение электроизоляционных свойств, поглощение излучения продуктов радиоактивного распада, обеспечение определенных оптических свойств, реализация селективного смачивания, создание биологически активных поверхностных свойств для различных искусственных органов и многое другое.

2. Основное содержание и результаты работы В промышленно развитых странах освоение техники газотермического напыления стимулируется и для решения экологических проблем путем интенсивного вытеснения гальванических, экологически очень грязных технологий из промышленности и их замена на более эффективные газотермические покрытия. Известные способы получения газопламенного напыления состоят в том, что определенная смесь кислорода (или воздуха) с горючим газом поступает в горелку (основная струя), где поджигается и образует факел. В этот высокотемпературный поток газа (2000 °С, до 1000 м/сек) подается порошковый материал, который нагревается до пластического состояния и уносится на основу, где образует покрытие [2]. Основным недостатком таких металлических покрытий является низкая прочность сцепления с основой (3-5 МПа), связанная с тем, что известный способ не обеспечивает достаточно высокой температуры и скорости напылительного потока. Известен также способ газопламенного напыления металлических порошков, включающий введение в пламя, образованное при сгорании любого горючего газа (например, ацетилена) и окислителя (кислорода) внешней струи, состоящей из транспортирующего газа и напыляемого порошка. Подача металлического порошка в активную зону

141

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

пламени производится через осевой канал горелки газообразным аммиаком, который используют в качестве транспортирующего газа [3]. К недостатку этого способа также относится недостаточная прочность сцепления напыления с основой (20 МПа), также связанная с тем, что известный способ не обеспечивает достаточной температуры и скорости напылительного потока, а также дороговизна процесса, связанная с использованием дополнительно в качестве транспортирующего газа аммиака. Задачей является создание экономичного способа газопламенного напыления металлических порошков, позволяющего повысить прочность сцепления напыления с основой. Это достигается тем, что в способе газопламенного напыления металлических порошков, включающем введение в пламя основной струи, образованной в камере сгорания при сгорании любого горючего газа, внешней струи, состоящей из транспортирующего газа, подачу напыляемого порошка, образование в активной зоне напылительного потока, подаваемого далее на основу для образования покрытия, согласно изобретению, напылительный поток создают введением в основную струю на заданном расстоянии относительно ее выхода внешней струи, которую подают во встречном направлении, образуя фронт ударной волны в активной зоне, а подачу напыляемого порошка производят на выходе основной струи, транспортирующей его в активную зону. Предлагаемый способ газопламенного напыления металлических порошков реализуется следующим образом (см. рисунок 1) [4].

1 - камера сгорания, 2 - зона нагрева (горения) в камере сгорания, 3 - основная струя, истекающая из камеры сгорания, 4 - подача напыляемого порошка, 5 - подача (эжекция) окислителя (окружающего воздуха), 6 - внешняя струя, 7 - заданная длина активной зоны основной струи, 8 - заданная длина образования ударной волны, 9 - фронт ударной волны (скачок уплотнения), 10 - напылительный поток, 11 - основа для образования покрытия Рис. 1. Устройство для газотермической очистки труб Для осуществления способа используют серийное оборудование (механизм подачи напылительного порошка, механизм ориентации напыляемой основы, газоструйная го-

142

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

релка с камерой сгорания углеводородного топлива и соплом Лаваля, системы подачи топливных компонентов). Выходящий из зоны горения 2 камеры сгорания 1 напыляемый порошок 4 (различные окислы или карбиды металлов, например, Cr, Al, Ni, Mo и др.), транспортируемый основной газовой струёй 3, нагревается до пластического состояния (1100…1500 °С) и транспортируется этой струёй в активную зону 7, проходя далее через внешнюю струю 6 и фронт ударной волны 9, образованный на заданной длине 8, он разогревается до температуры плавления (2500…3000 °С) и во вновь образованном напылительном потоке 10 уносится на основу для образования покрытия 11. Для сравнения предлагаемого способа с прототипом приводим таблицу 1. Таблица 1. Прочностные характеристики покрытий Изобретение

