Студенческий научно-технический журнал "Инженер" 2016

С

ЕТ ИТ

Ц

КИ

ИЙ УН ИВЕР

Й Н АЦИ О Н

СК

А

Й ТЕХН ИЧ НЫ Е ЛЬ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ДО НЕ

ИНЖЕНЕР Студенческий научно-технический журнал Основан в 2000 году

№ 1(21)-2(22)'2016

Донецк – 2016

УДК 62

Журнал «Инженер» ориентирован на публикацию научных работ студентов, магистрантов, стажеров, аспирантов, молодых специалистов по вопросам: создания и применения прогрессивных технологий; информационных технологий; механизации и автоматизации производственных процессов; управления качеством, метрологии, сертификации; вопросам экономической теории и практики; моделирования, расчетов и проектирования сложных технических систем, экологических проблем промышленности. Издается при содействием Международного союза машиностроителей Основатель – Донецкий национальный технический университет (ДонНТУ)

Главный редактор Зам. гл. редактора Отв. секретарь

Михайлов А. Н. Байков А. В. Лыхманюк Е. О..

Редакционная коллегия: Буленков Е. А., Голубов Н. В., Горобец И. А., Грубка Р. М., Гусев В.В., Ивченко Т. Г., Ищенко А.Л., Коваленко В. И., Лахин А. М., Навка И. П., Польченко В. В., Селивра С. А., Петряева И. А., Сидорова Е. В., Феник Л. Н., Чернышев Е. А.

Адрес редакции:

ДонНТУ, каф. ТМ 6-й учебный корпус, 6.305 ул. Артема, 58 283001, г. Донецк Тел.: +38-062-305-01-04 Факс: +38-062- 305-01-04

ISSN 2073-5804

© ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», 2016

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРОДУКЦИИ НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ Власов С. А., Рыбинская Т. А. (каф. механики, ИРТСУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Современное производство представляет собой процесс превращения сырья, материалов, полуфабрикатов в готовую продукцию, удовлетворяющую потребности общества. Принципы организации производства представляют собой исходные положения, на основе которых осуществляется построение, функционирование и развитие производственных процессов. Жизненный цикл изделия – это совокупность взаимосвязанных процессов (этапов) создания и последовательного изменения состояния изделия, обеспечивающего потребности заказчика. В общем виде жизненный цикл продукции изделия можно разделить на этапы (рис. 1).

Рис. 1. Этапы жизненного цикла продукции Информация об изделии включает в себя: данные о составе и структуре изделия, используемых материалах и комплектующих изделиях с указанием возможных альтернатив и их взаимозаменяемости; данные, определяющие состав возможных конфигураций изделия в зависимости от внешних требований и условий, а также данные об отличиях конкретных экземпляров (партий) изделий; данные о технических, физических и других характеристиках изделия; классификационные и идентификационные данные об изделии и его компонентах, в том числе его наименование, обозначение, классификационные коды, данные о поставщиках, сведения, касающиеся степени конфиденциальности информации об изделии и его компонентах; геометрические данные, представленные в форме объемных геометрических моделей изделия, сборочных единиц и отдельных деталей, электронных (векторных) и сканированных бумажных (растровых) чертежей; сведения об имеющихся версиях структуры изделия, документов, моделей и чертежей и их статусе; данные о разработчиках; указания и требования, касающиеся

3

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ финишной обработки и качества поверхностей готового изделия; данные о качестве изделий; данные об эксплуатации изделия. Приведенный перечень информационных сведений об изделиях в некоторых случаях может быть расширен. Исторически сложилось так, что на предприятиях формировались специальные информационные службы, обеспечивавшие выполнение требуемых функций на каждом из этапов ЖЦ изделий. На разных отрезках времени и в разной степени это было характерно как для отечественной, так и зарубежной промышленности. Информационное обеспечение и управление в целом строилось по «остаточному» принципу: сначала выпуск изделия, а затем уже информационное обеспечение. Поэтому на предприятии возникала громоздкая матрица узкопрофильных информационных служб. Сложность управления в данной схеме организации информационной поддержки существенно возрастает по мере увеличения количества видов изделий. Эта схема становится неприемлемой при частых модификациях или периодической смене выпускаемых изделий. В такой схеме при смене изделий требуется фактически новая матрица информационных ресурсов, что означает остановку производства на длительный срок, так как быстро изменить и воссоздать матрицу взаимосвязанных информационных ресурсов невозможно из-за высокой информационной сложности. Сложность изменения матрицы прогрессивно растет в зависимости от ее размера. Предприятие становится практически нечувствительным к изменениям потребительского рынка. Поэтому управление развивающимся конкурентоспособным производством не может основываться на неадекватной матричной статике структуры информационных ресурсов. Вместо применения громоздкой и разрозненной матрицы возникает необходимость разработки и внедрения стройной упорядоченной интегрированной информационной модели, которая ориентирована на компьютерную поддержку каждого этапа жизненного цикла продукции. Таким образом, обеспечивается единство сквозной информационной технологической цепочки для групп изделий, имеющих общую информационную модель, и открываются возможности для отказа от матрицы информационных подпространств с громоздкими, трудносовместимыми между собой информационными службами и системами. Формирование долгосрочных конкурентных преимуществ за счет создания эффективной информационной и технологической среды, системы взаимодействия всех научных и технологических процессов, обеспечит повышение производительности труда во всех областях деятельности компании. Одним из путей повышения конкурентоспособности предприятий является грамотное использование принципов и инструментов технологий информационной поддержки жизненного цикла изделий для управления производством. Существующие системы управления производством, основанные на традиционном управлении запасами по точке заказа, применяемые в отраслях промышленности имеющих равномерный спрос, большие размеры партий материалов, изготавливаемых номенклатурных позиций, не могут эффективно функционировать в условиях, когда имеет место интенсивный поток изменений и высокая вариабельность размеров заказов и партий (рис. 2). Таким образом, становится необходимым построение сквозной системы планирования и управления машиностроительным предприятием на основе принципов информационной поддержки жизненного цикла изделий. Такая система может решать следующие задачи: учет укомплектованности изделий на складе готовых изделий; формирование плана сборки изделий; учет проектирования и применяемости оснастки и др. В перспективе необходимо проведение интеграции производственного оборудования в единую информационную среду предприятия, что позволит получать информацию о вы-

4

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ полненных технологических операциях в автоматическом режиме, а также контролировать плановые и вынужденные простои дорогостоящего оборудования.

Рис. 2. Управление движением производства и качеством продукции В целом архитектура системы планирования и управления производством позволяет реализовывать следующую последовательность действий: корректировка конструкторской документации; создание маршрутной технологии; создание производственных спецификаций; календарное время изготовления. В основу работы программного аппаратного комплекса автоматизированного управления положен принцип сквозной прослеживаемости с использованием радиочастотных меток и штрих-кодирования. Исполнение заказа на изготовление основано на системе оперативно-календарного планирования, которая увязывает заказ, состав компонентов продукции, состав необходимых средств технологического оснащения и соответствующие сроки изготовления. Соответственно, сопоставляя расчетные и планируемые на дату результаты исполнения заданий, возможно оценить временную задержку исполнения заказа, как в целом так и по отдельным составляющим. Развитие интегрированной информационной системы управления, обеспечивающей поддержку полного жизненного цикла изделий машиностроения, позволяет обеспечить повышение эффективности функционирования производственных систем. Список литературы: 1. Судов Е. В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции //Принципы. Технологии. Методы. Модели. – М.: ООО Издательский дом «МВМ», 2003. 2. Григорьев С. Н. Кутин А. А. Инновационное развитие высокотехнологичных производств на основе интегрированных АСТПП //Автоматизация и современные технологии. 2011. №11. С. 22– 25. 3. Сачко Н. С. Организация и оперативное управление машиностроительным производством: Учебник. — Минск: Новое знание, 2005. – 636 с.: ил.

5

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ ЭТАПЫ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА Горобец И. А., Сидоренко И. В. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@fimm.donnty.org Аннотация. Выполнен анализ основных видов систем автоматизации технологической подготовки промышленного производства. Приведена цель внедрения в машиностроительном производстве систем управления жизненным циклом изделия. Указаны критерии выбора и этапы внедрения систем автоматизации. Ключевые слова: производство, автоматизация, внедрение, критерий, этап. Непрерывное усложнение современных технических средств и процессов их изготовления, повышающиеся требования к сокращению времени технической подготовки производства (ТПП), снижению трудоемкости и стоимости инженерных работ неизбежно ведут к широкому внедрению современного инструментария – САПР и PLM систем [1, 2]. При использовании автоматизированных систем подготовки ТПП, создаваемые описания технологических процессов (ТП) размещаются в компьютерной базе данных, а соответствующая документация является лишь отображением внутреннего представления ТП во внешнюю сферу. Хранящиеся в базе данных ТП являются основным источником информации для решения задач автоматизированного управления технологической подготовкой производства. При этом разработка ТП выполняется с помощью специальных систем автоматизированного проектирования ТП (САПР ТП). К базовым системам для автоматизации проектирования относятся системы класса CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing), а к базовым системам для автоматизации управления ТПП – системы класса PLM (Product Lifecycle Managment). Целью внедрения PLM является поддержка электронного описания изделия на всех стадиях его жизненного цикла. Эта поддержка должна обеспечивать решение следующих задач: 1. Ведение проектов: управление работами, процедурами и документами в составе проекта, контроль выполнения проекта.

2. Планирование и диспетчирование работ.

3. Распределение прав доступа к информации между отдельными участниками проекта или их группами.

4. Организация и ведение распределенных архивов конструкторской, технологической и управленческой документации (электронные архивы).

5. Управление изменениями в документации: контроль версий документов, ведение протокола работы с документами, листов регистрации изменений и извещений.

6. Фиксирование стандартных этапов прохождения документов, контроль прохождения документов по этапам.

7. Интеграция с CAD/CAM-системами и их приложениями, используемыми при проектировании.

8. Контроль целостности проекта.

9. Поиск необходимой информации в проекте на основании запросов. Критериями выбора систем являются: 1. Функциональность. При рассмотрении функциональности PLM систем уделяют внимание на: возможность быстрого поиска документации по атрибутам, надёжное и упорядоченное хранение электронных документов, возможность электронного

6

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ согласования и проведения изменений, наличие электронно-цифровой подписи, наличие универсального просмотрщика документации, «красного карандаша» для комментариев, возможности просмотра вариантов документа и др.

2. Удобство использования. Критерий определяет удобство интерфейса системы, возможность работы в доминирующей операционной системе Microsoft – Windows последних версий.

3. Соответствие стандартам. Возможность выпуска документации в соответствии с требованиями ЕСКД, ISO, ANSI, DIN, в случае работы предприятий с зарубежными партнерами. Наличие русского, украинского, английского, немецкого интерфейса и документации.

4 Наличие специализированных приложений. Наличие приложений, библиотек, модулей для расширения гаммы задач, решаемых на предприятии.

5. Системные требования и совместимость с периферийным оборудованием. В настоящее время появляются специфические запросы: возможность работы на планшете в системах Android , IOS. 6. Стоимость владения лицензиями. Существенный критерий при выборе системы, хотя зависящая от предоставляемого набора функций и сервиса.

7. Сервис поставщика. Критерий является показателем сервиса, на который может рассчитывать заказчик в случае приобретения ПО. Название фирмы, размер команды разработчиков и службы технической поддержки, наличие представительской сети в районе нахождения предприятия-потребителя, планы выхода новых версий продукта, перечень и описание новых возможностей новой версии системы. Этапами внедрения средств автоматизации технологической подготовки производства являются: 1) Предпроектное обследование предприятия с подготовкой отчета обследования 2) Разработка предварительных рекомендаций по приобретению недостающего САПР.

3) Уточнение потребности в аппаратном обеспечении: компьютерной технике и широкоформатном оборудовании для печати, сканирования и копирования.

4) Обсуждение с коллективом ИТР технического департамента идей автоматизации.

5) Создание группы внедрения Проекта.

6) Разработка Технического Задания на внедрение и других документов.

7) Пошаговое внедрение Проекта.

8) Опытная эксплуатация задуманных идей на части Технического департамента технической подготовки производства.

9) Реализация Проекта в остальной части Департамента технической подготовки производства.

10) Завершение внедрения. Выводы. При выборе и внедрении на предприятиях САПР и PLM систем, необходимо учитывать последовательность этапов и соблюдать регламенты работ проекта внедрения систем автоматизации технологической подготовки производства. Список литературы: 1. Горобец И. А., Грищенко И. Н., Голубов Н. В. Выбор автоматизированных систем технической подготовки производства. Машиностроение и техносфера ХХI века.// Сборник трудов ХХI международной научно-технической конференции в г. Севастополь 15–20 сентября 2014 г. В 3-х томах. – Донецк: МСМ, 2014. Т. 1. 51–53. 2. САПР технологических процессов : учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. И. Кондаков. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 272 с.

7

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ ВЕКТОРИЗАЦИЯ РАСТРОВЫХ ОБЪЕКТОВ В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ Курденко А. С. (ДонНТУ, г. Донецк) В результате сканирования (или цифровой съемки) в компьютер переносится поточечное-растровое изображение (картинка-мозаика) отсканированного документа. Сохраненные в виде файла одного из растровых форматов (например, JPG, TIF, BMP, PCX, TGA и т. д.), эти изображения могут быть затем использованы в качестве фотографической подложки или фона в различных приложениях. Однако если необходимо изменить положение какого-либо геометрического элемента (например, линии или окружности), изображенного на этом фоне, или развернуть его в плоскости, стандартными средствами вам это сделать вряд ли удастся. Ведь, по сути, окружностью и линией они являются только в вашем воображении, а на растре это просто совокупность пикселей, формирующих изображение геометрического элемента. При построении линии в САПР (AutoCAD, КОМПАС и т. п.) в файле чертежа создается векторный примитив – математическое описание графического объекта «отрезок». Это описание содержит информацию о координатах конечных точек и толщине отрезка. В результате такой объект поддается очень точному изменению, например, длины или толщины до нужного значения, или развороту на заданный угол. Сканированные чертежи, которые предполагается использовать и редактировать подобно векторным данным, необходимо либо преобразовать в векторный формат, либо использовать для работы такие программные средства, которые работают с растром как с векторами, «на ходу» производя скрытое преобразование растровых линий в векторные графические примитивы. Именно для этих целей на рынке предлагаются специальные программы, которые называют «векторизаторами» и «гибридными редакторами». Различные векторизаторы реализуют различные методы [1]. На практике применяется несколько методов векторизации. Рассмотрим основные из них. Ручная сколка. Часто называется оцифровкой. Сканированное изображение загружается в CAD систему (например, КОМПАС) как фон, поверх него оператор стандартными средствами рисует векторные объекты. Но гораздо более эффективными являются программные методы обработки растра: автоматическая, пакетная векторизация и трассировка – полуавтоматический, управляемый оператором, процесс выборочной векторизации. Автоматическая векторизация. При автоматической векторизации нужно только задать соответствующие параметры и запустить процедуру. Программа сама определит, какие растровые линии нужно аппроксимировать отрезками прямых, дугами, а что является растровым текстом. Кроме того, в них автоматически распознаются типы линий, размерные стрелки, штриховки, надписи. Они проводят коррекцию полученного векторного рисунка: сводят концы векторных объектов, выравнивают их по ортогональным направлениям и т. д. Метод автоматической векторизации используется также для пакетной обработки набора растровых файлов, что дает возможность провести обработку большого объема материалов без участия оператора, например в нерабочее, ночное время. Эту процедуру лучше всего использовать как компонент процесса преобразования, а не как общее решение. Поэтому чаще всего после автоматической векторизации для получения качественного векторного изображения требуется дополнительная ручная доработка. Интерактивная векторизация (трассировка). Один из наиболее перспективных методов преобразования. При трассировке оператор указывает растровые линии на экране, и они преобразуются в векторные объекты. Этот метод позволяет совместить интуитивное знание пользователя с автоматизированным процессом преобразования. Средства трассировки позволяют оператору разделить объекты растрового изображения по значению и преобразовать только то, что нужно. Список литературы: 1. Эрик Ерзин. Волшебные превращения или Прикладные программные средства распознавания образов – infoCOM.UZ

8

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ СПОСОБЫ ВЕКТОРИЗАЦИИ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Курденко А. С., Гайдарь О. Г. (каф. НГ и ИГ, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация: раскрыты задачи и принципы векторизации растровых изображений, описаны различные методы автоматического распознавания графических образов, показан алгоритм подготовки растра к векторизации. Ключевые слова: векторная и растровая графика, ручная и автоматическая векторизация, автоматическая, полуавтоматическая, гибридная технологии, трассировка, калибровка. Часто перед нами становится задача за короткое время откорректировать содержание бумажного чертежа или схемы, причем так, чтобы полученный в итоге выходной документ полностью отвечал всем требованиям оформления чертежа: геометрические построения должны быть сделаны с инженерной точностью, линии должны быть заданной толщины, необходимого типа и цвета, а шрифт и размер надписей соответствовал действующему стандарту. Для оцифровки твердых копий (бумажных чертежей) необходим сканер подходящего размера или цифровая фотокамера с хорошей разрешающей способностью. Современные сканеры, как правило, используют передовые технологии повышения качества изображения в процессе сканирования: адаптивный выбор порога бинаризации, компенсацию неравномерности фона, фильтрацию «мусора». Это позволяет с успехом использовать в качестве исходных материалов даже старые копии чертежей, которые остались только на кальке, «синьке» или «аммиачке». В результате сканирования (или цифровой съемки) в компьютер переносится поточечное – растровое изображение (картинка-мозаика) отсканированного документа. Структура этого изображения очень напоминает структуру обычной фотографии только «зернистость» растрового изображения более регулярна и точки расположены строго по рядам и колонкам, образуя матрицу из мелких квадратиков – пикселей. Сохраненные в виде файла одного из растровых форматов (например, JPG, TIF, BMP, PCX, TGA и т. д.), эти изображения могут быть затем использованы в качестве фотографической подложки или фона в различных приложениях. Однако если вам необходимо изменить положение какого-либо геометрического элемента (например, линии или окружности), изображенного на этом фоне, или развернуть его в плоскости, стандартными средствами вам это сделать вряд ли удастся. Ведь, по сути, окружностью и линией они являются только в вашем воображении, а на растре это просто совокупность пикселей, формирующих изображение геометрического элемента. При построении линии в САПР (AutoCAD, КОМПАС и т.п.) в файле чертежа создается векторный примитив – математическое описание графического объекта «отрезок». Это описание содержит информацию о координатах конечных точек и толщине отрезка. В результате такой объект поддается очень точному изменению, например, длины или толщины до нужного значения, или развороту на заданный угол. Из всего вышеизложенного следует, что сканированные чертежи, которые предполагается использовать и редактировать подобно векторным данным, нужно либо преобразовать в векторный формат, либо использовать для работы такие программные средства, которые работают с растром как с векторами, «на ходу» производя скрытое преобразование растровых линий в векторные графические примитивы. Именно для этих целей на рынке предлагаются специальные программы, которые называют «векторизаторами» и «гибридными редакторами».

9

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Одним из ведущих разработчиков таких программных средств является российская компания Consistent Software. Ее серия программных продуктов под общим названием Raster Arts, в которую входят Vectory, Spotlight и RasterDesk, получила наибольшее распространение в странах СНГ как одно из самых удобных средств коррекции, редактирования и векторизации сканированной графики технического назначения. Различные векторизаторы реализуют различные методы. На практике применяется несколько методов векторизации. Рассмотрим основные из них. Ручная сколка. Часто называется оцифровкой. Сканированное изображение загружается в CAD систему (например, КОМПАС) как фон, поверх него оператор стандартными средствами рисует векторные объекты. Это очень похоже на сколку с использованием дигитайзера («электронной доски») – трудоемкая, утомительная и отнимающая много времени процедура. Но в то же время находит применение при работе с низкокачественными или очень сложными изображениями. При выполнении такой работы большую помощь могут оказать средства объектной растровой привязки, которые, как правило, имеются в хороших программах векторизации (в том числе и в указанных выше). Но гораздо более эффективными являются программные методы обработки растра: автоматическая, пакетная векторизация и трассировка – полуавтоматический, управляемый оператором, процесс выборочной векторизации. Автоматическая векторизация. При автоматической векторизации нужно только задать соответствующие параметры и запустить процедуру. Программа сама определит, какие растровые линии нужно аппроксимировать отрезками прямых, дугами, а что является растровым текстом. Именно такой механизм заложен в профессиональные пакеты автоматической векторизации Vectory, Spotlight Pro, RasterDesk Pro, Кроме того, в них автоматически распознаются типы линий, размерные стрелки, штриховки, надписи. Они проводят коррекцию полученного векторного рисунка: сводят концы векторных объектов, выравнивают их по ортогональным направлениям и т. д. Последние версии этих программ уже имеют встроенные модули автоматического распознавания текста. В более ранних версиях текстовые строки только локализовались, и затем предоставлялись интерактивные средства ручной замены. Метод автоматической векторизации используется также для пакетной обработки набора растровых файлов, что дает возможность провести обработку большого объема материалов без участия оператора, например в нерабочее, ночное время. Если растровое изображение высокого качества (четкие черные линии на чистом белом фоне), то с помощью автоматической векторизации можно получить очень впечатляющие результаты. Но, как правило, изображение не идеально, и программное обеспечение не может на сто процентов правильно его векторизовать в автоматическом режиме. Эту процедуру лучше всего использовать как компонент процесса преобразования, а не как общее решение. Поэтому чаще всего после автоматической векторизации для получения качественного векторного изображения требуется дополнительная ручная доработка. Интерактивная векторизация (трассировка). Один из наиболее перспективных методов преобразования. При трассировке оператор указывает растровые линии на экране, и они преобразуются в векторные объекты. Этот метод позволяет совместить интуитивное знание пользователя с автоматизированным процессом преобразования. Средства трассировки позволяют оператору разделить объекты растрового изображения по значению и преобразовать только то, что нужно.

10

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Калибровка растрового изображения средствами векторизатора. Вот пример использования такой технологии. При обработке растрового изображения топографической карты сначала превращаем растровые изолинии («горизонтали») в векторные полилинии. Оператор только указывает любую точку на растровой линии, а программа автоматически прослеживает эту линию до ближайшего пересечения или разрыва и создает аппроксимирующую векторную ломаную – полилинию. В случае, если аппроксимация проходит не очень гладко (полученная полилиния не очень совпадает с ее растровым изображением), есть возможность настроить соответствующий параметр трассировки. Так процесс повторяется для каждой горизонтали. После этого каждой полученной полилинии можно присвоить значение высоты совпадающей с ней горизонтали и получить трехмерную модель поверхности, например для проектирования профиля дороги. Гибридная технология. Сочетает возможности растрового и векторного редактирования и предоставляет средства преобразования растра в вектора и векторных объектов в растр. Изображения, с которыми работают гибридные редакторы, состоят из графики двух видов: полученных при сканировании растровых данных и векторных объектов. Симбиоз растрового и векторного подходов к редактированию графики дал качественно новые возможности обработки сканированных изображений. Пусть нам надо изменить радиус растровой окружности. Указываем ее курсором, и она превращается в векторную окружность – так работают средства интерактивной векторизации гибридного редактора Spotlight или его аналога в среде AutoCAD – RasterDesk. Затем стандартными средствами Spotlight или AutoCAD меняем радиус уже векторной окружности. После этого окружность можно растеризовать, то есть преобразовать обратно в растр. Радиус окружности изменен, но чертеж остался полностью растровым. Однако можно и не растеризовать векторный объект, а чертеж сохранить как гибридный (растрово-векторный) файл. При следующем редактировании пользователь заменит еще несколько растровых объектов на векторные. Пройдя несколько стадий редактирования, чертеж постепенно становится векторным. В конечном итоге, его можно доработать и получить чисто векторное изображение. Такой естественный, последовательный процесс векторизации, которая происходит как бы сама по себе, возможен именно благодаря гибридной технологии. Гибридная технология стала возможна в результате того, что были разработаны алгоритмы локального распознавания геометрических примитивов. С их помощью программа с высокой скоростью, не проводя анализа большого участка изображения, идентифицирует растровую линию как отрезок, дугу, окружность. Это дает возможность реализовать интерактивные операции, которые проводятся без ощутимых задержек. Подобные алгоритмы используются и при работе средств интеллектуального растрового редактирования. В программах Spotlight и Spotlight Pro реализован достаточно полный набор интеллектуальных, «объектных» средств работы с растром: выбор растра, аналогичный выбору векторных объектов в САПР, объектные операции трансформации растра, «умные» средства коррекции формы и стирания растровых линий, привязка к характерным точкам растровых объектов. Очень удобен новый инструмент редактирования текстов на растровых изображениях. Чтобы изменить любую надпись, теперь достаточно указать ее расположение на чертеже и ввести желаемый текст, растровый или векторный. Средства коррекции растровых изображений. Безусловно, даже самый совершенный сканер не может компенсировать все недостатки бумажных оригиналов. По-

11

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ этому полученный при сканировании растровый файл, как правило, приходится корректировать, используя специализированные функции обработки, которые имеются практически в каждом приличном векторизаторе или гибридном редакторе. Специфика обработки сканированных технических материалов связана прежде всего с тем, что они могут быть очень большого размера (для современных сканеров формат А0 далеко не предел). Кроме того, вследствие инженерного назначения решаемых задач следует учесть высокие требования к точности геометрии объектов изображения. Это особенно важно, если растр нужно использовать для векторизации. Поэтому в программах-векторизаторах используются специальные процедуры и средства, не предусмотренные в обычных растровых редакторах типа Adobe Photoshop. К наиболее распространенным дефектам получаемых растровых изображений относятся: растровый мусор (шум, фон), небольшие отверстия и разрывы в линиях, зазубренность краев растровых объектов. Подобные дефекты устраняются с помощью процедуры, которая называется фильтрацией. Суть ее в том, что все изображение или его выбранная область обрабатывается по определенному алгоритму (фильтру). В результате можно убрать ненужные помехи и выделить характерные элементы изображения. В современных векторизаторах обычно имеются процедуры фильтрации, которые не требуют ручной настройки, а автоматически вычисляют параметры своей работы, поэтому такую автоматическую фильтрацию можно использовать в пакетном режиме (например, очень удобно запустить обработку целого списка файлов в ночное время). Еще одна характерная группа дефектов – это геометрические искажения всего изображения: перекос (бумагу вставили в сканер с небольшим угловым отклонением), неправильная ориентация («боком» или «вверх ногами») и т. п. Некоторые из этих процедур также могут быть автоматизированы, например устранение перекоса или приведение размеров изображения к ближайшему стандартному формату. Самым «трудноизлечимым» дефектом сканированных изображений являются произвольные, нелинейные искажения, вызванные короблением бумаги при длительном или неправильном хранении. Это особенно актуально для технических изображений больших форматов. Такие искажения невозможно исправить при сканировании. Для исправления нелинейных деформаций растра используется процедура калибровки. Сначала указываются опорные точки, которые задают теоретически известные координаты характерных точек растра, например реперные точки на карте, которые должны располагаться в узлах прямоугольной сетки с заданным шагом. На деформированном изображении реальное расположение опорных точек отличается от теоретического, поэтому на втором этапе пользователь указывает текущее положение заданных точек на растре. Таким образом, получается набор пар точек: первая точка пары показывает, например, где теоретически должен быть узел растровой сетки, а вторая – то, где он находится сейчас на искаженном растровом изображении. В результате калибровки происходит трансформация всего изображения таким образом, чтобы заданные точки заняли правильное положение. Список литературы: 1. Эрик Ерзин. Волшебные превращения или Прикладные программные средства распознавания образов – infoCOM.UZ

12

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ САПР. ОТ CAD К PDM Курденко А. С., Гайдарь О. Г. (каф. НГ и ИГ, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация: показаны этапы развития систем автоматического проектирования, отражены достоинства и недостатки современных 2D и 3D систем проектирования, показана роль электронной модели изделия в жизненном цикле изделия за счет создания единого информационного пространства. Ключевые слова: CAM, CAD, CAE, CAPP, ERP, MRP, PDM, ЖЦИ, ЕИП, 2D, 3D. Внедрение информационных технологий – один из наиболее успешных способов повышения эффективности производственных функций конструкторских и технологических подразделений предприятия. Их основной инструмент – системы автоматизированного проектирования (САПР). Давайте проследим направление развития данной области. Изготовление любого изделия трудно представить без его чертежа или схемы. Ещё в недалёком прошлом конструкторам приходилось вручную строить сложные профили деталей, что было трудоёмким и длительным процессом. С ужесточением требований к срокам выпуска изделий и увеличением количества типовых разработок, выросли объёмы работ. И это повлекло за собой поиск новых решений. Развитие компьютерной отрасли способствовало появлению различных конструкторских систем CAD (Computer-Aided Design) – всё то, что раньше делалось вручную, было заменено простейшими компьютерными программами. Двумерное проектирование активно развивалось в начале 90-х годов. В это время появилось множество приложений, настроек, библиотек, значительно упрощающих выполнение чертёжных работ. Возникли и начали развиваться расчётные системы CAE (Computer-Aided Engineering), системы проектирования и обработки изделий на станках с числовым программным управлением CAM (Computer-Aided Manufacturing), и множество других приложений, основанных на работе с базами данных CAD-систем. Одновременно с этим развивались системы технологической подготовки производства САПР ТП (Computer-Aided Process Pianning, САРР). Их назначение – формирование технологических данных об изделии, ведение централизованного архива этой информации и выпуска технологической документации. Плоское проектирование, безусловно, приносило свои плоды. Но мы живём в трёхмерном пространстве, и такой тип информации нам ближе для восприятия. Именно это, а также развитие вычислительных систем позволило перейти технологиям проектирования на новый уровень. Появление трёхмерного моделирования позволило качественно изменить процесс проектирования: теперь разработчик мог создать очень точную модель, с высокой степенью детализации и максимально приближенную к реальности. При этом значительно увеличивается наглядность проекта. Выразить трехмерный объект в двухмерной плоскости не просто, тогда как трёхмерная плоскость дает возможность тщательно проработать и что самое главное, просмотреть все детали. Поскольку в трехмерных моделях содержится намного больше инженерной информации, чем в двумерных чертежах, другим важным преимуществом 3D является возможность использования результатов моделирования на последующих стадиях – например, в приложениях для инженерных расчетов или генерации программ для станков с ЧПУ. Также трёхмерные модели используются для создания реалистичных изображений для технической докумен-

13

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ тации и рекламных материалов, создания физических образцов на установках быстрого прототипирования [1, 2, 3]. Если проанализировать всё вышеперечисленное, то не сложно определить важнейшее преимущество трёхмерного моделирования: теперь ошибки можно найти исправить на ранней стадии разработки, а не при изготовлении первой опытной партии. А это во много раз дешевле. Тем не менее, не смотря на все свои преимущества, 3D системы обладают и некоторыми недостатками. Так, например, моделирование больших сборок, состоящих из десятков и сотен тысяч деталей, всё ещё является сложным для многих CAD-систем. К тому же чем сложнее система – тем труднее её освоить. В свою очередь можно сказать и о том, что плоская графика не умерла, она и сейчас используется во многих областях, традиционно считающимися двухмерными. Например, разработка электрических схем [4, 5]. К тому же многие предприятия привыкли работать в плоскости и создали системы для автоматизации именно 2D-работ [6, 7]. В результате получаем набор разнообразных программ и систем, позволяющие разрабатывать и проектировать модели и системы любой сложности. Автоматизировав с помощью комплекса CAD/CAM/CAE/CAPP все направления подготовки производства, предприятие получает цифровую модель изделия. Она содержит в себе всю геометрию, необходимые расчётные данные, карты технологических процессов, ведомости, электронные описание изделий, технические руководства и многое другое. Но всё не так прекрасно как кажется: огромный массив информации доставляет огромные хлопоты его создавшему предприятию. Со временем менялись инструменты проектирования, но сам процесс остаётся всё тем же: конструкторы создают документацию, передают её технологам, забирают обратно на корректировку, получают исправленную документацию технологам, те подготавливают технологическую документацию, согласовывают со снабженцами и экономистами и так далее. И в результате автоматизация не даёт значительного сокращения сроков подготовки производства. А ведь время – важнейший фактор деятельности промышленного предприятия! Стоить помнить о том, что разработка и подготовка производства продукции – групповой процесс, в который вовлечены сотни специалистов из различных областей. В процессе разработки возникает ряд проблем, влияющих на общий успех. Это в первую очередь отсутствие возможности видеть ключевые ресурсы, вовлечённые в процесс разработки, в их фактическом состоянии на данный момент времени, это организация совместной работы коллектива специалистов, с привлечением компаний, поставляющих компоненты для разрабатываемого изделия. И только параллельное выполнение работ, и взаимодействие участников процесса может существенно сократить сроки подготовки производства. Эту проблему можно решить за счёт создания единого информационного пространства (ЕИП) цифровых данных о корпоративной продукции [8, 9, 10]. И здесь появляется новый класс систем – системы управления данными об изделии, PDM (Product Data Management). Все специалисты, работающие над продуктом, не только получают информацию об изделии, но и дополняют её. После изготовления изделия эта информация будет использована заказчиком – для конфигурации готового продукта под свои специфические потребности, инженерами – для модернизации и изготовления нового изделия, сервисными подразделениями – для планового обсуждения. И как следствие реализация подобной системы на предприятии позволяет значительно сократить непроизводственные стадии жизненного цикла изделия (ЖЦИ).

14

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Как следует из вышесказанного, основным назначением PDM-системы является совершенствование и облегчение доступа к информации об изделии. PDM-системы позволяют решать задачи, связанные с созданием электронного архива технической документации, создания ЕИП для всех участников жизненного цикла изделия, построения системы качества продукции согласно международным стандартам качества серии ISO 9000, и многие другие задачи. Предоставить соответствующему сотруднику необходимую информацию – основная задача PDM-системы. Она объединяет в единую сеть всех конструкторов, технологов, работников технического архива, сотрудников из маркетинга, сбыта, снабжения и т. п. Достигается это всё в результате интеграции всей информации об изделии в одну систему. То есть вся информация, поступающая от прикладных автоматизированных систем (CAM, CAD, CAE, CAPP, ERP, MRP), используемых на предприятии, с помощью PDM-системы объединяются в логически единую модель. Таким образом, PDMсистема осуществляет контроль над всеми информационными процессами, связанными с изделием, прежде всего над его проектированием, и технологией производства. Список литературы: 1. Гайдар О. Г., Ганжа Г. Ю. Технологія тривимірного друку. Інженер. Студентський науково-технічний журнал. – Донецьк: ДонНТУ, 2009. – № 10. – С. 24–29. 2. Гайдар О. Г., Ободовський О. В. Просторове сканування об'єктів Інженер. Студентський науково-технічний журнал. – Донецьк: ДонНТУ, 2010. – № 11. С. 108–110. 3. Лещенко В. Д., Гайдарь О. Г. САПР технологической планировки производственного предприятия. Інженер. Студентський науково-технічний журнал. – Донецьк: ДонНТУ, 2011. – № 12. – С. 67–73. – 197 с. 4. Фролов О. П., Гайдар О. Г. Створення власних бібліотек у КОМПАС-3D. Інженер. Студентський науково-технічний журнал. – Донецьк: ДонНТУ, 2011. – № 12. – С. 87–91. – 197 с. 5. Шпірка А. Г., Шатенко В. В., Гайдар О. Г. Розвиток САПР в контексті єдиного інформаційного простору підприємства. Інженер. Студентський науково-технічний журнал. – Донецьк: ДонНТУ, 2011. – № 12. – С. 94–98. – 197 с. 6. Гайдар О. Г., Скоробогата В. Э., Причина О. Г. Програмне забезпечення проектування інженерних мереж /Дні науки – 2014: Збірник матеріалів VI регіональної науково-практичної конференції 15.05.2014.: В 2 т. – Красноармійськ: КІІ ДонНТУ, 2014. – Т.1. – 230 с., С 178–181. 7. Гайдар О. Г., Скоробогата В. Э., Причина О. Г. Огляд САЕ – систем, що реалізовують метод кінцевих елементів /Дні науки – 2014: Збірник матеріалів VI регіональної науково-практичної конференції 15.05.2014.: В 2 т. – Красноармійськ: КІІ ДонНТУ, 2014. – Т.1. – 230 с., С 165–168.

8. Гайдарь О. Г., Ершова А. С. Системы автоматизированного проектирования плана эвакуации Информационные системы и технологии: материалы Регионал. науч. интернет-конф., 28 окт. 2015 г. / Донец. нац. ун-т экономики и торговли им. М. ТуганБарановского – Донецк: [ДонНУЭТ], 2015. – С. 165–167. 9. Курденко А. С. Обзор информационных систем управления инженерными сетями // Информационные системы и технологии: материалы Регионал. науч. студ. интернет-конф., 18 мая 2016г. – Донецк: [ДонНУЭТ], 2016. – C. 14–17. 10. Лихашева А. И. Создание информационных систем управления инженерными сетями // Информационные системы и технологии: материалы Регионал. науч. студ. интернет-конф., 18 мая 2016 г. / ГО ВПО «Донец. нац. ун-т экономики и торговли им. М. Туган-Барановского»; – Донецк: [ДонНУЭТ], 2016. – C. 25–28.

15

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ УДК 658.512 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Ст. пр. Масленников Д. А., ст. Солосин В. И. (ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация: В статье рассматривается проблема применения систем САПР в современном машиностроении. Основные тенденции развития современных систем автоматизированного проектирования, движение в сторону 3D моделирования на ПК, преимущества использования таких систем. Ключевые слова: системы автоматизированного проектирования, CAD, CAM, CAE,PDM, ECAD, Mechanical Computer Aided Design, Electronic Design Automation. Исторически первыми интерактивными системами считаются системы автоматизированного проектирования (САПР), которые появились в 60-х годах. Они представляют собой значительный этап в эволюции компьютеров и программного обеспечения. В системе интерактивной компьютерной графики пользователь воспринимает на дисплее изображение, представляющее некоторый сложный объект, и может вносить изменения в описание (модель) объекта. Такими изменениями могут быть как ввод и редактирование отдельных элементов, так и задание числовых значений для любых параметров, а также иные операции по вводу информации на основе восприятия изображений. САПР (CAD System – Computer Aided Design System) – это система, реализующая проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают в результате вычисления и составления математических моделей на ЭВМ. Однако повсеместное использование достижений компьютерной графики сдерживалось рядом причин: высокой стоимостью специального графического оборудования, потребностью в большом объеме памяти ЭВМ для работы с графическими базами данных, необходимостью создания сложных программ для обеспечения обработки изображений в режиме диалога. В настоящее время многие из этих трудностей удалось преодолеть, и компьютерная графика стала доступна широкому кругу специалистов. Известный американский ученый Ликлайдер заметил, что потенциальные возможности компьютерной графики грандиозны, ограничения зависят только от нашей фантазии: чем она богаче, тем полнее раскрываются ее возможности. Развитие компьютерной графики позволило создать системы автоматизированного проектирования (САПР). В основе идеологии САПР заложен тезис «computeraideddesigncad» (проектирование с помощью ЭВМ). Аббревиатуру САПР впервые использовал основоположник этого научного направления Айзен Сазерленд в своих лекциях, прочитанных в Массачусетском технологическом институте в начале 60 годов. САПР представляет собой человеко-машинную систему, позволяющую на базе ЭВМ автоматизировать определенные функции, выполняемые человеком, с целью повышения темпов и качества проектирования. При автоматизированном проектировании конструктором создается «электронный» эквивалент чертежа, а вместо карандаша и бумаги используется экран графического дисплея и устройство ввода. Подготовленный чертеж записывается на магнитный диск, а затем вычерчивается графопостроителем. Основными требованиями к промышленному производству являются сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение ее качества. Выполнить эти требования невозможно без широкого использования методов и систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа. Системы типа САПР активно используются во многих областях, например, в машиностроении и электронике. Одними из первых были созданы САПР для проек-

16

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ тирования самолетов, автомобилей, системы для разработки микроэлектронных интегральных схем, архитектурные системы. Такие системы на первых порах функционировали на достаточно больших компьютерах. Потом распространилось использование быстродействующих компьютеров среднего класса с развитыми графическими возможностями – графических рабочих станций. С ростом мощностей персональных компьютеров все чаще САПР использовали на дешевых массовых компьютерах, которые сейчас имеют достаточные быстродействие и объемы памяти для решения многих задач. Это привело к широкому распространению систем САПР. В настоящий момент выделяют три основные подгруппы САПР: – машиностроительные САПР (MCAD – Mechanical Computer Aided Design) – архитектурно-строительные САПР (CAD/AEC – Architectural, Engineering, and Construction) – САПР печатных плат (ECAD – Electronic CAD/EDA – Electronic Design Automation) – Наиболее развитым среди них является рынок MCAD, по сравнению с которым секторы ECAD и CAD/AEC довольно статичны и развиваются слабо. САПР в машиностроении: CAD – computer Aided Design. Общий термин для обозначения всех аспектов проектирования с использованием средств вычислительной техники. Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия. А также генерацию чертежных изделий и их сопровождений.

CAM – Computer Aided Manufacturing. Общий термин для обозначения системы автоматизированной подготовки производства, общий термин для обозначения ПС подготовки информации для станков с ЧПУ. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, полученных из систем CAD. CAE – Computer Aided Engineering. Система автоматического анализа проекта. Общий термин для обозначения информационного обеспечения условий автоматизированного анализа проекта, имеет целью обнаружение ошибок (прочностные расчеты) или оптимизация производственных возможностей.

PDM – Product Data Management. Система управления производственной информацией. Инструментальное средство, которое помогает администраторам, инженерам, конструкторам и так далее управлять как данными, так и процессами разработки изделия на современных производственных предприятиях или группе смежных предприятий.

CAD/CAM/CAE/PDM эти системы вместе и представляют собой единый комплекс САПР. Выводы: Комплексы САПР 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. Эти системы создают полное электронное описание объекта. Эта технология позволяет вести разработку и поддержку электронной модели на протяжении всего жизненного цикла объекта, от разработки до утилизации. Список литературы 1. Кунву Ли. Основы САПР. ПИТЕР, 2004. 2. Кондаков А. И. САПР технологических процессов и производств. ACADEMA, 2007.

17

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ ВОЗМОЖНОСТЬ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ОБЛАЧНЫХ И ТРАДИЦИОННЫХ CAD СИСТЕМ Олейник И. В., Буленков Е. А. (кафедра ТМ, ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР) Современные машиностроительные заводы и конструкторские бюро для проектирования изделий широко применяют конструкторские САПР [1]. Возможности данных САПР зачатую избыточны, т. е. предприятия не используют весь функционал программ. К тому же, известные и наиболее распространенные программы, например, SolidWorks, Catia, AutoCAD и др. дороги, что для малых предприятий неприемлемо. Таким образом, возникает противоречие, – для разработки конструкторской документации необходима САПР, но финансовых ресурсов на ее приобретение и желания переплачивать за неиспользуемые функции нет. Решением данной проблемы могут быть облачные CAD системы, не требующие больших материальных затрат на их приобретение и позволяющие решать широкий круг задач, связанных с проектированием изделий машиностроения [2]. Однако, возможность использования разработанной в облачных CAD системах конструкторской документации для работы в традиционных приложениях и наоборот, возможность доработки разработанных на стационарных компьютерах документов в облачных приложениях пока ещё не столь очевидна. Наиболее функциональным облачным решением для создания чертежей, трехмерных моделей деталей и сборочных единиц на сегодняшний день является программный продукт Оnshape (https://www.onshape.com) [2, 3]. Оnshape является современной CAD системой, объединяющей в себе преимущества полноценного конструкторского редактора и облачных технологий [4]. Данная программа открывается в любом современном браузере и не требует инсталляции, расположение файлов в облачном хранилище дает возможность конструкторам работать за пределами предприятия, Оnshape не требует дополнительных PDM приложений, так как имеет встроенный механизм контроля версий файлов. Кроме того, Оnshape имеет приложения для мобильных устройств, так что работать с чертежами и моделями теперь можно где угодно. Для обеспечения возможности взаимодействия Оnshape с наиболее популярными конструкторскими САПР реализованы операции экспорта-импорта файлов. На рисунке 1 показано рабочее окно программы Оnshape с импортированной деталью, разработанной в программе SolidWorks. Деталь корректно импортирована, все поверхности, элементы распознаны и могут быть использованы для дальнейших построений. Облачное приложение Оnshape позволяет импортировать файлы наиболее распространенных форматов, – SolidWorks®, CATIA™, Creo™, Rhino, Autodesk® Inventor®, и Autodesk® AutoCAD® data. Экспорт файлов возможен в форматы программ SolidWorks, Rhino, и AutoCAD data (рисунок 2). Оnshape свободно работает с фалами «промежуточных» форматов Parasolid, IGES, SAT, JT, STEP, DXF, DWG, STL. Возможен просмотр файлов в форматах TXT, JPEG, PNG, PDF, MOV, MP4. Также реализована возможность хранения данных в любом формате. Файлы загружаются пакетно, обрабатываются в облаке в фоновом режиме.

18

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Рис. 1. Разработанная в SolidWorks деталь импортирована и доработана в Оnshape.

Рис. 2. Экспорт детали в различные форматы. Оnshape дает возможность работать не только с трехмерными моделями деталей и сборок, но и с чертежами. Чертежи деталей могут быть построены как с моделей деталей и сборок, как и начерчены непосредственно в программе (см. рисунок 3). Единицами из-

19

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ мерения могут быть дюймы, миллиметры, сантиметры. Единицы измерения настраиваются для всей программы отдельно. Расположение окон и внешний вид программы классический и характерен для всех программ данного класса.

Рис. 3. Работа с чертежами в Оnshape. Таким образом, современное облачное приложение Оnshape позволяет решать все требуемые задачи конструкторской подготовки производства без необходимости приобретения дорогостоящих программ и современных компьютеров. Возможности экспортаимпорта файлов позволяют работать в Оnshape с файлами, созданными в наиболее распространенных программных продуктах. Созданные в облачном приложении файлы могут быть легко экспортированы в другие форматы, что позволяет предприятиям наладить работу с клиентами и готовить техническую документацию в удобном для заказчика формате. Оnshape не требует дополнительных PDM приложений, так как имеет встроенный механизм контроля версий файлов. Список литературы: 1. Берлинер, Э. М. САПР в машиностроении: учебник для вузов / Э. М. Берлинер, О. В. Таратынов ; Э. М. Берлинер, О. В. Таратынов. – М. : ФОРУМ, 2011. – 448 с. 2. Олейник, И. М., Буленков, Е. А. Уменьшение ресурсоемкости конструкторской подготовки производства // Студ. науч.-техн. журнал «Инженер». – Донецк: ДонНТУ, 2015. – №1(19)–2(20). – С.105–110. 3. BENEFITS // Загл. с титул. экрана.– Режим доступа – https://www.onshape.com/benefits. – (28.09.2015). 4. Maxey, Kyle Onshape Gets Serious // engineering.com.

– Режим доступа – http://www.engineering.com/DesignSoftware/DesignSoftwareArticles/ArticleID/10609/Onsh ape-Gets-Serious.aspx. – (28.09.2015).

20

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ ИНВЕРТОРНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ВД-200 ФИРМЫ СЭЛМА Панченко О. А., Демин В. П., Коваленко В. И. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@fimm.donntu.org This article introduces new machines and technologies of welding which were presented in international exhibition «Machine producing» in Donetsk. Широкое распространение использования сварки в машиностроении обусловило совершенствование составляющих частей этого технологического процесса. В связи с этим выдвигаются повышенные требования к качеству продукции фирм, производящих сварочные принадлежности. Одни и те же изделия в различных условиях могут быть изготовлены по разной технологии, при этом будут иметь одинаковые конечные параметры качества, но надежность их будет различна. На данный момент остро встает проблема снижения себестоимости и повышения конкурентоспособности продукции, выпускаемой предприятиями. Поэтому целесообразно осуществлять поиск новых путей совершенствования технологических процессов с учетом возможностей новых высокопроизводительных видов сварочного оборудования и технологической оснастки. Под эгидой выполнения этих программ проводятся специализированные выставки. Участниками одной из таких выставок были компании, представляющие передовые разработки в производстве сварочного оборудования. В рамках выставки были проведены международные научно-технические конференции, круглые столы, семинары, и презентация отечественных и зарубежных фирм. Одним из участников выставки была фирма «СЭЛМА» – ведущий производитель электросварочного оборудования, которое разрабатывается с применением современных технологий производства и комплектуется изделиями ведущих мировых производителей. Фирма «СЭЛМА» проводит гибкую политику ценообразования с предоставлением скидок оптовым и постоянным покупателям. А также:  Гарантийное и сервисное обслуживание оборудования.  Проведение пуско-наладочных работ, обучение и консультации по эксплуатации оборудования. «Фирма СЭЛМА» предоставила новинку среди своей продукции – инверторный сварочный источник ВД-200, технические характеристики которого представлены в табл. 1. ВД-200 предназначен для ручной дуговой сварки покрытыми электродами на постоянном токе (режим ММА-DС). Наличие инверторного источника позволяет экономить потребляемую энергию. Основные преимущества ВД-200:  режим форсирования дуги;  плавная регулировка сварочного тока;  наличие защиты от перегрева;  стабилизация колебаний напряжения питающей сети;  быстроразъемные и безопасные токовые разъемы;  легкость и удобство в перемещении;  малый вес и габариты.

21

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Табл.1.Технические характеристики источника питания сварочной дуги ВД-200 Наименование параметра

ВД-200 1  220

Напряжение питающей сети, В Частота питающей сети, Гц

50

Номинальный сварочный ток, А (ПВ,%)

200 (60%)

Пределы регулирования сварочного тока, А Напряжение холостого хода, В

20–200 56

Потребляемая мощность, не более, кВа

7

Диаметр электрода, мм

2–4 425  205  355

Габаритные размеры, мм Масса, кг, не более

10

Фирмой «СЭЛМА» были представлены также некоторые другие виды своей продукции, в том числе указанные ниже.

1. Выпрямитель сварочный ВС-450, предназначенный для комплектации полуавтоматов дуговой сварки в среде защитных газов.

2. Сварочный трансформатор ТДФЖ-1250, который может работать в составе автоматизированных сварочных линий, использоваться для сварки спирально-шовных труб и для сварки продольных швов при производстве труб.

3. Автомат для дуговой сварки ТС-17С, предназначенный для сварки и наплавки электродной проволокой под флюсом изделий из малоуглеродистых сталей со ступенчатой регулировкой скорости подачи электродной проволоки и ступенчатой регулировки скорости перемещения тележки. ТС-17С представляет собой самоходное устройство, в котором подача сварочной проволоки и перемещение происходит автоматически. ТС-17С производит сварку соединений встык с разделкой и без разделки кромок, с копирами и без копиров, угловых швов (по дополнительному заказу), нахлесточных соединений, а так же сварку в «лодочку». В процессе работы самоходное устройство передвигается по изделию или по уложенной направляющей линейке. Список литературы: 1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. Под ред. А. М. Дальского. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 944 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.

22

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГОКОНТРОЛЯ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ В ГИБКОМ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Шумилкин Е. Л. (ДонВПМУ, г. Донецк) E-mail: donvpmu.67@bk.ru Аннотация. В статье приведены принципы создания систем адаптивного контроля технологических процессов для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Ключевые слова: системы адаптивного контроля, гибкое автоматизированное производство, станки с ЧПУ. Введение. Системы адаптивного контроля играют важную роль в гибком автоматизированном производстве (ГАП). Дело в том, что обычные встроенные системы автоматического управления (САУ), допускающие вмешательство человека-оператора, в условиях гибкой безлюдной технологии могут потерять работоспособность или привести к аварийным ситуациям. Такие ситуации могут возникнуть, например, при внезапной поломке инструмента (резца, фрезы и т. п.). Поэтому адаптивный контроль в условиях ГАП предполагает диагностику состояния инструмента, основанную на автоматических измерениях (например, определение положения режущей кромки инструмента после каждого технологического прохода). Без текущего контроля и диагностики внезапная поломка инструмента может привести к поломке всего технологического оборудования. Оптимизация оборудования с ЧПУ. Оборудование с ЧПУ может быть полностью оптимизировано путем внедрения дополнительных адаптивных систем управления, которые постоянно отслеживают процесс обработки резанием в режиме реального времени. Такая оптимизация машинных систем необходима, если дорогие станки с ЧПУ постоянно работают на полную мощность, и если режущие инструменты должны быть использованы максимально долго, а не подвергаясь в процессе обработки износу, что приводит к простою оборудования. [2] Одним из наиболее привлекательных особенностей этих систем является то, что они применяют оптимальную подачу в режиме реального времени на основе основных параметров, влияющих на процесс механической обработки для каждого конкретного инструмента и обрабатываемого материала. Эти параметры могут быть введены, если необходимо, из внешних библиотек. Оператор не обязан знать определенный порог нагрузки для каждого инструмента, а внутренняя экспертная система определяет эти границы для себя. Структурно-функциональная схема адаптивной системы ЧПУ со встроенной САК на примере токарно-револьверного станка представлена на рис. 1. Как видно из этого рисунка, в одном из гнезд револьверной головки станка установлен датчик размеров Дp. Этот датчик управляется системой ЧПУ, позволяющей автоматически измерять наружные и внутренние диаметры заготовок и деталей типа тел вращения. На станке установлены также датчики Дx и Дy для размерного контроля и диагностики состояния режущего инструмента.

23

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Рис.1. Структурно-функциональная схема токарно-револьверного станка с ЧПУ и САК[1] Таким образом, автоматическое измерение геометрических параметров деталей и инструментов осуществляется прямо в рабочей зоне без снятия их со станка. Результаты измерения деталей с помощью датчика Дp по мере их обработки поступают в систему ЧПУ. Эта информация используется для первоначальной настройки режущих инструментов на заданные размеры изделия, а также для автоматической коррекции управляющих воздействий в зависимости от износа инструментов, тепловых деформаций и других динамических факторов, не учитываемых программой обработки. Благодаря этому отпадает необходимость участия человека-оператора как в первоначальной настройке станка, так и при текущем контроле за точностью изготовления деталей. Кроме того, система ЧПУ по результатам измерения внутреннего и наружного диаметров деталей осуществляет их автоматическую отбраковку. Информация от датчиков Дx, Дy, получаемая в момент их соприкосновения с режущим инструментом, позволяет определить геометрические параметры его режущих кромок. Эта информация после каждого цикла обработки вводится в систему ЧПУ. Здесь по специальным алгоритмам оценивается износ инструмента и корректируется программа управления обработкой при следующем проходе. Тем самым обеспечивается требуемая точность изготовления деталей без вмешательства человека. Испытания данного вида станков со встроенной САК в целом показали, что они способны автоматически настраиваться (самонастраиваться) на заданные размеры и обеспечивать требуемую точность обработки (разброс размерных параметров в пределах 14 мкм) независимо от непредсказуемого изменения условий резания (износа инструментов, тепловых и упругих деформаций и т. п.). В этом и проявляются адаптационные свойства описанной САК, позволяющей вместе с модифицированной системой ЧПУ существенно повысить точность, надежность и производительность станка.

24

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ В общем случае встроенные САК осуществляют не только текущий контроль размеров деталей и инструментов, но и активную диагностику состояния инструмента (включая выработку команд на замену инструмента в случае его поломки), проверку подачи охлаждающей жидкости и удаления стружки, проверку качества и отбраковку негодных изделий. В состав САК можно отнести и датчики, используемые для контроля за состоянием отдельных узлов и агрегатов станка (датчики сил и моментов в приводах, температуры подшипников, давления в гидросистеме и т. д.). Создание САК не сводится к выбору и комплексированию подходящих датчиков. Не менее важной является разработка алгоритмического и программного обеспечения, необходимого для организации эффективной работы САК. Алгоритм адаптивного управления точностью обработки резанием. Алгоритм адаптивного управления точностью обработки резанием обычно включает в себя следующие операции: 1.Определение разброса (дисперсии) геометрических параметров партии предварительно изготовленных деталей по отношению к параметрам эталонной детали.

2.Определение систематической составляющей погрешностей обработки резанием.

3.Определение геометрических параметров для чистовой обработки детали с учетом систематической погрешности.

4.Формирование и коррекцию программы движения режущего инструмента.

5.Формирование и самонастройку управляющих воздействий на приводы исполнительных механизмов. Две последние операции реализуются по принципу обратной связи: коррекция программы резания и самонастройка управляющих воздействий производятся с учетом результатов измерения геометрических параметров детали и инструмента в процессе обработки. Благодаря этому и обеспечивается самонастройка САК и системы ЧПУ на заданные геометрические параметры детали при ее чистовой обработке. Схема алгоритма адаптивного управления точностью механической обработки представлена на рис. 2. Конкретизация алгоритмов функционирования отдельных блоков (функциональных модулей) осуществляется с учетом особенностей используемого оборудования и специфики решаемой задачи. Например, выбор алгоритмов в случае обработки резанием определяется числом деталей в партии, способом базирования заготовок, формой деталей и требованиями к точности их изготовления, технологическими возможностями используемых станков. Важную роль при этом играет технологическая жесткость заготовки, определяемая отношением ее длины к диаметру (в случае деталей типа тел вращения), данные об износе режущего инструмента и направляющих, систематические погрешности обработки и т. п. Разработке общего алгоритма адаптивного управления точностью предшествует выбор датчиков для САК к статистический анализ погрешностей обработки для типовых технологических ситуаций. На основании перечня и описания указанных ситуаций формируются математические модели погрешностей обработки, которые существенно используются при расчете и коррекции программных движений инструмента по результатам измерений в САК. На следующем этапе конкретизируется алгоритм управления точностью, т. е. составляется формализованное описание процессов обработки информации от САК и управления с помощью системы ЧПУ. Для обеспечения возможности реализации этого

25

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ алгоритма в реальном масштабе времени производится окончательный выбор элементной базы для САК и системы ЧПУ. При этом система ЧПУ должна строиться на базе быстродействующих микропроцессоров и микро ЭВМ. Заключительный этап состоит в программной реализации разработанных алгоритмов, т. е. в их переводе на язык машинных команд системы ЧПУ. Следует подчеркнуть, что именно алгоритмическое и программное обеспечение системы ЧПУ в значительной степени определяет функциональные и адаптационные возможности станков со встроенным САК.

Рис. 2. Схема алгоритма адаптивного управления точностью обработки [1] Разработка систем адаптивного контроля. Можно выделить два подхода при разработке систем адаптивного контроля:  адаптивный контроль с оптимизацией;  адаптивный контроль с ограничениями.

26

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Адаптивный контроль с оптимизацией. При такой форме адаптивного контроля задается критерий качества, который служит показателем эффективности всего процесса в целом (например, производительность, затраты на единицу объема удаленного металла). Цель адаптивного контроля состоит в оптимизации этого критерия качества путем изменения скоростей резания и (или) подачи в процессе механической обработки. Хотя в этом направлении были разработки, но большой популярности адаптивный контроль с оптимизацией не нашёл. Основной проблемой было отсутствие датчиков, которые могли измерить необходимые переменные не прекращая обработку резанием. Адаптивный процессор включает в себя подсистему обработки данных, куда поступают данные с датчиков, а также рассчитана подача, число оборотов и набор ограничений. Подсистема производит 2 сигнала: слой металла, снимаемый за 1 проход и скорость износа режущего инструмента. Адаптивный контроль с ограничениями. В производственных системах накладывают ограничения на определенные измеряемые переменные, характеризующие процесс обработки; тем самым устанавливаются границы их изменений. Согласно этому, такие системы носят название систем АК с ограничениями. Цель этих систем состоит в такой коррекции скорости резания или (и) подачи, чтобы значения измеряемых переменных процесса содержались не выше уровня заданных ограничений. Практически все АК для грубого точения и фрезерования базируются на принципе адаптивного управления с ограничением и редко включают более одного измеряемую переменную. Выводы Система адаптивного контроля является логическим продолжением ЧПУмеханизма. Адаптивные системы способствуют улучшению скорости производства и снижения стоимости обработки в результате расчета и установления оптимальных параметров в процессе обработки. Использование систем адаптивного контроля и управления точностью механической обработки является принципиально важным и необходимым условием надежного функционирования ГАП. Список литературы: 1. Схемы. Режим доступа: http://roboticslib.ru/books/item/f00/s00/z0000018/st049.shtml. 2. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю. М. Соломенцев [и др.]. – М.: Машиностроение, 1980. – 536 с. 3. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3: Проектирование станочных систем / Под общей ред. А. С. Проникова – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана; Изд-во МГТУ «Станкин», 2000.

– 584 с. 4. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов. / Под ред. Харченко А. О. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – 304 с. 5. Хомченко В. Г., Федотов А. В. Автоматический контроль в механообрабатывающих ГПС. Омск: Издательство ОмГТУ. 2010. 160 с. 6. Датчики и измерительные системы.http://www.riftek.com:Riftek. URL: https://riftek.com/ru/products/~show/ sensors/laser-triangulation-sensor.

27

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТРУЙНОГО ЭЛЕКТРОЛИТНОПЛАЗМЕННОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ДЕТАЛЯМ, ПОЛУЧЕННЫХ АДДИТИВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ Зарубин Д. А., Ушомирская Л. А. (каф. ТКМиМ, СПбПУ Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Россия) Введение. Метод селективного лазерного сплавления (англ.: Selective Laser Melting или SLM) является одним из аддитивных методов изготовления деталей. Использование данной технологии увеличивает производительность и сокращает себестоимость изготовления уникальных сложнопрофильных деталей за счет отсутствия стадии создания специальной оснастки и уменьшения количества технологических этапов. В отличие от традиционных технологий порошковой металлургии деталь из порошкового материала, полученная селективным лазерным сплавлением, имеет 99% плотность. Сущность селективного лазерного сплавления заключается в поочередном нанесении порошкового слоя материала и проплавлении его с помощью лазерного луча [1]. Одной из проблем применения данного метода является обеспечение уровня микронеровностей на поверхности готового изделия. Часто детали, полученные SLMметодом, используются в хирургии в различных протезах и требуют высокого класса чистоты поверхности. В частности, в данной работе исследования проводились на ячеистых гексагональных решетках, полученных методом SLM и предполагающих использование в костных тканях организма человека (рис.1). После SLM детали имеют неудовлетворительную шероховатость. Связано это с эффектомсфероидизации, который проявляется в виде формирования лежащих отдельно друг от друга капель, а не сплошной дорожки расплава. Причиной этого является поверхностное натяжение, под действием которого расплав стремится уменьшить свободную поверхностную энергию путем образования формы с минимальной площадью поверхности, т. е. шара. При этом в полоске расплава наблюдается эффект Марангони, который проявляется в виде конвективных потоков из-за градиента поверхностного натяжения как функции от Рис.1. SLM-решетка температуры, и если конвективные потоки достаточно сильные, то полоска расплава разделяется на отдельные капли. Также капля расплава под действием поверхностного натяжения затягивает в себя близлежащие частицы порошка, что приводит к образованию ямки вокруг капли и, в конечном счете, к увеличению пористости и шероховатости. Для полирования изделий, полученных методом SLM, представляет интерес использование метода струйного электролитно-плазменного полирования (СЭПП), позволяющего обрабатывать сложные поверхности токопроводящих изделий [2].Обработка поверхности электролитно-плазменным методом основана на действии импульсных электрических разрядов, которые происходят в пароплазменной оболочке, образующейся вокруг изделия, погруженного в разогретый электролит (водный раствор соли малой концентрации). За счет локализации обработки посредством струйного полива успешно решается проблема снижения требований к электрической мощности ис-

28

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ точника питания, обеспечивается постоянство параметров процесса. Реализация обратной связи по току позволяет осуществлять автоматическую подстройку напора в случае отклонения от эталонных параметров. Цель работы – повышение качества поверхностного слоя методом СЭПП для деталей типа «Решетка» (рис.1), полученных методом SLM. Материал изделия – 03Х16Н15М3. Для достижения поставленной цели были проведены эксперименты с классическим погружением заготовок в электролит и при струйном истечении электролита на поверхность. Конечная оценка результатов проводилась по критерию шероховатости поверхности после обработки и проникающей глубине полирования. Последний параметр проявился на первом этапе экспериментальных исследований. Оказалось, что ячеистая структура затрудняет образование пароплазменного слоя, необходимого для возникновения низкотемпературной плазмы. Из-за этого полирование внутренних слоев решетки происходит хуже и требуется соблюдение особых условий, обеспечивающих внутреннее полирование. Для экспериментов с использованием метода СЭПП производилась оптимизация режимов обработки, определены наиболее оптимальные значения удельного давления струи на дальнюю поверхность и максимальная глубина проникновения эффекта полирования при условии обработки поливом вертикально вверх гексагональной решетки с характерным размером ячейки 4,2 мм. Конечный параметр шероховатости, достигаемый в ходе эксперимента, считался удовлетворительным, если шероховатость поверхности снижалась до Ra 0,1 или ниже. Начальная шероховатость образцов составлялаRa 0,4..0,8. Схема эксперимента представлена на рис.2. Обработка проводилась при следующих режимах: рабочее напряжение , температура электролита , время Плотность тока составила . В качестве электролита использовался раствор, содержащий 4% (вес.) сульфата аммония (NH4)2SO4и 1% (вес.) динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоРис.2. Схема обработки ты, остальное – дистиллированная вода[3,4]. Результаты. Полученные результаты представлены на рис.3. Полученная лазерным сплавлением деталь полируется до зеркального блеска по областям, подвергнутым обработке. На первом этапе низкое давление струи обеспечивает полирование только близких к соплу участков, дальнейший рост давления (0,02..0,05МПа) обеспечивает примерное равенство скорости струи по толщине заготовки и чем выше это равенство, тем более проникает эффект полирования. При давлениях выше 0,05 МПа наблюдается отрицательный эффект – высокая скорость струи не обеспечивает возникновения пароплазменной оболочки, происходят ее постоянные срывы и процесс становится нестабилен. При попытке обработать изделие при оптимальных давлениях по толщине свыше 20 мм, установлено, что в данном случае процесс ограничивает то, что при удалении катода от анода (сопла) растет сопротивление в системе анод-электролит-катод и поверхность полируется, но хуже.

29

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Выводы.Проведенные исследования подтверждают возможность применения СЭПР для деталей изготовленных методом SLM. Установлено, что оптимальные значения удельного давления струи лежат в пределах от 0,02 до 0,05 МПа, а при больших давлениях процесс теряет стабильность. Максимальная глубина стабильного полирования пористого (ячеистого) образца составила 16 мм, дальнейшее увеличение глубины обработки не приводит к заведомо удовлетворительному результату. Тем не менее, метод СЭПР показал свою эффективность, и может успешно применяться для деталей, изготавливаемых методами аддитивными технологиями. Рис.3. График зависимости глубины проникновения эффекта полирования от удельного давления

Список литературы: 1. Назаров А. П. Разработка технологического процесса изготовления сложнопрофильных деталей из жаропрочного кобальтового сплава методом селективного лазерного плавления: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 2013. – 20 с. 2. Зарубин Д. А., Ушомирская Л. А. и др. Автоматизация процессов электролитноплазменной обработки пространственно сложных поверхностей токопроводящих изделий методом контролируемого струйного полива: «Современные высокоэффективные технологии и оборудование в машиностроении» (МТЕТ – 2016) – 347 с. 3. Куликов И. С. Электролитно-плазменная обработка материалов/ И. С. Куликов, С. В. Ващенко, А. Я. Камнев. – Минск: Беларус. Наука, 2010. – 232 с. 4. Патент: Способ электролитноплазменного полирования деталей из нержавеющих сталей (RU 2461667).

5.Ушомирская Л. А., Новиков В. И., Фоломкин А. И. Формирование газовой анодной оболочки и ее влияние на возможности электролитно-плазменной обработки сложных поверхностей // Металлообработка: научно-производственный журнал. – СПб., 2012. – № 3 (69). – С. 11–14.

30

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 621.9: 658.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКЕ ТОЧЕНИЕМ И ОБКАТЫВАНИЕМ Кисиленко И. В., Ивченко Т. Г.,(кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@fimm.donntu.org Аннотация. Представлены результаты расчетов параметров шероховатости обработанной поверхности при совместной обработке точением и обкатыванием. Установлены теоретические и регрессионные зависимости параметров шероховатости от условий обработки. Обоснована возможность повышения качества поверхностного слоя (снижение шероховатости) при совместной обработке по сравнению с отдельным точением и обкатыванием. Ключевые слова: шероховатость, точение, обкатывание, совместная обработка.

1. Введение Повышение производительности механообработки с обеспечением высокого качества деталей машин является весьма актуальной задачей современного машиностроительного производства. Одним из вариантов ее решения является применение комбинированных методов лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки, обеспечивающей как снижение трудоемкости за счет совмещения операций, так и высокое качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей [1]. В настоящее время достаточно хорошо изучены [2] основные закономерности формирования поверхностного слоя деталей, как при лезвийной, так и отделочноупрочняющей обработке, представленные в виде теоретических и эмпирических зависимостей параметров шероховатости от условий обработки. Однако сведения об особенностях комбинированной обработки практически отсутствуют, что ограничивает возможности рационального применения комбинированной обработки и управления ее параметрами. Известные расчеты параметров шероховатости комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки по эмпирическим зависимостям [3] выполнены для весьма узкой области условий обработки. Имеющаяся информация о расчетах параметров шероховатости комбинированной обработки по теоретическим зависимостям [4, 5] представлена для условий совместного алмазного точения и выглаживания закаленных сталей. Представляет интерес дальнейшее развитие этой методики для других видов комбинированной обработки. Цель представляемой работы – оценка параметров шероховатости поверхностного слоя при совместной обработке точением и обкатыванием, а так же исследование возможностей повышения качества поверхностного слоя.

2. Основное содержание и результаты работы Совместная обработка точением и обкатыванием выполняется с использованием специальных инструментов, сочетающих в себе режущие и деформирующие элементы [2]. На рис. 1 приведена конструкция комбинированного инструмента, у которого усилия резания и усилия, вызываемые деформирующим элементом, частично уравновешиваются. Такой инструмент может применяться при обработке валов недостаточной жесткости.

31

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Инструмент состоит из державки 1, в прямоугольный паз которой устанавливается резец 2. Резец и державка закрепляются в резцедержателе токарного станка. С обратной стороны державки в отверстие устанавливается вставка 8, фиксируемая в угловом положении винтами 12. Вставка перемещается вдоль оси державки, и ее Рис. 1. Комбинированный инструмент уравнове- положения относительно детали 3 шенного действия регулируется винтом 11. Деформирующий шарик 4 опирается на два шарикоподшипника 6, установленные на осях 7 во вставке, и сдерживается скобой 5. При совместном точении и обкатывании в работе одновременно участвуют как лезвийный инструмент – резец, так и деформирующий элемент – шарик. Особенностью комбинированной обработки является зависимость параметров окончательной обработки обкатыванием от параметров, формируемых при предшествующей обработке точением и одновременное влияние режимов обработки на параметры поверхностного слоя при каждой из них. В основу определения параметров шероховатости поверхностного слоя при комбинированной обработке RzК заложены известные теоретические зависимости для отдельных видов обработки [1] при условии, что параметры точения являются исходными для последующего обкатывания: RzK

S2 r 4r 2  S 2 0.5  1  2 0  T 2 S  0.5  1  2 0  T       8R cos 2 cos 32r

  2 0.5   150P 1  f  RPu   Rtmu H  180  arccosS  an  an hk  hy  2hy      180  









0,5

, (1)  Ru

где S – подача; R – радиус шарика или поперечный радиус ролика; r – радиус при вершине инструмента;  – передний угол;  – радиус округления режущей кромки инструмента; 0 – удельная сдвиговая прочность; Т – предел текучести обрабатываемого материала; Р – сила при обкатывании; f – коэффициент трения; Н – поверхностная микротвердость; RPи, tmи – исходные параметры шероховатости; aп – радиус пластического отпечатка; hк – глубина внедрения инструмента в обрабатываемую поверхность, hу – величина упругого восстановления; Rи – параметр шероховатости инструментов.

32

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Схема, представленная на рис. 2, иллюстрирует параметры, необходимые для определения параметров шероховатости при обкатывании – радиус пластического отпечатка aп; величину упругого восстановления hу; глубину внедрения инструмента в обрабатываемую поверхность hк;: Рис.2. Схема для определения параметров шероховатости при обкатывании

an  P cT  ; 0.5

hy  11c Т 0.5 32E ;

 11R P  180  arccosS  aп  aп   PH  0,5  2  1 f 2  RPu   180   RH   32E  hk   180  arccosS  aп  aп  t mu 180  



0,5  



0, 5

    .   

На основании представленной зависимости (1) по известным параметрам обработки теоретически рассчитан параметр шероховатости RaК = 250 RzК. Графики зависимости параметра шероховатости Rа от подачи S при обкатывании Rа о (исходная шероховатость Rат1 = const) и комбинированной обработке RаК (исходная шероховатость Rат2 переменна) представлены на рис. 3. Условия обработки: материал детали сталь 45; резец Т15К6; скорость V = 2 м/с; глубина t = 1мм; радиус r = 1мм; передний угол  = -5о; диаметр шарика 10мм; сила Р = 500 Н. В связи с тем, что при совместной обработке исходная шероховатость Rат2 переменна и уменьшается с уменьшением подачи, параметр шероховатости RаК формируемый в результате совместной обработки меньше, чем при обкатывании. Следовательно, при комбинированной обработке для одних и тех же подач может быть достигнута меньшая шероховатость поверхностного слоя, чем только при обкатывании или тоРис.3. Графики зависимости пачении. раметра шероховатости Rа от поИспользование зависимости (1) для пракдачи S при обкатывании Rа о и тических расчетов весьма затруднительно, в свякомбинированной обработке RаК зи с чем, на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований обоснована возможность упрощенного представления зависимости (1) в степенном виде:

RaKP S , R  CR S yR R xR ,

33

(2)

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ где CR – коэффициент; yR, хR – показатели степени влияния подачи и радиуса шарика на параметр шероховатости поверхностного слоя. Для указанных условий обработки с использованием регрессионного анализа установлены следующие зависимости параметра шероховатости поверхностного слоя: от подачи S и радиуса при вершине лезвия резца r при точении: Ra т = 17,4S1,4r-1; от подачи S и радиуса шарика R при обкатывании: Ra о = 1,2S0,35R0,45; от подачи S и радиуса шарика R при совместном точении и обкатывании: RaКР = 7,4S1,75R0,45. На рис. 4 представлены графики теоретических (RаК) и регрессионных (RаКР) зависимостей параметра шероховатости поверхностного слоя от подачи S при совместном точении и обкатывании. Графики достаточно хорошо совпадают (погрешность не превышает 5%). Это подтверждает справедливость полученной регрессионной зависимости и возможность ее использования на практике как для прогнозирования параметра шероховатости поверхностного слоя по заданным условиям совместной обработки точением и обкатыванием, так и для регламентации поРис.4. Графики теоретических дачи по заданной шероховатости: RаК и регрессионных RаКР 1 yR зависимостей параметра шеS  RaKP CR R xR .

(3) роховатости Rа от подачи S





3. Заключение Таким образом, установлены теоретические и регрессионные зависимости параметров шероховатости поверхностного слоя от условий совместной обработки точением и обкатыванием. Выполнена оценка параметров шероховатости поверхностного слоя при совместной обработке точением и обкатыванием и обоснована возможность снижения шероховатости по сравнению с отдельным точением и обкатыванием. Список литературы: 1. Чистосердов П. С. Комбинированные инструменты для отделочно-упрочняющей обработки. – Минск: Беларусь, 1977. – 69 с. 2. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. – М.: Машиностроение, 2000. – 320 с.

3. Губин Т. И., Ивченко Т. Г. Исследование возможностей и оптимизация параметров комбинированной обработки тонким точением и алмазным выглаживанием. ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2008, № 9. – С. 22–25. 4. Івченко Т. Г., Петряєва І. О. Дослідження по підвищенню якості поверхневого шару та продуктивності обробки за рахунок використання комбінованої лезової та відділочно-зміцнювальної обробки // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2008. Вып. 35. – С.64–69. 5. Брадулов П. Р., Ивченко Т. Г. Обеспечение максимальной производительности комбинированной обработки алмазным точением и выглаживанием закаленных сталей // ІНЖЕНЕР: студентський науково – технічний журнал / Донецьк: ДонНТУ, 2014, № 1(17) – №2(18). – С.96–98.

34

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОЛИТНОПЛАЗМЕННОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПРОТЯЖЕННЫХ, СКВОЗНЫХ ОТВЕРСТИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ Кузьмичев И. С., Ушомирская Л. А. (каф. ТКМиМ, СПбПУ Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Россия) Введение. Более совершенный метод, лишенный недостатков электрохимии связанных с использованием агрессивных щелочей и кислот, является метод электролитноплазменного полирования (ЭПП). Обработка металлов происходит при постоянном напряжении в диапазоне 200–350 В и плотности тока (j) 0,2...0,8 А/см2. При напряжении (U) более 200 В вокруг анода при переходе от пузырькового кипения к пленочному, у границ детали где плотность тока возрастает до значений, при которых электролит ионизируется по всей площади обрабатываемого изделия, образуется тонкая (50–100 мкм) пароплазменная оболочка (ППО). Напряженность электрического поля ППО достигает 104 – 105 В/см [1]. Актуальность. ЭПП позволяет значительно улучшить качество поверхностного слоя, заранее обработанного (механически) изделия, обеспечивая его финишную обработку. Полирование данным методом позволяет получать качество поверхностного слоя Ra до 0,01 мкм, при этом время обработки (τ) занимает не более 10 минут. Помимо увеличения чистоты поверхности, происходит ряд других улучшений поверхностного слоя, которые усиливают коррозионную стойкость и отражающую способность поверхностей изделий, обработанных электролитной плазмой. ЭПП может применяться в различных отраслях промышленности для полировки широкой номенклатуры изделий, в особенности для тонкостенных заготовок сложной формы, ввиду отсутствия сил возникающих при обработке и свойства электролита, как любого вещества в жидком агрегатном состоянии, повторять форму емкости в которую налиты. Возникающий в ППО комплекс химико-физических процессов, обеспечивает повышение класса чистоты поверхности на порядок превосходящие результаты достигаемые классическими электрохимическими или абразивными методами. Цель исследования – повышение качества поверхности, выраженного параметром шероховатости Ra – мкм, в протяженном, сквозном отверстии, токопроводящего изделия, применяя технологию принудительного ЭПП (ПЭПП), путем позиционирования электрода катода (ЭК) эквидистантного обрабатываемому профилю. Для достижения цели необходимо решить две задачи:  Разработать технологию обработки протяженных, сквозных цилиндрических отверстий на установке экструзивного электролитно-плазменного полирования (ЭЭПП100).  Экстраполировать полученные данные на образцы сложного профиля, а именно реализовать обработку фрагмента волновода прямоугольного сечения по схеме ПЭПП с ЭК. Исходные данные: трубка, из М3 d = 16 мм, l = 100 мм, шероховатость Ra = 0,63 мкм. Получены значения параметра шероховатости Ra = 0,3 мкм, при этом шероховатость является неравномерным по длине трубки: становится грубее от конца

35

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ трубки, на котором монтируется насадок к середине образца, и достигает наименьшего значения шероховатости Ra = 0,02 мкм по направлению к выходу канала. [2]. Данный факт обусловлен природой электрического тока, который движется в направлении наименьшего сопротивления. Из-за недостаточной напряженности электрического поля в удаленных местах обрабатываемого изделия электролит не переходит в стадию кипения, что делает невозможным образование ППО. Таким образом, только при достаточной напряженности электрического поля у поверхности анода образуется высокотемпературная плазма, которая является своего рода инструментом метода ЭПП [3]. Изученные особенности образования ППО, непосредственно необходимой для реализации обработки, позволили определить ее закономерности. Как известно, существует два типа кипения жидкости: пузырьковое и пленочное. Для того чтобы в процессе ЭПП происходило снижение шероховатости путем съема микровыступов с поверхности детали, на аноде должен поддерживаться пленочный тип кипения электролита [4]. Решением проблемы стала фиксация, эквидистантного обрабатываемому отверстию, ЭК посредством двух элементов оснастки монтируемых по концам заготовки при обеспечении прокачки электролита со скоростью обеспечивающей пленочное кипение рабочей жидкости в межэлектродном зазоре, и обеспечение точности соосности ЭК с отверстием (не грубее 0,1 мм при обработке заготовок – dотв = 16 мм, l = 100 мм), для реализации ЭПП в отверстии. Для обеспечения возможности сравнения степени равномерности обработки введем критерий равномерности . При обработке цилиндрического образца, получаемое качество поверхностного слоя Ra = 0,06–0,07 мкм. С = 0,85, соответственно степень равномерности шероховатости Ra по длине обрабатываемого отверстия удовлетворительна. Таким образом, разработана технология ПЭПП и определены ее особенности при обработке внутренних поверхностей и постоянстве выходных характеристик по длине. Метод исследования. Варьируемыми параметрами были выбраны: концентрация электролита n, % (3, 5, 7), температура электролита T, °С у входа в оснастку (70, 80, 90), диаметр ЭК DЭК, мм, который выбирается из отношения к диаметру обрабатываемого отверстия dотв = 16 мм (2/8, 3/8, 4/8) и скорость потока электролита Vпотока, обеспечивающая пленочное кипение рабочей жидкости. По результатам полнофакторного эксперимента были получены следующие закономерности – шероховатость уменьшается в диапазоне от 0,23 мкм до 0,06 мкм при уменьшении отношения диаметра ЭК к диаметру отверстия с 4/8 до 2/8 и температуры электролита с 90°С до 70°С. Это объясняется тем, что при увеличении межэлектродного зазора стабилизируется процесс образования ППО, а минимальная температура способствует процессу пленочного кипения электролита, за счет чего улучшаются условия образования ППО и интенсивность полирования возрастает. Шероховатость уменьшается в диапазоне от 0,23 мкм до 0,06 мкм при уменьшении концентрации электролита с 7% до 3% и скорости потока рабочей жидкости. Это объясняется тем, что при большей скорости потока электролита происходит сдувание парогазовой оболочки, а при увеличении концентрации улучшается проводимость

36

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ электролита, ввиду чего интенсивность тепловыделения возрастает, процесс кипения принимает переходный характер, снижается эффективность полирования. Результаты. Итак, для достижения наименьшей шероховатости при использовании технологии ПЭПП и обеспечения равномерности обработки по длине заготовки необходимо обеспечить равномерную инициацию ППО по всей площади внутренних поверхностей изделия. ЭК должен быть эквидистантным профилю обрабатываемого отверстия и позиционирован с максимальной точностью. Рациональные режимы: электролит, используемый при обработке медных трубок – 3% водный раствор аммония сернокислого. Диаметр ЭК (DЭК) назначается в 2/8 от диаметра обрабатываемого отверстия (dотв). U = 300 B; τ = 2 мин; T = 70 °С. Экстраполируя полученные данные по обработке цилиндрических образцов на образец с отверстием прямоугольного профиля, а именно фрагмент волновода: a = 14 мм, b = 28 мм, длинной l = 100 мм, назначаем ЭК габаритами a = 3,5 мм, b = 7 мм, и изготавливаем оснастку для фиксации фрагмента волновода и ЭК с точностью соосности не грубее 0,2 мм (рис. 1).