Транспортирующий газ

Прототип

Аммиак

Предлагаемый способ

Избыточное горючее основной струи и окислитель

Прочность сцепления покрытия с основой, МПа 20 40…45

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет повысить прочность сцепления покрытия с основой ~ в 2 раза, а за счет использования в качестве транспортирующего газа избыточного горючего основной струи и окислителя удешевить технологический процесс. Предлагаемое устройство для нанесения газотермических покрытий, которое может быть использовано для восстановления трубопроводной арматуры газотермическим напылением. Известна установка для плазменного (газотермического) напыления шаровых поверхностей, включающая рабочую камеру, установленные в ней плазмотрон, абразивноструйный аппарат и механизм перемещения деталей, выполненный в виде установленного на приводном валу основания, связанного посредством штанг и шарниров с держателями деталей, взаимодействующими с кольцевыми направляющими, имеющими в зоне действия плазмотрона и абразивно-струйного аппарата винтовую поверхность. Недостатком этой установки является его недостаточная эффективность, связанная с высокой сложностью устройства и аппаратуры управления, и большой энергоемкостью. Известно также устройство для нанесения антикоррозионных восстановительных (газотермических) покрытий (газодинамический металлизатор-отбойник), содержащий трехканальный коллектор для транспортирования топлива, дополнительного окислителя и рабочего агента, камеру сгорания, завихритель, кольцевой, радиальный диффузор для подачи топлива в камеру сгорания с обеспечением образования защитной пленки на стенках камеры сгорания за счет закрутки потока воздуха при входе в камеру сгорания, полосу-обойму для напыления через магазин, встроенный на срезе сопла, тугоплавких металлов в порошкообразном состоянии через канал коллектора в зону горения камеры сгорания с добавлением окислителя [4]. Недостатком известного устройства также является его недостаточная эффективность, связанная со сложностью системы подачи металлического порошка в зону сгорания топливных компонентов в камере сгорания, в виду низкой теплостойкости подающих элементов (патрубков) и необходимости их принудительного охлаждения, а 143

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

также сложностью подачи расплава через сужающуюся часть сопла, вызывающую налипание его на стенках сопла. Задачей является создание устройства для нанесения газотермических покрытий, позволяющее повысить эффективность процесса. Это достигается тем, что известное устройство для нанесения газотермических покрытий, содержащее трехканальный коллектор для транспортирования топлива и окислителя, камеру сгорания, заканчивающуюся соплом, магазин для металлического порошка, встроенный на срезе сопла, кольцевой диффузор, согласно изобретению, дополнительно снабжено механизмом перемещения обрабатываемых деталей, камера сгорания включает газоструйную горелку с соплом Лаваля и соединенный с ней цилиндрический насадок, в котором на участке соединения с соплом газоструйной горелки выполнены отверстия для соединения полости насадка с магазином, а кольцевой диффузор выполнен в виде перфорированной перегородки и расположен внутри цилиндрического насадка, при этом механизм перемещения деталей расположен снаружи, на выходе из камеры сгорания. Технический результат обеспечивается конструкцией камеры сгорания. Общий вид предлагаемого устройства для нанесения газотермических покрытий схематически представлен на рисунке 2. Предлагаемое устройство содержит камеру сгорания 1, заканчивающуюся соплом (на чертеже не показано), включает газоструйную горелку 2 и соединенный с ней цилиндрический насадок 3, в котором на участке соединения с соплом газоструйной горелки 6 выполнены отверстия 8 для соединения полости насадка 3 с магазином (на чертеже не показан) для напыления через него в насадок 3 металлического порошка, трехканальный коллектор 4, кольцевой диффузор 10 и механизм перемещения обрабатываемых деталей 5, коллектор 4 для подачи горючего и окислителя введен в газоструйную горелку 2. Кольцевой диффузор 10 выполнен в виде перфорированной перегородки с шероховатой поверхностью и расположен внутри цилиндрического насадка 3 с равноудаленными на длину L относительно среза 7 сопла б наклонными под углом к оси насадка 3 отверстиями 9 для подачи дополнительного окислителя. Механизм 5 перемещения деталей 11 расположен снаружи, на выходе из камеры сгорания 1.

Рис. 2. Устройство для нанесения газотермических покрытий Устройство при подаче топливных компонентов (углеводородное горючее: бензин, керосин, соляровое масло, пропан) через трехканальный коллектор 4 в горелку 2 камеры сгорания 1 происходит их поджог от факела или электрической свечи. Образовавшиеся

144

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ

при этом газообразные продукты сгорания, имеющие высокую температуру (2500 °С) через сопло 6 истекают в цилиндрический насадок 3 с высокой скоростью (порядка 2000 м/сек). Одновременно в истекающую из горелки 2 высокотемпературную газовую струю через отверстия 8, соединенные с магазином (на чертеже не показан) подается металлический порошок, который при движении в струе разогревается до пластического состояния, и дополнительный окислитель (окружающий воздух из атмосферы), который поступает во встречном направлении в цилиндрический насадок 3 через отверстия 9 и диффузор 10. При этом транспортировка порошкового материала производится также во встречном направлении движения дополнительного окислителя, через диффузор 10, во фронте ударной волны, созданном в потоке газа за счет ударного импульса с образованием мощного скачка уплотнения при встрече с шероховатой поверхностью диффузора 10, который, двигаясь навстречу газовому потоку, уравновешивается скоростью набегания потока и устанавливается на длине L1 относительно диффузора 10. Газовый поток, несущий металлический порошок и несгоревшее горючее, из горелки 2 поступает в стационарную ударную волну и с высокой скоростью поддерживает сгорание в ней горючего. Быстрое догорание - топливных компонентов и расплавление металлического порошка происходит за счет дополнительного окислителя в скачке уплотнения (L1). Вновь образовавшаяся таким образом за фронтом ударной волны (на длине) газовая струя, несущая металлический порошок, разгоняется в цилиндрической насадке 3 и с большой скоростью (2000…2500 м/сек) направляется на поверхность обрабатываемых деталей 11 (трубопроводная арматура: шаровая поверхность клапанов, затворов). Вращение и поворот деталей 11 осуществляется механизмом 5, который обеспечивает равное расстояние от сопла, расположенного на выходе камеры сгорания 1 (на чертеже не показано) до обрабатываемой поверхности деталей 11 в процессе их ориентации.

3. Заключение Эффективность процесса нанесения покрытия обеспечивается высокой адгезией наносимого порошкового материала к обрабатываемой поверхности за счет повышения температуры расплава и скорости его транспортировки на поверхность обработки, обеспечиваемых выполнением конструкции камеры сгорания. Таким образом, предлагаемый способ и устройство для нанесения газотермических покрытий позволяет повысить эффективность процесса обработки. Список литературы: 1. Балдаев Л.Х., Арутюнова И.Ф., Волосов H.A. и др. Методы оценки служебных свойств защитных покрытий// Сварочное производство, 2001, №9, с. 35-38. 2. Байшуаков А.А., Климов П.В., Поветкин В.В., Способ газопламенного напыления металлических порошков. Предварительный патент №15177-2004. (Заявка № 2003/0581.1 от 28.04.2003 г.). 3. Байшуаков А.А., Поветкин В.В., Поветкин А.В., Устройство для нанесения газотермических покрытий. Предварительный патент №15419, кл.С23С4/10, оп. 15.02.2005 г. 4. Байшуаков А.А., Поветкин В.В. Способ газопламенного напыления металлических порошков и устройство для его осуществления. Инновационный патент № 27057, С23С4/12, оп. 14.06.2013 г., бюл. №6.

145

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Бирюк Г.С., Рыбинская Т.А., Шаповалов Р.Г. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ………….

3

Буленков Е. А., Бедрицкий М. Н. ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ САПР………………………………

8

Веселовский А.Б., Рыбинская Т.А. ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ……………………………. 13 Горобец И.А., Грищенко И.Н., Голубов Н.В. ЗАДАЧИ ВЫБОРА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА…………………………….

17

Горобец И.А., Грищенко И.Н., Голубов Н.В. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА…………………………….

19

Картамышев А.В., Борзов Д.Б. ПЛАНИРОВАНИЕ ЗАГРУЗКИ ПРОЦЕССОРОВ В МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ ВЫСОКОЙ ГОТОВНОСТИ……..…

21

Ляпин А.Ю., Чернышёв Е.А АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА…………………………………………………………………….