Рис. 1. Фрагмент волновода, базируемый в специальной оснастке при ПЭПП с ЭК.

Рис. 2. Фрагмент волновода, обработанный по технологии ПЭПП с ЭК.

37

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ При обработке фрагмента волноводной трубы с исходной шероховатостью Ra = 0,63 мкм, была получена шероховатость Ra = 0,29–0,37 мкм после одной минуты обработки по технологии ПЭПП с ЭК (рис. 2.), коэффициент равномерности в данном случаи С = 0,78 и удовлетворяет требованию к однородности шероховатости поверхностей по длине образца. Выводы.  Разработана технология обработки протяженных, сквозных цилиндрических и сложнопрофильных отверстий с линейной осью ПЭПП с ЭК. Найдены основные закономерности и обеспечено постоянство выходных характеристик.  При обработке меди и сплавов на ее основе с исходной шероховатостью Ra ≈ 0,63 мкм получаемое качество поверхностного слоя Ra находятся в пределах 0,29– 0,37 мкм, используя рациональные режимы: Т = 70°С; U = 300 B; τ = 1 мин для прямоугольного фрагмента волноводной трубы длинной l = 100 мм, ЭК эквидистантен обрабатываемому профилю и масштабируется до 0,25 от габаритов отверстия. Список литературы: 1. Воленко А. П. Некоторые особенноcти технологии ЭПП аустенитой нержавеющей стали. Вектор науки ТГУ. №2 (24), 2013. Тольяттинский государственный университет. 2. Современное машиностроение: Наука и образование: материалы 5-й Международной научно-практической конференции. / Под ред. А. Н. Евграфова и А. А. Поповича. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. – 1445 с.; УДК. 621.737.79, Ушомирская Л. А., Кузьмичев И. С.; Финишная технология обработки внутренних поверхностей потоком смеси парогазовых компонентов при повышенном напряжении. 3. Воробьев Г. А., Похолков Ю. П., Королев Ю. Д., Меркулов В. И. Физика диэлектриков (область сильных полей). Томск: ТПУ, 2003.

244 с. 4. Грилихес С. Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов /под ред. П. М. Вячеславова.: Машиностроение, 1983. 101 с.

38

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ Левашова Е. Л., Кудрявцев В. Н. (каф. ТКМиМ, СПбПУ Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Россия) Процесс электроконтактно-абразивной обработки (ЭКАО) сложный процесс, который характеризуется целым рядом конструктивных и физических параметров, тесно связанных между собой. Актуальность нахождения оптимизационного решения обуславливает снижение себестоимости процесса обработки и как результат снижение стоимости готового изделия, что приведет к повышению конкурентоспособности в рамках ценовой политики по отношению к готовому изделию. Цель исследования – оптимизировать рабочие параметры ЭКАО. Задача исследования – выявления способов оптимизации ЭКАО. Критерием оптимизации, при анализе режимов черновой и получистовой обработки была принята технологическая себестоимость процесса, которая отражает связь технологических режимов оптимизируемой операции с производительностью и энергоёмкостью процесса. Методы исследования – графоаналитические и методы математического моделирования. Основными параметрами ЭКАО являются: скорость вращения электродинструмента (ЭИ) V, скорость подачи Vs, глубина обработки t, напряжение источника питания (ИП) Uxх и сила тока I.[1] В результате анализа технологических параметров ЭКАО в качестве оптимизируемых переменных были выбраны скорость подачи Vs и напряжение ИП Uxх. (для стали 12Х1818Н10Т – Vs = 3,3…5,3 мм/с, Uxx = 30…36 B, при обработке заготовок из стали 45 – Vs = 2,5…4,8 мм/с, Uxx = 35…42 B) При ЭКАО минимальная энергоёмкость процесса достигается при полной загрузке ИП по току, при этом в межэлектродном пространстве (МЭП) устанавливается минимальное для данной потребляемой мощности N рабочее напряжение Up и минимальный межэлектродный зазор. Учитывая, что напряжение Up является функцией тока и определяется жесткостью вольтамперной характеристики ИП, необходимое напряжение ИП Uxx можно определить по формуле: U xx 

N  I p2 Rв н  Rk  Ip

(1)

где Rвн – внутреннее сопротивление ИП, Rk – суммарное сопротивление переходных контактов, N – мощность, реализуемая в МЭП, Ip – рабочий ток технологической цепи. В зависимости от мощности, реализуемой в МЭП – Ip=Iн. Т. о. технологические режимы, полученные в результате расчета, будут обеспечивать стабильность процесса и минимальную энергоёмкость. Целевая функция представлена в виде технологической себестоимости операции ЭКАО

F  C зо  Са  Сэ  Си

39

(2)

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ где Сзо – заработная плата основных рабочих; Са – затраты на амортизацию оборудования; Сэ – затраты на электроэнергию; Си – затраты на инструмент. В целевую функцию включены только те элементы себестоимости, которые непосредственно зависят от времени выполнения операции[2], а такие элементы как затраты на приспособления, содержание зданий, на смазочно-обдирочные материалы и др. – исключены, т. к. они не зависят непосредственно от оптимизируемых параметров. Заработная плата основных рабочих определяется по формуле:

С зо  С з К д К i К СТ шт

(3)

где Сз – часовая тарифная ставка, Кд, Кi, Кс – коэффициенты, учитывающие соответственно дополнительную заработную плату, приработок рабочих и отчисления в фонд социального страхования, Тшт – штучное время. Затраты на энергию при ЭКАО складываются из затрат на силовую энергию и технологическую. Последняя идет непосредственно на расплавление припуска и зависит от мощности N, потребляемой при ЭКАО. Затраты на технологическую энергию рассчитываются по формуле: СЭТ 

Nl kз Ц Э Vs  60

(4)

где N – мощность, потребляемая в процессе ЭКАО; kз – коэффициент загрузки ИП в процессе ЭКАО (kз = 0,95); Цэ – стоимость электроэнергии. Затраты н силовую энергию, потребляемую при ЭКАО определяли по формуле

Сэ 

N y Kв рK N Код KW Т шт

Кв

Цэ

(5)

где Ny – суммарная установленная мощность электродвигателей; Квр – коэффициент загрузки по времени; Kод – коэффициент одновременности работы электродвигателей; Тшт – штучное время на операцию; KW – потери электроэнергии в сети завода. Затраты на амортизацию оборудования рассчитываются по выражению Са 

K oi  oi а 100 QГЗ

(6)

где Кoi– балансовая стоимость оборудования; μoi – коэффициент занятости; а – норма годовых отчислений; Qгз – годовое количество продукции. Затраты на инструмент при ЭКАО плоскостей определяется по формуле: СU 

KU K уб n

(7)

где KU – стоимость инструмента; Куб – коэффициент, учитывающий случайную убыль инструмента.

40

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Сравнение полученных рациональных режимов с режимами фрезерования плоскостей показывает, что при ЭКАО легированных материалов достигается повышение производительности в 2,0…2,5 раза. Оптимизация целевой функции проводилась методом поиска по деформируемому многограннику (Нелдера-Мида) в совокупности с методом специальных функций. Суть метода Нелдера-Мида заключается в том, что для минимизации функции F(x1, x2, … xn)nнезависимых переменных строится многогранник, имеющий (n+1)вершину. После вычисления значений целевой функции F(xj) в каждой вершине, находится вершина с наибольшим значением, которая проецируется через центр тяжести остальных вершин. Улучшенное значение целевой функции находится последовательной заменой вершин с максимальным значением F(xj) на вершины с более низким значением. Данный метод характеризуется относительной простотой вычислений и быстротой сходимости. Критерием конца поиска является условие:

     

 1 n 1  F x jk  F xne   n  1 j 1

2



0,5



(8)

где ε – заданная точность поиска. Оптимизационная задача по данной целевой функции была реализована с помощью программного пакета MatLab [3]. Математическое моделирование показало, оптимальная скорость подачи при обработке легированной стали, для приведенного случая, составляет Vs = 4,85 мм/с, а для стали 45 – Vs= 3,8 мм/с. На рис.1 приведена графическая интерпретация полученных значений.

Рис. 1. Диаграмма элементов себестоимости ЭКАО плоскостей:

41

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ B=60 мм, t=8 мм; 1 – полная себестоимость, 2 – заработная плата, 3 – затраты на амортизацию , 4 – затраты на электроэнергию, 5 – затраты на инструмент. Диаграмма основных элементов себестоимости показывает, что основная часть затрат при ЭКАО плоскостей приходится на заработную плату (35-40%) и расходы на инструмент (25-30%). Затраты на амортизацию не превышают 15% от общей себестоимости обработки. Также следует отметить, что предложенная методика проще оптимизации электроэрозионной обработки с использованием цилиндрических функций Бесселя[4]. Выводы. В результате предложенной методики – вычисления целевой функции методами MatLab – разработанная целевая функция и результаты оптимизации могут использоваться в двух вариантах. При серийном производстве в виде графиков, рассчитанных для конкретных типоразмеров заготовок, а при большой номенклатуре изделий в виде модулей программного пакета MatLab, которые индивидуально учитывают свойства обрабатываемого материала и технологические характеристики оборудования. Это позволит более широко применять метод ЭКАО в промышленности. Список литературы: 1. Л. А. Ушомирская, В. А. Гладышев Усовершенствование конструкции электрод-инструмента для электроконтактно-абразивной обработки стали 40Х за счет перемещения электрода-пластин//XLI Неделя науки СПбГПУ: материалы научно-практической конференции с международным участием. Ч. IV. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – С. 133. 2. Электрофизические и электрохимические методы и технологии в машиностроении. Технологические методы обработки потоками высокоэнергетических микрочастиц, ультразвуковые и комбинированные методы обработки: учеб. пособие / В.И. Никифоров [и др.]; под общ. ред. В. И. Никифорова.

– СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. – 507 с. 3. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2002. 4. В. Н. Кудрявцев, И. М. Дроздов Разработка модели оптимизации для электроэрозионной прошивки сплавов//Неделя науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. Институт металлургии, машиностроения и транспорта. Часть 1. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. – С. 141–143.

42

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 621.01(06) СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Лобов А. С. (гр. ИТМ-15, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР), Феник Л. Н. (ст. преподаватель, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. В статье рассматриваются основные современные методы обработки различных материалов на машиностроительных предприятиях, рассмотрены их преимущества и недостатки, сферы применения и основное оборудование, необходимое для данных видов обработки. Ключевые слова: металл, резание, оборудование, технологии, обработка.

1.Введение Современное производство требует постоянного совершенствования технологий обработки различных материалов, применяемых в общем и специальном машиностроении. Механическая обработка, как наиболее распространённый вид придания изделию заданных форм и размеров, предусмотренных конструктором зачастую не успевает отреагировать на повышенные требования к точности и производительности.. Металлорежущее оборудование является одним из основных видов оборудования в машиностроении, тяжелой и легкой промышленности. Совершенствование металлорежущих станков предопределяет научно-технический прогресс, развитие более совершенной технологии и организации машиностроительного производства. На современных машиностроительных предприятиях применяются передовые технологии обработки металлов, использующие как традиционную лезвийную обработку, так и не традиционные методы обработки труднообрабатываемых металлов и неметаллических материалов. В данной статье будут рассмотрены некоторые современные методы обработки различных материалов, их преимущества и недостатки, особенности, а также оборудование необходимое для их реализации.

2.Основная часть Механическая обработка с применением лезвийного инструмента получила наиболее широкое распространение при обработке изделий как из металлов, так и неметаллических заготовок. Процесс состоит в разрушении слоя определенной области заготовки. На современных высокоавтоматизированных станках при этом режущий инструмент может осуществлять контроль степени деформации обрабатываемой поверхности. Это актуально при обработке нежёстких легко деформируемых деталей, когда превышение сил резания может привести к непоправимому браку. Как правило, такие виды обработки выполняются на высокотехнологичных токарно-фрезерных станках типа «обрабатывающий центр». На рисунке 2.1 изображена схема многоцелевого токарнофрезерного обрабатывающего центра, оснащенного несколькими инструментальными головками. Этот станок позволяет вести одновременную обработку нескольких поверхностей вращающимся инструментом. При этом и заготовка, закреплённая в патроне, и инструменты совершают сложное движение в рабочем пространстве станка по нескольким направлениям. Такая обработка выполняется с помощью универсальных обрабатывающих центров с числовым программным управлением (ЧПУ), позволяющих выполнять

43

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 2.1. Схема многоцелевого обрабатывающего центра сложнейшую высокоточную обработку без учета человеческого фактора. ЧПУ предполагает, что каждым этапом выполняемых работ управляет компьютер, которому задается определенная программа. Обработка детали на станке с ЧПУ обеспечивает максимально точные размеры готового изделия, т.к. все операции выполняются в большинстве случаев с одной установки обрабатываемой заготовки. Однако на практике встречаются материалы, которые с трудом подвергаются обработке лезвийным инструментом. Они требуют применения других методов обработки, другой технологии и соответственно другого оборудования. Одним из методов для обработки труднообрабатываемых материалов, например, твердых сплавов, является электроэрозионная обработка. Твёрдые сплавы используются не только для изготовления режущего инструмента. В частности, из твердых сплавов изготавливают матрицы для производства синтетических алмазов, формы для получения деталей методом порошковой металлургии и ряд других изделий, где используются специфические свойства этих материалов. Для применения технологии электроэрозионной обработки обязательным условием электропроводность обрабатываемого материала.

Рис. 2.2. Схема электроэрозионной обработки. 1 – обрабатываемая заготовка, 2 – разряды в зазоре, 3 – электрод-инструмент, 4 – генератор импульсов технологического тока.

44

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Суть метода электроэрозионной обработки (резки) заключается в полезном использовании электрического пробоя при обработке поверхности. При сближении электродов, находящихся под током, происходит разряд, разрушительное воздействие которого проявляется на аноде, которым служит обрабатываемый материал. Межэлектродное пространство заполняется диэлектриком (керосином, дистиллированной водой или специальной рабочей жидкостью), в котором разрушающее воздействие на анод значительно более действенно, чем в воздухе. Диэлектрик также играет роль катализатора процесса распада материала, т. к. он, при разряде в зоне эрозии, превращается в пар. При этом происходит «микровзрыв» пара, который также разрушает материал. На этом принципе работают проволочно-вырезные станки, на которых изготавливаются детали штампов. Важнейшим преимуществом проволочно-вырезных станков является малый радиус эффективного сечения инструмента (проволоки), а также возможность точного пространственного ориентирования режущего инструмента. В силу этого появляются уникальные возможности для изготовления точных деталей в широком диапазоне размеров с достаточно сложной геометрией. Для некоторых изделий применение электроэрозионной обработки является предпочтительным, в сравнении с другими видами обработки. Электроэрозионные проволочно-вырезные станки позволяет рационально осуществить операции по:  изготовлению деталей со сложной пространственной формой и повышенными требованиями к точности и чистоте обработки, в том числе деталей из металла с повышенной твердостью и хрупкостью;  изготовлению фасонных резцов, матриц, пуансонов, вырубных штампов, лекал, копиров и сложных пресс-форм в инструментальном производстве. Одним из перспективных методов обработки изделий сложного профиля является гидроабразивная резка. Технология гидроабразивной резки благодаря своим уникальным свойствам и универсальности, находит свое применение в различных отраслях промышленности, в изготовлении художественных изделий, строительстве, производстве рекламной продукции. Как правило, в машиностроении установки гидроабразивной резки используют на заготовительных операциях при резке листовых заготовок. Однако, в последнее время они находят применение и в области точного машиностроения. Основными преимуществами гидроабразивных установок являются:  возможность обработки «под размер» достаточно больших деталей без необходимости последующей механообработки;  обеспечение высокого качества разрезаемой поверхности и высокой точности криволинейных резов;  возможность резки слоистых композитов и сверхтвердых материалов. Гидроабразивная обработка металла – это один из наиболее высокотехнологических процессов, обладающий высокими показателями точности и экологичности производства. Процесс гидроабразивной резки заключается в обработке заготовки тонкой струей воды под большим давлением с добавлением абразивного материала (например, мельчайший кварцевый песок). Технологический процесс гидроабразивной резки является очень точным и качественным способом обработки металла. Гидроабразивный раскрой является безопасным способом обработки. Резка водой не производит вредных выделений и (за счет возможности получения узкого реза) экономично расходует обрабатываемый материал. Отсутствуют зоны термического

45

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ воздействия, закаливания. Небольшая механическая нагрузка на материал облегчает обработку сложных деталей, особенно с тонкими стенками

Рис 2.3. Схема установки гидроабразивной резки. 1 – подвод воды под высоким давлением, 2 – Сопло, 3 – подача абразива, 4 – смеситель, 5 – кожух, 6 – режущая струя, 7 – разрезаемый материал.

Для реализации процесса гидроабразивной обработки вода смешивается в специальной камере с абразивом и проходит через очень узкое сопло режущей головки под высоким давлением (до 4000 бар). Гидроабразивная смесь выходит из режущей головки со скоростью, превышающей скорость звука (часто более чем в 3 раза). Наиболее производительное и универсальное оборудование – это системы консольного и портального типа. Такое оборудование широко используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности и других отраслях. Гидроабразивный раскрой является безопасным способом обработки. Резка водой не производит вредных выделений и (за счет возможности получения узкого реза) экономично расходует обрабатываемый материал. Отсутствие зон термического воздействия, закаливания. Небольшая механическая нагрузка на материал облегчает обработку сложных деталей, особенно с тонкими стенками. Одним из важнейших преимуществ водоструйной технологии является возможность обработки практически любых материалов. Данное свойство делает технологию гидроабразивной резки незаменимой в ряде технологических производств и делает ее применимой практически в каждом производстве. В настоящее время в промышленных масштабах нашли широкое применение лазерные установки, которые используются для раскроя листа, сварки, закалки, наплавки тугоплавких материалов, гравировки, маркировки и других технологических операций. Использование лазерных технологий обеспечивает высокую точность и производительность при обработке труднообрабатываемых материалов. Благодаря высокой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством поверхностей реза. Легкое и сравнительно простое управление лазерным излучением позволяет осуществ-

46

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ лять лазерную резку по сложному контуру плоских и объемных деталей и заготовок с высокой степенью автоматизации процесса

Рис. 2.4. Схема лазерной резки Для резки металлов применяют технологические установки на основе твердотельных, волоконных лазеров и газовых CO2-лазеров, работающих как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах излучения. Сфокусированный лазерный луч, обычно управляемый компьютером, обеспечивает высокую концентрацию энергии и позволяет разрезать практически любые материалы независимо от их теплофизических свойств. Для высокоскоростного раскроя листового материала в промышленности широко используется плазменная резка. Суть плазменной резки заключается в создании плазменной струи малого поперечного сечения. Для образования плазменной струи Между электродом и соплом аппарата, или между электродом и разрезаемым металлом зажигается электрическая дуга. В сопло подаётся газ под давлением в несколько атмосфер, превращаемый электрической дугой в струю плазмы с температурой от 5000 до 30000 градусов и скоростью истечения от 500 до 1500 м/с. Толщина разрезаемого металла может доходить до 200 мм. Первоначальное зажигание дуги осуществляется высоковольтным импульсом или коротким замыканием между форсункой и разрезаемым металлом. Форсунки охлаждаются потоком газа (воздушное охлаждение) или жидкостным охлаждением. Воздушные форсунки, как правило, надежнее, форсунки с жидкостным охлаждением используются в установках большой мощности и дают лучшее качество обработки. Используемые для получения плазменной струи газы делятся на активные (кислород, воздух) и неактивные (азот, аргон, водород, водяной пар). Активные газы в основном используются для резки чёрных металлов, а неактивные – цветных металлов и сплавов. Преимущества плазменной резки:  обрабатываются любые металлы — черные, цветные, тугоплавкие сплавы и т. д.  скорость резания малых и средних толщин в несколько раз выше скорости газопламенной резки

47

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ  небольшой и локальный нагрев разрезаемой заготовки, исключающий её тепловую деформацию  высокая чистота и качество поверхности разреза  безопасность процесса (нет необходимости в баллонах со сжатым кислородом, горючим газом и т. д.)  возможна сложная фигурная вырезка  отсутствие ограничений по геометрической форме. Перспективным методом раскроя толстых и прочных материалов является криогенная резка струёй жидкого азота, истекающего со сверхзвуковой скоростью. Криогенная резка является конкурентом для других высокотехнологических видов резки, таких как лазерная, плазменная и гидроабразивная резка. Струя жидкого азота имеет температуру от −150 до −179 °C и давление от 400 до 4000 кг/см². Технология была разработана в 1990-х годах в Национальной инженерной лаборатории Айдахо (INEL). Ожидается, что криорезка выйдет в серийное производство до 2020 года. Преимущества криогенной резки  резка всех видов материалов и металлов;  высокая скорость реза;  практически неограниченная толщина разрезаемого материала;  высокое качество реза толстого металла;  относительная безопасность процесса. Недостатки криогенной резки  высокая стоимость оборудования;  в случае резки более 5–6 секунд, тонкий металл может буквально рассыпаться из-за быстрого охлаждения до сверхнизких температур. Область применения  NASA применяет криогенную резку в Космическом центре им. Кеннеди для прецизионного удаления теплозащитного покрытия с внутренних поверхностей твердотопливных ускорителей шаттлов.  Военно-морской флот использует её для удаления антикоррозионных покрытий с палуб, килей, антенн и защитных колпаков радаров.

3.Заключение В данной статье были рассмотрены передовые методы обработки материалов, применяемые на машиностроительных и других производствах. Были рассмотрены их основные преимущества, а также недостатки. Оборудование, применяемое для данных технологий и их особенности. Были приведены примеры областей в которых применяются данные технологии. Список литературы: 1. http://virtex-group.com/metody_obrabotki_metallov 2. http://barsjet.ru/hydroabrasive-cutting/application/ 3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидроаброзивная_резка 4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Плазменная_резка 5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Криогенная_резка

48

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 621.9: 658.5 ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОНКОГО ТОЧЕНИЯ ЧУГУНОВ ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ Лыхманюк Е. О., Ивченко Т. Г. (кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@fimm.donntu.org Аннотация. Представлены результаты расчетов оптимальных режимов резания при тонком точении износостойких чугунов инструментами из сверхтвердых материалов по критерию максимальной производительности. Выполнен анализ возможностей повышения производительности при снятии температурных ограничений за счет применения смазочно-охлаждающих технологических сред. Ключевые слова: тонкое точение, чугун, температура резания, производительность.

1. Введение Повышение производительности обработки деталей машин за счет использования современных сверхтвердых инструментальных материалов (СТМ) – перспективное направление развития машиностроительного производства [1]. В связи с этим, представленная работа, посвященная оптимизации режимов и повышению производительности тонкого точения чугунов, весьма актуальна. Известный в настоящее время опыт применения композитов при точении чугунных прокатных валков свидетельствует о достаточном распространении этого метода обработки. [2]. Установленные взаимосвязи стойкости, сил и температур резания, шероховатости обработанной поверхности с параметрами обработки при тонком точении чугунов могут быть широко использованы для оптимизации режимов резания. Методика оптимизации режимов резания по критериям максимальной производительности и минимальной себестоимости тонкого точения инструментами из СТМ достаточно хорошо разработана как для сталей, так и чугунов [3, 4]. Однако установленный высокий уровень температур резания при тонком точении износостойких чугунов высокой твердости существенно ограничивает режимы резания и производительность обработки. Для снижения температур и интенсификации режимов резания целесообразно применение смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС). Возможность использования СОТС при тонком точении инструментами из СТМ исследована для закаленных сталей [5], причем наиболее распространенные способы подачи СОТС в зону резания – свободным поливом и высоконапорной струей неприемлемы для СТМ в силу их хрупкости и высокой чувствительности к тепловым ударам. При тонком точении инструментами из СТМ обоснована целесообразность подачи СОТС в зону резания в распыленном состоянии. Представляет интерес дальнейшее развитие методики оценки эффективности СОТС применительно к тонкому точению инструментами из СТМ чугунов. Цель работы – исследование возможностей повышения производительности при тонком точении износостойких чугунов высокой твердости инструментами из СТМ с использованием СОТС.

2. Основное содержание и результаты работы Способ подачи СОТС в зону резания в распыленном состоянии заключается в распылении небольшого количества жидкости сжатым воздухом при давлении 0,2МПа со скоростью до 300 м/с, что обеспечивает весьма малый расход СОТС: до 10 г/мин водной и 0,1 г/мин масляной.

49

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Для исследования возможностей снижения температур в зоне резания при использовании СОТС, прежде всего, определяется коэффициент теплоотдачи. При подаче СОТС в зону резания в распыленном состоянии коэффициент теплоотдачи учитывает конвективный теплообмен с распыленной жидкостью, капли которой при соприкосновении с поверхностью тела нагреваются до температуры насыщения, а затем испаряются, а так же вынужденный конвективный теплообмен с воздухом, содержащимся в двухфазной струе. Коэффициент теплоотдачи при подаче СОТС распылением:

  1,2 K 2 3m 2  P   B    B ,

(1)

где К – концентрация жидкости в воздушно-жидкостной среде; m – коэффициент, характеризующий деформацию капель жидкости при соударении с поверхностью; Р – средний по времени коэффициент теплоотдачи жидкости в распыленном состоянии в процессе нагревания и испарения капли; В – коэффициент теплоотдачи в воздух. Графики зависимости коэффициента теплоотдачи  от концентрации жидкости К для различных условий обработки приведены на рис. 1. Расчеты коэффициента теплоотдачи выполнены для износостойкого чугуна твердостью НВ600 резцами из киборита в сравнении с закаленной сталью 45 НRС60–62 резцами из эльбора – Р. Исследовалась СОТС на основе минерального масла МРУ-1, обеспечивающая наибольшее снижение температуры в зоне резания за счет снижения сил Рис. 1. Графики зависимости и температур резания вследствие проявления коэффициента теплоотдачи пр от концентрации жидкости К для преимущественно смазочных свойств [5]. Установлено, что для чугуна коэффициент тонкого точения стали и чугуна теплоотдачи в 2,5 раза превышает коэффициент теплоотдачи для стали, что объясняется более высоким коэффициентом теплопроводности киборита в сравнении с эльбором – Р. Результаты расчетов и температур резания при обработке износостойкого чугуна с учетом действия СОТС выполненные в соответствии с известной методикой [5], представлены в виде графиков зависимости температур резания  от скорости резания V на рис. 2 (режимы резания – глубина резания t = 0,5мм, подача S = 0,1 мм/об). С увеличением скорости температуры резания существенно возрастают и могут превышать допустимый уровень  = 800оС, определяемый возможными необратимыми Рис. 2. Графики зависимости темпераструктурно – фазовыми превращениями в тур резания от скорости резания при поверхностном слое детали. Это свидетельтонком точении чугуна с СОТС ствуют о целесообразности использования СОТС для снижения температуры резания. В результате расчетов получен коэффициент снижения температуры резания К: = СОТС/без СОТС. = 0,85. Таким образом, за счет использования СОТС на основе мине-

50

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ рального масла МРУ-1 обеспечивается снижение температуры ниже допустимого уровня в диапазоне скоростей резания до 3 м/с. При оптимизации режимов резания и качестве целевой функции рассматривается производительность обработки, максимум которой достигается при максимуме произведения частоты вращения n и подачи S: n S  max. При тонком точении рассматриваются ограничения: по возможностям режущего инструмента, по температуре резания Θ, по шероховатости обработанной поверхности Ra, по допустимым диапазонам частоты вращения n и подачи S. Математическая модель процесса тонкого точения:

 X 1  yV X 2  b1 , z X 1  y X 2  b r 2  r  z t X 1  yt X 2  b3 ,   X 1  b4 , X 1  b5 ,  X 2  b6 , X 2  b7 ,   X 1  X 2   max,

  b  ln 1000 R k D  ; b  ln 1000  С K D  ;

b1  ln 1000CV KV DT m ; zr

2

3

zt

zr

a

o





zt

(2)

b4 = ln Smin; b5 = ln Smax; b6 = ln nmin; b7 = ln nmax; X1 = ln n; X2 = ln S,

где D – диаметр обработки; T – стойкость инструмента; CV, KV, xv, yv, m – коэффициенты и показатели, характеризующие степень влияния глубины, подачи и стойкости на скорость резания; СR, yr, zr – коэффициент и показатели, характеризующие степень влияния подачи и скорости на шероховатость обработанной поверхности Ra; СΘ, xt, yt, zt – коэффициент и показатели, характеризующие степень влияния глубины, подачи и скорости на температуру резания Θ. Схема определения оптимальных режимов резания для тонкого точения износостойкого чугуна (НВ 600) представлена на рис. 3.Точка С в многоугольнике АВС, который представляет собой область возможных решений для обработки без СОТС является точкой пересечения ограничений по предельно допустимой шероховатости (2) и по температуре резания (3). При использовании СОТС искомые оптимальные решения определяются точкой С1 в многоугольнике АВ1С1, которая является точкой пересечения ограничений по предельно доРис. 3. Схема определения пустимой шероховатости (2) и по возможоптимальных режимов резания для ностям режущего инструмента (1). Коортонкого точения износостойкого динаты точек С(X1о, X2о) и С1(X1о1, X2о1) чугуна (НВ 600) являются искомыми оптимальными значениями параметров X2о и X1о., X2о1 и X1о1. Для расчетов приняты следующие значения коэффициентов и показателей степени: CV =8,92; xv = 0,194; yv = 0,484; mv = 0,645; СR = 15,3; yr = 1,15; zr = -0,18; CΘ=1269; xt = 0,1; yt = 0,19; zt = 0,3 [2]. Определены следующие оптимальные режимы тонкого точения износостойкого чугуна: при обработке без СОТС – скорость резания Vо = 0,97 м/с, подача Sо = 0,093 мм/об; при обработке с использованием СОТС – Vо1 = 1,4 м/с, подача Sо1 = 0,098 мм/об.

51

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Для расчетов оптимальных подач Sо и скоростей резания Vо в зависимости от параметров обработки установлены следующие аналитические выражения: z  yt z r  z t y r    R 1 / z r zt z r  r  CR   a y  , npu    o ; , npu   0 ;   C K R zt zr   C S r (3) Vo   R o  So     a  1  y r  yv z r  C K  z x mz  R T r t r v  V V  T mt xv S y v , ;  a zr  o   CR CV KV  

где о – граничное значение температуры резания, для которого необходимо учитывать температурное ограничение:



o  C K RaT mzr CR (CV KV ) zr



( yt  yv zt ) ( yr  yv z r )

C K V

V

T mt xv



z.t

.

Снятие температурных ограничений приводит к повышению оптимальных режимов резания, а, следовательно, и производительности обработки. Коэффициент повышения производительности КР: K P  So1 K  Vo1 K   SoVo .

Рис. 4. График зависимости коэффициента повышения производительности КР от коэффициента снижения температуры резания КΘ за счет СОТС

(4)

График изменения коэффициента повышения производительности КР (рис. 4) свидетельствует о том, что с уменьшением коэффициента К производительность растет; при достижении граничных значений этого коэффициента температурные ограничения снимаются, его дальней-

шее уменьшение нецелесообразно.

3. Заключение Таким образом установлено, что применение СОТС на основе минерального масла МРУ-1 (коэффициент снижения температуры резания КΘ = 0,85) обеспечит рост производительности обработки при тонком точении износостойких чугунов высокой твердости инструментами в 1,5 раза.

Список литературы: 1. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: [Справочник] / В. П. Жедь, Г. В. Боровский, Я. А. Музыкант, Г. М. Ипполитов. — М.: Машиностроение, 1987. – 320 с. 2. Мелещик В. А., Кравченко Ю. Г. Опыт применения композитов при точении чугунных прокатных валков // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. – №1.

– С.81–84. 3. Івченко Т.Г., Полякова Є.В. Двохкритеріальна оптимізація режимів різання під час обробки чавунів інструментами з надтвердих матеріалів // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2011. Вып. 41. – С.152– 158. 4. Ивченко Т. Г., Лыхманюк Е. О. Повышение эффективности тонкого точения закаленных сталей за счет оптимизации режимов резания // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2014. Вып. (50). – С.107–112. 5. Ивченко Т. Г. Оценка эффективности использования СОТС при тонком точении инструментами из сверхтвердых материалов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: – Донецк: ДонНТУ, 2016. Вып. 1 (52). – С.62–68.

52

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ПРИРОДНОГО И ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ Польченко В. В.,. Базаров А. Н. (каф. «Технология машиностроения», ДонНТУ, г. Донецк) В строительной промышленности используется большое количества облицовочных природных и искусственных камней, что требует создания высокоэффективных технологий обработки камней, основными из которых являются распиловка, окантовка, фрезерование, шлифование, полирование. Одним из факторов, сдерживающих темпы роста производительности обработки камней, является отсутствие единой методики классификации камней по степени обрабатываемости. В настоящее время применяются временные нормы выработки на отдельные операции, основанные на временных классификациях, которые разрабатываются для отдельных предприятий с учетом сложившихся производственных традиций, культуры производства и зачастую не могут быть применены на других предприятиях. Создание методики оценки обрабатываемости камня затрудняют его технологические свойства: наличия в породе твердых включений и ее анизотропных свойств; способа и направленности обработки камня, степени изменения прочностных характеристик при одинаковой его твердости; степени кристаллизации породы и размеров кристаллов, дифференциации пористости, которые зависят от месторождения и технологии производства искусственного камня. При оценке обрабатываемости учитываются конкретные особенности и условия процесса обработки: способ обработки, конструктивные особенности станка и инструмента. Для ориентировочных расчетов вычисляют коэффициент обрабатываемости, принимая за основной показатель прочность камня 1. Коэффициент обрабатываемости К o при распиловке породы определяют по формуле R K0  , C где R – эталонная прочность на сжатие, Мпа (в качестве эталона принят мрамор Коеглинского месторождения с R = 70 Мпа); С – коэффициент, зависящий от вида породы, который составляет для гранита 400, мрамора – 700, туфа – 1250. При этом способе оценки не учитываются такие технологические свойства камня как пористость материала, степень кристаллизации и размеры кристаллов, минералогический состав и др. В работе 2 обрабатываемость оценивается коэффициентом обрабатываемости, который представляет собой отношение производительности станка при обработке камня, принятого за эталон, к производительности при обработке данного вида камня. В этом случае за эталонный камень также рекомендуется принимать коеглинский мрамор. На основании полученных результатов можно оценить принадлежность данного материала к одной из групп обрабатываемости, но нельзя прогнозировать режимы механической обработки материала данного каменного блока и изменение режущих способностей отрезного алмазного круга по мере обработки блока что является недостатком способа.C целью устранения указанных недостатков, повышения точности оценки обрабатываемости камня, назначения оптимальных режимов обработки, позволяющих снижать трудоемкость обработки камня, авторами статьи предлагается усовершенствованный экспериментальный способ, обеспечивающий уменьшение времени на оценку

53

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ обрабатываемости, увеличение точности этой оценки, упрощение организации работ по оценке обрабатываемости в производственных условиях. В предлагаемом способе оценки обрабатываемости горных пород и искусственного камня определяется технологическая производительность при резании образцов алмазным отрезным кругом. Процесс резания осуществляется при постоянной величине усилия прижима Р алмазного круга к исследуемому образцу (Рисунок 1). Технологическая производительность оценивается временем заглубления алмазного отрезного круга в образец на необходимую величину.

Рис.1. К определению технологической производительности Экспериментальная оценка обрабатываемости камня состоит из следующих этапов. На первом этапе осуществляется подготовка образца или каменного блока, которая заключается в устранении влияния на результаты эксперимента шероховатости и отклонения от плоскостности. Для этого алмазный отрезной круг заглубляют в образец на величину (0,005–0,015) диаметра отрезного круга. На втором этапе при постоянном усилии прижима круга к образцу производят отсчет времени заглубления круга на величину (0,0025–0,075) диаметра круга. Диаметр круга выбирают в диапазоне 160–250 мм. При этом больший диаметр круга принимают для более прочных и твердых образцов, чем обеспечивается большая скорость резания и повышенная производительностью при эксперименте. Величина заглубления алмазного отрезного круга ограничивается специальной опорой. Для обеспечения стабильных режущих свойств алмазного круга перед каждым испытанием его подвергают правке путем распиливания абразивного бруска соответствующих характеристик и размеров, которые подбираются в зависимости от характеристики применяемого алмазного круга. Такие действия обеспечивают стабильность начальной и конечной дуги контакта алмазного круга и образца и уменьшают влияние шероховатости отклонения от плоскостности каменного блока или образца. Технологическая производительность К определяется по зависимости

54

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ V , (1) t где V – объем, снятого абразивным кругом материала, см3, t – время заглубления круга на заданную величину с. Объем V определяется по формуле (2) V  Fa , где F – площадь сегмента снятого материала, см3; a - толщина абразивного круга, см.

K

F

1 rl  cr  h , 2

l  0,01745rd , sin

 2



c 2r  h 

(3) (4) (5)

Условные обозначения, входящие в формулы (3), (4), (5) понятны из Рисунка 1. Устройство для оценки обрабатываемости камня должно обеспечивать постоянное усилие прижатия круга, точное определение времени достижения заданного заглубления круга, а также рационального способа правки круга для достижения стабильных режущих свойств. Достоинства способа оценки обрабатываемости камня были опробованы на образце гранита Токовского месторождения. Эксперименты выполнялись на универсальном заточном станке с применением специального приспособления, которое надежно закреплять образец и обеспечивать постоянное усилие прижатия алмазного круга к образцу. Алмазный отрезной круг имел следующую характеристику – 1А1 160 х 4,5АС15 100/80 2М2-01 ДСТ. Перед экспериментом алмазный круг подвергался правке с помощью распиловки абразивного бруска БКв14А8СМ18ДО5 ДСТ 2456-82. Предварительное заглубление круга ограничивалось специальной опорой. Такой же опорой ограничивалось заглубление круга при отсчете времени, в течение которого удалялся объем материала. Результаты эксперимента показали соответствия времени заглубления алмазного круга на заданную величину и оптимальных режимов обработки камня. Полученные результаты сопоставимы с режимами обработки, которые рекомендуются технической литературой и применяются в производственных условиях. Развитие способа оценки обрабатываемости природных искусственных камней может быть направлено на повышение точности способа за счет совершенствования экспериментальных устройств. Предлагаемый способ применим также для оценки обрабатываемости искусственных камней , например, ситаллов. Список литературы: 1. Бакка Н. Т., Ильченко И. В. Облицовочный камень: Геолого-промышленная и технологическая оценка месторождений. – М.: Недра, 1992.– 236 с. 2. Сычев Ю. И., Берлин Ю. Я. Шлифовально-полировальные и фрезерные работы по камню. – М.: Стройиздат, 1985. – 312 с. 3. Деклараційний патент України 63487 А. Опубл. 15.01.2004 Бюл. №1.

55

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ НАНЕСЕНИЯ ВАКУУМНЫХ ИОННОПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ Рудыкина Э. А., Михайлов А. Н., Михайлова Е. А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел./факс +38 062 3050104; E-mail: tm@fimm.donntu.org 1. Введение С развитием научно-технического прогресса непрерывно повышаются требования к параметрам качества изделий машиностроения. Это связано с тем, что эксплуатационные параметры современных машин и механизмов постоянно возрастают, увеличиваются их технические и технологические возможности, а также расширяется функциональная структура оборудования. При этом наблюдается тенденция уменьшения габаритных размеров элементов машин и их подсистем, непрерывно возрастает их структурная и функциональная компактность при одновременном стремлении создания машин с качественно новой совокупностью свойств и мерой полезности. Для достижения этого в настоящее время широко используются современные технологии изготовления машин, их механизмов и элементов. К подобным технологиям относятся процессы нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий на изделия машиностроения, которые способствуют существенному повышению технико-экономических параметров машин при эксплуатации [1,…,4]. Многообразие изделий машиностроения и их элементов требует более глубокого изучения вопросов нанесения покрытий в труднодоступные места. К таким изделиям можно отнести детали с внутренними цилиндрическими поверхностями. Вместе с тем процессы нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий требуют специального изучения. На рис. 1 показана схема узла, имеющего внутреннюю цилиндрическую поверхность, который состоит из двух элементов, а именно вала 1 вращающегося относительно направляющей втулки 2. Для повышения свойств этого узла на внутреннюю поверхность направляющей втулки нанесено покрытие 3. Это даёт возможность повысить эксплуатационные параметры данного узла. Здесь на рис. 1,а показан общий вид узла, на рис. 1,б – сечение элемента узла. Общие вопросы нанесения вакуумных ионноплазменных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий рассмотрены в работе [5].

Рис. 1. Схема узла, имеющего внутреннюю цилиндрическую поверхность: а – общий вид, б – сечение элемента узла

56

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Целью данной работы является расширение функциональных возможностей изделий машиностроения за счёт повышения эксплуатационного потенциала изделий и обеспечения максимальной их адаптации при изготовлении к условиям эксплуатации на основе реализации специальных вакуумных ионно-плазменных покрытий на внутренних цилиндрических поверхностях. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи: разработать общую классификацию вакуумных ионноплазменных покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий машиностроения, привести классификацию деталей с внутренними цилиндрическими поверхностями, разработать схему устройства для напыления вакуумных ионно-плазменных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий.