23

Орехович М.А., Ищенко А.Л., Кульбида О.О. К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ СБОРОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КИНЕМАТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ……..

25

Орехович М.А., Кульбида О.О., Ищенко А.Л. РАЗРАБОТКА КИНЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СБОРОЧНОГО МОДУЛЯ……………………………..

28

Петрешин Д.И., Крахмалев О.Н., Косицын Д.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ………... 32

146

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г.

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Бутенко В.И., Федотов А.А. МЕТОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ………………………….. 37 Крупнов Д.С., Гусев В.В. АНАЛИЗ И ВЫБОР КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОЛОЧНОГО ОПЕРАЦИОННОГО СВЕТИЛЬНИКА………………………… 41 Махоткин Д.В., Полтавец В.В. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЙБУЛЛА………………………………………...

45

Михайлов Д.А., Соосар В.А., Михайлов А.Н. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ГТД С НЕРАВНОМЕРНЫМИ ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННЫМИ РАЗРУШЕНИЯМИ ПОКРЫТИЙ……………………………………………………

49

Новиков И.А., Байков А.В. ОПИСАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ВЫСОТЕ ВЕРШИН ОРИЕНТИРОВАННО РАСПОЛОЖЕННЫХ АБРАЗИВНЫХ ЗЕРЕН В ЭЛАСТИЧНОМ ШЛИФОВАЛЬНОМ ИНСТРУМЕНТЕ………………………….. 55 Польченко В.В., Мирутенко С.В. ВЛИЯНИЕ ЗУБЧАТЫХ МУФТ НА НАГРУЗКУ ОПОР ВАЛОВ………………...

58

Сидорова Е.В., Калайда К.А. РАЗРАБОТКА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ СТАЛИ ШХ15……………………………………………..

61

ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Дымковская Д.А., Рыбинская Т.А. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ПРОДУКЦИИ…………….

65

Калафатова Л.П., Цуканова А.И. ОБОСНОВАНИЕ ВАРИАНТА ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ………………………………………….

71

Киреев Д.Г., Горобец И.А., Голубов Н.В. ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПРИРОДНОГО КАМНЯ………………………..

74

147

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г.

Лавров В.А., Матюха П.Г., Габитов В.В. ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧИ БАБКИ ИЗДЕЛИЯ ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА МОДЕЛИ .3А227П В СООТВЕТСТВИИ С ИЗМЕНЕНИЕМ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КРУГА…

80

Михайлов Д.А., Братан С.М., Ивченко Т.Г., Мазур И.Ю. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛИРОВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛОПАТОК ГТД…………………………………………………

86

Польченко В.В., Догадаев И.С. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЗУБЧАТЫХ МУФТ………………………..

94

ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Брадулов П.Р., Ивченко Т.Г. ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ АЛМАЗНЫМ ТОЧЕНИЕМ И ВЫГЛАЖИВАНИЕМ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ………………………………….

96

Брадулов П.Р., Ивченко Т.Г. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН КОМБИНИРОВАННЫМИ МЕТОДАМИ ОБРАБОТКИ….

99

Долматов Д.А., Лахин А.М. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННЫМИ СВОЙСТВАМИ……………….

102

Матлахов В.П., Рыжиченко А. И. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СДВИГОВЫМ РЕГИСТРОМ ЧЕРЕЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПОРТ КОМПЬЮТЕРА………...

106

Сидорова Е.В., Калайда К.А. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ………………………………… 108 Шахова И.Ю., Феник Л.Н. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ В ЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ…………...

112

Шморгун Ю.А., Мищенко И.М. СНИЖЕНИЕ ОБЪЕМОВ СУПЕРТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ В АГЛОМЕРАЦИОННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ С ПОМОЩЬЮ РАСТВОРА МОЧЕВИНЫ…………………………………………. 115

148

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г.

ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ БогуцкийБ.В., БратанС.М. АНАЛИЗ ЗОНЫ КОНТАКТА ИНСТРУМЕНТА И ЗАГОТОВКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ПРОТЯЖЕК…………

118

Ефимов Б.Н, Коваленко В.И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ……………………………………………………. 123 Король К. О., Ивченко Т.Г., Феник Л.Н. УЧЕТ ПЕРЕМЕННОСТИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ОГРАНИЧЕНИЙ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ЧЕРНОВОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ…………………………………… 126 Матюха П.Г., Габитов В.В., Голуб И.В. ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА РАБОЧУЮ ПОВЕРХНОСТЬ КРУГА ПРИ ВНУТРЕННЕМ АЛМАЗНОМ ШЛИФОВАНИИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ 14 НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И УДЕЛЬНУЮ СЕБЕСТОИМОСТЬ ОБРАБОТКИ….

130

Чаплыгин Д.В., Голубов Н.В. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМАЗЫВАЮЩЕ-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ (СОЖ) ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ…………………………… 134 Борзов Д.Б., Гуляев К.А. ПОДХОД ПОЭТАПНОГО СЖАТИЯ ВИДЕОСИГНАЛА НА БАЗЕ АЛГОРИТМА СЖАТИЯ ВИДЕОПОТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ RGB - МОДЕЛИ …………………………………………… 137 Масюков И.И., Борзов Д.Б. СЛОЖНОСТЬ ЗАДАЧИ ПЛАНИРОВАНИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ В ПЛИС В УСЛОВИЯХ НАЛИЧИЯ ДЕФЕКТНЫХ ПРОЦЕССОРОВ И/ИЛИ КАНАЛОВ СВЯЗИ НА КРИСТАЛЛЕ…………………

139

Нурымов Е.К., Ткаченко Д. Е., Поветкин В.В., Татыбаев М.К. ГАЗОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ И УСТРОИСТВО ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ …………………………………………………

141

149

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г.

Донецкий национальный технический университет Кафедра “Технология машиностроения”

TM

До нН Т У

ДонНТУ, ул. Артема, 58, 83001, Донецк, Украина Тел. (+38 062) 305-01-04, (+38 062) 301-08-05 факс. (+38 062) 305-01-04 E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua http://www.dgtu.donetsk.ua

__17.11.2014__№_ _50.5 _ На №________от________ УВАЖАЕМЫЙ КОЛЛЕГА Донецкий национальный технический университет с 2000 года выпускает студенческий научнотехнический журнал «Инженер» (свидетельство: серия ДЦ №1550 от 30.03.2000г.). Этот журнал ориентирован на публикацию научных работ студентов, магистрантов, стажеров, молодых специалистов, делающих первые шаги в научной деятельности. Публикации в журнале позволяют приобрести опыт написания научных статей, познакомится с научной деятельностью своих коллег, концепциями развития различных отраслей промышленности. В то же время ученые кафедр, факультетов, научных организаций могут ознакомиться с научными направлениями молодых ученых, актуальностью их разработок, научным и народнохозяйственным значением публикуемых ими материалов. Содержание рукописей должно отражать современные достижения науки и техники в исследуемой области, содержать актуальность работы, постановку задачи, полученные результаты, их практическое значение, выводы. Материалы должны представлять интерес для широкого круга специалистов. Языки представления рукописей: украинский, русский, английский, французский. Издание журнала планируется с периодичностью 3 … 4 номера в год по мере поступления материалов. Данный журнал распространяется по ведущим библиотекам Украины и стран СНГ. ОСНОВНАЯ ТЕМАТИКА ЖУРНАЛА 1. Создание и применение прогрессивных технологий и технологических систем. Нетрадиционные технологии.

2. Информационные технологии.

3. Механизация и автоматизация производственных процессов.

4. Управление качеством, метрология, сертификация.

5. Вопросы экономической теории и практики.

6. Моделирование и расчеты сложных технических систем.