2. Основное содержание и результаты работы В соответствии с поставленными задачами в работе выполнена разработка общей классификации вакуумных ионно-плазменных покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий, представленная на рис. 2. Эта классификация выполнена в виде трёх особых групп покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий, а именно: традиционные покрытия, функционально-ориентированные покрытия и комбинированные покрытия. При этом каждая из этих групп может выполняться посредством однослойных или многослойных покрытий.

Рис. 2. Общая классификация вакуумных ионно-плазменных покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий Классификация традиционных вакуумных ионно-плазменных покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий представлена на рис. 3. Эта группа по-

57

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ крытий характеризуется многими параметрами, и выполняется в виде однослойных или многослойных покрытий. Анализ этой группы покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий показывает, что это – многовариантное множество различных по характеристикам покрытий. Эти покрытия широко могут использоваться для покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий в зависимости от функциональных особенностей эксплуатации узла в машине.

Рис. 3. Классификация традиционных вакуумных ионно-плазменных покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий Классификация деталей – это разбивка деталей на группы по конструктивному и технологическому признаку. Она может производиться по различным структурным формам и типоразмерам. Не существует абсолютной, полной и завершённой классификации всех существующих деталей машин с внутренними цилиндрическими поверхностями, т. к. конструкции их многообразны и, к тому же, постоянно разрабатываются новые. На рис. 4 представлена краткая классификация деталей с внутренними цилиндрическими поверхностями. Внутренние цилиндрические поверхности применяются для сопряжения деталей друг с другом, для подвода смазки или охлаждающей жидкости. Они делятся на сквоз-

58

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ные и глухие. Первые обработанные на проход, вторые – на определённую глубину. По форме поверхностей цилиндрические отверстия бывают гладкие, ступенчатые, состоящие из участков разных диаметров расположенные на одной оси последовательно одно за другим. Отверстия, длина которых превышает 5–6 диаметров, называют глубокими. Внутренние цилиндрические поверхности могут быть с такими элементами как уступ, паз, фаска и т. д.

Рис. 4. Классификация деталей с внутренними цилиндрическими поверхностями Внутренние цилиндрические поверхности (отверстия) встречаются у большинства деталей машин, механизмов, элементов, как тел вращения, так и не тел вращения. К таким деталям можно отнести тела вращения типа колес, дисков, колец, шкивов, блоков, стержней, втулок, стаканов, колонок, валов, осей, штоков, тела вращения с элементами зубчатого зацепления, а также трубы, сегменты, не тела вращения: корпусные, опорные, емкостные и др. Технологические процессы нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий на внутренних цилиндрических поверхностях применяются в гидроцилиндрах посадочных устройств (шасси) самолётов, гидроагрегатах авиационной техники, в горношахтном и бурильном оборудовании, в машинах и устройствах широкого назначения для повышения эксплуатационной долговечности пар трения ответственных узлов машин, работающих в условиях повышенного коррозионного и механического износа. На рис. 5 представлены различные варианты изделий машиностроения с нанесенными специальными нитрид-титановыми покрытиями на внутренних цилиндрических поверхностях. На основании приведенных рекомендаций в результате выполнения данной работы проведено нанесение качественных равномерных традиционных покрытий.

59

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 5. Варианты изделий машиностроения с нанесенными специальными нитрид-титановыми покрытиями на внутренних цилиндрических поверхностях Для выполнения процесса нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий разработано специальное устройство. На рис. 6 показана принципиальная схема устройства для нанесения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий, которая реализует принципиально кинематическую схему 1-го класса движений [5]. Здесь позиции обозначают следующее: 1-план-шайба устройства; 2 – центральный вал планшайбы; 3 – основание (вакуумная камера); 4 – рабочий стол; 5 – основная окружность планшайбы; 6 – изделие. Здесь показано:  – угол наклона изделия или рабочего стола, B(z1) – направление вращения планшайбы, B(z2) – направление вращения рабочего стола. На данном устройстве условно показано только одно изделие, установленное на рабочем столе. При нанесении покрытия на всех рабочих столах устанавливаются изделия. Рациональное значение угла наклона изделия к направлению действия потока плазмы, определяется в следующих пределах: d (2,0...2,5)    arctg 0  0 , l  – внутренний диаметр цилиндрической поверхности изделия; l – длина цилиндрического изделия;  0 – величина уменьшения угла  (0  0,5... 1,0)

Рис. 6. Схема устройства для напыления вакуумных ионно-плазменных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий

60

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Традиционная конструкция вакуумной установки для нанесения покрытий включает в себя один или несколько плазменных источников, расположенных на боковой поверхности цилиндрической вакуумной камеры 3. Внутри вакуумной камеры 3 находится центральный вал 2, на котором расположена план-шайба устройства 1 вращения обрабатываемых образцов для получения однородного покрытия. На основной окружности планшайбы 5 находятся рабочие поверхности 4, где устанавливаются изделия 6 и также совершают вращательное движение в противоположном направлении. Для предварительной очистки и подготовки обрабатываемой поверхности вакуумная камера оснащается ионным источником и нагревательным элементом.

3. Заключение Таким образом, в данной работе на основании системного подхода разработана общая классификация вакуумных ионно-плазменных покрытий внутренних цилиндрических поверхностей изделий машиностроения. Она даёт возможность вести направленный поиск и выбор рациональных вариантов покрытий для каждого конкретного практического случая эксплуатации изделия, приведена классификация деталей с внутренними цилиндрическими поверхностями. А также разработана схема устройства для напыления вакуумных ионно-плазменных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий. В целом выполненная работа даёт возможность решать вопросы, связанные с повышением качества изготовления изделий в машиностроении. Список литературы: 1. Машиностроение. Энциклопедия. / Ред. совет: К. В. Фролов (пред.) и др. – М.: Машиностроение. Технологии, оборудование и системы управления в электронном машиностроении. Т. III – 8 / Ю.В. Панфилов, Л. К. Ковалев, В. А. Блохин и др.; Под общ. Ред. Ю.В. Панфилова. 2000. – 744 с.

2. Нанесение износостойких покрытий на быстрорежущий инструмент / Ю. Н. Внуков, А. А. Марков, Л. В. Лаврова. Н. Ю. Бердышев. – К.: Тэхника, 1992. – 143 с. 3. Михайлов А. Н., Михайлов В. А., Михайлова Е. А. Основы формообразования и повышения производительности при напылении вакуумных ионно-плазменных покрытий изделий машиностроения // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. Наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. Вип. 29. С. 132–147. 4. Михайлов В. А., Михайлова Е. А. Специальные ионно-плазменные вакуумные покрытия изделий машиностроения //Инженер. Студенческий научно-технический журнал. – Донецк: ДонНТУ, 2004. №5. С. 12–16. 5. Михайлова Е.А., Михайлов В. А. К вопросу нанесения вакуумных ионно-плазменых покрытий на внутренние поверхности изделий машиностроения // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. Наукових праць. – Донецьк ДонНТУ, 2005. Вип. 30. С. 157–164. 6. Патент України №54100 А МПК 7 С23С 14/04. Спосіб нанесення нітридного декоративного рельєфного покриття на поверхню виробу / Михайлов В. О. Заявка №2002053915 от 14.05.2002, БИ 3003. – 6 с.

61

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД НА БАЗЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНООРИЕНТИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ Толстых С. О., Михайлов А. Н., Михайлов Д. А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел/Факс: +38 (062) 3050104E-mail:tm@fimm.donntu.org Аннотация. В данной статье разработан общий подход в обеспечении функционально-ориентированных свойств лопаток компрессора ГТД. Выполнены исследования особенностей разрушения покрытий лопаток компрессора ГТД. Предложено функционально-ориентированные свойства лопаток выполнять на базе специальных многослойных покрытий, свойства которых реализуются на базе принципа единовременного полного их износа в заданный период эксплуатации лопатки. Ключевые слова: лопатка, компрессор ГТД, функционально-ориентированные покрытия.

1. Введение Проведенные исследования позволили установить, что в процессе эксплуатации лопаток компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) ее функциональные элементы изнашиваются неравномерно в результате действия эрозионно-коррозионных воздействий. При этом неравномерность износа покрытия по поверхности функциональных элементов пера лопатки может достигать до 2-х раз. Для повышения ресурса лопаток компрессора ГТД применяют множество различных методов отделочно-упрочняющей обработки [1 … 3]. Наиболее перспективным методом является применение нитридтитановых вакуумных ионно-плазменных покрытий пера лопатки [2, 3]. На рис. 1 представлен элемент лопатки компрессора с ионно-плазменным покрытием. Здесь показано: 1 – тело пера лопатки, 2 – ионно-плазменное покрытие. Толщина покрытия лопаток компрессора составляет 5 … 6 мкм. При этом выполненные исслеРис. 1. Элемент дования позволили установить, что применяемое нитрид-титановое лопатки покрытие в процессе эксплуатации лопаток имеет неравномерный компрессора с износ. Причем наиболее изнашивается функциональный элемент ионнопера лопатки, находящийся в зоне входной кромки пера. А также плазменным поверхность корыта пера лопатки также имеет неравномерность изпокрытием носа, которая зависит от действующих функций. Кроме того, зона возле периферийной кромки также имеет неравномерность износа поверхности корыта пера лопатки. Целью данной работы является повышение ресурса и ремонтопригодности лопаток компрессора ГТД при их изготовлении и/или восстановлении, а также увеличение числа восстановлений в период их общего срока службы, за счет применения функционально-ориентированных покрытий, формируемых на пере лопатки на базе принципа единовременного полного износа покрытия и реализуемых посредством специального технологического обеспечения, структурируемого посредством закономерностей, действующих между операциями технологического процесса. Для достижения поставленной цели в данной работе необходимо решить следующие задачи: выполнить исследования особенностей разрушения покрытия лопаток

62

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ компрессора ГТД, разработать методы повышения ресурса лопаток на базе ионноплазменных функционально-ориентированных покрытий с использованием принципа единовременного полного износа покрытия (ЕПИП).

2. Особенности разрушения покрытия лопаток компрессора ГТД Проведенные исследования позволили установить, что эрозионно- коррозионный износ имеет некоторые особенности: входная кромка (зона около входной кромки) имеет переменный износ по своей длине, увеличивающийся от полки лопатки к периферии пера лопатки, величина которого может изменяться более 2-х раз; выходная кромка (зона около выходной кромки) имеет переменный износ по своей длине, увеличивающийся от полки лопатки к периферии пера лопатки, величина которого может изменяться до 1,5 раз; периферийная кромка (зона около периферии корыта пера) имеет переменный износ по своей длине, уменьшающийся от входной к выходной кромке, величина которого может из-меняться до 1,3 … 1,5 раз и более; поверхность корыта пера лопатки имеет переменный износ, изменяющийся по поверхности более 2-х раз; поверхность спинки пера лопатки имеет сравнительно незначительный износ. На рис. 1 представлена схема взаимодействия частиц пыли или песка аэродинамического потока с лопатками компрессора. Здесь показано следующее: позиции 1 и 2 – соседние лопатки компрессора; – направление движения потока воздуха по тракту двигателя; – поперечная скорость относительного движения частиц пыли или песка в потоке; – суммарная скорость относительного движения частиц пыли и песка по траекториям относительного движения в потоке; – линейная скорость поперечного движения лопатки; – траектории относительного движения частиц разных размеров; – угол соударения частиц пыли или песка с поверхностью корыта пера лопатки ( , величина определяется формой корыта Рис. 2.Схема взаимодействия частиц пера лопатки). пыли или песка аэродинамического потока Можно отметить, что траектории с лопатками относительного движения частиц пыли или песка (рис. 1) почти не отклоняются от теоретических значений, при этом с уменьшением размера частиц до размеров мкм траектории начинают отклоняться и тем больше, чем меньше частицы. Это обусловлено особенностями аэродинамического потока воздуха в тракте компрессора вертолетного двигателя. Интенсивность эрозионного изнашивания элементов пера лопатки зависит от целого комплекса параметров: состава потока газов, паров и жидкости; формы, состава, структуры и материала частиц пыли и песка аэродинамического потока; скорости относительного движения частиц и поверхности пера лопатки компрессора; угла соударения частиц с поверхностью пера лопатки; материала пера лопатки.

63

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 3. Особенности повышения работоспособности лопаток компрессора Для повышения общего ресурса работы лопаток компрессора ГТД, имеющих неравномерный эрозионно-коррозионный износ функциональных элементов пера, в данной работе предложено использовать функционально-ориентированные многослойные покрытия [4]. Процесс формирования структуры и особенностей функциональноориентированного покрытия (ФОП) планируется проводить на базе принципа ЕПИП. Установлено, что использование данного принципа необходимо проводить на этапе изготовления и эксплуатации новых лопаток, та и на стадии ремонта уже изношенных лопаток. На рис. 3 представлена гипотетическая модель, поясняющая процесс единовременного полного износа покрытия лопатки компрессора. В модели, на входе V в систему лопатки имеют функциональноориентированное покрытие (П=ФОП), на выходе W – покрытия нет (П=ϕ). В этом случае, ФОП в процессе эрозионнокоррозионного износа единовременно полностью изнашивается за период Т на базе принципа ЕПИП. Процесс износа реализуется вследствие действия эксплуатационных воздействий, которые можно Рис. 3. Гипотетическая модель моделировать потоками материи , процесса единовременного полного энергии и информации . износа покрытия лопатки Можно отметить, что процесс ЕПИП реализуется вследствие того, что покрытие имеет функционально-ориентированные свойства, которые обеспечиваются покрытию в функциональной зависимости от действия эксплуатационных функций. Поэтому при истечении периода Т, покрытие единовременно полностью изнашивается. При этом при восстановлении работоспособности лопатки не нужно удалять оставшееся покрытия, так как оно полностью само удаляется. Это способствует повышению ресурса, ремонтопригодности и сохраняемости лопатки из-за действия износа. Применение ФОП позволяет исключить местный износ тела пера лопатки, возникающий из-за неравномерного износа покрытия, и тем самым повысить сохраняемость тела пера лопатки по износу. При применении традиционных покрытий обычно происходит резкий износ покрытия и тела пера лопатки по входной кромке и по поверхности корыта. При применении ФОП обеспечивается возможность кардинального решения вопросов увеличения количества восстановлений лопатки компрессора и значительного повышения их срока службы. ФОП позволяет решать вопросы увеличения числа восстановлений свойств лопаток до 2 … 4 раз. Таким образом, ФОП напыляемые на лопатки компрессора на базе принципа ЕПИП существенно повышают технико-экономические параметры их эксплуатации за счет повышения ресурса их работы и увеличения числа возможных восстановлений.

64

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ На рис. 4 представлена модель взаимосвязей между элементами системы «эксплуатация-технологические воздействия-свойства» при реализации принципа ЕПИП. Здесь показаны три составляющие процесса: 1 – эксплуатация лопаток, при которой происходит неравномерный износ покрытия; 2 – технологические воздействия при напылении ФОП; 3 – функциональноориентированные свойства. Эти процессы взаимосвязаны между собой потоками материи, энергии и информации, которые представРис. 4. Модель взаимосвязей между элементами системы «эксплуатациятехнологические воздействия-свойства» при реализации принципа ЕПИП

лены связями . Структурные составляющие модели рис. 4 связаны между собой на базе принципа ЕПИП, показанного позицией 4. Разработанная модель показывает, что реализация принципа ЕПИП при изготовлении или восстановления лопаток компрессора возможно на базе связей в системе «эксплуатация-технологические воздействия-свойства».

4. Применение функционально-ориентированных ионно-плазменных покрытий На рис. 5 представлена схема разрушения старого и последовательного формирования многослойного ФОП на 6-ти этапах–по одному на каждом. На схеме разрушения старого покрытия показана зона начала полного разрушения покрытия , которая последовательно распространяется до зоны

Рис.5. Схема формирования многослойного ФОП , затем до зоны

и так далее до зоны . В соответствии с этими особенностями разрушения покрытия при эксплуатации лопатки в работе предлагается последовательно формировать многослойное покрытие с топологической ориентацией

65

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ каждого слоя покрытия на поверхности пера лопатки. В данном случае ФОП формируется с помощью использования специальных экранирующих матиц. Таким образом, многослойное ФОП формируется в результате последовательного нанесений однослойных покрытий на каждом этапе. Здесь, наносится покрытие № 1 с топологической ориентацией его на поверхности в соответствии со схемой износа, затем покрытие № 2, далее покрытие № 3 и так далее, в конце наносится покрытие на все поверхности пера лопатки. Данные многослойные покрытия обладают свойством единовременного полного износа в заданный период эксплуатации лопатки компрессора ГТД. Это позволяет в длительный период времени исключить возможность разрушения основного материала пера лопатки и одновременно повысить технико-экономические показатели их восстановления.

5. Выводы Выполненные исследования позволили разработать общий подход обработки и восстановления функциональных элементов пера лопатки на основе ФОП, обеспечивающих ЕПИП в период эксплуатации лопатки Т. Это позволяет повысить ресурс лопаток до их восстановления и увеличить количество восстановлений. Все это существенно повышает общий ресурс лопаток компрессора при эксплуатации ГТД. Таким образом, в данной работе выполнено следующее: 1. Рассмотрены особенности условий работы и износа лопатки компрессора ГТД.

2. Разработаны методы повышения ресурса лопаток компрессора на основе применения функционально-ориентированных покрытий с использованием принципа ЕПИП.

3. Предоставлены особенности нанесения вакуумных ионно-плазменных функционально-ориентированных покрытий на лопатки компрессора ГТД. Список литературы: 1. Демин Ф. И., Проничев Н. Д., Шитарев И. Л. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей. Учеб. пособие.

– М.: Машиностроение, 2002. – 328 с. ISBN 5-217-03119-0. 2. Абраимов Н. В., Елисеев Ю. С. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001. – 622 с. ISBN 5-89594-066-8. 3. Богуслаев В. А., Яценко В. К., Жеманюк П. Д., Пухальская Г. В., Павленко Д. В., Бань В. П. Отделочноупрочняющая обработка деталей ГТД. – Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с.

ISBN 966-7108-91-0. 4. Михайлов А. Н. Основы синтеза функциональноориентированных технологий. – Донецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с. ISBN 966-7907-24-4.

5. Михайлов А. Н., Михайлов Д. А., Недашковский А. П. Особенности полировки лопаток ГТД с эрозионно-коррозионными разрушениями вакуумных ионно-плазменных покрытий под напыление нового покрытия/ Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2014. Вип. 1 (47). С. 207 – 212. ISSN 2073-3216.6. Михайлов Д. А., Недашковский А. П., Ивченко Т. Г. Технологические особенности восстановления лопаток компрессора ГТД с применением функционально-ориентированных покрытий / Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. Наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2014. Вип. 1 (47). С. 213–224.

66

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕМПЕРАТУРА РЕЖУЩИХ ЗЕРЕН ПРИ ТОРЦОВОМ АЛМАЗНОМ ШЛИФОВАНИИ Шахова И. Ю., Байков А. В.(кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел./факс +38 062 3010805; E-mail: tm@fimm.donntu.org Аннотация. Приведены результаты расчета температуры на вершине алмазных зерен шлифовального круга в процессе шлифования для инструмента на полимерных связках при различных режимах обработки. Ключевые слова: шлифование, алмазное зерно, режимы обработки, температура.

1.Введение При шлифовании температура, развивающаяся в зоне контакта, оказывает существенное влияние, как на состояние поверхностного слоя обрабатываемой детали, так и на состояние и работоспособность шлифовального инструмента. Основные показатели поверхностного слоя детали – это шероховатость поверхности и характер и величина внутренних напряжений. Что касается шлифовального инструмента, то наиболее существенно температура шлифования оказывает влияние на работоспособность шлифовальных кругов на полимерных связках. Вследствие упругих свойств полимерной связки абразивные зерна под действием усилий резания перемещаются от статического положения в направлении нормальной составляющей силы резания, увеличивая количество одновременно работающих алмазных зерен и уменьшая разновысотность режущих профилей. Величина перемещения абразивных зерен существенно зависит от величины модуля упругости связки [1], а модуль упругости, в свою очередь, от температуры связки [2]. Кроме того, превышение при шлифовании предельных температур полимерной связки ведет к ее деструкции. В результате изменяется ее физические и механические свойства, она становится непригодно для практического использования Рассмотрение проблем распространения теплоты при шлифовании встречает ряд трудностей, главной из которых, является недостаточная изученность явлений, происходящих в зоне работы каждого из зерен. В связи с этим при теплофизическом анализе процесса шлифования часто принимают схему, в которой поверхность контакта инструмента с изделием рассматривается как сплошной источник теплоты. Приблизить математическое описание к реальной физике процесса можно, если учесть, что формоизменение обрабатываемой детали осуществляется не шлифовальным кругом в целом, а его активными зернами, расположение которых на режущей поверхности инструмента подчинено вероятностным законам, причем сам процесс обработки также является стохастическим. Именно в этом направлении в последние годы развиваются исследования процесса шлифования. [3, 4].

2. Основное содержание и результаты работы В процессе шлифования в зоне резания возникают температуры, которые можно вычислить по формулам. В данной статье рассмотрены результаты расчета температуры на вершине зерна чашечного шлифовального круга 11V9 (АЧК) Ø160×110×3 АС6 40/28 4 Б1, при обработке высокопрочных материалов. Ширина обработки 120 мм; νкр. = 30м/с. Глубина резания варьируется от 0,005 до 0,02 мм.; подача заготовки от 3 м/с до 6 м/с. Именно эти факторы оказывают наибольшее влияние на температуру в зоне резания. Температура на режущих зернах круга рассчитывается по формуле[5]:

67

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Qэ  107

  P  1  A  2 z , 1  2.25  2  A F0 xп  n p  B  b

(1)

где: А – функция, зависящая от соотношения между коэффициентами теплопроводности зерна и шлифовального круга, [5]; λ1 и λ2 – коэффициент теплопроводности режущего зерна и обрабатываемого материала, кал/см с град. (λ1 = 0,038 λ2 = 0,35) [5]; δ – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между зернами на площадке контакта в связи с неравномерным распределением удельных сил (δ=1,4÷2,0); Pz – окружная составляющая, силы шлифования, Н; ω – удельная производительность шлифования; ν –скорость шлифования, м/с; F0 – безразмерный комплекс Фурье; 

хп= 0,875  х 3  приведенный размер зерен в круге, зависящий от наиболее вероятного размера х и α, характеризующую форму зерна (для зернистости шлифовального круга 40/28 х=0,021,α=0,6 [5]); nр – вероятное количество активных режущих зерен на рабочей поверхности круга, шт/мм2; В, b – размеры контактной площади круга с деталью, мм. Количество активных режущих зерен определяется выражением [5]: n  0.167

 ( 34)



k



2

 tan(  ) x  1  



 1000v 

(2)

где: β – поправка на несимметричное расположение кривой распределения вершин зерен над уровнем связки, β=1 [5]; К- конценрация; ω – удельная производительность шлифования; α – коэффициент формы зерна (α=0,6) [5]; x – размер алмазного зерна, мм; ε – относительная глубина заделки зерен, для кругов на органической связке ε = 0,69 [5]; γ = приведенный угол заострения зерна. Сила резания при шлифовании равна [5]:

Pz  C1  t x  v1  v z  f m  K , y

(3)

где: t – глубина шлифования, мм; υ1 – скорость детали, м/мин; υ – скорость круга, м/с; f – площадь контакта круга с деталью, К – поправочный коэффициент на измененные условия работы. Удельная производительность определяется зависимостью: 1000  v1  t  (4) 60  B Безразмерный комплекс Фурье рассчитывается по формуле [5]: 1  b Fo  , (5) 10  v  xn2 где: ω1 – коэффициент температуропроводности зерна, см2/с (ω1 = 0,51, [5]). Результаты расчета по формулам (1) – (5) приведены в таблице 1.

68

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Таблица 1. Результаты расчета температуры на режущих зернах круга. Величина подачи, м/мин Глубина шлифования, 3 4 6 мм Температура, °С 0,005 392 472 525 0,012 657 768 989 0,02 978 1049 1423 Графически полученные данные проиллюстрированы на рисунке 1.

Рис. 1. Графики температур на режущих зернах круга при изменении t и v1 3. Заключение Полученные результаты показывают, что при изменении глубины и подачи тепература на режущих зернах круга меняется по нелинейной зависимости. Для шлифовальных кругов на органических связках обработка на интенсивных режимах резания может привести к деструкции материала связки и разрушению инструмента. Определение критической границы интенсификации режимов обработки возможно при определении температуры на поверхности связки. В связи со сложностью аналитического решения данной задачи целесообразно применение численных методов моделирования температурных полей. Список литературы: 1. Байков А. В. – Влияние характеристик эластичного шлифовального инструмента на перемещение алмазных зерен в матрице /А. В. Байков, А. Н. Михайлов, Р. М. Грубка, К. А. Билищук //Материалы двенадцатого международного научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 2-х томах. – Донецьк : ДонНТУ, 2011. – Т. 2. – С. 141–143.

2. Рабинович Э. С. Оценка твердости (относительной деформации) вулканизатов каучуковых связок алмазного инструмента при повышенных температурах / Э. С. Рабинович, Л. Ф. Макарова, И. А. Щиголева // Сверхтвердые материалы. – 1982. – № 2. – С. 62–64. 3. Новиков Ф. В. Теоретический анализ температуры шлифования / Ф. В. Новиков Гершиков И. В. Вестник НТУ «ХПИ», №37 (1010), 2013, с. 119–124.

4. Теплофизика процессов механической обработки. / Под ред. Резникова А. Н. М.: Машиностроение, 1981, 273 с. 5. Абразивная и алмазная обработка материалов. /Под ред. Резникова А. Н. М.: Машиностроение, 1977, 392 с.

69

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ Щербаков С. Р., Коротких М. Т. (каф. ТКМиМ, СПбПУ Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Россия) Алюминий обладает рядом свойств, затрудняющих получение качественных гальванических покрытий. Сложность нанесения покрытий обусловлена наличием на поверхности алюминия и его сплавов прочной и легко восстанавливающейся оксидной пленки, препятствующей удовлетворительному сцеплению осаждаемого металла с основанием. Образование на поверхности алюминиевых сплавов оксидных пленок связано с высоким сродством этого металла к кислороду [1]. В современном машиностроении процессы нанесения металлических покрытий на алюминий и его сплавы представляют ряд действий, связанных с подготовкой поверхности изделия (например, контактное осаждение цинка перед нанесением гальванических покрытий), а также с непосредственным нанесением гальванических покрытий. Данный способ отличается высокой трудоёмкостью, относительно дорогой стоимостью процесса [2]. Поэтому поиск альтернативных методов нанесения покрытий, повышающих износостойкость алюминиевых деталей, является актуальной технологической задачей и представляет большой интерес для применения во всех сферах машиностроения. Литературный анализ показал, что в настоящее время существует весьма ограниченный круг работ, посвященных данной проблеме. Одна из таких работ [3] описывает метод «натирания» покрытия на заготовку. Эксперимент выполнен на базе токарного станка. В результате трения стержня, закрепленного в суппорте и детали, закрепленной в патроне, происходит повышение температуры, затем диффузия и намазывание материала. Авторам удалось нанести на поверхность такие материалы, как медь и цинк, однако на этом они остановились, т. к. достигли поставленной задачи. В данной работе рассматривается метод нанесения покрытий – электроискровое легирование (ЭИЛ). В литературе метод ЭИЛ описывается следующим образом [4]:

Рис.1. Схема электроискрового легирования 1 – ЭЗ, 2 – ЭИ, 3 – электромагнит, 4 – источник питания

70

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Процесс (рис.1) заключается в переносе материала электрода-инструмента (ЭИ) 2 на обрабатываемую поверхность электрода-заготовки (ЭЗ) 1. Между ЭИ и ЭЗ создают электрический потенциал порядка 5–7 В при помощи источника напряжения 4. Электромагнит 3 служит для размыкания и замыкания цепи, в результате чего появляется искра и возникает высокое напряжение между ЭИ и ЭЗ. В результате, искра пробивает оксидную пленку на поверхности алюминия и происходит внедрение материала до образования новой пленки. Весь процесс условно делят на 3 этапа: 1. Оплавление. При сближении на определенное расстояние ЭИ с ЭЗ происходит импульсный электрический заряд. В результате образуются локальные очаги электроэрозионного разрушения.

2. Электрическая эрозия. Эродированная масса ЭИ, имея избыточный положительный разряд и попадая в межэлектродное пространство, устремляется к поверхности ЭЗ, ускоряясь и нагреваясь за счет электрического поля и катода.

3. Осаждение. Расплавленные частицы ЭИ, выброшенные в межэлектродное пространство, не выносятся рабочей средой, а осаждаются на поверхности катода. Происходит прочное сцепление легирующего материала с поверхностью детали. Однако остаются нерассмотренными процессы физико-химического взаимодействия материалов ЭИ и ЭЗ. К моменту осаждения фрагменты эродированной массы несут в себе высокую электрическую, кинетическую и тепловые энергии, которые при взаимодействии с упрочняемой поверхностью выделяются в виде теплового импульса большой мощности. Возникающая экзотермическая реакция представляет огромный интерес, т.к. при такой реакции возможен процесс образования интерметаллических соединений, имеющих существенно отличные свойства.

Рис.2. Схема установки: 1 – ЭЗ, 2 – ЭИ, 3 – электромагнит, 4 – блок управления, 5 – источник питания В ходе экспериментальной части работы удалось применить данный метод для

71

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ нанесения твердого покрытия на алюминиевую заготовку. Была спроектирована установка для проведения эксперимента (рис.2). Установка включает в себя источник питания 5, который подключается к ЭИ 2 и ЭЗ 1. Между ними подается напряжение 7В. ЭИ прикрепляется к электромагниту 3. Для создания размыкания и замыкания цепи используется источник питания, совмещенный с контроллером на базе Arduino 4. Данный блок управления позволяет регулировать частоту и амплитуду колебаний. В результате эксперимента удалось нанести на алюминиевую деталь покрытие. Материал детали – алюминиевый сплав Д16. Материал покрытия – ВК8. Полученное покрытие имеет достаточно грубую шероховатость, однако имеет хорошее сцепление с основой и не отваливается. Данное покрытие можно шлифовать. Был проведен небольшой эксперимент с царапанием поверхности, в результате которого удалось определить, что твердость покрытия выше, чем у основы – алюминия. Выводы по работе: 1) Данный метод работает и позволяет получать износостойкие покрытия на алюминиевых деталях, т.к. происходит повышение твердости поверхности.

2) Наблюдается хорошее сцепление материалов и не происходит отслоения, а также разрушения покрытия в результате эксплуатации.

3) Спроектированная установка позволяет проводить эксперименты в достаточно простых условиях и не требует применение сложной оснастки, создания специальной рабочей среды и т.п. Очевидно, что ряд вопросов остается неразрешенным и требует дальнейшего рассмотрения. Поэтому был составлен дальнейший план по работе: 1) Подобрать оптимальные режимы для протекания процесса (напряжение между ЭЗ и ЭИ, частота колебаний ЭИ, частота вращения ЭЗ, величина подачи ЭИ) 2) Получить покрытия из различных материалов, не менее 5.

3) Разработать метод определения микротвердости получаемых покрытий, позволяющий точно определить твердость получаемого покрытия.

4) Изучить физико-химические процессы, протекающие при ЭИЛ, а также получить интерметаллические соединения. Список литературы: 1. Лайнер В. И. Современная гальванотехника. М., Металлургия, 1967. 2. Вайнер Я. В, Дасоян М. А. Технология электрохимических покрытий. Л, Маш-е, 1972. 3. Балабанов В. И., Болгов В. Ю., Ищенко С. А. «Нанесение трением наноразмерных антифрикционных покрытий на детали машин», 2010. 4. Гитлевич А. Е., Михайлов В. В., Парканский Н. Я., Ревуцкий В. М. Электроискровое легирование металлических поверхностей. – Кишинев: Штиинца, 1985.

72

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДК 621.923 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСЕВОГО ПРОФИЛЯ АЛМАЗНОГО ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА Белокопытов А. В., Цокур В. П. (Кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Аннотация. В статье приводится данные исследования осевого профиля алмазного круга после правки 15, 30, 45 и 60 минут шлифования, показан характер изменения осевого профиля при обработке быстрорежущей стали Р6М5Ф3 и твердого сплава ВК15 при шлифовании без тока и с вводом технологического тока в зону резания. В большинстве случаев геометрия осевого профиля при шлифовании сохраняется, но при шлифовании сплава ВК15 без тока в трех сечениях из шести наблюдается налипание обрабатываемого материала на рабочую поверхность круга. Ключевые слова: осевой профиль, алмазный круг, технологический ток.

1.Введение Для повышения производительности шлифования применяют алмазные зерна более высокой прочности марок АС6, АС15, АС20, АС32, имеющие более гладкие рабочие грани. Обеспечить прочное удержание их в алмазном слое с целью снятие определенного объема материала могут только металлические связки [1]. Такой алмазоносный слой обеспечивает малые значения удельного расхода, но не обеспечивает саморегулирование режущего профиля круга, что приводит к росту сил резания и температуры. Из множества методов правки для восстановления параметров режущей поверхности кругов (РПК) (механический, абразивный, химический, электроэрозионный и др.) наибольшее применение находит электроэрозионный, позволяющий изменять в определенных пределах вводимую энергию [2, 3]. РПК исследовалась с помощью оптических приборов [4], путем записи профилограмм [1], по записи координат выступающих зерен и связки на компьютере [2], с применением электронного сканирующего микроскопа [1]. Используя полученные экспериментами данные по расположению зерен на РПК, описывалась рабочая поверхность с использованием математического аппарата и теории вероятности, прогнозировалось состояние контакта обрабатываемой поверхности с алмазоносным слоем [5] Разработанные устройства и методика позволяют исследовать изменения осевого профиля алмазного круга при вводе различной энергии и определять ее оптимальное значение, обеспечивающее высокую режущую способность, но не будет способствовать удалению слабо закреплённых зерен, что снизит стоимость операции [4]. Одним из путей обеспечения выступания зерен над связкой в процессе обработки является устранение продуктов засаливания и удаление связки из межзеренного пространства с помощью электроэрозионного воздействия.

2. Основное содержание и результаты работы Исследования осевого профиля алмазного круга 250×76×16 АС6 250/200-4-М201 проводили на плоскошлифовальном станке модели 3Г71, а источник технологического тока – ШГИ 125-100М. Влияния электроэрозионного воздействия на РПК при алмазно-электроэрозионном шлифовании (АЭЭШ), когда электрическая энергия вводится в зону резания, показало следующее. После электроэрозионной правки РПК представляет собой поверхность с развитым рельефом, сформированным выступающим из металлической связки алмазными зернами с очищенной поверхностью. Правку осуществляли на рабочей скорости 35 м/с с частотой 8 кГц, измерение координат осе-

73

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ вого профиля круга в 30 точках (6 радиальных сечений и 5 вдоль оси) осуществляли с помощью с помощью специальных устройств, обеспечивающих точность определения координат измеряемых фиксированных точек 0,01 мм. Исследовался осевой профиль алмазного круга двух материалов: быстрорежущей стали Р6М5Ф3, которая образует различные стружки способные замыкать межэлектродный промежуток, и твердый сплав ВК15, при обработке которого образуются мелкие стружки. В начальный момент после правки осуществляется интенсивное удаление наиболее выступающих из связки зерен, что приводит к снижению их разновысотности. Отмеченное явление полностью проявляется при обработке быстрорежущей стали Р6М5Ф3, когда в течение первых 15 мин. шлифования наиболее слабо закрепленные зерна интенсивно удаляются. Кроме того, в это же время на вершинах контактирующих зерен начинают образовываться площадки с налипшим обрабатываемым материалом, который заполняет субмикронеровности поверхности зерен. При дальнейшем обработке (30–60) мин среднее арифметическое отклонение профиля сохраняется практически неизменным. При этом на зернах образуются площадки, заполненные обрабатываемым материалом, при чем наиболее интенсивно площадки образуются при алмазном шлифовании, затем (по мере убывания интенсивности), при шлифовании с подводом тока в зону резания. Приведенная зависимость объясняется более эффективной очисткой РПК от продуктов засаливания при шлифовании с подводом тока в зону резания. Интенсивность образования площадок зависит от способа шлифования. Наиболее интенсивно площадки образуются при алмазном шлифовании, так как очистка РПК в этом случае полностью отсутствует. Еще менее интенсивно они образуются при шлифовании с подводом тока в зону резания, когда очистка РПК от продуктов засаливания осуществляется более интенсивно. Вместе с тем сведения в литературе по изменению осевого профиля при АЭЭШ является ограничеными. На рисунках приведены результаты изменения осевого профиля круга АС6 250/200-4-М2-01 с использованием генератора импульсов ШГИ 125-100 М а)

74

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ б)

Рис. 1: Влияние частоты следования импульсов и времени обработки на осевой профиль круга. а) f = 22 кГц, б) f = 44 кГц; 1 – после правки, 2 – после 60 мин шлифования. в)

75

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ г)

Рис. 2: Влияние частоты следования импульсов и времени обработки на осевой профиль круга. в) f=66 кГц, г) без тока; 1 – после правки, 2 – после 60 мин шлифования. а)

76

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ б)

Рис. 3: Влияние частоты следования импульсов и времени обработки на осевой профиль круга. а) f=22 кГц, б) без тока; 1 – после правки, 2 – после 60 мин шлифования. Заключение Проведенные исследования позволяют установить характер износа алмазного круга после ЭЭП, если поддерживать режущую способность дополнительным вводом технологической энергии, и сопоставить величину и характер износа при шлифовании различных материалов. Список литературы: 1. Попов С. А. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов / Попов С. А., Малевский Н. В., Терещенко Л. М. – М.: Машиностроение, 1977. – 263 с. 2. Азарова Н. В. Влияние способа правки алмазного круга на характеристики его рабочей поверхности/ Н. В.Азарова, П. Г.Матюха / Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машино знавство. – Донецьк ДонНТУ – 2007. – С. 16–22. 3. Кремень З. Н. Технология шлифования в машиностроении, правка кругов из эльбора и алмаза / З. И. Кремень, В. Г. Юрьев, А. Ф. Бабошкин, под ред. З. Н. Кремня. – СПо.: Политехника, 2015 – 424с. 4. Цокур В. П. Підвищення продуктивності та якості обробки важкооброблюваних матеріалів алмазним шліфуванням з електроерозійним впливом на робочу поверхню круга: Автореф. дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук. Краматорьск – 1995 р. С 16. 5. Матюха П. Г.Научные основы стабилизации выходных показателей алмазного шлифования с помощью управляючих воздействий на рабочую повехность круга: Автореферат дис. док. техн.. наук: 05.03.01/ Матюха П. Г. – Донецк, 1996.

– 24 с. 6. Байкалов А. К. Введение в теорию шлифования. – К.: Наукова думка,1978. – 207 с.

77

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДК 621.9.08:002.3(0.75.8) РАДИОМОНИТОРИНГ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЗОНЕ КОНТАКТА ДЕТАЛЕЙ ТРИБОСИСТЕМ Бутенко В. И., Демешкин А. С. (кафедра ТМ, ПИ ДГТУ, г. Таганрог, Россия) Аннотация: С целью решения технологических и эксплуатационных задач, связанных с повышением работоспособности изделий машиностроения, предложен метод радиомониторинга температуры в зоне контакта деталей трибосистем или в зоне резания и разработано устройство для его осуществления. Приведены примеры радиосигналов датчиков о температуре в зоне трибоконтакта взаимодействующих материалов и их спектральные характеристики. Получена математическая модель управляемого параметра в системе радиомониторинга трибоконтакта и показана возможность его применения при шлифовании поверхностей деталей машин. Ключевые слова: температура, радиомониторинг, трибоконтакт, устройство, деталь, модель, управление. Анализ научно-технической информации свидетельствует о том, что перспективным направлением управляющего воздействия на трибосистемы современных машин и механизмов, находящихся в экстремальных условиях эксплуатации, является создание устройств непрерывного мониторинга состояния зоны трибоконтакта взаимодействующих материалов [1]. Такие устройства должны быть бесконтактными и легко встраиваемыми в общую систему управления машиной. При этом важно использовать независимый внешний показатель состояния трибоконтакта, наиболее полно отражающий нанотрибологические характеристики поверхностного слоя контактирующих деталей. Как показывают результаты выполненных исследований [1–4], в качестве такого показателя может быть принята средняя температура в зоне трибоконтакта, фиксация которой может осуществляться, например, при помощи устройства для бесконтактного измерения температуры поверхности металла [1].

Рис. 1. Структурная схема устройства мониторинга температуры в зоне трибоконтакта Разработано устройство для мониторинга и активного управления трибосистемами на базе программируемых контроллеров, структурная схема которого представлена на рис. 1. Основными элементами этого устройства являются: 1 – управляемый трибоконтакт или трибосистема в целом; 2 – мостовая измерительная схема с рабочим и компенсирующим влияние внешней среды датчиками температуры; 3 – многоканальный усилитель и преобразователь «напряжение – частота»; 4 – однокаскадный

78

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ радиопередатчик; 5 – однокаскадный приемный избирательный усилитель и детектор – формирователь сигнала; 6 – преобразователь «частота – напряжение» и аналоговое вычислительное устройство для определения функционального напряжения U(t); 7 – устройство внешнего активного воздействия на трибосистему. В качестве датчиков температуры, используемых в мостовой измерительной схеме 2, могут использоваться терморезисторы PHT 59F или интегральные элементы LM335 [5–7]. Схема однокаскадного радиопередатчика 4, сигнал которого содержит информацию о средней температуре в зоне трибоконтакта взаимодействующих материалов 1, представлена на рис. 2. В этой схеме резисторный мост, содержащий измерительное и компенсационное термосопротивления, подключен к многоканальному усилителю 3 (см. рис. 1), который может быть выполнен, например, на базе интегральной микросхемы JNA 114, выход которой соединен с преобразователем XR 4151, включенным по схеме «напряжение – частота» [8–11]. Выходные импульсы преобразователя активируют радиопередатчик 4 (см. рис.