7. Экологические проблемы промышленности. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ Для принятия решения о включении рукописи Вашей статьи в сборник необходимо выслать в адрес редакционной коллегии следующее:  заявку с указанием раздела тематики журнала и сведения об авторах статьи;  рукопись статьи в двух экземплярах (второй экземпляр статьи должен быть подписан всеми авторами);  CD-диск с записью текста статьи и материалов (дополнительно все материалы необходимо выслать по E-mail). ОПЛАТА ПУБЛИКАЦИИ И УЧАСТИЯ В СТУДЕНЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Публикация статей в данном журнале платная. Стоимость участия в конференции и оплата одной статьи составляет: 120 гривен (10 Евро) – для авторов с Украины; 150 гривен (12 Евро) – для авторов из СНГ; 180 гривен (15 Евро) – для авторов из других стран. Банковские реквизиты:  для авторов из Украины (гривни): Донецкое РУ “ПриватБанк”, т/с 26001185655001, МФО 335496, ОКПО 30206251. Получатель: ЧП “ТЕХНОПОЛИС”. Назначение платежа: За опубликование статьи … (указываются Ф.И.О. авторов), без НДС;  для авторов из стран СНГ (рубли): Получатель: ЧП “ТЕХНОПОЛИС”, счет 26009185655003, идентификационный код 30206251, IBAN UA843354960000026009185655003. Банк получателя: ПАО КБ

150

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г.

ПРИВАТБАНК, г. Днепропетровск, Украина. Счет банка получателя в банке-корреспонденте: 30111810355550000028. Банк-корреспондент: ОАО Банк ВТБ, г. Москва, Россия, БИК Банкакорреспондента: 044525187, ИНН: 7702070139, номер счета банка-корреспондента в ОПЕРУ ГТУ Банка России 30101810700000000187. Назначение платежа: За опубликование статьи в сборнике …(указываются Ф.И.О.), без НДС;  для авторов из стран ЕС (евро): Beneficiary: Private Company ‘Technopolis’, account 26002051800127, identification code 30206251, IBAN UA823354960000026002051800127. Bank of beneficiary: ‘Privatbank’, Dnepropetrovsk, Ukraine; S.W.I.F.T. PBAN UA 2X. Intermediary Bank: DEUTSCHE BANK AG, FRANKFURT AM MAIN, GERMANY, S.W.I.F.T. DEUTDEFF. Correspondent account: 94701211000. Appointment Payment (Details of Payment): For publication the article … (indicate the last names of the authors);  для авторов из других стран (доллары США): Beneficiary: Private Company ‘Technopolis’, account 26000185655002, identification code 30206251, IBAN UA313354960000026000185655002. Bank of beneficiary: ‘Privatbank’, Dnepropetrovsk, Ukraine; S.W.I.F.T. PBAN UA 2X. Intermediary Bank: JPMORGAN CHASE BANK, New York, USA, S.W.I.F.T. CHASUS33. Correspondent account: 001-1-000080. Appointment Payment (Details of Payment): For publication the article … (indicate the last names of the authors);  для почтовых переводов: Украина, 83050, г. Донецк, ул. Шекспира, 13, кв. 37. Михайлову Александру Николаевичу с указанием “За опубликование статьи … (указываются Ф.И.О. авторов), без НДС. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЕНИЮ 1. Текст рукописи статьи от 3 до 7 полных страниц на белой бумаге формата А4 (210х297 мм) с полями: верхнее - 30 мм, нижнее, левое и правое - 25 мм. Страницы не нумеровать (нумерацию можно выполнить карандашом в нижнем правом углу). Рукопись статьи оформить с применением редактора WinWord (не ниже версии 7,0) шрифтом Times New Roman размером 12, распечатать в двух экземплярах с высоким качеством печати.

2. Порядок оформления. Материалы должны отвечать следующей структурной схеме: название, фамилии и инициалы авторов, сокращенное название кафедры, организации, города, основной текст, выводы, список литературы. Название печатать прописными (жирными) буквами, не отступая от верхнего поля, без переносов, центрировать. Через 1 пустую строку строчными буквами – фамилии и инициалы авторов (жирными), рядом в круглых скобках курсивом – сокращенное название кафедры, организации, города, страны (строку центрировать). Через 1 пустую строку – материалы статьи (язык изложения – по выбору авторов, межстрочный интервал 1). См. образец оформления материалов.

3. Графический материал (рисунки, графики, схемы) следует выполнять размерами не менее 60х60 мм внедренными объектами (по ходу материалов). Все позиции, обозначенные на рисунке, должны быть объяснены в тексте. Позиции на рисунке должны располагаться по часовой стрелке. Под каждым рисунком указывается его номер и название, например: Рис. 3. Схема устройства.