1), включенный по схеме LC-генератора. В результате передаваемый радиосигнал представляет собой последовательность импульсов, частота которых пропорциональна средней температуре в зоне трибоконтакта взаимодействующих материалов и которые модулированы сигналами LC-генератора. На рис. 3 приведены примеры радиосигналов датчиков о температуре в зоне трибоконтакта взаимодействующих материалов, а на рис. 4 даны примеры спектральных характеристик этих радиосигналов, благодаря которым возможно управление нанотрибологическими характеристиками по-верхностей тяжело нагруженных опор и подшипников скольжения современных машин. Радиосигнал, несущий информацию о температуре в зоне трибоконтакта, принимается одноканальным избирательным усилителем 5 (см. рис. 1), детектируется и формируется в последовательность импульсов, которая преобразуется опять в напряжение U(t) с помощью второй микросхемы XR 4151 (рис. 4), работающей в режиме «частота – напряжение». Выходное напряжение преобразователя «частота – напряжение» 6 поступает либо на аналоговое вычислительное устройство, состоящее из дифференцирующего, инвертирующего и суммирующего операционных усилителей [8], либо на устройство активного воздействия на трибосистему 7 (рис. 5), с помощью которого корректируется состояние трибоконтакта взаимодействующих материалов. Представленная схема однокаскадного радиопередатчика с успехом может быть использована для осуществления непрерывного радиомониторинга состояния поверхностного слоя шлифуемых деталей, входящих в трибосистему. Устройства на её основе легко встраиваются в кинематическую схему металлорежущего станка и могут быть использованы при выполнении финишных операций как на универсальных шлифовальных станках, так и на автоматических линиях [1, 12]. В представленной системе адаптивного контроля и управления показателями качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей данные о входных и выходных параметрах процесса заносятся автоматически в ЭВМ, производится их статистическая обработка и определяется математическая модель вида [12, 13] П  Co PS  V y , x

где П – управляемый параметр в системе радиомониторинга;

79

(1)

Рис. 2. Схема передачи сигнала о температуре в зоне трибоконтакта взаимодействующих материалов

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

80

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 3. Примеры радиосигналов датчиков о температуре в зоне трибоконтакта взаимодействующих материалов

Рис. 4. Примеры спектральных характеристик температурных сигналов из зоны трибоконтакта взаимодействующих материалов

81

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 5. Схема приема и обработки радиосигналов, содержащих информацию о температуре в зоне трибоконтакта взаимодействующих материалов

PS  – величина давления контактирующих поверхностей деталей трибосистемы (МПа) или подачи при технологической обработке материалов (мм/мин); V – скорость взаимного перемещения контактирующих деталей трибосистемы или скорость резания (м/с); Со, x, y – коэффициент и показатели степеней математической модели, принимаемые в зависимости от характера взаимодействия контактирующих тел.

82

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Экспериментальными исследованиями было установлено, что если в качестве управляемого параметра П при шлифовании поверхностей деталей диаметром 20–50 мм из сталей с пределом текучести σт = 300–450 МПа кругом ПП 40А 25 СМ2 КВ1 – 35м/с ГОСТ 2424-83 принять среднюю температуру в зоне резания, то Со = 23,5–27,5; x = 0,12; y = 1,05. Для пары трения «сталь 12ХН3 – сталь 30ХГСА», работающей без смазки в диапазоне давлений 0,1–0,5 МПа и скорости скольжения 0,2–1,0 м/с, значения этих коэффициентов и показателей степеней будут следующими: Со = 110–135; x = 0,22–0,28; y = 0,70–0,85. Математическая модель (1) и её данные, определяемые условиями обработки, при которых она справедлива, а также коэффициент Со и показатели степеней модели x, y обычно записываются в базе данных и используются в дальнейшем для определения закона управления трибосистемой или технологической системой. Таким образом, радиомониторинг температуры в зоне контакта деталей трибосистем позволяет с помощью бесконтактных информационных датчиков непрерывно поддерживать в заданных пределах параметрические характеристики состояния поверхностного слоя, зависящие от контактной температуры. В результате становится возможным решения целого ряда технологических и эксплуатационных задач, связанных с повышением работоспособности изделий машиностроения. Список литературы: 1. Бутенко, В. И. Управление нанотрибологическими характеристиками поверхностей тяжело нагруженных опор и подшипников скольжения [Текст] / В. И. Бутенко. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – 385 с. 2. Бутенко, В. И. Научные основы нанотрибологии [Текст] / В. И. Бутенко. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. – 275 с. 3. Бутенко, В. И. Контактное взаимодействие материалов при трении и резании [Текст] / В. И. Бутенко. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – 245 с. 4. Бутенко, В. И. Электронно-дислокационная теория контактного взаимодействия поверхностей твердых тел [Текст] / В. И. Бутенко. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. – 208 с. 5. Dever Richard E., Kapoor Shiv G., Trans. ASME. Jo Manufacht. Science and engenier. – 2002. – Vol. 124. – № 3. 6. Laporye S., K’never J. Y., Cahuc O., Darnis P. An experimentak study for drilling operation using a 6 component dynamometer. JDMME, 2004, Bath. UK. April, 5–7. 7. Werner Roddeck. Einfurung in die Mechatronik. Stuttgard, Leipzig, Wiesbaden: B. G. Teubner GmBH. 2003. – 471 p. 8. Маркарьян, А. Г. Методология проектирования систем управления на базе программируемых контроллеров [Текст] / А. Г. Маркарян. – Ростов-на-Дону: Изд. центр ДГТУ, 2007. – 137 с. 9. Bougerou R. Shemas et circuits elechroni-gues. – Paris: Radio, 1998. – 556 s. 10. Chauveau J., Chevalier G., Chevalier B. Metotech electronigue. – Paris: Castielye, 2002. – 582 s.

11. Бутенко, В. И. Гусакова Л. В. Непрерывный радиомониторинг состояния поверхностного слоя шлифуемых деталей [Текст] / В. И. Бутенко, Л. В. Гусакова. // Теоретические и методологические проблемы эффективного функционирования радиотехнических систем («Системотехника-20011»): Материалы Всерос. науч. конф. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – С. 65–71. 12. Бутенко, В. И. Структура и свойства поверхностного слоя деталей трибосистем [Текст] / В. И. Бутенко. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. – 367 с. 13. Суслов, А. Г. Адаптивные и самообучающиеся технологические системы в инженерии поверхности [Текст] / А. Г. Суслов, Д. И. Петришин. // Приложение. Справочник. Инженерный журнал. – 2007. – №3. – С. 22–24.

83

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КАМЕРЫ КОКСОВОЙ ПЕЧИ Волошина И. В. доц., Мелан Н. А. (Донецкий национальный технический университет, Донецк) Аннотация: На основе анализа существующих проблем в технологическом процессе производства кокса предлагается способ конструирования криволинейной поверхности под камеры коксовой печи. В качестве образующей кривой поверхности принята одна из семейства кривых Персея, параметры которой конструктивно увязаны с технологическим процессом. Ключевые слова: криволинейная поверхность, моделирование, камера коксовой печи, ККП, геометрическая модель, тор, семейства кривых Персея. Актуальной задачей коксохимической промышленности является увеличение производства кокса, отвечающего требованиям доменного процесса. Эту задачу приходится решать в условиях снижения добычи хорошо коксующихся и спекающихся углей, нестабильности их поставки и качества [1]. Коксовые печи появились в 70-х годах девятнадцатого столетия. За прошедшее время коксовая промышленность получила много классических конструкций коксовых печей. Эти конструкции постоянно совершенствуются. Однако на сегодняшний день они имеют ряд недостатков, которые являются объектом исследования конструкторов и строителей. Основными из них являются [1]: – поиск оптимальной емкости печи с целью повышения ее производительности; – обеспечение равномерного обогрева печей для получения кокса одинакового качества; – обеспечение свободного выхода кокса и побочных продуктов; – удлинение срока службы коксовой установки; – «заштыбовка», требующая очистки внутренней поверхности камеры коксовой печи; – интенсивное разрушение кладки камер коксования, износ (стертости) подовых кирпичей на различную глубину и, как следствие, провалы подов камеры. Цель статьи – попытка решить некоторые, отмеченные выше, проблемы в конструкции коксовых печей за счет усовершенствования геометрической формы поверхности камеры коксовой печи. Поверхность камеры коксовой печи (ККП) является составной. Боковые поверхности (боковины) и верхняя часть (свод) – плоскости, тогда как нижняя (под) – криволинейная поверхность. Образующей криволинейной поверхности пода ККП является одна из семейства кривых Персея, полученного в результате пересечения поверхности тора плоскостями, параллельными его оси. Общий вид уравнения кривых Персея [2]: (x²+y²+p²+d²-R²)²=4d²(x²+p²),

(1)

где p – параметр секущей плоскости (расстояние ее от начала координат), d – расстояние центра производящей окружности от начала координат, R – радиус. По технологическим соображениям из семейства кривых Персея выделим кривую с парамет-

84

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ рами R= 1/2d и p = 2/3d, которую принимаем за образующую пода ККП; тогда выражение (1) будет иметь вид: 7 (x²+y²+ 36 d²)²= 4d²(x²+ 94 d²),

(2)

На рисунке 1 показана геометрическая модель профиля пода ККП. Поверхность ККП имеет расширение (конусность) в сторону выхода готового кокса (коксовая сторона). Величина этого расширения определяется выражением: В В к н,

(3)

L

где В н , В к – начальная и конечная ширина ККП, L – длина ККП. Покажем зави- симость параметра d образующего тора от ширины B камеры коксовой печи (Рис.1).

y2

d

R=½d x2

M2

N2

o2

 2

K2 B < <

x1



<

 1

y1=o1

K1

p=2|3d

M1

Рис. 1. Геометрическая модель профиля пода ККП Из треугольника О 1 К 1 N 1 имеем: К 1 N 1 = О 1 N 1 cos  , так как О 1 N 1 = d + R , а R = ½ d

85

N1

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ тогда О 1 N 1 = 1½ d. Имея ввиду, что В = 2 К 1 N 1 = 2  1½ d cos  = 3d cos  , а для тора с принятыми параметрами α  26, получим: d

В 3cos

 0,371 В,

(4)

Таким образом, для построения геометрической модели профиля ККП в любом промежуточном сечении ее по длине необходимо сначала определить ширину В камеры КП, учитывая величину расширения (3). Затем из выражения (4) определяется параметр d. После чего строится профиль пода ККП (Рис.1). На рисунке 2 показан теоретический чертеж и основные параметры ККП. Конструктивные элементы ККП выполняются из жаропрочного бетона, специальной керамики или композиционных материалов.

L

Í

Âê

Âí

Рис. 2. Теоретический чертеж поверхности ККП. Полученная геометрическая модель поверхности камеры коксовой печи может быть использована конструкторами при проектировании реальных ККП. Геометрическая форма пода ККП создает предпосылки для продления срока эксплуатации батареи до начала дорогостоящего капитального ремонта, а также существенно уменьшает величину адгезионного взаимодействия продуктов коксования с поверхностью камеры. Список литературы: 1. Сухоруков В. И., Швецов В. И. Состояние, перспективы и сохранность коксового печного фонда России. // Кокс и химия, 2003,.– № 3, – С. 18– 24. 2. Савелов А. А. Плоские кривые. – М.: Физматгиз, 1960 – 290 с.

86

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СТРУГА (СПС) С ДВУМЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ В. Г. Гуляев, проф. д.т.н., С. В. Залесский, магистрант (каф. ГМ, ДонНТУ, г. Донецк) Актуальность работы. В ранее опубликованных работах по ММ приводов струговых установок [1, 2, 3] не учитывались электромагнитные переходные процессы в приводных электродвигателях, не рассматривались вопросы моделирования частотнорегулируемого привода СПС. Отсутствовали необходимые для анализа динамики СПС данные о количественных и качественных характеристиках сил сопротивления движению струга и его тягового органа. Анализ показывает, что эти математические модели не в полной мере пригодны для корректного описания динамических процессов в элементах современных двухприводных систем перемещения стругов (СПС) с частотно-регулируемым приводом, при работе в длинных очистных забоях (250–350 м). В связи с этим актуальной является задача разработки корректной математической модели динамики рабочих процессов СПС, с учётом ранее не исследованных факторов. Аналогичная задача применительно к вынесенной системе перемещения очистных комбайнов решалась в работе [4]. Основные идеи и методические подходы этой работы использованы в данной статье применительно к стругам. Структурная схема математической модели. Математическая модель (ММ) рабочих процессов двухдвигательной электромеханической системы перемещения стругового исполнительного органа (СПС) с частотно-регулируемым приводом состоит из следующих взаимодействующих модулей: – ММ частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя; – ММ системы перемещения, включающей два привода, тяговый орган и струговый исполнительный орган (струг); – ММ формирования сил сопротивления движению струга вдоль забоя. Структурная схема модели представлена на рис.1.

Рис.1. Структурная схема математической модели двухприводной системы перемещения струга На рис.1. приняты следующие обозначения: М д1 , М д 2 – вращающие моменты 1-го (тянущего) и 2-го (подтягивающего) электродвигателя;  д1 ,  д 2 – угловые частоты вращения роторов электродвигателей;  Fc – суммарная сила сопротивления движению струга и тяговой цепи.

87

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Математическая модель частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя. Асинхронный электродвигатель (АД) в общем случае является нелинейным многомерным объектом с достаточно сложной структурой, поэтому его динамический анализ методом математического моделирования практически во всех случаях связан с некоторой идеализацией. В предложенной модели [4] частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя приняты следующие проверенные практикой моделирования и исследования систем электропривода допущения: магнитодвижущие силы расположены синусоидально вдоль полюсного деления; параметры обмоток являются сосредоточенными (геометрические размеры существенно меньше по отношению к электромагнитной волне); электрическая машина не насыщена (магнитные свойства материала магнитопровода линейны); потери в стали статора и ротора отсутствуют (ток намагничивания имеет чисто индуктивный характер); машина является симметричной; комплексные сопротивления обмоток не имеют ёмкостных составляющих (электростатическое поле в обмотках и между обмотками отсутствует); момент инерции ротора не является функцией углового положения ротора. С учётом принятых допущений система обыкновенных дифференциальных уравнений электрического равновесия статорной и роторной цепей АД для мгновенных значений напряжений, токов и потокосцеплений, составленная, в матричной форме имеет вид [4]: d S dt d U r  Rr  I r   r dt I S  LS1 S U S  RS  I S 

(1)

I r  Lr1 r M  z p I rT D r J

где

  u s  1 U S    u s   2  1  u s   2

d  M  MC dt

 U ra   sA    isA            , U r  U rb , 3 u s , I S  isB , S  sB  2  U rc   sC  isC   3 u s  2 

 ra  ira      I r  irb  ,  r   rb  –  rc  irc 

векторы напряжений, токов и потокосцеплений фаз А, В, С статора и a, b, c – ротора; u s , u s – напряжение статора во вращающейся системе координат

 ,  , кото-

рые традиционно используются в системе управления; Rs  diagRsA RsB RsC  – диагональная матрица активных сопротивлений фаз статора, при условии полной симметрии обмоток статора двигателя может быть заменена соответствующей скалярной величиной; Rr  diagRsa Rsb Rsc  – диагональная матрица активных сопротивлений фаз ротора, которые приведены к обмотке статора; при условии полной симметрии обмоток ротора двигателя может быть заменена соответствующей скалярной величиной, кото-

88

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ рая для учёта поверхностного электрического эффекта заменяется на аппроксимирующий полином на основании полученной экспериментально зависимости Rr  f (s) ; О – нулевая матрица размерности [3x3]; 1  1 0 1  D 1 0 1  – постоянный матричный коэффициент;  3  1  1 0 

z p – число полюсов обмотки статора;

J – суммарный момент инерции электромеханической системы, приведенный к валу двигателя; M C – суммарный момент сил сопротивления. На основании математической модели (1) возможно корректное исследование работы АД от преобразователя частоты (частотное управление). Математическая модель системы перемещения струга (СПС) с двумя частотно-регулируемыми приводами. При разработке расчётной схемы системы перемещения струга были приняты следующие допущения [4]: – тяговый орган представлен как совокупность конечных элементов, состоящих из массы m и линейной упруго-диссипативной связи (с коэффициентами жёсткости и сопротивления соответственно ( C ц ,  ц ), работающей только на растяжение; – корпуса редукторов привода струга и оси тяговых звёздочек закреплены абсолютно жёстко. Расчётная схема СПС для общего случая с произвольным количеством конечных элементов ( n p и n x соответственно на рабочей (верхней) и холостой (нижней) ветвях тяговой цепи) приведена на рис. 2. (диссипативные элементы располагаются параллельно с упругими и на схеме условно не показаны).

Рис.2. Динамическая схема двухприводной системы перемещения струга

89

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Все элементы схемы приведены к роторам приводных двигателей. Для этого фактические, неприведенные значения поступательно движущихся масс и коэффициентов жёсткости и сопротивления участков цепи делятся на квадрат передаточного отношения редуктора u. Для приведения сил сопротивления их фактические значения следует разделить на u, имея в виду, что полученные в результате моделирования значения координат и их производных являются приведенными к ротору двигателя. Соответственно, полученные значения усилий цепи будут в u раз меньше фактических значений. На рис. 2 приняты следующие обозначения: J д1 , J д 2 – моменты инерции роторов 1-го и 2-го электродвигателей; J зв – момент инерции приводной звезды; Cn – коэффициент крутильной жёсткости редуктора привода струга; mс – масса струга; Fсц – сила сопротивления движению массы m участка тяговой цепи (с учётом составляющей веса m  g  u  sin  при работе на пласте с углом падения  );  Fc – суммарная сила сопротивления движению струга, равная сумме сил резания на резцах, силы трения в опорно-направляющем механизме струга и составляющей веса mс  g  u  cos  ; Для математического описания системы в качестве обобщённых координат приняты:  д1,  д 2 – углы поворота роторов 1-го и 2-го электродвигателей;  з1,  з 2 – углы поворота приводных звёзд; x pi , x xi – координата i-ой массы конечных элементов – аналогов тяговой цепи на рабочей и холостой ветвях; x с – координата струга (в зависимости от места расположения струга в лаве его масса присоединяется к одной из масс рабочей ветви, т. е. x с  x pi ). Как видно на рис. 2, первые по порядку массы конечных элементов на рабочей и холостой ветвях присоединены к соответствующим приводным звёздам, т. е. x p1 Rз з1 и x x1  Rз з 2 . Силы сопротивления движению массы m i-го конечного элемента определяется по следующему алгоритму [4]: Fсц  mgu sin   Fтрц  Fц ,

где Fтрц  Fi  Fi 1  mgu sin  при xi  0 и Fтрц  Fтр ; в остальных случаях Fтрц  Fтр signxi ; Fтр  k m ( xi )mgu cos  ;

km ( xi ) – коэффициент трения массы конечного элемента о став конвейера; Fi , Fi 1 – реакции в упруго-диссипативных связях, примыкающих к массе m.

90

(2) (3) (4) (5)

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Сила сопротивления движению отрезка цепи, соответствующего i-му конечному элементу,

Fц  Fi 1 (ek nlкэ  1),

(6)

где k n – удельный показатель потерь усилия в цепи, lкэ – длина отрезка цепи, соответствующего i-му конечному элементу. Силы сопротивления движению струга при работе под нагрузкой определяются по следующему алгоритму:

 Fc  mс gu sin   Fтрс  Fио ; где Fтрс  Fi  Fi 1  mс gu sin   Fио при x  0 и Fтрс  Fт ; в остальных случаях Fтрс  Fm signxс .

(7) (8) (9)

сила рения комбайна Fт определяется по выражению Fт 

1 1 4  kтс ( x ) F  kтс ( x )  Ri  T1  T2 , u u  i 1 

(10)

где kтс (x ) – коэффициент трения опор струга о конвейер, зависящий от скорости струга. Эту зависимость согласно [4] удобно представлять в виде полинома третьей степени:

kт ( xс )  f0  f1xс  f 2 xс2  f3 xс3.

(11)

В формуле (10) R1...R4 – перпендикулярные плоскости пласта составляющие реакций в опорах струга на рештачный став конвейера; T1 ,T2 – боковые (в плоскости пласта) составляющие реакций в направляющих опорах струга. В формуле (7) Fио приведенная к ротору электродвигателя сила сопротивления движению струга, формируется силами резания и погрузки. В первом приближении можно считать, что сила резания на резцах струга прямо пропорциональна фактическому значению толщины стружки.

Fио 

1 Fионkh ( xс ), u

(12)

Fион – неприведенное значение сил сопротивления на струге, которое соответствует равномерному его движению со средней скоростью. kh ( xс ) – параметр, зависящий от координаты комбайна, учитывающий характер формирования толщины стружки при неравномерном перемещении машины. Как показывают исследования [2, 3], при большой длине тягового органа существенно проявляются его упругие свойства. Поэтому струг движется неравномерно, его перемещение носит автоколебательный характер. При этом нагрузка на резце сначала

91

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ монотонно возрастает, а затем при сколе очередной стружки резко падает до нуля, изменяясь по пилообразной кривой (скольный характер разрушения). Струг обычно представляет собой многорезцовый исполнительный орган. Сколы угля на различных резцах не совпадают во времени, поэтому суммарная сила резания не падает до нуля, а колеблется относительно среднего значения. Поскольку при исследовании динамики работы СПС в установившемся режиме наибольший интерес представляет реакция системы на периодические возмущения, рекомендуется считать амплитуду динамической составляющей величиной постоянной с пилообразным характером изменения усилий, [2, 3]. В математической модели особенность формирования сил резания угля на исполнительном органе с запаздыванием t учитывается путём определения в каждый момент времени t максимальной толщины стружки по выражению hmax  xс (t )  xс (t  t )

(13)

Для определения параметра kh ( xс ) величина hmax делится на номинальное значение толщины стружки для заданной средней скорости резания при равномерном движении струга hпот : kh ( xс ) 

hmax ; hпот

(14)

Система дифференциальных уравнений, описывающая динамические процессы в ВСП, имеет вид: J d  d 1  C n ( d 1   З1 )   n ( d 1   З1 )  M d 1 ; ( J ЗВ  mRЗ2 )  З1  С n ( d 1   З1 )   n ( d 1   З1 )  C Ц RЗ ( x p 2   З1 RЗ )   Ц RЗ ( x p 2   З1 RЗ )  C Ц RЗ ( x X .n. X   З1 RЗ )   Ц RЗ ( x X .n   З1 RЗ )  FСЦ RЗ ; m  xp 2  C Ц ( x p 3  x p 2 )   Ц ( x p 3  x p 2 )  C Ц ( x p 2   З1 RЗ ) 

 Ц ( x p 2   З1 RЗ )  FСЦ ; ........................................................................................................................ (m  mс )  xpi  C Ц ( x p (i 1)  x p )   Ц ( x p (i 1)  x p )  C Ц ( x pi  x p (i 1) )   Ц ( x pi  x p (i 1) )  FСЦ   FC ; ........................................................................................................................ m  xPП P  C Ц ( з 2 RЗ  x PП P )   Ц ( з 2 RЗ  x PП P )  C Ц ( x PП P  x P ( П P 1) )   Ц ( x PП P  x P ( П P 1) )  FСЦ ; J d  d 2  C n ( з 2   d 2 )   n ( з 2   d 2 )  M d 2 ; ( J ЗВ  mRЗ2 )  з 2  C n ( d 2   з 2 )   n ( d 2   з 2 )  C Ц RЗ ( з 2 RЗ  x x 2 )   C Ц RЗ ( з 2 RЗ  x PП P )   Ц RЗ ( з 2 RЗ  x PП P )  FСЦ RЗ ; m  xx 2  C Ц ( з 2 RЗ  x x 2 )   Ц ( з 2 RЗ  x x 2 )  C Ц ( x x 2  x x 3 )    Ц ( x x 2  x x 3 )  FСЦ ; ........................................................................................................................ m  xX .n  C Ц ( x X ( П X 1)  x XП X )   Ц ( x X ( П X 1)  x XП )  C Ц ( x X .n. X   З1 RЗ )    Ц ( x XП   З1 RЗ )  FСЦ ;

92

(15)

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ где R з – радиус приводной звезды;  n – коэффициент сопротивления редуктора привода СПС. Для составления системы дифференциальных уравнений (15), описывающих динамику двухприводной электромеханической системы перемещения струга, использованы уравнения Лагранжа II рода. Этот метод составления уравнений движения является в данном случае наиболее удобным, поскольку позволяет формализовать расстановку знаков реакций связей в узловых точках (на приводных звёздах), где кинематические цепи разветвляются. Приведенная выше математическая модель системы перемещения струга в соответствии с выражениями (7) и (10) требует для своей реализации определения значений усилий на исполнительных органах и реакций в опорах струга как функций времени. Указанные функции определяются при анализе поперечной и продольной устойчивости струга и формирования сил сопротивления его движению при резании угольного пласта и погрузки угля на конвейер. Математическая модель формирования сил сопротивления движению струга. В процессе перемещения струга и тяговой цепи вдоль забоя общее сопротивление движению привода слагается из следующих составляющих: – сил сопротивления, формирующихся на резцах стругового исполнительного органа в процессе резания угольного массива и погрузки разрушенного угля на забойный конвейер; – сил трения, формирующихся в опорно-направляющих устройствах струга и тяговой цепи при их перемещении; – составляющей веса струга и тяговой цепи при работе на наклонном пласте. Расчёт указанных составляющих можно выполнить по методике института «ШахтНИУИ» [5], для каждой конкретной конструкции струга и заданных условий его работы, например для СО75М-50, что позволит произвести дальнейшее моделирование формирования сил сопротивления движению струга в забое. Вывод. Разработана математическая модель двухприводной системы перемещения стругового исполнительного органа для исследования динамики рабочих процессов в СПС с частотно регулируемыми АД с учётом упругих и инерционных характеристик тягового органа большой длины. Использование разработанной модели на стадии проектирования позволит на стадии проектирования оптимизировать динамические свойства СПС, обеспечит равномерную нагрузку приводных двигателей, позволит повысить надёжность и производительность струговых установок. Список литературы: 1. Давыдов Б. Л., Скородумов Б. А. Статика и динамика машин // М.: Машиностроение, 1967. – 432 с. 2. Бойко Н. Г. Характер перемещения очистных комбайнов с вынесенной системой подачи / Н. Г. Бойко, В. Г. Нечепаев, П. В. Болтян, В. Г. Шевцов, И. А. Горобец // Изв. вузов. Горный журнал, № 6, 1984. – с. 67–71. 3. Волкова Л. П. Исследование динамики струговых установок на модели в условиях переменной жесткости рабочей ветви цепи // М.: Машиностроение, 2011, 552– 566 с. 4. Электрические механизмы перемещения очистных комбайнов. Под. ред. проф. д.т.н. В. П. Кондрахина // Донецк; Технопарк ДонНТУ «УНИТЕХ», 2010. – 257 с.

5. Луганцев Б. Б. Расчёт и конструирование струговых установок / Б. Б. Луганцев, Б. А. Ошеров, Л. И. Фошнбурд, А. Н. Аверкин. // М.: Горная книга, 2011, – 292 с.

93

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДК 621.9: 658.5 ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ ТОРЦЕВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С ПОКРЫТИЯМИ Жовтяник А. В., Ивченко Т. Г.,(кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@fimm.donntu.org Аннотация. Выполнен сравнительный анализ оптимальных режимов торцевого фрезерования для инструментов с покрытиями и без покрытий, рассчитанных по критериям максимальной производительности и минимальной себестоимости. Экспериментально установлены коэффициенты, учитывающие влияние покрытий на стойкость фрез. Дана оценка повышения производительности и снижения себестоимости за счет применения фрез с покрытиями из карбида титана TiC и нитрида титана TiN. Ключевые слова: фрезерование, покрытия, себестоимость, производительность.

1. Введение Интенсификация режимов резания при различных видах обработки, в том числе при торцевом фрезеровании, наиболее распространенном для обработки плоских поверхностей деталей машин – важнейший резерв повышения эффективности современного машиностроительного производства, в связи с чем, решаемые в представленной работе задачи, весьма актуальны. В настоящее время достаточно хорошо изучены методы повышения работоспособности режущих инструментов, наиболее перспективным из которых является использование современных износостойких покрытий [1]. Однако, несмотря на достаточно большое количество информации о способах нанесения покрытий на лезвие инструмента и их влиянии на основные параметры процесса резания, вопросы выбора рациональных условий и оценки эффективности обработки твердосплавными инструментами с покрытиями изучены недостаточно. Задача оценки эффективности использования инструментов с покрытиями при чистовом точении фасонных поверхностей на базе многокритериальной оптимизации режимов резания успешно решена применительно к твердосплавным резцам [2]. В работах [3, 4] представлена методика расчета оптимальных режимов резания, обеспечивающих максимальную производительность и минимальную себестоимость фрезерования. На ее основании выполнен анализ возможностей снижения себестоимости торцевого фрезерования за счет использования смазочно – охлаждающих технологических сред. Представляет интерес дальнейшее развитие этой методики применительно к торцевому фрезерованию инструментами с покрытиями. Цель работы – оценка возможностей интенсификации режимов резания при чистовом торцевом фрезеровании за счет использования твердосплавных торцовых фрез с износостойкими покрытиями.

2. Основное содержание и результаты работы Для определения режимов торцевого фрезерования при использовании инструментов с покрытиями используются следующие аналитические зависимости оптимальных подач Sоп и скоростей резания VопР (по критерию максимальной производительности) и VопС (по критерию минимальной себестоимости) от параметров обработки [5]:

94

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 1  yr

 Ra  Son    CR K R 

; VonP 

CV KV KTm D qv y v u v pv T mt xv Son B z

A   q  tc  u CV KV D v A  m   ; VonC   ,   m xv y v u v p v  1  m  KT t Son B z m

(1)

где СR – коэффициент, yr – показатель, характеризующий степень влияния подачи на шероховатость обработанной поверхности Rа; КR – коэффициент, учитывающий влияние покрытий на шероховатость поверхности; CV, КV – коэффициенты, m, xv, yv, qv, uv, рv – показатели, характеризующие степень влияния стойкости T, глубины t, подачи S, диаметра D, ширины фрезерования В и числа зубьев z на скорость резания V; КТ – коэффициент, учитывающий влияние покрытий на скорость резания; А – себестоимость станкоминуты; Аи – стоимость одного периода стойкости инструмента T; to – основное время обработки; tc – время смены инструмента Коэффициенты, учитывающие влияние покрытий на стойкость инструмента и шероховатость обработанной поверхности при торцевом фрезеровании инструментами с покрытиями устанавливаются экспериментально [1]. Эксперименты выполнялись в следующих условиях: обрабатываемый материал – сталь 40Х (НВ220); резцы сборные проходные с механическим креплением пластин; инструментальный материал: титано – танталовый твердый сплав ТТ10К8; износостойкие покрытия – карбид титана TiC и нитрид титана TiN; способ нанесения – конденсация покрытий из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой поверхностей инструмента (метод КИБ); подача S = 0,3 мм/об, глубина резания t = 2 мм. Результаты стойкостных испытаний по определению взаимосвязи стойкости инструмента со скоростью Рис. 1. Графики зависимости стойкости резания представлены на рис. 1. торцевых фрез с различными покрытиями Установлено, что с увеличениот скорости резания ем скорости резания ее влияние на стойкость инструмента усиливается. В диапазоне скоростей резания 120 – 130м/мин степень влияния скорости на стойкость инструмента меняется от μ = 3 до μ = 4. Однако для всех рассмотренных вариантов обработки, как с покрытиями карбидом титана TiC и нитридом титана TiN, так и без покрытий, степень влияния скорости на стойкость инструмента практически одинакова. Это позволяет сделать вывод о том, что во всем диапазоне изменения скоростей резания коэффициенты, учитывающие влияние покрытий на стойкость торцовых фрез, не зависят от скорости резания и остаются постоянными: КТ TiC = 2,2; КТ TiN = 3,3.

95

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Результаты испытаний по определению взаимосвязи шероховатости обработанной поверхности с подачей представлены на рис. 2. Установлено, для всех рассмотренных вариантов обработки, как с покрытиями карбидом титана TiC и нитридом титана TiN, так и без покрытий, степень влияния подачи на шероховатости обработанной поверхности практически одинакова - показатель yr =1,6. Следовательно, во всем диапазоне изменения подач коэффициРис. 2. Графики зависимости енты, учитывающие влияние покрытий на шешероховатости поверхности Ra от роховатость обработанной поверхности не завиподачи для инструментов с сят от подачи и остаются постоянными: различными покрытиями КR TiC = 0,95; КR TiN = 0,9. Количественная оценка возможностей интенсификации режимов резания за счет использования инструмента с покрытиями может быть выполнена на основании коэффициентов роста подачи КS и скорости резания КV: 1 y r

K S  S on S o  K R

y

; KV  Von Vo  KTm K R v

yr

.

(2)

Закономерности изменения указанных коэффициентов КS и КV в зависимости от коэффициентов КR и КТ представлены на рис.

3. Установлено, что в указанных условиях обработки при испольРис. 3. Графики изменения коэффициентов роста зовании инструментов оптимальных подач КS – а) и скоростей резания КV – б) с покрытиями TiC коэффициенты роста подачи КS1 = 1,03 и скорости резания КV1 = 1,18 в сравнении с инструментами без покрытий. Для инструментов с покрытиями TiN коэффициенты КS2 = 1,07; КV2 = 1,33. Коэффициенты повышения производительности КР и снижения себестоимости КС в результате интенсификации режимов резания за счет использования инструмента с покрытиями могут быть определены следующим образом: KP 



kS SonVon V 1S 1  MVonkV Son ; KC  on1 on .

SoVo Vo So1  MVokV Sok S



(3)

где M  tc  Au A t xv Buv z pv CV KV Dqv ; kV = 1/m -1; kS = yV/m - 1; Vо, Sо – оптимальные скорость резания и подача для инструментов без покрытий (КR = 1; КТ = 1).

1m

96

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Закономерности изменения указанных коэффициентов КР и КС в зависимости от коэффициентов КR и КТ представлены на рис. 4. Установлено, что в указанных условиях обработки при Рис. 4 Графики изменения коэффициентов роста произвоиспользовании инстдительности KР – а) и снижения себестоимости KС – б) рументов с покрытиями TiC коэффициенты повышения производительности КР1 = 1,24 и снижения себестоимости КС1 = 0,79 в сравнении с инструментами без покрытий. Для инструментов с покрытиями TiN коэффициенты КР2 = 1,4; КС2 = 0,71. Результаты исследований свидетельствуют о том, что более эффективным является использование покрытий из нитрида титана TiN, которые в сравнении с покрытиями из карбида титана TiC обеспечивают более интенсивный рост подач (на 4%) и скоростей резания (на 12%). Производительность торцевого фрезерования при использовании покрытий из нитрида титана TiN на 13% выше, а себестоимость – на 11% ниже, чем для покрытий из карбида титана TiC. 3. Заключение Таким образом, выполнена количественная оценка возможностей повышения режимов резания и производительности, а также снижения себестоимости обработки при чистовом торцевом фрезеровании за счет использования твердосплавных торцовых фрез с различными износостойкими покрытиями. Обоснована более высокая эффективность покрытий из нитрида титана TiN в сравнении с покрытиями из карбида титана TiC при торцевом фрезеровании. Список литературы: 1. Верещака А. С. Работоспособность режущего инструмента с износостойким покрытием. – М.: Машиностроение,1993. – 368 с. 2. Петряева И. А., Ивченко Т. Г. Оценка эффективности использования инструментов с покрытиями при чистовом точении фасонных поверхностей // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. – Донецк: ДонНТУ, 2016. – Вып. 4(55). С.62-69. 3. Івченко Т. Г. Підвищення продуктивності торцевого фрезерування за рахунок оптимізації режимів різання / Т. Г. Івченко // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2012. – Вып. 43 . – С.148–155. 4. Жовтяник А. В., Ивченко Т. Г. Оптимизация режимов резания при торцевом фрезеровании по критериям производительности и себестоимости // ИНЖЕНЕР: Студенческий научно – технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2015. № 1(19) – №2(20). – C.22–25. 5. Ивченко Т. Г., Жовтяник А. В. Анализ возможностей снижения себестоимости чистового фрезерования твердосплавными торцовыми фрезами // Машиностроение и техносфера ХХI века. Сб. трудов ХХIII международной конференции в г. Севастополе. – Донецк: ДонНТУ, 2016. С.146 149.

97

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДК 621.9.23 21.9.06АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КРУГА НА СТАНКЕ Лазарев Д. С., Гусев В. В. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (066) 3086754; E-mail:msmo@fimm.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье рассмотрены методы контроля линейного износа, состояния рабочей поверхности круга. В настоящее время существует методы, которые позволяют определить степень износа как во время работы, так и вне нее. Ключевые слова: шлифование, износ, алмазный круг, датчик, лазер, диод, триангуляция.

1. Введение Технологический процесс шлифования является одним из широко распространенных в машиностроении. Так, в отечественном машиностроении доля шлифовальных станков составляет 12 %, а в автомобилестроении – до 25 %. Алмазное шлифование является наиболее эффективным способом съема материала припуска в керамических заготовках вследствие их высокой твердости. К шлифовальному кругу, как к режущему инструменту, предъявляются большие требования в отношении поддержания остроты режущих кромок и сохранения требуемой формы профиля круга. Если прочность закрепления абразивных зерен в инструменте ниже прочности самих зерен, то изнашивание происходит за счет выкрашивания зерен, а круг работает в режиме самозатачивания. Самозатачиванием называют свойство круга сохранять работоспособность вследствие образования новых режущих кромок в процессе обработки. Если прочность абразивных зерен окажется ниже прочности их закрепления в шлифовальном круге, то изнашивание происходит частично за счет хрупкого разрушения и скалывания зерен, а частично – в результате их истирания обрабатываемым материалом. Такое изнашивание носит название затупления круга и заключается в образовании площадок износа на поверхности абразивных зерен и уменьшении режущей способности инструмента, что проявляется в увеличении силы резания до двух раз. Кроме того, неравномерный износ круга приводит к изменению его профиля. Нестабильность рабочих характеристик шлифовального круга, изменение их во время обработки заготовок приводит к изменению качества поверхности слоя детали. Поэтому возникает необходимости в правки шлифовального круга. Цель работы и задачи исследования. Анализ методов измерения степени износа алмазного шлифовального круга при обработке деталей.

2. Основное содержание работы. Для восстановления режущей способности шлифовальных кругов, их геометрической формы и микропрофиля рабочей поверхности периодически производят правку, т. е. приводят круг в работоспособное состояние. Существует большое количество методов измерения степени износа шлифовального круга, которые рассмотрены ниже. Косвенный способ измерения степени износа алмазных шлифовальных кругов путем измерения силы резания. Силы резания при шлифовании влияют на качество обработанной поверхности, а также по уровню сил можно оценить степень износа алмазного круга и своевременно прибегнуть к восстановлению его режущих свойств.

98

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Экспериментальное определение величины и характера изменения сил резания при шлифовании производилось многими исследователями с применением различных измерительных средств. На первых этапах исследовательских работ определяли силу резания через измерения мощности, развиваемую электродвигателем при шлифовании с помощью ваттметра. Величину тангенциальной составляющей силы резания определяют расчетным путем[1]: Pz 

9,8  75 N Э N  988 Э H , 0,736 кр  кр

где Nэ – эффективная мощность в кВт, развиваемая на шпинделе; vкр – окружная скорость круга в м/с. Рассматриваемый метод прост, но не позволяет измерить составляющие силы резания и не точен, так как определяет полную мощность, включая и потери на трение в механизмах станка. Для непосредственного измерения составляющих сил можно использовать динамометрические устройства. Динамометр может быть изготовлен в виде упругой муфты с плоскими радиально-расположенными пружинами [1]. Можно так же использовались проволочные датчики сопротивления, установленные на двух центрах (переднем и заднем) станка. Два динамометрических центра позволяют фиксировать силу резания в процессе шлифования при любом положении шлифовального круга относительно обрабатываемой детали. Однако данный метод применим только при установке детали в центрах. Способ бесконтактного измерения степени износа алмазных шлифовальных кругов путем измерения вибрации шлифовального круга [2]. При изменении состояния рабочей поверхности круга возникают вибрации, вызванные как вибрациями непосредственно самого шлифовального круга, так и механизмами станка. Перемещение в технологической системе при возникновении вибрации основаны на измерении расстояния между шлифовальным кругом и датчиком емкостным методом. Схема измерения показана на рисунке 1. Емкостной датчик образован металлической пластиной 1 с устройством 2 для измерения начального зазора Δ и поверхностью шлифовального круга 3, которую предварительно смачивают электропроводной жидкостью. В качестве электропроводной жидкости используют эмульсию или водопроводную воду. При измерении шлифовальный круг приводят во вращение. В качестве привода используют либо специальный стенд (при установке шлифовального круга на оправку), либо привод станка (при измерении непосредственно на шпинделе станка). При наличии относительных колебаний между поверхностью круга и пластиной 1 изменяется величина зазора Δ, что приводит к изменению емкости зазора между пластиной 1 и влажной поверхность шлифовального круга 3. Изменение емкости с помощью специального усилителя 4 преобразуется в электрический сигнал, который записывается регистрирующим прибором 5 (см. рис.1). Это способ является бесконтактным способом измерения степени износа шлифовальных кругов и почти не находит практического применения, так как имеет низкую точность измерения. Данный метод является косвенным принципом измерения степени износа круга, отличающийся сложностью обработки результатов измерения и значительными погрешностями, не позволяет оценить неравномерность износа. Неточность в

99

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ измерении вызваны зависимостью зазора от состояния жидкости, которая не контролировано меняется.

Рис. 1. Схема измерений вибраций шлифовального круга. Фотоэлектрический метод бесконтактного измерения степени износа шлифовального круга [3]. На рис.2 изображена принципиальная схема измерительного устройства при измерении степени износа алмазно-абразивного круга. Фотоэлектрическое устройство для бесконтактного измерения степени износа рабочего инструмента содержит оптико-электронный блок, включающий в себя два осветителя 1, объектив 2, полевую диафрагму 3, конденсатор 4, два фотоприемника 5 и блок 6 сравнения; регистратор, выполненный в виде стрелочного индикатора 7; и два светоотражающих элемента 8 и 9, выполненные в виде пластин. Светоотражающие элементы 8 и 9 закреплены на боковой поверхности круга 10, причем элемент 8 размещен в зоне износа, а элемент 9 – вне ее.

Рис. 2. Фотоэлектрическое устройство для бесконтактного измерения степени износа шлифовального круга Устройство работает следующим образом: перед началом измерений схема настраивается таким образом, чтобы на выходе блока 6 сравнения сигнала не было, то есть показание индикатора 7 было нулевым. По мере износа круга 10 с уменьшением его размеров уменьшается и площадь отражающего элемента 8, поскольку он размещен по краю круга. При этом сигнал, который считывается фотоприемником, регистрирующим величину потока элемента 8, уменьшается, а сигнал, полученный другим фотоприемником от базового отражающего элемента 9, остается неизменным. Баланс

100

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ схемы нарушается, на выходе блока 6 сравнения появляется выходное напряжение, по величине которого и судят о снижении износа алмазно-абразивного круга 10. Фотоэлектрический метод является бесконтактным методом, прост в реализации, но главный недостаток – относительно небольшая точность. В качестве излучателя светового потока используется поверхность рабочего инструмента. Для повышения точности измерения степени износа инструментов с низкой отражательной способностью устройство снабжено двумя отражающими световой поток элементами, один из которых размещен в зоне износа, а второй – вне ее и является базовым. Рассматриваемый метод позволяет определить только линейный износ, но не характеризует состояние рабочей поверхности шлифовального круга. Пневматический метод бесконтактного измерения степени износа шлифовального круга [4]. Известен способ бесконтактного измерения степени износа алмазных шлифовальных кругов с помощью пневматического датчика. Предлагаемый метод заключается в том, что к торцу шлифовального круга подводится сопло, через которое подается воздух под давлением, расход подводимого воздуха определяют за счет разности показаний длинномера пневматического датчика. В качестве измерительной базы принимают рабочую поверхность алмазного шлифовального круга. Это позволяет повысить точность измерения износа шлифовального круга в процессе работы. Оптический метод измерения степени износа шлифовального круга [5, 6]. Большинство оптических методов основаны на лазерной триангуляции. Основные элементы установки: лазерный диод и позиционно-чувствительный детектор (ПЧД) с усилителем и двумя линзами (рис. 3). Датчик крепится на двух осях блока шагового привода с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном к поверхности шлифовального круга и в осевом направлении. Данный метод позволяет проводить измерения при скорости круга до 300 м/с. Так же возможно определить радиальное биение.

Рис. 3 .Оптическая установка для измерения степени износа шлифовального круга.

101

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Метод профилографирования [7]. Данный метод относится к экспериментальному определению характеристик рабочей поверхности круга. Линейный износ круга измеряется с помощью специального стационарного приспособления в 6 фиксированных точках по периферии и в трех точках вдоль образующей круга с точностью 0,001мм. Измерение диаметра шлифовальных кругов менее 50 мм в процессе его работы производили микрометрами с погрешностью ±0,004мм. Характер износа алмазных зерен исследуется по фотографиям, полученным на металлографическом микроскопе ММР с увеличением 200х – 500х. На кафедре ДонНТУ было разработано специальное устройство (рис.4) для записи режущего профиля алмазного круга на металлической связке с выделением зерен из общего рельефа круга. Оно построено на базе профилограф-профилометра 4, электронного блока 3 и приспособления 2. Информация выводится на ленту самопишущего прибора профилограф-профилометра 5. На приспособлении 2 располагается датчик профилограф-профилометра, который регистрирует колебания коромысла с лопаточкой, которое, перемещающегося в соответствии с изменением профиля круга.

Рис. 4.Структурная схема устройства для записи режущего профиля алмазного круга Здесь же располагается привод вращения круга, состоящий из малооборотного двигателя, блока редукции и приводного капролонового ролика. При помощи пониженной редукции достигается очень малая частота вращения алмазного круга – 1 оборот за 10 часов для круга диаметром 200 мм, соответствующая линейной скорости перемещения, равной 1 мм/мин. Такая скорость трассировки круга соответствует скоростям протяжки датчика, применяемым при профилографировании поверхности детали. Перед записью профиля рабочей поверхности круга производилась тарировка всего измерительного устройства. Для этого использовалась микрометрическая скоба с ценой деления 2 мкм. Длина профилограммы составляла не менее 15–20 мм рабочей поверхности круга. Привод вращения круга имеет возможность смещения в вертикальном направлении, что позволяет его использовать для различных размеров алмазных кругов. В качестве контактирующего элемента применяется лопаточка, выполненная из закаленной стали. Толщина ее составляет 0,05 мм, а ширина варьировалась в пределах от 0,1 до 0,7 мм в зависимости от зернистости круга и задач исследований. Запись алмазных зерен

102

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ воспроизводит изображение набора частиц, находящихся в пересекаемой плоскости щупа, в искаженном виде. Профилограмма поверхности круга является плоскостью ортогональных проекций всех элементов структуры, содержащихся в объеме, отсекаемом краями щупа. Анализ получаемого рельефа круга по профилограмме требует применения методов стереологической реконструкции поверхности, которая аналогична анализу структуры фольги при электронной микроскопии. При профилографировании лопаточкой с выделением связки за счет ее токопроводности происходит то же, что и при исследовании тонкой фольги или тонкого среза поля непрозрачных элементов в прозрачной среде. Недостатком этого метода является возможность осуществления измерения только при отсутствии процесса резания и скорости круга 0,01 м/с.

3. Заключение Таким образом, к наиболее перспективным относится оптический метод определения характеристики рабочей поверхности круга. Однако в связи с отсутствием материальной базы и программного обеспечения, для обработки результата сканирования практическое применение данного метода затруднено. С информативной точки зрения оптическому методу наиболее соответствует метод профилографирования. С помощью данного метода можно оценивать такие изменения на рабочей поверхности как: число зерен на единицу рабочей поверхности, плотность распределения вершин зерен, высоту рабочего слоя, состояние вершин алмазных зерен. Для автоматизации процесса правки пригоден так же и косвенный метод определения износа круга через измерения составляющих силы резания. Список литературы: 1. Маслов Е. Н./Теория шлифования материалов – Москва: Машиностроение, 1974 – 320 с. 2. Авторское свидетельство № 444632. СССР. Способ бесконтактного измерения вибраций шлифовального круга/ Болотов Б. Е., Трубников В. В. – №1897640/258; заяв. 28.03.73; опуб. 30.09.75. 3. Авторское свидетельство № 448366. СССР. Фотоэлектрическое устройство для бесконтактного измерения степени износа рабочего инструмента/ Ронталь Г. Д., Ивашев Ф. Д., Френкель Ш. Т., Вогман Г. А. – № 1696795/25-28 ; заяв. 17.09.71; опуб. 30.10.74, Бюль. № 40. 4. Авторское свидетельство №236026. СССР. Способ бесконтактного измерения степени износа алмазых шлифовальных кругов / Мамедов Д. М., Лятифов Ф. Д., Тренин А. П., Садыхов А. И. – № 1053461/25-8 ; заяв. 14.11.66 ; опуб. 24.01.69, Бюль. № 6. 5. Toenshoff, H. K., Karpuschewski, B., Werner, F., 1993, Fast Sensor System for Diagnosis of Grinding Wheel and Workpiece, 5th Intern. Grinding Conf., Cincinatti, Ohio, USA. 6. Toenshoff, H. K., Karpuschewski, B., Hinkenhuis, H.: Regent, C.,1997, Potentiale der Uberwachung und Regelung von Schleifprozessen. VDS-Fachtagung Schleif-technik im Wettbewerb., 09.– 10.

Oct., Aachen. 7. Гусев В. В., Молчанов А. Д. К определению микрогеометрии рабочей поверхности шлифовального круга в статике // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Випуск 10. «ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ВІДНОВЛЮЕМИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН. ФІЗИЧНІ ТА КОМПЬЮТЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ» – Харків:ХДТУСГ. – 2002. – С.379–384.

103

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДК 621.85.05-034 АНАЛИЗ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ В СИСТЕМЕ ЭЛЕМЕНТОВ ШАРОВОЙ ОПОРЫ Михайлов А. Н., Голубов А. Н. (кафедра «Технологии машиностроения», ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Во многих случаях работоспособность машины, долговечность и надежность определяются долговечностью трущихся поверхностей подвижных соединений. Надежность и долговечность агрегатов машин и оборудования во многом обусловлены явлениями трения и изнашивания, происходящими в узлах подвижных соединений. Изнашивание приводит к нарушению герметичности узлов, теряется точность взаимного расположения деталей и перемещений. Трение приводит к потерям энергии, перегреву механизмов, снижению передаваемых усилий, повышенному расходу горючего и других материалов, снижению коэффициента полезного действия. Положительно роль трения необходима для обеспечения работы тормозов, сцепления, движения колес. Явления трения и изнашивания взаимно обусловлены: трение приводит к изнашиванию, а изнашивание поверхностей деталей в ходе работы приводит к изменению трения. В настоящее время шарнирные соединения приобретают все большее и большее распространение. Их используют в самых разнообразных областях машиностроения.

[5] Высокий износ шарнирных соединений и невозможность восстановления необходимых характеристик шаровых опор в ходе ремонта поврежденного узла ведет к разработке новых способов увеличения долговечности элементов и повышению ремонтопригодности поврежденных элементов шарниров. На сегодняшний день, при определении срока эксплуатации шаровых пальцев, работникам автотранспортных предприятий приходится руководствоваться либо информацией, предоставляемой ведущим предприятием отрасли, либо гарантиями самих производителей. Таким образом, по причине отсутствия достоверной информации о техническом состоянии узла на текущий момент, существует повышенная вероятность аварии, связанная с его эксплуатацией в неисправном техническом состоянии. В Рис.1. Схемы неравномерного изменения скоро- другой ситуации, по той же причине, предприятие несет сти в зависимости от формы элемента шарнира необоснованные затраты, а – на поверхности вращающегося шарового пальца; связанные с преждевременб – на поверхности цилиндрического пальца. ной заменой узла, которого на момент замены сохраня-

104

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ет работоспособное состояние и не требует замены. Обеспечение работоспособности подвижного соединения, как триботехнической системы, возможно при условии изучения основных конструкционных, технологических и эксплуатационных параметров. Работоспособность, долговечность и надежность машин закладываются при проектировании, обеспечиваются при изготовлении и реализуются при эксплуатации. Потеря деталью работоспособности в большинстве случаев начинается с поверхности в результате изнашивания, коррозии, эрозии, термопластических эффектов и др. Именно поверхностный слой подвижного сопряжения в условиях эксплуатации подвергается наибольшим механическим, тепловым, электростатическим, химическим и другим воздействиям. Невозможно защитить поверхность от всех вредных воздействий, но всегда можно найти способы и средства уменьшить их негативное влияние на работоспособность трибосопряжения. Значительный ресурс повышения работоспособности заключен в материале, из которого изготовлены элементы конструкций, в его поверхностном слое. Высокий износ шарниров связан, прежде всего, с неравномерностью движения шарнира (рис.1) и неполным контактом между поверхностями элементов шарнира. В связи с неравномерностью распределения угловых скоростей, в процессе работы износ будет происходить неравномерно. Создав модель движения и проанализировав особенности перемещения элементов шарнира в дальнейшем можно рассматривать возможные способы усовершенствования элементов шарниров, и в частности его поверхности для увеличения его износостойкости. Механизм действия шарнира заключается в поворачивающейся системе под определенным углом двух соединенных деталей. Происходит своеобразное вращательное движение вокруг соединительной точки или же общей оси пары сцепленных элементов. Детали будут совершать вращательные действия вокруг неподвижной оси относительно друг друга. В процессе работы шаровой опоры происходит активное трение в точках контакта двух элементов шарнира. Учитывая это, выведем уравнения боковой поверхности шарового шарнира, как поверхности при однопараметрическом огибании, при изменении одного параметра движения, характеризуемого углом ψ, так как во время работы смещение идет вокруг одной точки без относительного смещения, а угол перекоса осей обоих элементов принимает фиксированное значение. Систему координат x1, у1 ,z1, связанную с втулкой I (рис. 2), считаем неподвижной, а систему координат x2, у2 ,z2 связанную с пальцем 2, подвижной в относительных движениях. Относительно неподвижной системы будем задавать положения подвижной системы координат. Для того, чтобы при работе относительные движения втулки и пальца полностью совпадали, необходимо, чтобы выполнялась сведущая зависимость [1]: 

d 1  1 im    1, d 2 

(1)

2

где

im

- передаточное отношение пальца и втулки;

d 1 и d 2 - приращение углов поворота продольных осей втулки и пальца; 



 1 и  2 - угловая скорость вращения втулки и пальца вокруг своих предельных осей. Как известно из аналитической геометрии [2], от системы координат x1, у1 ,z1, к

105

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ системе координат x2, у2 ,z2, имеющих единое начало координат, можно перейти при помощи последовательного выполнения трех поворотов а, б и в (рис. 2) вокруг себя осей координат путем задания углов Эйлера в трехмерном евклидовом векторном пространстве. Сначала нужно повернуть систему x1, у1 ,z1, округ оси Оz1 на угол ω, получим систему координат x', у' ,z', (см. рис. 2 [1]). Затем систему координат x', у' ,z' вокруг оси Оу' на угол ω, получим систему x'', у'' ,z''. Далее, поворачивая систему x'', у'' ,z'', около оси Оz'' на угол  2 получим систему x2, у2 ,z2. Здесь сразу отметим, что для выполнения требования (1) необходимо, чтобы углы  1 и  2 отображались конформно:

 1 = 2 =

(2)

Здесь  – угол поворота зацепления. Формулы перехода от системы x1, у1 ,z1, к системе координат x2, у2 ,z2, описанные выше, будут иметь следующий вид [3]: q2  M 21q1 ,

(3)

M 21  M 20 M 00 M 01 ,

(4)

Здесь

где q2 и q2 – столбцевые матрицы радиусов-векторов одной и той же точки в системах x1, у1 ,z1, и x2, у2 ,z2; M 01 – матрица перехода от системы координат x1, у1 ,z1 к x', у' ,z'; M 00 – матрица перехода от системы координат x', у' ,z' к x'', у'' ,z''; M 20 – матрица перехода от системы координат x'', у'' ,z'' к x2, у2 ,z2; Используя правило составления матриц [3] и учитывая (1) и (2), запишем: cos Рис. 2. К расчету формул преобразования системы координат в относительных движениях.

M 01  sin 0 cos M 00 

0

0

cos

0, 1

0

(5)

0 sin  1

0

 sin  0 cos

106

 sin

,

(6)

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ cos

sin

0

M 20   sin

cos

0.

0

0

(7)

1

По формуле (4) найдем произведение матриц (5), (6) и (7) по правилу умножения «строка на столбец»: 1  2 cos2  sin 2 M 21  M 20 M 00 M 01  M 00 

 sin 2 sin 2





 sin 2 sin 2

2



1  2 sin 2  sin 2

2

 cos sin 

cos sin 

2

 sin sin 



sin sin 

2

.

(8)

cos

Связь между координатами x1, у1 ,z1, и x2, у2 ,z2, определится уравнениями:





  z1 cos sin  ;  2 2   2 2 2 y2   x1 sin 2 sin  y1 (1  2 sin  sin )  z1 sin sin  ;  2 2   z2   x1 cos sin   y1 sin sin   z1 cos .   x2  x1 (1  2 cos2  sin 2

)  y1 sin 2 sin 2

(9)

Уравнения (9) выражают условие перехода от системы координат x1, у1 ,z1, к x2, у2 ,z2 в относительных движениях втулки и пальца. Здесь каждое относительное положение втулки и пальца шарнира достигается за счет последовательных трех поворотов системы координат пальца x2, у2 ,z2, относительно системы координат втулки x1, у1 ,z1 (рис. 1). Коэффициента системы уравнений (9) есть направляющие контуры координатных соей. Тогда согласно [3] можно записать матрицу, которая будет обратной матрице (8) и иметь следующий вид: 1  2 cos2  sin 2 M 12  ( M 10 M 00 ) M 02 

 sin 2 sin 2 cos sin 



 2

2

 sin 2 sin 2



1  2 sin 2  sin 2 sin sin 

 cos sin 

2

 2

Формулы перехода от x2, у2 ,z2 к x1, у1 ,z1 будут иметь вид:

107

 sin sin  . cos

(10)

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ





  z1 cos sin  ;  2 2   2 2 2 (11) y2   x1 sin 2 sin  y1 (1  2 sin  sin )  z1 sin sin  ;  2 2   z2   x1 cos sin   y1 sin sin   z1 cos .   Как известно [4] существует зависимость между скоростью перемещения и износом (рис.3). Рассматривая процесс трения с точки зрения нескольких видов трения зависящих от площадки контакта и скорости движения, можно попытаться составить условную диаграмму распределения износа по поверхности контакта. Для определения величины условного адгезионного износа воспользуемся формулами [6]: x2  x1 (1  2 cos2  sin 2

)  y1 sin 2 sin 2

a2 w , (12) Рис.3. Зависимость износа поверхностей тре2R ния в зависимости от скорости их скольжения где a – радиус площадки контакта друг по другу. элементов; – радиус шарового пальца шарнира; R w – величина максимального износа. В то же время, используя зависимость износа поверхностей трения, в зависимости от скорости их скольжения друг по другу (рис. 3) и исходя из распределения угловых скоростей по поверхности шарового пальца шарнира (рис. 1), можно определить распределение износа по поверхности в процессе работы. Так как адгезионное трение будет действовать только на поверхностях с малыми угловыми скоростями, имеет смысл утверждение, что с увеличением угловой скорости точки на поверхности шарового пальца в процессе работы, адгезионный износ стремится к нулю, а износ от скорости движения включающий в себя тепловой усталостный и абразивный износ увеличиваются (рис. 4). Согласно [4] можно установить объем изношенного материала для работающего шарнира.

N , (13) Pт где V – объем изношенного материала; K – коэффициент износа [4], для трения мягкого Рис. 4. Особенности неравномер- стали по мягкой стали K =7•10-3 ности износа поверхностного слоя L – путь скольжения, м; N – нагрузка, Н; шарнира V  KL

108

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Pт – предел текучести материала, из которого изготовлены элементы шарнира. Для примера расчета используем шаровой шарнир использующийся в легковых автомобилях. Для него примем следующие условия: путь скольжения L на основе экспериментальных данных [7] принимаем равным 3•104 мм на 10000 км пробега или 30 м; нагрузка – на одну ось автомобиля определяется по формуле: m  (14) N  a  Kд , 2 где ma – масса автомобиля, условно равная 1500 кг; K д – динамический коэффициент, K д = 1,1…1,3 [7];  – процент массы автомобиля приходящийся на переднюю ось, условно равный 50%. Путем несложных вычислений получаем N = 487,5 кг ≈ 4800 Н.

Pт – предел текучести материала, для стали 45 ≈ 430 МПа. Отсюда:

V  7 10 3  30

4800  2,34 10 6 м3 ≈ 2,34 см3 6 430 10

Учитывая указанную неравномерность износа (рис. 4), боковые поверхности будут терпеть больший износ и будет изменяться геометрия пальцев, что отрицательно повлияет на работу всего механизма. Для минимизации износа шарнира или его управляемого износа имеет смысл применять функционально-ориентированные покрытия, которые следует наносить в соответствии с картиной износа, а их состав будет варьироваться в зависимости от требуемых характеристик поверхности в данной точке. Для раскрытия возможных вариантов движения шарнира составляем специальную кинематическую матрицу. В этом случае, любая строка матрицы составляется из группы движений в одной своей системе координат. Здесь количество строк матрицы соответствует числу систем координат универсальной принципиальной кинематической схемы. Все транспортные движения в k-й системе координат обозначаются множеством:

  ak  ak1, ak 2 ,. ..,aksk  ,  

(15)

где аk – множество независимых движений в k-й системе координат универсальной принципиальной кинематической схемы; akn -n –й элемент множества ак; Sk – общее количество элементов множества аk в k-й системе координат. Во множестве (12) введены следующие обозначения: элементы аk1,аk2,аk3 обозначают перемещения (трансляцию) вдоль осей координат хk, уk, zk соответственно, в положительном направлении; аk4,аk5,аk6 – перемещения вдоль осей координат хk, уk, zk соответственно, в отрицательном направлении; аk7,аk8,аk9 – вращения вокруг осей координат хk, уk, zk соответственно, в положительном направлении; аk10,аk11,аk12 – вращения вокруг осей координат хk, уk, zk соответственно, в отрицательном направлении; аk13,аk14, аk15 – качательные перемещения вдоль осей координат хк, ук, zк соответственно, сначала

109

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ в положительном направлении; аk16, аk17, аk18 – качательные перемещения вдоль осей координат хk, уk, zk соответственно, сначала в отрицательном направлении; аk19, аk20, аk21 – качательные вращения вокруг осей координат хk, уk, zk соответственно, сначала в положительном направлении; аk22, аk23, аk24 – качательные вращения вокруг осей координат хk, уk, zk соответственно, сначала в отрицательном направлении; аk25, аk26, аk27 – прецессионное качание системы координат вокруг осей координат хk, уk, zk соответственно, с положительным прецессионным движением; аk28, аk29, аk30 – прецессионное качание системы координат вокруг осей координат хk, уk, zk соответственно, с отрицательным прецессионным движением и так далее. Далее, множества (12) формируются в матрицу, в которой число строк равно числу систем координат универсальной принципиальной кинематической схемы транспортного движения. Эта матрица может быть записана в следующем виде a11

a12

a13

...

a1s1

a21

a22

a23

...

a2 s2

a31

a32

a33

...

a3s3

... a p1

... a p2

... a p3

... ...

... a ps p

(16)

где aij – кинематический элемент матрицы. При синтезе одного из вариантов принципиальной кинематической схемы транспортного движения технологического модуля, если в каждой строке кинематической матрицы (13) зафиксировать один из элементов, то набор из них будет представлять один из возможных вариантов создания кинематики транспортного движения. Выполняя подобные действия, производится исследования (генерирование) полного множества возможных вариантов принципиальных кинематических схем транспортного движения элементов движущихся объектов. Используя полученную кинематическую схему, в дальнейшем можно получить модель и моделировать поведение шаровой опоры под нагрузкой во время движения. Список литературы: 1. Михайлов А. Н. Разработка методов повышения несущей и компенсирующей способности муфт. – Донецк: 1985г., – с. 127–134 2. Бахвалов С. В., Бабушкин Л. И., Иваницкая В. П. Аналитическая геометрия., – М.: Просвещение – 1970., 376 с. 3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров., – М.: Наука 1968., –395 с. 4. Крагельский И. В. Трение и износ.

– М.: Машиностроение.1978. – 480 с. 5. Денисов И. В., Баженов Ю. В. Анализ технических неисправностей систем автомобиля, влияющих на безопасность движения. Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин. Материалы Международной научно-технической конференции. – Тюмень. 2009. – с. 38–52 6. Кузьменко А. Г. Методы испытаний на износ при переменной площадке контакта с определением параметров kw , m модели изнашивания (мпп) kw , m. Проблемы трибологии. №1 2014 Хмельницкий. – с 123–138 7. Новиков А. Н., Стратулат М. П., Севостьянов А. Л., Восстановление и упрочнение деталей автомобилей. Учебное пособие. – Орёл, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный университет – учебно-научнопроизводственный комплекс» 2006г. – 332 с.

110

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХВОСТОВИКИ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА Мугандин В. К., Голубов Н. В., Горобец И. А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@fimm.donntu.org Обрабатывающий центр с ЧПУ обладает многофункциональностью за счёт возможности последовательного или параллельного (для многошпиндельных центров) применения различного режущего инструмента, в частности с помощью системы автоматической смены инструмента. При этом эффективность работы центра во многом зависит от оптимального выбора инструментальных систем (систем инструментальной оснастки). Повышение производительности обрабатывающих центров с ЧПУ в значительной мере зависит от технического уровня вспомогательного инструмента, обеспечивающего возможность сокращения всех составляющих общего времени обработки детали [1]. Распространенными являются хвостовики с конусами конусностью 7:24. Стандартная конструкция по DIN 2080 (рис.1) применяется на фрезерных и расточных станках с ручной сменой инструмента. Для станков с автоматической сменой инструмента (АСИ) используют хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 3, имеющие тот же размерный ряд, что и по DIN 2080, но отличающиеся трапецеидальной проточкой во фланце под захват устройства АСИ. Такое решение позволяет унифицировать вспомогательный инструмент (ВИ) в производственных условиях, когда одновременно используются станки с АСИ и с ручной сменой инструмента.

Рис.1. Хвостовик с конусностью 7:24 Более распространены во всем мире (в связи с количеством выпускаемых станков) хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 2, соответствующие немецкому стандарту DIN 69871/A+AD и стандарту ISO 7388/1 , и по японскому стандарту MAS 403 ВТ (рис.2.) [2]. Основные погрешности сопрягаемых конических поверхностей: а) отклонения от правильной окружности в поперечных сечениях – некруглость; б) отклонение образующей от прямолинейности; в) отклонение угла конуса от номинального значения.

111

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис.2. Хвостовики по ГОСТ 25827-93, исполнение 2. В конических соединениях, из-за разности 2 наружного конуса инструмента с углом 2в и внутреннего конуса 2а (рис. 3.), контакт осуществляется не по всей длине соединения L, а на ограниченной длине LK, определяемой деформациями стыка из-за возникающего давления [2].

Рис.3. Длина контакта LK в замкнутом коническом соединении Возникающий в коническом соединении радиальный натяг К складывается из упругих контактных деформаций 1 и упругих объемных деформаций сопрягаемых деталей 2 [2]:

К  11,5   21,5 . По формуле Ляме:

1 

рк С2  0,7  d ср , 2Е

где рк – удельное давление в коническом соединении.

112

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

d ср 

D 2 1 D

, Dн2

Контактные деформации:

 2  С  рк0,5 . Из заштрихованного треугольника (рис. 2) следует: LК 

 к  cos2  . 

Точность обработки зависит от качества изготовления и состояния наружных конусов инструмента и внутренних конусов шпинделей станков. Была проверена оценка влияния погрешности изготовления конусов 7:24 на погрешность установки инструмента на многооперационном станке растачиванием отверстий диаметром 40Н7 в плите из чугуна СЧ 21-40 с предварительной настройкой на специальном приборе [2]. Применялись серийно изготовленные расточные оправки с конусами 7:24, аттестованные по коническим калибрам-втулкам степени точности АТ5. Обработанные 80 отверстий измерялись универсальными средствами с точностью 0,002 мкм. Полученное распределение отклонений диаметров показало, что только 65 % обработанных отверстий укладываются в допуск 7-го квалитета, 15 % отверстий вышли за предел верхнего поля допуска и 20 % отверстий оказались меньше номинального размера. Это показывает влияние разности углов конусов 2 на разброс размеров обработанных отверстий [2]. По результатам экспериментальных исследований [2] получена экспериментальная зависимость относительного угла поворота i от углового зазора  в коническом соединении с конусом 40 (рис. 4).

Рис. 4. Экспериментальная зависимость относительного угла поворота i от углового зазора  в коническом соединении с конусом 40 (1 – Ро = 3кН; 2 – Ро = 7кН; 3 – Ро = 9 кН) На основе экспериментов разработаны нормы точности на соединения с конусами 7:24. Регламенты на предельные отклонения угла конуса установлены ГОСТ 19860-93 (DIN 7178, часть 1 и DIN 2080, часть 1), а на отклонения формы – ГОСТ 19860-93 (DIN 7160 и DIN 7178). По ГОСТ 19860-93 предельные отклонения указываются для полуразности номинальных диаметров dc и dd. (рис. 5.) на длине измерения Lр [2].

113

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ При этом предельное отклонение всегда должно располагаться в «плюс». Общепринятым является назначение предельных отклонений по степени точности АТ3 [2].

Рис. 5. Способ задания предельного отклонения угла конуса. Дальнейшее повышение точности и жесткости закрепления за счет точного базирования по конической поверхности конусностью 7:24 нецелесообразно из-за низкой эффективности расходов на изготовление. Поэтому существуют несколько вариантов усовершенствования конструкций хвостовиков. Наиболее распространенным следует считать решение «BIG PLUS», запатентованное в ряде стран фирмой «DAISHOWA SEIKI» (Япония). Эффективность достигается за счет уменьшения размера «а» (см. рис.1. – рис.2.) до величин 1…1,5 мм. что при изменении конструкции шпинделя станка, позволяет реализовать принцип «двойного базирования» хвостовика (рис. 6.). Система ВIG-РLUS для шпинделей станков характеризуется одновременным контактом как по всей конической поверхности, так и по торцевой поверхности фланца. Когда прикладывается осевое усилие зажима к хвостовику базового держателя, шпиндель станка благодаря упругой деформации расширяется, пока торец держателя не упрется в торец шпинделя станка.

Рис. 6. Реализация принципа «двойного базирования» хвостовика «BIG PLUS»

114

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Объективно это приводит к возрастанию объемной жесткости и уменьшению податливости системы шпиндель-инструмент в точке приложения силы резания. Как следствие, при прочих равных условиях возрастают: а) точность обработки; б) верхняя граница допускаемой частоты вращения шпинделя; в) стойкость режущего инструмента; г) повторяемость положения инструмента вдоль его оси. Высокая точность хвостовиков «BIG PLUS» требует при эксплуатации обязательного обдува сжатым воздухом сопрягаемых поверхностей для удаления стружки и пыли. Устройства АСИ должны иметь рычажный или пневмозажим, чтобы избежать повреждения торца шпинделя, а гнезда магазинов – защиту от повреждения торцов фланцев вспомогательного инструмента [2]. Недостатки хвостовиков «BIG PLUS» привели к разработке хвостовиков с обозначением HSK, что является аббревиатурой немецкого названия Hohlschafte Kegel (Полый конический хвостовик). Для высокоскоростной обработки (ВСО) разработан стандарт DIN 69893. Стандарт DIN 69893 включает в себя 6 типов хвостовиков 35 типоразмеров [3]. Потребность в новых хвостовиках возникла в связи с применением высокоскоростных станков с частотой вращения шпинделя более 15 000 мин -1. Основными областями применения такой оснастки являются: чистовое фрезерование; изготовление пресс-форм и штампов; внутреннее шлифование; сверление и высокоточное развертывание. Использование соединения на базе хвостовиков HSK позволяет исключить фреттинг-износ конусов шпинделей и уменьшить вибрации режущей части, что приводит к существенному повышению режимов резания [4]. Основные элементы хвостовика HSK (рис. 7): – кольцевая канавка под автооператор – 1; – индексирующая канавка для ориентации инструмента в автооператоре – 2; – шпоночные канавки для шпонок инструментального магазина – 3; – место для расположения кодового элемента – 4; – резьба под втулку для СОЖ – 5; – шпоночные канавки для шпонок внутри шпинделя – 6; – радиальное отверстие для зажимных устройств ручного закрепления – 7; – кольцевая коническая расточка для кулачков зажимного устройства – 8.

Рис. 7. Основные элементы хвостовика HSK

Рис. 8. Принцип закрепления хвостовиков HSK

115

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Принцип закрепления таких хвостовиков в автоматическом режиме представлен на рис. 8. Инструмент 1 с хвостовиком HSK закрепляется кулачками 3 в шпинделе 2 с помощью тяги 5 и подвижной нажимной втулки 7. Возврат кулачков 3 в положение разжима осуществляется пакетом пружин 4. Крутящий момент передается через торец хвостовика шпонками 6. При большой частоте вращения центробежные силы, действующие на кулачки 3, усиливают эффект закрепления. При растачивании стали 45 резцами, оснащенными керметом, замена вида закрепления расточной оправки в шпинделе станка с ЧПУ приводит к возможности повысить скорость резания в 4 раза (рис. 9) [4].

Рис. 9. Допускаемые частоты вращения при растачивании стали резцами, оснащенными керметом

Рис. 10. Допускаемые частоты вращения при фрезеровании стали твердосплавными фрезами

При фрезеровании стали твердосплавной концевой 4-зубой фрезой диаметром 16 мм, закрепленной во втулке с хвостовиком с конусом 7:24 обработка велась на скорости резания v = 60 м/мин (n = 1 200 мин-1) и при подаче s = 500 мм/мин. Эта же фреза, закрепленная с помощью хвостовика НSК может работать на скорости v = 200 м/мин. и s = 2000 мм/мин., имея преимущество в стойкости в 2-3 раза (рис. 10) [4]. Исследования, выполненные в Аахенском Техническом Университете, показали, что радиальная жесткость соединения НЗК в 5 раз выше, чем инструмента с хвостовиком с конусом 7:24 при сопоставимых размерах [4]. Крутильная жесткость хвостовика НSК сопоставима с такой же жесткостью конуса 7:24. Это достигается благодаря шпонкам в комбинации с двумя поверхностями трения или только двух поверхностей трения. Первая поверхность образуется при контакте конусов шпинделя и хвостовика; вторая при контакте торца шпинделя с торцом фланца хвостовика НSК [4]. Список литературы: 1. http://www.globaledge.ru/ru/zhurna_po_derevoobrabotke_ge_ news/ m840.html 2. Григорьев С. Н., Кохомский М. В., Маслов А. Р. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ: Справочник / Под общ. ред. А. Р. Маслова. – М: Машиностроение, 2006. – 544 с. 3. Боровский Г. В., Григорьев С. Н., Маслов А. Р. Справочник инструментальщика / под общ. ред. А. Р. Маслова. М.: Машиностроение, 2005. – 464 с.

4. Маслов А. Р. Конструкции прогрессивного инструмента и его эксплуатация. М: Издательство «ИТО», 2006. – 166 с.

116

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДК 621.9.23 АНАЛИЗ СПОСОБА ПРАВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ СВОБОДНЫМ АБРАЗИВОМ Смердов К. Ф., Гусев В. В. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк,) Тел./Факс: +38 (050) 80 83 170;E-mail:msmo@fimm.donntu.org Аннотация. Алмазные круги при обработке технической керамики работают в режиме потери режущей способности, что требует ее восстановления. В статье проанализированы особенности способа правки свободным абразивом алмазных кругов. Ключевые слова: шлифование, правка, свободный абразив, режущая способность, стойкость.

1.Введение Все шире в различных областях техники применяются детали из технической керамики (ТК). В качестве примера можно привести детали для плунжерных насосов, шарового крана, торцового уплотнения, коагулятора крови. Замена изделий из металла на керамические детали позволяет повысить долговечность их эксплуатации в несколько раз. Алмазное шлифование является наиболее эффективным способом съема материала припуска в керамических заготовках вследствие их высокой твердости. При обработке технической керамики алмазные зерна шлифовального круга изнашиваются и теряют режущую способность. Интенсивность и характер износа абразивных кругов зависят от характеристик самого круга и материала обрабатываемых изделий. Для восстановления режущих свойств и геометрической формы производится периодическая правка круга. Правка – это процесс влияния на рабочую поверхность шлифовального круга с целью придания ей необходимой геометрической формы, устранения повреждений рабочей поверхности, а также обеспечение нужных параметров рабочей поверхности круга (РПК). Для управления параметрами РПК используются различные способы управляющих воздействий, основанные на использовании различных механизмов: механических, физических, химических или их комбинаций. Наибольшим быстродействием на коррекцию состояния РПК обладают механические способы. Различают следующие механические способы правки шлифовальных кругов: 1.Правка методом обтачивания. Представляет собой точение (разрушение) хрупкого абразивного материала и связки шлифовального круга правящим алмазным инструментом высокой твердости.

2.Правка кругов методом обкатывания. Позволяет получить высокую точность рабочей поверхности круга, которая за счет изменения величины продольной подачи алмазного инструмента может обеспечить различную шероховатость обрабатываемой детали.

3.Правка методом шлифования. Представляет собой процесс срезания и дробления абразивных зерен вращающимся правящим инструментом, который получает принудительное вращение от самостоятельного привода или от привода шлифовальной бабки станка.

4.Правка методом тангенциального точения. Представляет собой процесс, аналогичный процессу обтачивания.

117

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 5.Правка методом накатывания. Представляет собой процесс дробления абразивных зерен и связки при относительно медленном вращении металлического накатного ролика и круга. Метод применяют исключительно для правки профильных шлифовальных кругов.

6.Правка шлифовальных кругов свободным абразивом. При всех механических методах правки инструмент оказывают силовое воздействие на алмазные зерна круга, вызывая их разрушение, что отрицательно сказывается на свойствах РПК. Наиболее щадящее воздействие правящего инструмента на РПК оказывает метод правки свободным абразивом, что связано с его избирательным воздействием на связку алмазного круга. Кроме этого способ правки алмазных кругов свободным абразивом позволяет интенсифицировать процесс с минимальной затратой абразивного материала по сравнению с другими способами, обеспечивая такое же закрепление зерен алмаза в связке как оно было сформировано при шлифовании керамики. Цель работы и задачи исследования. Анализ способа правки шлифовальных кругов свободным абразивом.

2.Основное содержание работы Несмотря на технологическую простоту процесса правки кругов свободным абразивом, существует довольно много особенностей технологий этой операции. Схема правка шлифовального круга свободным абразивом, представлена на рис. 1.6.

а)

б)

Рис. 1.6. Схема правки шлифовальных кругов свободным абразивом К шлифовальному кругу 1, который вращается на рабочей скорости, подводят до прикосновения притир 2, продольная ось которого наклонена под углом в пределах от 20 до 60° к вектору скорости круга 1 в точке соприкосновенья его с притиром (рис. 1.6 а). Притиру задают возвратно-поступательное движение вдоль образующей инструмента. В зону контакта инструмента и притира подают свободный абразив, который путем шаржирования между притиром и шлифовальным кругом и перекатывания по поверхности контакта в направлении вектора скорости вышлифовывает материал притира и связки инструмента (шлифовального круга). Интенсивность вышлифования связки инструмента и материала притира определяется размером абразивных частиц, силой поджатия притира к абразивному кругу [1–4].

118

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Свободный абразив берут размером, равным 1,2–1,5 от размера зерен абразивного инструмента, и подают его в виде смеси, которая содержит в себе гипс 30%, абразивные зерна 60% и воду. На рисунке 1.6 (б) изображена схема правки шлифовального круга, известная из [3], отличающаяся от изображенной на рис. 1.6 а [1] тем, что в зону правки подается вещество, способствующее интенсификации процесса правки. Правка осуществляется за счет действия зерен свободного абразива, которые попадаются в зазор между притиром и шлифовальным кругом, притир в свою очередь осуществляет осциллирующее движение относительно ширины круга. Основным недостатком этого способа является то, что после обработки шлифовальным кругом на рабочей поверхности круга остаются кольцевые царапины. Эти царапины являются последствием работы отдельных больших зерен свободного абразива. Кроме того, недостаточно определены необходимые режимы правки для достижения наибольшей производительности процесса за наименьшее время. Для реализации данного способа необходимо устройство, которое будет обеспечивать необходимые движения притира относительно шлифовального круга, а именно, движение врезания и возвратно-поступательное движение вдоль ширины круга. Для согласования работы элементов устройства необходима система автоматического управления процессом и гидравлическая система. Для контроля величины износа шлифовального круга необходимо соответствующее устройство, при помощи которого будет осуществляться измерение линейного износа шлифовального круга в процессе правки или обработки. Развитие метода правки свободным абразивом, выполненное в Донецком национальном техническом университете на кафедре мехатронные системы машиностроительного оборудования [5–10], было направлено на совершенствование, как состава правящего инструмента, так и введение дополнительных движений притира относительно РПК для устранения на ней кольцевых царапин. Однако необходимо дальнейшее совершенствование конструкции устройства для правки свободным абразивом, обеспечивающим повышение его жесткости. В настоящее время отсутствуют исследования влияния способа правки на эксплуатационные показатели шлифовального круга, исследования по выбору рациональной скорости круга при правке.

3.Заключение Метод правки шлифовальных кругов свободным абразивом на сегодняшний день является перспективным процессом воздействия на рабочую поверхность шлифовальных кругов. Для возможности его внедрения в производство и привлечения внимания к этой разработке необходимы дополнительные исследования и усовершенствования процесса, которые помогут повысить производительность алмазной обработки, уменьшить ее себестоимость и увеличить качество продукции, получаемой шлифованием. Список используемой литературы. 1. Пат. №1773704 СССР, А1 МПК В 24 В 53/00 Способ правки шлифовального инструмента свободным абразивом / В. В. Бурмистров, А. Д. Хроменко, В. М. Гомон, В. Н. Дубовик // заявитель и патентообладатель Донецкий национальный технический университет.; опубл. 08.06.87, – 3 с.

2. Пат. 2251478 Россия, МПК В24 В 53/007 Способ очистки шлифовального круга / Унянин А. Н., Рязапов Р. Ф.; Заявитель и патентообладатель Ульяновский государст-

119

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ венный технический университет – 2003130253/02 заявлено 10.10.2003; опубл.