4. Формулы и математические знаки должны быть понятны. Показатели, степени и индексы должны быть меньше основных знаков и выполняться в соответствии с редактором формул Microsoft Equation. Формулы нумеруются (справа в круглых скобках, не отступая от правого поля), только в том случае, если на них в тексте имеются ссылки. Формулы выполняются курсивом. Редактор формул Microsoft Equation. Стиль формул для Microsoft Equation: Full - 12 pt, Subscript/Superscript - 10 pt, SubSubscript/Superscript - 8 pt, Symbol - 12 pt, Sub-Symbol - 10 pt.

5. Таблицы должны иметь порядковый номер и название и располагаться после упоминания по тексту, например: Таблица 2. Классификация муфт. Таблицы отделяются от основного текста пустой строкой.

6. Список литературы должен быть приведен в конце статьи, через пустую строку от основного текста в соответствии с образцом. Перечень ссылок должен быть составлен в порядке упоминания в тексте. Ссылки на литературу заключается в квадратные скобки.

7. Текст рукописи статьи требуется записать на CD-диск, который нужно подписать следующим образом: фамилии и инициалы авторов, название статьи. Дополнительно все материалы необходимо выслать по E-mail.

8. Материалы рукописи представляются без изгибов.

9. Материалы, не отвечающие перечисленным требованиям и тематике журнала, а также не оплаченные в срок, опубликованы не будут.

151

ИНЖЕНЕР, № 1(17)-2(18)’2014 г.

Образец оформления материалов: УДК 621.01(06) ОСНОВЫ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА СБОРОЧНЫХ СИСТЕМ (пустая строка) Иванов И.И., Петров П.П. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua (пустая строка) Аннотация. В статье приведены данные по структурному синтезу сборочных …………………… ………… уравнений описывающих процесс сборки изделий. (курсив, 6 …8 строк) Ключевые слова: структура технологии, синтез, процесс, сборка. (курсив, 5 слов) (пустая строка) 1. Введение Во введении необходимо представить литературный обзор современного состояния вопроса исследования, показать актуальность работы, поставить цель и определить задачи исследований (0,5 … 1,0 страница). (пустая строка 2. Основное содержание и результаты работы Для сборки изделий широко применяются технологические системы [1] ………………….. ………… информационные и другие потоки (рис. 5) могут быть описаны выражением.

[4]. (пустая строка) 3. Заключение Таким образом, выполненные исследования позволили реализовать следующее: ……………………………….. отличительной особенностью данной методики. (пустая строка) Список литературы: 1. Ким И.П. Исследование эффективности роторных машин. – К.: КПИ, 1985. – 123 с. 2. Устюгов А.В. Надежность технологических машин. – Донецк: ДонНТУ, 1998. – 425 с. АДРЕС РЕДАКЦИОННОЙ КОЛЛЕГИИ: Редакционная коллегия журнала «Инженер»,. кафедра «Технология машиностроения», ДонНТУ, ул. Артема, 58, г. Донецк, 83001, Украина. Тел. (+38 062) 305-01-04, (+38 062) 301-08-05; факс - (+38 062) 305-01-04; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua или mntk21@mail.ru http: //www.dgtu.donetsk.ua Председатель редакционной коллегии – А.Н. Михайлов, тел. (+38 062) 305-01-04. Зам. председателя – В.А. Богуславский, тел. (+38 062) 301-08-05. Ученый секретарь – А.В. Байков, тел. (+38 062) 301-08-05.

152

Наукове видання

ІНЖЕНЕР Студентський науково-технічний журнал

№ 1(17)-2(18)'2014

Технічний редактор О.О. Кульбіда

Видавець: Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», вул. Артема, 58., м. Донецьк, 83001, тел.: (062) 301-08-67 Свідоцтво про державну реєстрацію суб’єкта видавничої справи: серія ДК №2982 від 21.09.2007.

Формат 6084/16. Ум. друк. арк. 14,3. Тираж 100 пр. Зам. № 5

Надруковано: 27.10.2014 р.