05.10.2005. – 4 с. 3. Пат. 4712334 USA, В 24 В 55/02 Anti-cloggingdeviceforgrindingwheel / YasuoIkezaki, Tadashi Matsuoka, KazuyukiMitani; Заявитель и патентообладатель Toshiba Tungaloy Co., Ltd.; Science&CreativeCo., Ltd., Toyomitsu Kogyo Co., Ltd. – 901198; заявлено 28.08.1986; опубл. 15.12.1987. – 3 с. 4. Пат. 6547648 В1 USA, МПКВ 24В 1/00, 7/00 Method and device for high speed electrolytic in-process dressing for ultraprecision grinding / Zhenqi Zhu, Xiaoming Liu; Заявитель и патентообладатель Trustees of Stevens Institute of Technology – Graduate School and Research Servises – 09/687548; заявл. 13.10.2000; опубл. 15.04.2003. – 8 с. 5. Пат. № 96351 Україна, МПКВ24В 53/00 Спосіб правки шліфувальних кругів вільним абразивом / Гусев В. В, Вяльцев М. В., Молчанов О. Д.,Медведев А. Л., Семенюк Д. Ю., Калафатова Л. П.; заявитель и патентообладатель Донецкий национальный технический университет – а201001793; заявл.

19.02.2010; опубл. 25.10.2011, Бюл №20. – 6 с. 6. Пат. № 97700Україна,МПКВ 24 В 53/00. Спосіб правки шліфувальних кругів вільним абразивом / Гусев В. В, Вяльцев М. В., Молчанов О. Д., Медведев А. Л., Семенюк Д. Ю.; заявитель и патентообладатель Донецкий национальный технический университет – а201006398; заявл. 25.05.2010; опубл. 12.03.2012, Бюл №5. – 3 с.7. Пат. №99526 Україна, МПК В 24 В 53/00 Спосіб правки шліфувальних кругів / Гусев В. В, Вяльцев Н. В., Молчанов О. Д., Медведев А. Л., Тупік А. Л., Калафатова Л. П.; заявитель и патентообладатель Донецкий национальный технический университет – а201014477; заявл. 03.12.2010; опубл. 27.08.2012, Бюл №16. – 3 с. 8. Пат. № 52804 Україна, МПК В 24 В 53/00 Спосіб правки шліфувальних кругів вільним абразивом. / Гусев В. В., Вяльцев Н. В., Молчанов А. Д., Медведев А. Л., Семенюк Д. Ю., Калафатова Л. П.; заявитель и патентообладатель Донецький национальный технический университет – u201002600; заявл. 09.03.2010, опубл.

10.09.2010, Бюл. № 17. – 6 с. 9. Пат. № 56262 Україна, МПК В 24 В 53/00 Спосіб правки шліфувальних кругів вільним абразивом. / Гусев В. В., Вяльцев Н. В., Молчанов А. Д., Медведев А. Л., Байков А. В.; заявитель и патентообладатель Донецкий национальный технический университет – u201006964; заявл. 07.06.2010, опубл. 10.01.2011, Бюл. № 1.

– 6 с. 10. Пат. № 61629 Україна, МПК В 24 В 53/00 Спосіб правки шліфувального круга. // Гусев В. В., Вяльцев Н. В., Молчанов А. Д., Медведев А. Л., Тупик А. Л., Калафатова Л. П.; заявитель и патентообладатель Донецкий национальный технический университет – u201015730; заявл. 27.12.2010, опубл. 25.07.2011, Бюл. № 14. – 6 с.

120

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УДК 621.923 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ РАДИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ НА ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНОМ СТАНКЕ 3А227П Чернорай А. А., Полтавец В. В. (Кафедра МСМО, ГОУВПО «ДонНТУ», г. Донецк) E-mail: vvardon@mail.ru Шаповалова Н. Н. (ГПОУ «ДонВПМУ», г. Донецк) E-mail: shapovalova.nn80@mail.ru Аннотация. В статье рассмотрено влияние радиальной составляющей силы резания на упругие перемещения переднего конца шпинделя внутришлифовального станка 3А227П и определены допустимые по точности значения радиальной составляющей. Ключевые слова: шлифование, шпиндельный узел, нагрузка, упругое перемещение. Введение Шпиндельный узел является одним из основных элементов несущей системы металлорежущего станка, во многом определяющим его жесткость, точность и виброустойчивость [1]. Особенно велико влияние характеристик шпиндельного узла на достигаемую точность обработки для шлифовальных станков. При нагрузке вследствие податливости самого шпинделя и его опор происходит изменение положения в пространстве установленного на шпинделе инструмента или заготовки, что отражается на точности обработки. Конструктивной особенностью внутришлифовальных станков является низкая жесткость шпиндельной головки, в результате чего в большинстве случаев определяющим техническим ограничением, налагаемым на режимы резания станком, являются упругие перемещения переднего конца шпинделя. Для достижения нужной точности размера обработанного на станке отверстия необходимо, чтобы величина перемещений не превышала одной трети допуска на размер этого отверстия [1]. На внутришлифовальном станке модели 3А227П обрабатываются отверстия диаметром 20–100 мм [2]. При установке на шпиндель шлифовального инструмента заданного диаметра все указанные выше нагрузки, кроме составляющих силы резания, можно считать условно-постоянными. Следовательно, упругие радиальные перемещения переднего конца шпинделя можно считать зависящими только от составляющих силы резания, действующих перпендикулярно оси шпинделя. Исходя из этого, определим радиальную составляющую силы резания Pу, при которой обеспечивается точность обработки отверстий на внутришлифовальном станке модели 3А227П. Определение упругих перемещений переднего конца шпинделя Рассчитаем упругие перемещения переднего конца шпинделя при различных значениях радиальной составляющей силы резания Pу. Входными данными для расчета упругих перемещений конца шпинделя являются конструктивные параметры шпиндельного узла, составляющие силы резания на шлифовальном круге, и усилие на заднем конце шпинделя от предварительного натяжения ветвей ременной передачи. При расчете деформаций шпиндель представим как балку ступенчатопеременного сечения на податливых точечных опорах. Упругое перемещение шпинделя в сечении его переднего конца определим, приняв допущение, что перемещения обуславливают только деформации тела шпинделя и его опор.

121

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Опорами шпинделя являются шариковые радиально-упорные подшипники серии 36200, расположенные тандемом [2]. Принимаем допущение, что жесткость опор с предварительным натяжением не зависит от рабочей нагрузки на шпиндель [3]. При расчете упругих перемещений конца шпинделя все действующие на него силы приведём к двум взаимно перпендикулярным плоскостям (рис. 1).

Рис. 1. Расчётная схема шпинделя внутришлифовального станка 3А227П Шпиндель шлифовальной головки со стороны шлифовального круга нагружен тангенциальной составляющей силы резания Pz, расположенной в плоскости ZOX, крутящим моментом от силы резания Мр в плоскости ZOY, радиальной составляющей Pу в плоскости YOX. С другой стороны шпинделя на него действует вертикальная составляющая силы от натяжения ветвей ремня в плоскости ZOX и момент от электродвигателя Мэд. Моменты Мр и Мэд скручивают тело шпинделя, но на упругое перемещение конца шпинделя не влияют. В связи с этим они могут быть исключены из расчета. Радиальное перемещение переднего конца шпинделя рассчитаем по методике, изложенной в работе [4]. Используемую в расчёте тангенциальную составляющую силы резания Pz выразим через коэффициент шлифования Kш: Pz = Pу ∙ Kш. Исходные данные для расчёта о конструктивных параметрах шпинделя и его опор выбираются из конструкторской документации на станок (рис. 1) и нормативносправочной литературы. Исходные данные о механических характеристиках материала шпинделя, силовых факторах процесса обработки и режимах внутреннего шлифования на станке модели 3А227П: – модуль упругости материала шпинделя (сталь 40Х) Е = 2·105 МПа; – коэффициент защемления в передней опоре ε = 0,15 [5]; – коэффициент Пуассона μ = 0,28; – сила предварительного натяжения ветвей ременной передачи Рнр = 80 Н, достаточна для обработки с мощностью 1 кВт;

122

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ – скорость резания Vк = 26 м/с; – коэффициент шлифования при обработке заготовок из легированных сталей Kш = 0,30; – радиальная составляющая силы резания Pу: 20, 40, 60, 80, 100 Н. Результаты расчёта упругого перемещения переднего конца шпинделя при различных значениях радиальной составляющей силы резания Pу приведены в табл. 1 и представлены на рис. 3. Для сравнения на рис. 3 также указаны линии, соответствующие 1/3 допуска 7-го квалитета на размер минимального из обрабатываемых на станке 3А227П отверстий (линия 1) и 1/3 допуска 7-го квалитета на размер максимального из обрабатываемых отверстий (линия 2). Упругое перемещение δ, мкм

25

20

15

2

10

1 5

0 20

30

40

50

60

70

80

90

100

P у, Н

Рис. 3. Влияние радиальной составляющей силы резания на упругие перемещения переднего конца шпинделя внутришлифовального станка 3А227П Выводы В соответствии с полученными данными допустимая радиальная составляющая силы резания Pу при обработке отверстия Ø 20 мм с допуском 7-го квалитета составляет 33 Н, а при обработке отверстия Ø 100 мм с допуском 7-го квалитета – 56 Н. В то же время при обработке отверстия Ø 20 мм с допуском 6-го квалитета сила резания Pу не должна превышать 22 Н, а при обработке отверстия Ø 100 мм с допуском 6-го квалитета – 30 Н, что обуславливает существенные технологические затруднения при шлифовании отверстий с точностью выше 7-го квалитета. Список литературы: 1. Шестернинов А. В. Конструирование шпиндельных узлов металлорежущих станков: Учеб. пособие / А. В. Шестернинов. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 96 с. 2. Внутришлифовальные станки моделей 3А227, 3А227В, 3А227П: Руководство по эксплуатации. – Саратов: ЦБТИ, 1967. – 44 с. 3. Кирилин Ю. В. Расчёт и проектирование шпиндельных узлов металлорежущих станков с опорами качения: Учеб. пособие / Ю. В. Кирилин, А. В. Шестернинов. – Ульяновск: УлГТУ, 1998. – 72 с.

4. Матюха П. Г. Визначення сили навантаження шліфувальної головки при внутрішньому шліфуванні за пружною схемою / П. Г. Матюха, В. В. Габітов, А. О. Благодарний // Надёжность инструмента и оптимизация технологических систем: Сб. научных трудов. – Краматорск: ДГМА, вып. 27, 2010. – С. 20–29. 5. ГОСТ 831-75 Шариковые радиально-упорные однорядные подшипники.

123

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 2. Конструктивные параметры шпиндельной головки внутришлифовального станка 3А227П [2] 1 – корпус; 2 – шпиндель; 3 – комплексные подшипниковые узлы из подшипников 36206К, расположенных тандемом; 4 – шкив на заднем конце шпинделя шлифовальной головки; 5 – шлифовальный круг 1А1 40×10×16×3

Табл. 1. Упругие перемещения переднего конца шпинделя внутришлифовального станка 3А227П при различных значениях радиальной составляющей силы резания Составляющие силы реза1/3 допуска 6- 1/3 допуска 6- 1/3 допуска 7- 1/3 допуска 7Упругое перемения, Н го квалитета на го квалитета на го квалитета на го квалитета на № п/п щение конца отв. Ø 20 мм, отв. Ø 100 мм, отв. Ø 20 мм, отв. Ø 100 мм, Радиальная Тангенцишпинделя δ, мкм мкм мкм мкм мкм Py, Н альная Pz, Н 1 20 6 4,1 2 40 12 8,3 3 60 18 12,4 4,3 7,3 7 11,6 4 80 24 16,6 5 100 30 20,7

124

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОМЕТРИИ И КИНЕМАТИКИ ВИНТОВЫХ РОТОРНЫХ НАСОСОВ И ДВИГАТЕЛЕЙ Якупов А. У., руководитель – Бабичев Д. Т.(ТИУ, г. Тюмень,РФ) В современных машинах нефтегазовой отрасли широко применяют объемные гидравлические насосы (рис.1) и двигатели (рис.2), которые основываются на трехзвенных механизмах с двумя вращательными и одной высшей парой. В связи с возросшей потребностью бурения нефтяных и газовых скважин в условиях сложных грунтов, а так же с увеличением в доле перекачки высоковязкой и высокозастывающей нефти актуальными становятся разработки дальнейшего совершенствования конструкций винтовых роторных двигателей [1] (ВРД) различного назначения. Особую актуальность приобретают разработки, направленные на создание новых и совершенствования существующих конструкций винтовых роторных насосов и двигателей. Такие работы проводятся в Тюменском индустриальном университете несколькими группами исследователей, которые занимаются разными аспектами геометрии, прочность и износостойкостью.

Рис. 1. Винтовой роторный насос

Рис. 2. Винтовой роторный двигатель

Для совершенствования ВРД необходимо изучение характеристик и параметров всех классов конструкций таких машин. Для этого было систематизированы и классифицированы плоские трехзвенные механизмы с двумя вращательными и одной высшей парой охватывающие, по возможности, все особенности кинематики и геометрии (рис.

3). К механизмам, представленным в классификации, создаются на основе работы [2] математические и вычислительные модели, предназначенные для анализа геометрии, кинематики, сил и энергетики роторных гидро- и пневомомашин, применяемых в нефтегазовой отрасли. В статье рассматриваются механизмы с постоянным шагом винтов, к которым относятся роторные насосы и двигатели. На (рис. 4–6) представлено 3 возможных вида роторных гидро-пневмомашин. Отличительной особенностью механизмов (рис. 4–6) в том, что профиль трехзубового звена на пологом участке является огибающей к профилю двухзубого звена внутреннего зацепления, на участке его окружности вершин. Разработаны и отлажены программы для моделирования геометрии и кинематики всех видов механизмов на (рис. 4–6). В докладе демонстрируется работа этих программ.

125

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 3. Систематизация и классификация плоских трехзвенных механизмов.

126

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 4. Схема №1 – неподвижное звено с внешними «зубьями»

Рис. 5. Схема №2 – оба «зубчатых» звена вращаются

Рис. 6. Схема №3 – неподвижное звено с внешними «зубьями» Выводы: созданы математические модели и компьютерные программы, позволяющие рассчитывать координаты точек исходного профиля ротора, определять координаты точек профиля статора, находить точки касания профилей ротора и статора, вычислять радиусы кривизны профиля ротора. Ведутся работы по расширению перечня решаемых задач: силовой динамический и энергетический анализ работы двигателей и насосов; влияние геометрических параметров ротора и статора на условия их контактного взаимодействия, влияющего на износостойкость и ресурс рабочих органов, опорных узлов и соединений ротора. Список литературы: 1. Балденко Д. Ф., Балденко Ф. Д., Гноевых А. Н. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие. – М.: Недра, 1999. – 375 с. 2. Бабичев Д. Т. Развитие теории зацеплений и формообразования поверхностей на основе новых геометро-кинематических представлений. Автореферат докторской диссертации. – Тюмень: ТюмГНГУ. – 2005. – 47 с.

127

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ УДК 621.9.08:002.3(075.8) РАДИОПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СТЫКОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА Бутенко В. И., Кирейко А. А. (кафедра ТМ, ПИ ДГТУ, г. Таганрог, Россия) Аннотация: Разработан радиополяризационный метод контроля напряжённодеформированного состояния материала сварных стыков металлических труб большого диаметра и его структуры на базе одноканального сверхвысокочастотного интроскопа с механическим сканированием и приведены результаты его экспериментального исследования. Ключевые слова: сварной стык, прочность, околошовная зона, контроль, интроскоп, радиосигнал, напряжения. К сварным стыкам металлических труб, широко используемых при перекачке воды, газа или нефти, предъявляются высокие требования прочности и коррозионной стойкости, которые во многом зависят от технологических напряжений в материале сварного шва и околошовной зоны. На кафедре механики Южного Федерального университета совместно с учёными Донского государственного технического университета (г. Ростов-на-Дону) и Ростовского государственного университета путей сообщения разработан способ повышения прочности и коррозионной стойкости сварных стыков металлических труб, сущность которого состоит в комбинированном упрочнении материала сварного шва и околошовной зоны [1–3]. Для его осуществления было разработано и предложено к внедрению устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков, которое прошло полевые испытания при сварке металлических труб диаметром от 80 см и более [1]. Основой для разработки способа повышения прочности и коррозионной стойкости сварных стыков труб и устройства для его осуществления явилось известное положение о том, что при сварке деталей из железоуглеродистых сплавов в материале шва в процессе кристаллизации возникают существенные растягивающие напряжения, под воздействием которых возможно образование кристаллизационных (горячих) трещин. Одновременно в процессе сварки при нагреве материала в околошовной зоне изменяется структура основного металла, что может привести к образованию околошовных (холодных) трещин или переходу его в хрупкое состояние. Металл сварного шва по химическому составу и структуре заметно отличается от металла свариваемых труб, что также приводит к изменению прочностных характеристик сварного стыка. Наличие в материалах сварочного стыка различных по знаку напряжений и изменённой структуры способствует его коррозии, приводящей к коррозионному растрескиванию и разрушению шва. Разработанное устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра позволяет в 2–3 раза увеличить коррозионную стойкость сварного шва и на 20–30% повысить его прочность. Однако подконтрольная эксплуатация сварных стыков труб показала, что упрочнение сварного стыка происходит неравномерно из-за большого первоначального разброса термических напряжений, возникших в процессе сварки. В связи с этим возникла необходимость в предварительном контроле напряжённо-деформированного состояния материала сварного стыка и корректирования режимов его последующей упрочняющей

128

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ обработки. Такой контроль может быть сплошным или проводиться выборочно по итогам проведённых исследований. Практика показывает, что наиболее приемлемым для контроля напряжённодеформированного состояния материала сварных стыков металлических труб большого диаметра и его структуры является радиополяризационный метод, который рекомендуется использовать для неразрушающего контроля внутренней структуры и состояния радиопрозрачных материалов [4]. Так как информация о внутренней структуре материала содержится в амплитуде, фазе и характере поляризации отражённой или прошедшей радиоволны, то был разработан одноканальный сверхвысокочастотный (СВЧ) интроскоп с механическим сканированием, который устанавливается на обойме устройства для комбинированного упрочнения материала сварного шва и околошовной зоны и включается по мере необходимости. Принципиальная схема СВЧ интроскопа с механическим сканированием приведена на рис. 1. Сверхвысокочастотные электромагнитные колебания, образуемые в генераторе 2 и модулированные по низкой частоте через фидерный тракт подводятся к излучаемой антенне 9. Соосно с ней расположена приёмная антенна 10. Они образуют канал, зондирующий сварной стык трубы 1.

Рис. 1. Принципиальная схема одноканального СВЧ интроскопа с механическим сканированием Принятый сигнал после детектирования и усиления по низкой частоте поступает в блок 13 и далее на датчик управления радиолучом 15 и механизм сканирования 14. Отличительной особенностью разработанного одноканального СВЧ интроскопе с механическим сканированием является то, что при помощи его одновременно зондируется достаточно большой по площади участок сварного стыка, а многоэлементный отбор информации достигается за счёт механического сканирования поверхности сварного шва и околошовной зоны. При этом датчик 15 обеспечивает сканирование радиолуча синхронно с антеннами 9 и 10. Разработанная конструкция одноканального СВЧ интроскопа даёт на выходе радиосигнал, прошедший через две толщины сварного шва, расположенных противоположно друг другу. Поэтому степень напряжённо-деформированного состояния материала сварного шва при использовании одноканального СВЧ интроскопа может быть оценена, в основном, качественно (рис. 2). Тем не менее, полученные сигналы позволяют откорректировать режимы и места упрочнения

129

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ материала сварного шва и околошовной зоны с целью обеспечения равномерности упрочнения, например, путём изменения количества проходов упрочняющего инструмента или силы воздействия его на обрабатываемую поверхность сварочного стыка.

Рис. 2. Пример принимаемых радиосигналов на блоке визуализации Проведены экспериментальные исследования разработанного одноканального СВЧ интроскопа, который был установлен на устройстве для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб диаметром 80 см. Было установлено, что вероятность одновременного расположения участков сварных стыков с изменённым напряжённо-деформированным состоянием на двух противоположных сторонах свариваемой трубы менее 0,05. Частота зафиксированного радиосигнала f оказалась в определённой зависимости от напряжения материала сварного шва σс.ш., которая может быть выражена следующей формулой: f  C f  ca.ш. , где коэффициент Сf и показатель степени а зависят способа сварки, материала свариваемых труб, их размеров и других факторов, определяемых для конкретных случаев. С помощью одноканального СВЧ интроскопа удалось получить графики распределения напряжений по поперечному сечению сварного соединения, которое схематично показано на рис. 3. Как показали результаты исследований, упрочнение материала сварочного стыка не только в 2 – 3 раза снижает величину термических напряжений, но и перераспределяет их по зонам сварного соединения: на участках 4 – 7 термические напряжения растяжения переходят в напряжения сжатия, за счёт чего снижается вероятность образования околошовных трещин. Одновременно было установлено, что использование одноканального СВЧ интроскопа позволяет при небольших дополнительных затратах времени создавать сварные соединения с практически одинаковым распределением напряжений не только в одном сварочном

130

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ стыке, но и по всей длине свариваемой трубы. Это даёт возможность с вероятностью 0,95–0,98 гарантировать надёжную работу сварной трубы в заданных условиях эксплуатации.

Рис. 3. Распределение напряжений σс.ш. по зонам поперечного сечения сварного соединения: 1 – наплавленный металл; 2 – зона сплавления; 3 – участок перегрева; 4 – участок нормализации; 5 – участок неполной перекристаллизации; 6 – участок рекристаллизации; 7 – основная структура металла; кривая 1 – распределение напряжений σс.ш. после сварки: кривая 2 – распределение напряжений σс.ш. после упрочняющей обработки Таким образом, радиополяризационный контроль сварных стыков металлических труб большого диаметра и разработанный для этого одноканальный СВЧ интроскоп совместно с упрочняющей обработкой сварного шва и околошовной зоны позволяют повысить прочность и коррозионную стойкость сварных соединений, гарантированно обеспечив их надёжность и безопасность в течение установленного срока службы. Список литературы: 1. Бабичев, А. П. Повышение стойкости сварных соединений [Текст] / А. П. Бабичев, В. И. Бутенко, А. Н. Чукарин, Л. В. Гусакова. // Упрочненяющие технологии и покрытия. – 2014. – №6. – С. 3 – 6. 2. Патент РФ на полезную модель №1520288 Устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра /. Бутенко В. И., Бабичев А. П., Гусакова Л. В. – Бюлл. №12, 2015. 3. Патент РФ на полезную модель №1520288 Устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра /. Бутенко В. И. – Бюлл. №19, 2016.

4. Егоров, С. Н. Методы контроля изделий в машиностроении [Текст]: учеб. пособие / С. Н. Егоров, А. Г. Схиртладзе, Е. А. Косова. – Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2004. – 154 с.

131

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНОЙ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ СТАЛИ 45 Калайда К. А., Сидорова Е. В. (ФИММ, кафедра ТМ, гр. ИТМ-15маг, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел.: +380939811724, E-mail: morgundn.ua@mail.ru Аннотация. В данной статье описана методика прогнозирования стойкости твердосплавной режущей пластины при обработке резанием стали 45 на базе термомеханического анализа и экспериментальных исследований. Данная методика позволяет не только прогнозировать стойкость пластины, что особенно актуально в условиях работы на металлорежущих станках с ЧПУ, но и находить пути увеличения производительности и снижения себестоимости обработки резанием. Ключевые слова: режущий инструмент, износ, термомеханическое нагружение, стойкость, обработка резанием. Введение Моделирование технологических процессов и процесса резания, в частности, в настоящее время активно развивается. Совершенствование компьютерной техники открыло широкие возможности для имитационного моделирования рабочих процессов механической обработки методом конечных элементов. С 1998 года организация CIRP ежегодно проводит конференции «CIRP International Workshop on Modeling of Machining Operations», где рассматриваются современные достижения ведущих лабораторий мира в области моделирования процессов механической обработки резанием [1]. Из публикаций этой конференции можно выделить, хоть и условно, следующие три направления современных исследований в области моделирования процессов резания. Создание моделей и исследование их точности. Работы в этом направлении посвящены теоретическим аспектам создания моделей процесса резания. Исследование рабочих процессов. Работы в этом направлении посвящены исследованию конкретных рабочих процессов различных видов обработки резанием с помощью ранее разработанных моделей и имеют своей целью выявление с помощью моделирования новых, прежде неизвестных закономерностей рабочих процессов. Оптимизация рабочих процессов. Работы в этом направлении содержат результаты поиска оптимальных параметров рабочих процессов в заданных условиях. В направлении исследования рабочих процессов резания были приведены результаты таких исследований [1]: 1) стружкообразование при высоких и сверхвысоких скоростях резания; 2) обрабатываемость труднообрабатываемых материалов; 3) точности обработки; 4) образование заусенцев; 5) тепловые поля в зоне резания, в том числе и при шлифовании; 6) влияние СОТС на процесс резания; 7) остаточные напряжения обработанной поверхности; 8) динамика и устойчивость процесса резания, в том числе и в замкнутой технологической системе «станок – приспособление – инструмент – деталь»;

132

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ 9) микрорезание и резание с малыми отношениями толщины среза к радиусу округления режущей кромки. В направлении оптимизации рабочих процессов можно выделить пять тем: 1) оптимизация режущего инструмента по прочности; 2) оптимизация 5-осевой обработки; 3) оптимизация режущего инструмента из условий стружкодробления; 4) оптимизация управляющих программ с ЧПУ; 5) оптимизация процессов резания с дополнительным подводом энергии. Целью данной работы является разработка методики прогнозирования стойкости режущей пластины на основе термомеханического моделирования. Для этого необходимо решить следующие задачи: – разработать методику прогнозирования режущей пластины на базе термомеханического моделирования; – разработать модель термомеханического нагружения режущей пластины; – разработать методику установления регрессионной зависимости стойкости от термомеханического нагружения.

1. Методика прогнозирования стойкости режущей пластины на базе термомеханического моделирования Общие представления о механике стружкообразования можно коротко охарактеризовать схемой, приведенной на рис. 1.

Рис. 1. Физическая модель процессов в зоне стружкообразования

133

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Известно, что процесс преобразования срезаемого в стружку слоя в общем случае представляет собой процесс направленного разрушения материала заготовки лезвием путем создания напряженно–деформированного состояния (НДС) в срезаемом слое и заготовке, сопровождающийся упругими и пластическими деформациями, образованием трещин и дальнейшим разрушением, который в зависимости от состояния обрабатываемого материала в заданных условиях резания может быть или вязким, или хрупким [2]. При этом лезвие непосредственно контактирует как со срезаемым слоем, так и со стружкой и заготовкой. Это приводит к возникновению контактных процессов (трения) на его поверхностях, а в области возле режущей кромки - застойной зоны, которая при определенных условиях может превратиться в нарост. Для получения термомеханических характеристик в зоне резания необходимо построить модель в программной среде SIMULA/Abaqus. При разработке модели учитываются:  геометрические параметры;  режимы резания;  термомеханические характеристики обрабатываемого материала;  режущий материал, геометрия инструмента, законы поведения обрабатываемого материала при больших деформациях;  тепловые и механические законы контактного взаимодействия. Это позволяет получить информацию о термомеханических параметрах:  контактных нормальных напряжениях;  контактных касательных напряжениях;  контактных температурах. Полученные результаты численного моделирования нагружения режущей пластины при обработке резанием, прежде всего, объясняются чувствительностью обрабатываемого материала к эффекту наклепа, температуре и скорости деформации, а также характером трибологического взаимодействия обрабатываемого материала с режущей пластиной.

2. Создание термомеханической модели Термомеханическая имитационная модель состоит из модуля входных данных, описывающего начальные условия обработки, модуля моделирования и модуля выходных данных [3]. В модуль входных данных входят: физико-механические свойства обрабатываемого материала и режущего инструмента; коэффициенты Джонсона-Кука; геометрические параметры режущего инструмента; значения параметров трибологического и теплового взаимодействия контактирующих поверхностей. В данной модели в качестве обрабатываемого материала используются сталь 45 и режущая пластина Т15К6. В таблице 1 приведены физико-механические данные для стали 45, где: Т – температура, °С; Е – модуль упругости первого рода, МПа; α – коэффициент температурного (линейного) расширения, 1/°С; λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С); ρ – плотность материала, кг/м3; с – удельная теплоемкость материала, Дж/(кг·°С).

134

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Таблица 1. Физико-механические характеристики стали 45 Т, °С Е∙10-5, МПа α∙106, 1/°С λ, Вт/(м·°С) ρ, кг/м3

с, Дж/(кг·°С)

20

2

7826

100 200 300

2,01 1,93 1,9

11,9 12,7 13,4

48 47 44

7799 7769 7735

473 494 515

400 500

1,72

14,1 14,6

41 39

7698 7662

536 583

14,9 15,2

36 31

7625 7587

578 611

27 26

7595

720 708

600 700 800 900

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 3 функции [4]



  A  B 

n

m          0    1  C  ln   1    0    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 [4]. Значения параметров закона поведения стали 45 при больших деформациях Джонсона-Кука представлены в таблице 2. Таблица 2. Константы для конститутивной модели Джонсона-Кука стали 45 [5] θ0 A, MПa B, MПa C n m ε0, с-1 θf 553,1

600,8

0,0134

0,234

1

135

7500

1460

20

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ В качестве режущего инструмента используется твердосплавная пластина Т15К6, которая имеет следующие параметры: передний угол γ = 0°; задний угол α = 7°; главный угол в плане φ = 45°, вспомогательный угол в плане φ1 = 45°. Режущая кромка пластины закруглённая. Модуль Юнга для данного материала Е=522 ГПа. Коэффициент Пуассона для Т15К6 составляет 0,21. Режим резания необходимо выбирать из матрицы рассматриваемой области режимов резания. Расчет модели необходимо проводить для каждого значения данной матрицы. Закон контакта между поверхностью режущего инструмента и обрабатываемой поверхностью определяются совокупностью механических и тепловых явлений. Контактные механические явления описываются изотропной моделью трения Кулона:

t     n ; t     n , где σt, σn – составляющие вектора контактного напряжения, μ – средний коэффициент трения [4]. Исходя из рисунка 2 средний коэффициент трения для пары сталь 45/Т15К6 – 0,4.

Рис. 2. Влияние скорости трения υ на коэффициент трения μ при трении всухую по стали 45: 1 – сталь Р18; 2 – твердый сплав ВК8; 3 – сплавы Т15К6, Т30К4, Т60К6 Контактные тепловые явления представляются коэффициентом распределения теплового потока, образующегося на границе контакта обрабатываемого материала и режущего инструмента. Граничные условия задаются на основе Произвольного подхода Лагранжа-Эйлера [7]. 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 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

136

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ описано в зависимости от следующего отношения физических характеристик двух материалов [7]  g 1  g 2



1  1  c p1  ,   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.  g 1  g 2

 0,46

 g 1  0,46  g  2 0,46  g  2   g  2  1,46  g 1 1,46  g  2  1  g  2  0,68

Коэффициент распределения теплового потока согласно отношению Вернотта для пары Т15К6/сталь 45 – 0,74, из этого следует, что 68 % теплового потока на границе контакта обрабатываемого материала и режущей пластины направленно в сторону обрабатываемого материала.

3. Получение регрессионной зависимости стойкости от термомеханического нагружения В модуле выходных данных необходимо рассчитать регрессионную зависимость стойкости от термомеханического нагружения. Значение стойкости мы получаем на основе экспериментальных исследований. Стойкость оценивается согласно ISO 3685 «Испытания на стойкость токарных резцов» [8] по критическому значению износа по задней поверхности VBB = 0,3 мм, что непосредственно влияет на размерную точность обрабатываемой поверхности [3]. А значения термомеханического нагружения (контактного нормального напряжения σ, контактного касательного напряжения τ и контактной температуры θ), которые условно приведены в таблице 3, являются результатом имитационного моделирования. Таблица 3. Условные значения термомеханического нагружения в зависимости от скорости резания υ и подачи s V V1 V2 V3 S S1

(σ, τ, θ)11

(σ, τ, θ)12

(σ, τ, θ)13

S2

(σ, τ, θ)21

(σ, τ, θ)22

(σ, τ, θ)23

S3

(σ, τ, θ)31

(σ, τ, θ)32

(σ, τ, θ)33

137

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Построим СЛАУ

 ln T11   k  x  ln  11   y  ln  11   z  ln 11 ; ln T   k  x  ln    y  ln    z  ln  ; 12 12 11  12  ln T11   k  x  ln  11   y  ln  11   z  ln 11 ;     ln T11   k  x  ln  11   y  ln  11   z  ln 11 , где k, x, y, z – коэффициенты уравнения регрессии. Из СЛАУ нам необходимо вычислить коэффициенты уравнения регрессии, что позволит установить зависимость стойкости режущего инструмента от термомеханического нагружения

T  , ,   e k  xln   y ln   z ln   . Заключение Благодаря представленной методике можно прогнозировать стойкость режущей пластины на основе термомеханического моделирования, что особенно актуально в условиях работы на металлорежущих станках с ЧПУ. Методика может быть также использована для нахождения путей увеличения производительности и снижения себестоимости обработки резанием, при этом сокращается объём экспериментальных исследований, что позволяет значительно снизить затраты на проведение таких исследований. Список литературы: 1. Моделирование процессов резания методом конечных элементов: методологические основы: монография / Д. В. Криворучко, В. А. Залога; Под общ. ред. В. А. Залоги. — Сумы: Университетская книга, 2012. — 496 с.

2. Верещака, А. С. Резание материалов. Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: учеб. для техн. вузов. / А. С. Верещака, B. C. Кушнер. — М.: Высшая школа, 2009. – 536 с. 3. Сидорова, Е. В. Прогнозирование стойкости твердосплавной режущей пластины с PVD-покрытием / Е.В. Сидорова // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. – Донецк: ДонНТУ, 2016. – № 4(55) – С. 80–85. 4. Сидорова, Е. В. Разработка термомеханической модели процесса резания стали ШХ15 / Е. В. Сидорова, К. А. Калайда // Инженер: студенческий научнотехнический журнал. – Донецк: ДонНТУ, 2014. – № 1(17)–2(18). – С. 61–64. 5. Özel, T. Identification of constitutive material model parameters for high-strain rate metal cutting conditions using evolutionary computational algorithms / T. Özel, Y. Karpat // Materials and Manufacturing Processes. – Taylor & Francis Group, LLC, 2007. – No 22. P. 659–667. – doi: 10.1080/10426910701323631. 6. Механическая обработка закаленных сталей / Л. М. Резницкий. – М.: Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1958. – 398 с.

7. Pantalé, O. Modélisation et simulation tridimensionnelles de la coupe des métaux: thèse présentée pour obtenir le grade de docteur: mécanique / Pantalé Olivier; Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tarbes. – Soutenue 10.07.96. – Tarbes, 1996. – 177 p. 8. ISO 3685. Essais de duree de vie des outils de tournage a partie active unique. Decembre 1993. – AFNOR, 1993.– 55 p.

138

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ Кузькина В. А., Сидоренко А. А., Рыбинская Т. А., Шаповалов Р. Г. (каф. Механики, ИРТСУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Успешная деятельность конкурентоспособных предприятий в современных экономических условиях, неразрывно связана с качеством выпускаемой ими продукции (рис. 1). В своем исследовании мы рассматриваем продукцию машиностроительных предприятий. Машиностроительная продукция в первую очередь интересна своей комплексной составляющей. Можно сказать, что продукция машиностроительных предприятий суммирует в себе качественные характеристики изделий смежных отраслей и, обрабатывая их, производит свою продукцию со своим уровнем качества. На приобретенном у машиностроительных предприятий оборудовании заказчики (предприятия смежных отраслей) непосредственно изготовляют продукцию, удовлетворяющую потребности каждого человека и общества в целом. Следовательно, уровень качества продукции машиностроения объединяет в себе уровни качества продукции добывающих отраслей и непосредственно влияет на уровень качества продукции перерабатывающих отраслей (например, отрасли пищевого производства).

Конкурентоспособность продукции

Качество продукции

Затраты в сфере потребления продукции

Цена продукции

Качество сервиса продукции

Рис. 1 Качество выпускаемой ими продукции В связи с этим особый интерес вызывают факторы, которые могут повлиять на качество машиностроительной продукции. На качество продукции машиностроения влияет достаточно факторов различной природы. За счет влияния этих факторов качество машиностроительной продукции либо улучшается, либо ухудшается. Рассмотрим более подробно факторы, влияющие на качество машиностроительной продукции (рис. 2). Маркетинг играет ведущую роль в определении требований, предъявляемых к качеству машиностроительной продукции. Он должен: определять потребность рынка в машиностроительной продукции; точно определять рыночный спрос и область реализации, так как это важно для оценки сортности, качества, количества, цены и сроков производства машиностроительной продукции; давать четкое определение требований потребителя на основе постоянного анализа контрактов или потребностей рынка; эти действия включают учет любых не установленных нужд или тенденций со стороны потребителей; четко информировать в рамках компании о всех требованиях,

139

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ предъявляемых потребителем к качеству машиностроительной продукции. Влияние маркетинга на качество выпускаемой машиностроительным заводом продукции заключается в обеспечении предприятия информацией о требованиях предъявляемых заказчиком к качеству продукции.

Факторы Внутренние (внутрифирменные) обстоятельства дисциплина оборудование технологии метрологическое обеспечение испытательная база технический контроль система организационная структура

Человеческий фактор квалификация опыт профессионализм поощрения активность и инициатива обмен передовым опытом

Внешние условия требования рынка качество поставленного сырья и материалов ритмичность поставок от смежников правовое обеспечение качества необходимость оценки и подтверждения качества инвестиции, поддержка государства требовательность контроля и надзора уровень конструкторских разработок

Рис. 2. Факторы, влияющие на качество машиностроительной продукции Для постоянного мониторинга требований к качеству продукции маркетинг должен разрабатывать систему информационного контроля и обратной связи. Вся информация, относящаяся к качеству машиностроительной продукции анализируется, сравнивается и доводится до сведения службы качества завода. На основе использования данной информации определяется характер объема проблем, связанных с качеством машиностроительной продукции (рис. 3). Также стоит отметить, что при разработке новых видов машиностроительной продукции, требования к качеству, предъявляемые заранее заказчиком, часто показаны с точки зрения «качества» и не определенны количественно. В таких случаях при помощи маркетинга производится совместная разработка требований к изделию в сотрудничестве с потенциальным пользователем (например, пробное использование продукции, оценка качества и повторение процесса отгрузки образцов) разработку проектов технологических процессов, отвечающих требованиям качества машиностроительной продукции. Для проверки соответствия технических характеристик эксплуатируемого оборудования, уровню качества выпускаемой на нем машиностроительной продукции, необходимо проводить постоянные технический контроль и испытания, предусматривающие проверку соответствия. Области и частота проведения проверок зависят от значения характеристик и простоты проверки на данной стадии

140

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ производства. В общем, проверка должна производиться как можно ближе к точке, где контролируемая характеристика влияет на качество машиностроительной продукции. Рассмотрев вышеизложенные факторы, влияющие на качество машиностроительной продукции, мы предлагаем следующую классификацию, учитывающую деление данных факторов на две группы 1. Факторы, формирующие качество машиностроительной продукции: производственный, инжиниринговый, материально-технического снабжения.

2. Факторы, обслуживающие качество машиностроительной продукции: маркетинг; послепродажное обслуживание; погрузочно-разгрузочные работы; авторский надзор и обратная связь с рынком; монтажные и шефмонтажные работы.

1. Маркетинговые исследования рынка

8. Маркетинговые исследования продукции (корректировка, модернизация)

2. Разработка технологических требований к продукции

7. Эксплуатация и потребление

3. Подготовка производственного процесса

6. Техническое и сервисное обслуживание

4. Производство продукции

5. Распределение и реализация продукции

Рис. 3 Проблемы, связанные с качеством машиностроительной продукции Таким образом, при учете всех факторов, влияющих на качество продукции машиностроения, можно добиться создания структуры предприятия, обеспечивающей выпуск конкурентоспособной продукции. Список литературы: 1. Кане М. М., Суслов А. Г., Горленко А. А. Управление качеством продукции машиностроения: учебное пособие. – М.: Машиностроение, 2010.

– 416 с. 2. Гличев А. В. «Новвоведения, маркетинг и управление качеством» // «Стандарты и качество», № 10, 1995.

141

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ ГИДРОАБРАЗИВНАЯ РЕЗКА МАТЕРИАЛА Лыков А. В., Голубов Н. В., Горобец И. А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@fimm.donntu.org Первые упоминания об использовании водной струи для решения различных технических задач появились более ста лет назад. Около 1870 года эта технология начала применяться в золотодобыче. В последующие за этим годы она получила стремительное развитие [1]. Применение этой технологии обусловливается некоторыми специфическими преимуществами: – процесс резки является холодным, что не несет с собой термических изменений в структуре обрабатываемых материалов; – при резке возможны минимальные зазоры между вырезаемыми деталями, что позволяет самым оптимальным образом использовать обрабатываемый материал; – при гидро- и гидроабразивной резке рез может начинаться и заканчиваться непосредственно на материале обработки; – возможно как двухмерное, так и пространственное ведение резки; – инструмент – водная струя – работает в любом направлении. Плотности энергии чистой водной струи недостаточно для обработки многих технических материалов. В соответствующих применениях к водной струе примешиваются твердые частицы. Это позволяет и резать материалы, которые не могут быть порезаны только водой, и вообще значительно повышать производительность резки по сравнению с резкой чистой водой. Процесс резания состоит в эрозионном воздействии высокоскоростной водяной струи и твердых абразивных частиц на обрабатываемый материал. Правда, вода при этом выполняет лишь функцию носителя. В основе гидроабразивного метода лежит комбинированный механизм резки, хрупкого и усталостного разрушения и местного оплавления. Резка осуществляется за счет определенного количества отдельных «съемов» материала, вызываемых ударением в него твердых частиц. Скорость процесса эрозии зависит от кинетической энергии и формы частиц, угла атаки потока, механических свойств разрезаемого материала [2]. Сфокусированная водяная струя с абразивом постепенно и с постоянной скоростью вводится в заготовку и прорезает в ней узкую щель. В направлении, противоположном направлению резки, постепенно образуется изогнутая фронтальная поверхность резания (рис. 1). Угол между неискаженной водяной струей с абразивом и поверхностью резания постепенно увеличивается. В результате этого водяная струя с абразивом все больше и больше отклоняется в направлении, противоположном направлению резки. Вследствие своей более ярко выраженной инертности твердые частицы более не способны перемещаться вместе с несущей струей. Таким образом, происходит разделение струи и обеспечивается локализация процесса съема материала. Съем производится лишь на небольшом отрезке фронтальной поверхности резания, при этом на поверхности резания образуется первая ступень (рис. 2). Угол отклонения на поверхности ступени постепенно увеличивается, под ступенью удаляется все меньше и меньше материала (рис. 3). Ступень довольно быстро «вдавливается» в заготовку до тех пор, пока ударяющиеся частицы больше не смогут производить съем материала. По мере смещения ступени вниз снова образуется ровная фронтальная поверхность

142

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ резания (рис. 4). Первоначальное состояние снова восстановлено. Затем выше процесс повторяется с самого начала.

Рис. 1. Изогнутая фронтальная поверхность резания, образуемая под воздействием струи: 1 – направление резки

Рис. 2. Начало образования ступени

Рис. 3. Завершение образования ступени: ступень смещается вниз

Рис. 4. Восстановление исходного состояния

В качестве абразива используются остроконечные измельченные минералы, такие, как песок граната или оливин, с величиной зерна от 0,1 до 0,3 мм. В зависимости от применения количество используемого абразива составляет от 100 до 500 г/мин. Так же, как и при резке только водой, давление струи при гидроабразивной резке достигает 400 MПa. Диаметр струи лежит между 0,6 и 1,2 мм. Области применения распространяются, прежде всего, на обработку твердых материалов, а также на изготовление усложненных контуров. В частности можно упомянуть следующие примеры применения [1]: ● обработка высококачественных сталей, в частности сплавов на основе никеля; ● обработка легких и цветных металлов, а также любых толстолистовых металлов (до 100 мм); ● резка стекла, бронированного стекла (триплекса, пожаробезопасного), акрилового стекла; ● нарезка декоративных деталей из натурального камня, например гранита или мрамора; ● обработка материалов для авиационной и космической промышленности, таких, как толстостенные, волокнисто-усиленные пластмассы и сплавы титана; ● обработка любого типа пластмасс, пеноматериалов;

143

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ ● обработка комбинированных материалов, материалов с покрытием; Ориентировочные скорости резки (мм/мин) для различных материалов и их толщин приведены в таблице 1 [2]. Таблица 1. Ориентировочная скорость резки Толщина, мм Материал 5 10 15 20 25 Мрамор 6000 2700 1200 1,300 700 Гранит 4000 1800 1200 800 500 Стекло 6500 3000 2000 1400 700 Алюминий 2800 1200 600 700 500 Титан 1.300 600 350 300 200 Нерж. сталь 1200 500 250 220 150 Стеклопластик 4500 2200 1200 800 400 Углепластик 5500 2200 1200 750 350

50 450 300 500 200 100 70 300 250

100 150 100 160 70 30 25 100 80

С увеличением скорости резки максимально достигаемая глубина уменьшается (рис. 5), а понижение этой скорости приводит к улучшению качества поверхности. Для каждого вида и толщины обрабатываемого материала можно подобрать оптимальные значения скорости, давления и количества абразива. Оптимальное количество абразива зависит от материала, количества используемой для резки воды и степени износа абразивного сопла. Если добавляется слишком малое количество абразива, эффективность гидроабразивной резки (ГАР) значительно снижается. Излишне большое количество абразива приводит к тому, что частицы не могут беспрепятственно покидать место реза, в щели образуется «подушка» из абразивных частиц, и эффективность обработки также снижается (рис. 6).

Рис. 5. Зависимость максимально достижимой глубины резания от скорости резки

Рис. 6. Усредненная зависимость максимальной толщины реза от количества абразива в струе

Разделительная резка может выполняться на скорости, составляющей 80–100% от максимальной. Качественной резке обычно соответствует скоростной диапазон в 33– 65%, тонкой резке – в 25–33%, прецизионной резке – в 10–12,5% от максимальной скорости [3]. Вид поверхности реза в зависимости от скорости резки показана на рис.7

144

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Рис. 7. Вид поверхности реза в зависимости от скорости резки К недостаткам водно-абразивной резки относятся:  существенно меньшая скорость разрезания стали малой толщины по сравнению с плазменной и лазерной резкой;  высокая стоимость оборудования и высокие эксплуатационные затраты (характерно и для лазерной резки), обусловленные расходом абразива, электроэнергии, воды, заменами смесительных трубок, водяных сопел и уплотнителей, выдерживающих высокое давление, а также издержками по утилизации отходов;  повышенный шум из-за истечения струи со сверхзвуковой скоростью (характерно и для плазменной резки). Сравнение параметров гидроабразивной резки с кислородной, плазменной и лазерной резкой приведено в табл.2 [3]. Таблица 2. Сравнение параметров гидроабразивной резки с кислородной, плазменной и лазерной резкой. Параметр Диапазон разрезаемых материалов Типичная ширина реза (мм) Качество

Характеристика водно-абразивной резки по отношению к кислородной плазменной лазерной очень сильно сильно еще шире превосходит превосходит больше (при резке гораздо меньше меньше водой сопоставимая) очень сильно сильно превосходит превосходит превосходит

Зона термического влияния

гораздо меньше

гораздо меньше

меньше

Ограничение по максимальной толщине металла

уступает

превосходит

значительно превосходит

Производительность резки тонкой уступает стали (до 6 мм. без пакетной резки)

существенно уступает

существенно уступает

Стоимость оборудования

гораздо выше

выше

сопоставимая

Стоимость обслуживания

выше

сопоставимая

сопоставимая

Список литературы: 1. http://www.glasstools.ru/files/1145/Maximator_Jet_waterjet.pdf.

2. http://www.rmo.ru/ru/nmoborudovanie/nmoborudovanie/2006-3/22_27_OTA_03_06.pdf.

3. http://www.osvarke.com/gidroabrazivnaya-rezka.html.

145

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА В РАБОТЕ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И СПОСОБОВ ЕГО УСТРАНЕНИЯ Лыков А. В., Лахин А. М. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38(062)3050104; E-mail: tm@fimm.donntu.org Аннотация. В работе рассмотрены вопросы снижения шума в работе зубчатых передач. Выполнен анализ причин возникновения шума и вибраций в работе зубчатых передач, определены основные конструкторские и технологические методы его уменьшения. Ключевые слова: зубчатая передача, шум, износ.

1. Введение Одним из важнейших эксплуатационных показателей работы зубчатых передач является шум их работы. В наибольшей степени повышенная шумность зубчатых передач характерна для высокоскоростных и тяжелонагруженных передач, и данный показатель в большинстве случаев также характеризует надежность и долговечность механизма с зубчатыми колесами.

2. Основное содержание и результаты работы Уровень шума зубчатых колес зависит от многих факторов, главными из которых являются точность зубчатого зацепления, а также инерционные и жесткостные параметры системы. Погрешности зацепления являются возбудителями вынужденных колебаний, а инерционные и жесткостные параметры определяют собственные колебания системы. Вследствие разности фактических шагов ведущего и ведомого колес, возникают удары сопряженных зубьев в момент входа их в зацепление [2]. Это вызывает колебательный процесс. Сила удара находится в прямой зависимости от разности шагов зацепления и окружной скорости. Поэтому при возрастании скорости вращения валов с зубчатыми колесами, возрастает и интенсивность шума. Другой причиной вибраций и шума зубчатых передач является мгновенное изменение жесткости зубчатого зацепления при переходе от двухпарного зацепления зубьев к однопарному, а также мгновенное изменение силы трения, действующей между рабочими профилями зубьев в полюсе зацепления. Это вызывает распространение вибрации от зубчатых колес ко всем деталям механизма зубчатой передачи и возникновение звуковых волн. При рассмотрении различных форм пятна контакта зубьев можно выделить следующие характерные случаи (рис.1).

Рис.1 Формы пятна контакта пар зубьев

146

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ При форме пятна контакта, представленной на рис.1, а, зубчатая передача издает тихий шелест и низкое гудение, практически на увеличивающееся с ростом окружной скорости. В данном случае нагрузка распределяется равномерно по зубьям, и передача считается годной. При форме пятна контакта (рис. 1, б), без нагрузки слышен шелест, а код нагрузкой вой, увеличивающийся с ростом окружной скорости. Передачи с формой пятна контакта показанной на рис. 1,в, при работе без нагрузки издают мелкий стук, перерастающий в вой и частый перемежающийся стук. В случае (рис.1, г) передача издает частый перемежающийся стук, перерастающий с вой. Как видно из форм пятна контакта, возникновению шума способствуют также погрешности обработки базовых отверстий корпуса зубчатой передачи, что вызывает перекосы валов и подшипников при монтаже зубчатой передачи. Это вызывает результаты, аналогичные погрешностям окружного шага и направления зуба [1]. Исходя из причин возникновения шума в работе зубчатых передач, можно определить основные способы его снижения, среди которых выделим конструктивные и технологические методы. К конструктивным методам можно отнести методы связанные с совершенствованием конструкции зубчатых колес, которые позволяют устранить удары и вибрации при зацеплении пар зубьев. Для повышения плавности в работе зубчатой передачи целесообразно использовать косозубые, шевронные и колеса с криволинейным зубом вместо прямозубых. Такие зубчатые передачи позволяют каждому зубу входить в зацепление не сразу по всей длине, как правило с ударом, а постепенно, плавно, вызывая упругие микродеформации участков зуба, компенсирующие погрешности окружного шага и направления зуба. Переход от прямозубой к косозубой или криволинейной форме зуба позволяет снизить уровень шума на 10–12 дБ. Если конструкция зубчатой передачи по какой либо причине не позволяет применение косо- или криволинейной формы зуба, снижения шума можно достичь за счет модификации формы зуба. Здесь можно выделить два способа: продольная модификация и модификация формы профиля зуба. Продольная модификация заключается в плавном изменении размеров сечения зуба по его длине, и чаще всего сводится к применении зубьев бочкообразной формы. В таких зубчатых колесах ширина зуба уменьшается от середины к краям зубчатого венца. Это позволяет уменьшить влияние перекоса зубьев вследствие непараллельности осей валов и погрешностей направления зуба, при этом шум зубчатой передачи снижается на 3-4 дБ. Модификация формы эвольвентного профиля зуба чаще всего сводится к фланкированию головки и ножки зуба – направленном удалении части профиля зуба для более равномерного расположении зубьев на колесе и уменьшения ошибок основного шага. Это позволяет упростить монтаж зубчатых колес в передаче и уменьшить влияние деформации зубьев при работе под нагрузкой. В результате фланкирования контакт зубьев вне линии зацепления заменяется на теоретически правильный контакт по линии зацепления, в результате чего увеличивается пятно контакта зубьев и снижается уровень шума зубчатой передачи. Также известно, что одним из факторов определяющих способность зубчатой передачи гасить колебания является материал колеса. За счет замены хотя бы одного зубчатого колеса передачи на колесо из пластмассы можно значительно снизить уровень шума, что в наибольшей степени достигается для высокоскоростных передач, на резонансных режимах работы а также при повышенных нагрузках. Существенно снизить шумность несиловых передач можно за счет применения сталей с низкой поверхностной твердостью, металлических порошков и т. п. Хорошей комбинацией в зубчатой передаче является использование шестерни из стали повышенной твердости и

147

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ шлифованными зубьями с колесом из более мягкой стали и шевингованными зубьями. Для более бесшумной и плавной работы зубчатой передачи при постоянных условиях нагружения следует назначать минимальный модуль зубчатых колес [3]. Это увеличивает торцовый и осевой коэффициенты перекрытия, повышая плавность работы и снижая вибрации в зацеплении. При этом, вследствие уменьшения сечения основания зуба, входящего в зацепление уменьшается уровень допускаемых нагрузок на зуб. Для компенсации этого недостатка следует увеличивать делительный диаметр, ширину зубчатого венца, использования многопарного зацепления и т. д. Шум передачи также можно снизить за счет обеспечения коэффициента перекрытия зубьев равного целому числу. Испытания показали, что коэффициент перекрытия 2,0 обеспечивает наиболее бесшумную работу передачи. На шумность зубчатой передачи влияет нагрузка на зубья. При увеличении коэффициента нагрузки, снижается динамическая нагрузка в зацеплении. При этом увеличиваются упругие деформации в зацеплении, компенсируя неизбежные погрешности шага зубьев, повышается плавность работы передачи и снижается уровень шума. Кроме того на шумность влияет конструкция и материал корпуса зубчатой передачи, который должен препятствовать распространению звука в окружающую среду. Как правило, литые корпуса лучше демпфируют колебания чем сварные. Качество смазочного материала также определяется их способностью демпфировать колебания. Более вязки смазочные материалы обеспечивают более бесшумную работу, однако снижая при этом КПД зубчатой передачи. Тип подшипников валов зубчатых колес также влияет на шумность работы передачи. Подшипники качения, работая с масляной пленкой при высоких скоростях, обеспечивают более бесшумную работу зубчатой передачи, имея при этом, однако, значительно большие потери на трение по сравнению с подшипниками качения. Поэтому подшипники качения рекомендуется использовать в высокоскоростных передачах. Среди технологических методов снижения шума в работе зубчатых передач рассмотрим основные технологические операции отделочной обработки зубьев. Как рассматривалось ранее, основное влияние на шум зубчатой передачи оказывает точность и качество поверхностей зубьев. Уменьшение шума зубчатой передачи для незакаленных зубчатых колес наиболее эффективно можно обеспечить шевингованием. При этом значительно уменьшаются погрешности окружного шага, направления зуба и отклонения профиля зуба. Для закаленных зубчатых колес наиболее эффективным и производительным методом борьбы с шумом является зубохонингование, обеспечивающее снижение шума передачи на 2–4 дБ. Зубошлифование обеспечивает наиболее высокую точность параметров зубчатого венца и наименьший уровень шума передачи. Однако данный метод наименее производителен.

3. Выводы В целом в ходе исследовании установили что основным источником шума в работе зубчатой передачи являются удары и вибрации возникающие вследствие неточности элементов зубчатой передачи. Определили основные конструкторские и технологические методы уменьшения шума в работе зубчатой передачи. Список литературы: 1. Кудрявцев В. Н. Зубчатые передачи. – М.: «Машгис», 1957. – 263 с. 2. Косарев О. И. Способы снижения возбуждения и вибраций в прямозубом зацеплении. / О. И. Косарев // Вестник машиностроения. – 2001. -№4. С. 8– 14. 3. Рудницкий В. Н. Влияние геометрических параметров зубчатых колес на шум в зубчатых передачах / В. Н. Рудницкий. Сб. ст. «Вклад ученых и специалистов в национальную экономику»/ БГИТА – Брянск, 2001. – с .125–128.

148

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ УДК 621.9.62 ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ЗА СЧЕТ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ Писарева А. Г., Гусев В. В. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк) Тел.: +38 (071) 3242191;E-mail:dudnic@inbox.ru Тел./Факс: +38 (066) 3086754; E-mail:msmo@fimm.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье рассмотрено определение фактической скорости снятия припуска и определение динамических свойств станка. Ключевые слова: шлифование, точность, подача, датчик, структурная схема, устойчивость, быстродействие.

1. Введение Повышение точности металлорежущих станков невозможно без глубокого и всестороннего изучения процессов, протекающих при их работе. Поскольку станки в процессе эксплуатации подвергаются внешним и внутренним воздействиям, в них неизбежно возникают явления, приводящие к изменению их характеристик и снижению точности обрабатываемых заготовок. Шлифование в центрах является сложным многокомпонентным процессом, на который оказывают влияние многие факторы. Основными из них являются изменение точности станка, тепловые деформации, упругие колебания, вибрации, износ шлифовального круга и др. [1]. При резании в механизмах круглошлифовального станка выделяется тепло от собственных источников. Точность формы заготовок также во многом зависит от колебательных процессов, определяющихся, с одной стороны, векторной суммой амплитуд этих колебаний, а с другой – абсолютной и относительной жесткостью узлов и опорных стыков в станке [2]. При этом конкретный станок будет иметь свои значения собственных частот, и в случае появления возмущений на этих частотах точность обработки будет наименьшей из-за резонансных явлений. Таким образом, для управления формообразованием необходимо разработать модели влияния технологических параметров системы «станок–инструмент–заготовка» на точность шлифования. Закономерности образования погрешности формы целесообразно исследовать с помощью математических моделей, отражающих основные свойства реальных процессов и устанавливающих связь между силовымвходными и упругимивыходными воздействиями. Это позволит решать сложные аналитические задачи и найти оптимальную стратегию управления, учитывающую конкретный станок и производительность при заданной или максимально достижимой точности обработки. При врезном шлифовании необходимо обеспечить управление процессом за счет регулирования врезной подачи так, чтобы на всех этапах цикла шлифования фактическая скорость снятия припуска не превышала допустимой. На этапе врезания допустимая скорость снятия припуска обычно ограничивается мощностью привода главного движения, допустимым уровнем вибраций, размерной стойкостью шлифовального круга. На заключительной стадии цикла допустимая скорость снятия припуска ограничивается допустимой глубиной дефектного слоя, требуемой шероховатостью поверхности детали и точностью обработки. Итак, уровни скорости

149

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ поперечной подачи на разных этапах шлифования различаются, поэтому для реализации оптимального цикла врезного шлифования необходимо управлять врезной подачей по определенному закону. С этой целью современные шлифовальные станки оснащаются устройствами ЧПУ с системой автоматического управления поперечной (врезной) подачей. Цель работы и задачи исследования. Определение фактической скорости снятия припуска и определение динамических свойств станка. Основное содержание работы. Для достижения поставленной цели была построена имитационная модель круглошлифовального станка 3М153Ф2 при врезном круглом шлифовании в программе MatlabSimulink. САУ, представленная на рис.1, работает следующим образом. От устройства ЧПУ сигнал управления U3 врезной подачей шлифовального станка, который отвечает в определенном масштабе значению необходимой скорости снятия припуска, поступает на сравнивающее устройство (СУ). На второй вход СУ поступает сигнал от дифференцирующего усилителя ДУ в виде напряжения U0, пропорционального фактической скорости снятия припуска, полученного от индуктивного измерительного прибора ИП. Результирующий сигнал от сравнивающего устройства δU через цифроаналоговый преобразователь (УП) подается на электродвигатель (ЭД). Электродвигатель через коробку передач выполняет поперечную подачу на станке обеспечивающую скорость снятия припуска в соответствии с принятым в ЧПУ алгоритмом управления. Врезная подача VВ преобразуется в фактическую скорость снятия припуска VФ в ходе реализации многопроходного процесса резания в замкнутой технологической системе станка. [3] Для выполнения анализа основных связей между процессом обработки и элементами станка необходимо разработать структурную схему шлифования. При этом шлифовальный круг и шлифовальная бабка связаны между собой множеством прямых и обратных связей, сложность которых не позволяет выделить их отдельно в функциональной схеме, представим как единое звено. С учетом того, что управляемым объектом является врезное шлифование, управляющим воздействием – поперечная подача VВ, возмущением – заданная скорость снятия припуска (глубина резания), регулируемым параметром – сила резания разработаем структурную схему круглого наружного врезного шлифования в пакете программы MatlabSimulink, позволяющей наблюдать за параметрами процесса и выявлять характер их изменения во времени.

Рис. 1. Функциональная схема САУ Определим передаточные функции звеньев САУ.

150

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Усилитель-преобразователь комплексного регулируемого электропривода состоит из преобразователя переменного тока большой мощности на базе тиристорных или транзисторных элементов и описывается уравнением:

где – постоянная времени и коэффициент усилителяпреобразователя; – выходное и входное напряжения соответственно.

Электродвигатель постоянного тока с учетом электромагнитных процессов описывается дифференциальным уравнением второго порядка:

где постоянные времени;

–

электромагнитная

и

электромеханическая

– коэффициент передачи двигателя; – напряжение питания якоря; – угловая скорость.

Механический редуктор коробки подач без учета зазоров, моментов инерции, крутильных жесткостей описывается уравнением:

где

– угловая скорость выходного и входного вала соответственно; – суммарный коэффициент передачи редуктора и винт-гайки; Процесс шлифования можно упрощенно представить передаточной функцией, которая отвечает апериодическому звену 1-го порядка:

где – коэффициент передачи; =0,5 с – постоянная времени. Измерительный прибор – устройство, предназначенное для выработки электрического сигнала в виде напряжения, пропорционального физической величине на входе, описывается следующим уравнением:

151

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

где

– коэффициент передачи измерительного прибора; – входной измерительный физический параметр. Дифференцирующий усилитель описывается следующим уравнением: где – постоянная времени и коэффициент передачи (усиления) дифференцирующего усилителя; Подставив числовые значения в передаточные функции, получим структурную схему САУ, в разомкнутой системе обратная связь отсутствует:

Рис. 2. Структурная схема САУ. В САУ можно выделить прямой канал регулирования – от задающего сигнала U3 до составляющей Р силы резания и канал обратной связи – от Р до напряжения U0, поступающего на элемент сравнения. Для определения устойчивости определим передаточное отношение САУ.

Критерий Найквиста – частотный критерий, позволяющий по виду амплитуднофазовой частотной характеристики разомкнутой системы оценить устойчивость работы замкнутой системы. АФЧХ может быть получена экспериментально или аналитически. Если разомкнутая система устойчивая, то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от 0 до ∞ не охватывала точку с координатами -I, j0. Если АФЧХ разомкнутой системы проходит через точку с координатами -I, j0, то система будет находится на границе устойчивости. По переходной характеристике определяем, что время переходного процесса (быстродействие) составляет перерегулирование отсутствует (рис. 3). Анализ показывает, что система является неустойчивой, поскольку график в разомкнутом состоянии охватывает критическую точку с координатами [-1;0] и не выполняется требование по быстродействию (рис.4). Для стабилизации системы и повышения точности повысим коэффициенты передачи в прямой цепи регулирования, примем значение коэффициентов усиления преобразователя kу.п.=2 и усилителя kу=50.

152

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Рис. 3. График переходной функции разомкнутой системы

Рис. 4. Годограф частотной передаточной функции разомкнутой системы

Согласно новым коэффициентам были получены следующие графики в среде моделирования MatlabSimulink, которые показаны на рисунках 5 и 6.

Рис. 5. График переходной функции разомкнутой системы с измененными параметрами

Рис. 6. Годограф частотной передаточной функции разомкнутой системы с измененными параметрами

По переходной характеристике определяем, что время переходного процесса (быстродействие) составляет перерегулирование отсутствует. По результатам построения плана Нейквиста видно, что система устойчива.

153

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Для построения переходной характеристики рассчитываем передаточную функцию САУ в замкнутом рабочем состоянии:

График переходной характеристики и годограф частотной передаточной функции приведены соответственно на рисунках 7 и 8.

Рис. 7. График переходной функции замкнутой системы

Рис. 8. Годограф частотной передаточной функции замкнутой системы

По переходной характеристике определяем: – время переходного процесса (быстродействие) – относительное перерегулирование 0 %.

2. Заключение Имитационное моделирование системы круглошлифовального станка позволяет подбирать соотношения параметров обработки, обеспечивающих минимальные величины относительного перерегулирование и быстродействия.Это позоляет улучшить динамические свойства технологической системы обработки деталей на круглошлифовальном станке. Список литературы: 1. Ломова, О. С. Точность обработки деталей на круглошлифовальных станках / О. С. Ломова, С. М. Ломов, А. П. Моргунов. – М.: Технология машиностроения, 2011. – 176 с. 2. Кохликян, С. А. О некоторых особенностях колебаний круглошлифовального станка / С. А. Кохликян, Б. С. Баласанян // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: сб. науч. тр.

– 2008. – № 36. С. 76–81. 3. Петраков Ю. В., Драчев О. И. Теория автоматического управления технологическими системами: учебное пособие для студентов вузов. – М.: Машиностроение, 2008. – 380 с. УДК 621.825 ОСОБЕННОСТИ СМАЗКИ ЗУБЧАТЫХ МУФТ

154

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Польченко В. В., Романенко Р. П. (каф. «Технология машиностроения», ДонНТУ, г. Донецк) Повышение долговечности деталей машин задача комплексная, которая решается на стадии проектирования изделия, его изготовления и эксплуатации [1]. В условиях эксплуатации повышение долговечности деталей машин достигается также применением смазочных материалов по физическим и химическим свойствам соответствующих условиям работы пар трения. Параметры трения между зубьями муфты не обеспечивают создание устойчивого масляного клина [2, 3]. Поэтому для снижения износа в процессе трения должны непрерывно создаваться разделительные вторичные структуры, экранирующие непосредственное взаимодействие твердых тел. Существует несколько видов вторичных структур. Первым видом вторичных структур являются граничные слои смазки, адсорбированной трением. Другие виды вторичных структур связаны с превращением металла. Основными факторами, влияющими на образование вторичных структур, являются: степень активизации тонких поверхностных слоев металла в процессе деформирования, адсорбционная и химическая активность смазки и состав газовой среды. Максимальный эффект функционального назначения смазочной среды достигается при применении масел с присадками. При этом возникает возможность управления процессами трения и износа, создание устойчивого протекания процесса. Основным моментом для зубчатых муфт в повышении долговечности является устранение схватывания I рода. Устранение этого крайне нежелательного вида износа достигается на основе одновременного использования поверхностно-активных свойств смазок и их способности к химическому взаимодействию с металлами. Износ зубчатых муфт обусловлен наличием в зоне контакта зубьев реверсивного проскальзывания зубьев с различными амплитудами и частотами, определяемыми смещением валов и скоростями вращения муфты. За время одного оборота муфты на зубьях реализуется период реверсивного скольжения, возникают значительные переменные контактные и изгибные напряжения. При этом возникают процессы интенсивной пластической деформации тонких поверхностных слоев сопряженных тел их интенсивное взаимодействие со средой или между собой. При определенных условиях это приводит к возникновению разрушительных процессов на поверхностях зубьев – схватыванию. Большое количество возможных конструктивных и эксплуатационных факторов, а также вариантов их сочетания, затрудняет выбор и рекомендации оптимального вида смазки для зубчатых муфт. Для каждой конкретной конструкции муфты и условий работы существует определенный вид смазки. При высоких скоростях относительного скольжения контактирующих зубьев, значительной вязкости масла и благоприятных геометрических параметрах зубьев возможен гидродинамический режим трения. Для тяжело нагруженных муфт имеет место условия граничного смазочного режима. При этом ведущую роль играют физическое и химическое воздействие смазки на поверхность трения. Кроме этого, условия граничной смазки имеют место во всех зубчатых муфтах при пуске и остановке агрегатов независимо от режима смазки, установившегося при нормальной работе. Режим граничной смазки сопровождается повышенным износом поверхностей зубьев. Однако, интенсивность износа при этом в несколько раз меньше, чем при трении без смазки.

155

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ При высоких скоростях относительного перемещения контактирующих зубьев, значительной вязкости масла и благоприятных геометрических параметрах зубьев возможен гидродинамический режим трения. Для тяжелонагруженных муфт имеет место условия граничного смазочного режима. При таком режиме большую роль играют свойства граничной пленки, сопровождающиеся взаимодействием смазки с металлическими поверхностями. При выбранных режимах работы общие требования к эксплуатационным свойствам масел следующие. Масла должны способствовать минимизации нормального механохимического износа, обладать хорошей проникающей способностью в зону трения и устранять процессы схватывания контактирующих поверхностей. Наибольшее применение находят консистентные смазки солидол Усс-1 ГОСТ 4366-80 и смазка графитовая ГОСТ 333-80. Характерной особенностью солидола является то, что он не растворяется в воде и не смачивается ею. Смазка графитовая ГОСТ 333-80 представляет собой масло, приготовленное из жирных синтетических кислот и содержащее в своем составе 10% графита. Изучение поверхностей зубьев муфт, работающих в среде графитовой смазки, при увеличении 50х показало следующее. При малых нагрузках поверхности, смазанные графитовой смазкой, имеют большее количество царапин и следов повреждаемости абразивного характера. При больших нагрузках износ увеличивается, но поверхность трения почти не имеет царапин, что указывает на реализацию механохимического износа. При смазке трущихся поверхностей солидолом характер износа иной, чем при графитовой смазке. На поверхности трения сохраняются следы технологической обработки. При увеличении нагрузки на поверхности трения появляются риски, характерные для процесса схватывания и износ резко увеличивается. Полученные различия в величине и характере износа можно объяснить тем, что графит, входящий в состав смазки имеет большое количество механических примесей с абразивными свойствами. Эти абразивные частицы вызывают резкое увеличение износа трущихся поверхностей при малых и средних нагрузках. При высоких нагрузках графитовые частицы смазки разрушаются и лучше проявляют свои смазочные свойства. Наибольший противоизносный эффект проявляют масла с присадками серы, хлора и фосфора. Но каждая из названных присадок хорошо работает при определенной температуре в зоне трения, управлять которой при работе зубчатой муфтой невозможно. Поэтому эти присадки могут применяться ограниченно только для тех механизмов, которые работают в стабильном режиме. Список литературы: 1. Крагельский И. В., Михин Н. М. Узлы трения машин. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.). 2. Польченко В. В. Способы повышения долговечности зубчатых муфт / В. В. Польченко, В. А. Богуславский // «Донбасс 2020: наука и техника производству» Сб. трудов IV научно-технической конференции. Донецк: ДонНТУ, 2008. С. 216–220. 3. Польченко В. В. Долговечность зубчатых муф / В. В. Польченко, Ф. А. Сапаров //Машиностроение и техносфера ХХІ века: Сб. трудов международной научно-технической конференции в г. Севастополе, 14–19 сентября 2009 г. в 4-х т.– Донецк: ДонНТУ,2009. – С. 153–156. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ ЗА СЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЗЕРВОВ

156

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Помазан Т. В., Рыбинская Т. А. (кафедра механики ИРТСУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Качество продукции – это совокупность свойств, обусловливающих ее пригодность к потреблению, ее способность удовлетворять своему назначению. Каждой вещи, изделию, виду продукции присущи свои особые свойства, характеризующие их качество. Качество машиностроительной продукции – важнейшая категория, определяющая уровень развития предприятия (рис. 1). Технологические свойства Эксплуатационные свойства

Дизайн Качество продукции

Уровень стандартизации и унификации Уровень надежности и долговечности

Параметрические свойства

Рис. 1. Качество машиностроительной продукции Отечественные обрабатывающие предприятия используют продукцию машиностроения (в качестве технологического оборудования). На многих промышленных предприятиях оборудование изношено и требует замены на новое, более прогрессивное. В связи с этим машиностроительный комплекс в стране должен развиваться на инновационной основе, а повышение качества машиностроительной продукции на данном этапе может осуществляться на основе использования резервов. Машиностроительная продукция в процессе ее эксплуатации физически изнашивается и морально устаревает, а использование резервов позволяет восстанавливать ее качество. При разработке проблем формирования и поддержания качества продукции большую роль сыграли труды зарубежных авторов: В. Деминга, Д. Джурана, К. Исикавы, Ф. Кросби, Г. Тагути, А. Фейгенбаума, Дж. Харрингтона и работы отечественных ученых: Ю. П. Адлера, Л. М. Бадалова, Д. С. Львова, А. В. Гличева, И. И. Мазура и др. Но в их работах, к сожалению, не уделено особого внимания повышению качества машиностроительной продукции как технологического оборудования перерабатывающих отраслей за счет использования эксплуатационных резервов в период ее эксплуатации потребителями. Поэтому актуальными задачами данного исследования являются: – выявление сущности и содержания эксплуатационных резервов повышения качества машиностроительной продукции; – исследование жизненного цикла качества машиностроительной продукции с учетом физического и морального износов. Машиностроительная продукция служит в процессе эксплуатации по нормам амортизации обычно 8–12 лет, а фактически больше. За время использования снижаются технические и качественные характеристики машиностроительной продукции. Для поддержания ее в работоспособном состоянии и повышения качества необходимо использовать эксплуатационные резервы.

157

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Формирование качества машиностроительной продукции проходит в две стадии. На первой стадии (проектирование и производство) происходит формирование качества машиностроительной продукции. Затем машиностроительная продукция поступает на перерабатывающие производства, где она используется в качестве технологического оборудования и требует постоянного внимания по поддержанию качества. В процессе использования в производственном процессе машиностроительная продукция подвергается физическому износу, интенсивность которого зависит от агрессивности среды и условий эксплуатации. С момента появления новых, более производительных машин происходит моральный износ. Поэтому процесс воспроизводства качества машиностроительной продукции очень сложный, в котором, с одной стороны, действует физический и моральный износы, снижая качество, а, с другой стороны, используются эксплуатационные резервы повышения качества технологического оборудования. При этом одним из резервов повышения качества машиностроительной продукции в процессе ее эксплуатации во многом, является квалификация обслуживающего персонала. Качество продукции машиностроительной продукции складывается из нескольких составляющих: качества сырья и материалов, качества литья, качества полуфабрикатов со стороны и комплектующих изделий, качества обработки деталей, качества сборки, упаковки и транспортировки, качества монтажа и наладки, качества эксплуатации машин и оборудования. В общем виде качество машиностроительной продукции можно рассматривать как систему, элементами которой являются качество материалов, технологий, комплектующих изделий и качество труда. Под эксплуатационными резервами нами понимаются потенциальные возможности, использование которых позволяет поддерживать качество машиностроительной продукции путем устранения физического и морального износов. Эксплуатационные резервы многочисленны и в общем виде их можно классифицировать на материальные и моральные, технологические, технические, социальные, финансовые, кадровые, организационные и др. К эксплуатационным резервам повышения качества машиностроительной продукции можно отнести: технологические изменения, непрерывный контроль характеристик качества технологического оборудования, взаимодействие всех служб предприятия по содержанию и эксплуатации оборудования и партнерские отношения с поставщиками и потребителями продукции, подготовка и переподготовка кадров по обслуживанию оборудования, перепроектирование конструкторской документации и проведения модернизации на основе мониторинга и использования тенденций в машиностроении с устранением физического и морального износов с продлением жизненного цикла. Более детальная классификация позволяет использовать эксплуатационные резервы по этапам жизненного цикла машиностроительной продукции, используемой в качестве орудий труда в перерабатывающих производствах. При этом эксплуатационные резервы можно поделить на две группы: постоянного действия (мониторинг качества, изучение тенденций в машиностроении и др.), а также циклические, используемые периодически (перепроектирование, сервисное обслуживание и др.). Эксплуатационные резервы можно классифицировать по направлениям использования (по объектам управления) и по выполняемым видам работ. В структуре методологии существуют следующие принципы воспроизводства качества машиностроительной продукции: научность, непрерывность, целостность,

158

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ технологичность, мотивации. К инструментам воспроизводства качества оборудования можно отнести: маркетинг, стандартизацию, функционально-стоимостной анализ, перепроектирование конструкторской документации. При принятии управленческих решений по использованию эксплуатационных резервов может быть использована методика определения остаточной стоимости качества машиностроительной продукции в процессе ее эксплуатации. Данная методика позволяет определять остаточную степень качества как остаточную стоимость машины и включает в себя такие этапы, как: определение величины физического износа; определение степени износа; оценка остаточной стоимости качества; определение относительной остаточной величины качества; расчет величины морального износа качества; определение остаточной величины качества с учетом морального износа и определение остаточной величины качества с учетом действия физического и морального износов. Если полученная величина не очень большая или получается отрицательная, значит, машина полностью потеряла свое качество и воспроизводству не подлежит, а ее дальнейшая эксплуатация не эффективна. Если машина утратила большую часть стоимости и требует капитального ремонта с модернизацией, то необходимо проведение проектных работ с целью устранения не только физического, но и морального износа машины с наделением (по необходимости), дополнительными функциями. Одним из важнейших направлений модернизации техники, наряду с технологическими, экономическими, социальными проблемами, является экологическая проблема. Для повышения качества продукции немаловажным является обеспечение всех видов работ и продукции качественными ресурсами: сырьем, материалами, топливом, энергией, технологиями, квалифицированные кадрами. Анализ эволюции концепций формирования и поддержания качества позволил сделать выводы, что современная концепция поддержания качества машиностроительной продукции должна базироваться на следующих основных функциях: планирование использования эксплуатационных резервов поддержания качества машиностроительной продукции путем устранения физического и морального износов; внедрение технологических изменений с целью сокращения технологических операций и вывода высвобождаемого оборудования из технологической цепи, что способствует снижению издержек производства; вовлечение в процесс внедрения изменений всех участников, чье сотрудничество потребуется при внедрении изменений. Таким образом, предложения по поддержанию качества машиностроительной продукции могут быть сформулированы следующим образом: для поддержания качества машиностроительной продукции в процессе ее эксплуатации необходимо использовать эксплуатационные резервы (технологические, организационные, экономические и др.) и обеспечить необходимый потребителем уровень качества и безопасности на весь период ее использования в качестве технологического оборудования в перерабатывающих производствах. При этом необходимо учитывать фактор времени. Список литературы: 1. Басовский Л. Е., Протасьев В. Б. Управление качеством: Учебник. – М.: ИНФРА – М, 2007. – 212 с. 2. Варакута С. А. Управление качеством продукции: Учебное пособие. – М.: ИНФРА – М, 2007. – 207 с. 3. Огвоздин В. Ю. Управление качеством: уч. пособие. – СПбГИЭА, 2008.

159

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ ВЫБОР ТИПА ШЛИФОВАНИЯ ПРИРОДНОГО КАМНЯ Чижевская А. Б., Горобец И. А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@fimm.donntu.org Аннотация. Выполнен анализ основных видов шлифования природного камня. Приведены основные виды инструмента для обработки камня шлифованием. Поставлены задачи повышения производительности шлифования природного камня. Ключевые слова: камень природный, шлифование, круг шлифовальный, производительность. Природный камень, благодаря своим физико-механическим свойствам, основным из которых является минимальный коэффициент температурного расширения, широкое распространение получил в промышленности. Природный камень используется в промышленности для изготовления плит и оснований контрольно-измерительных приборов, станин и направляющих станков, валков бумагоделательных машин, травильных ванн и др. Основными этапами обработки природного камня являются распил заготовки на мерные плиты, черновое и чистовое шлифование, а также полировка. Среди перечисленных этапов обработки камня наиболее трудоемким является шлифование [1]. Именно поэтому, вопрос повышения производительности шлифования природного камня, на сегодняшний день, является актуальным. В соответствии с характером воздействия на камень при шлифовании рабочий процесс может быть классифицирован на две группы: периферийное и торцевое, рис.1.

Рис.1. Виды шлифования природного камня Периферийный инструмент влияет на обрабатываемую поверхность своей периферийной частью и имеет цилиндрическую форму. В этом случае ось вращения инструмента параллельна, рабочей поверхности, а площадь контакта его с камнем незначительна, рис.2. Торцевой инструмент, рис.3, влияет на обрабатываемую поверхность своей торцевой частью. При этом ось вращения инструмента перпендикулярна поверхности, а площадь контакта резко увеличивается, поскольку в большинстве случаев она соответствует площади рабочего торца инструмента [2].

160

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Рис.2. Шлифование камня периферией круга

Рис.3. Виды шлифовальных кругов для торцового шлифования камня

При использовании торцевого метода шлифования по отношению к шлифование периферией круга возникает большая площадь контакта круга с заготовкой и, следовательно, большая производительность, равномерное распределение давления круга на поверхности заготовки, уменьшения тепловыделения, меньший процент брака по сколов кромок заготовки, меньше глубина дефектного слоя обеспечивают постепенную замену периферийного шлифования торцовым. При шлифовке торцом номинальные давления в зоне контакта на один-два порядка меньше, чем при периферийном. В резке участвует большое число зерен, причем путь резания каждого зерна за оборот круга значительно длиннее. Снижение давления круга на заготовку повышает качество поверхностного слоя керамической детали при одновременном повышении производительности шлифования. Но форма режущей кромки шлифовального инструмента при длительной обработке изменится. Это обстоятельство отражается и на режущей способности абразивного круга, а, следовательно, и на производительности технологического процесса шлифования. Одним из направлений повышения эффективности шлифования природного камня является поиск рациональной формы режущей кромки алмазных шлифовальных кругов. Выводы. Для шлифования природного камня с наибольшей производительностью рационально использовать специальные торцовые абразивные круги. Форма режущих кромок абразивных кругов при обработке камня изнашивается, что снижает производительность шлифования. Для повышения эффективности процесса шлифования режущие кромки абразивного инструмента должны иметь рациональную геометрическую форму. Список литературы: 1. Орлов А. М. «Добыча и обработка природного камня» М., 1977 г. – 257 c. 2. Обработка природного камня алмазным дисковым инструментом / Александров В. А.– Киев : Наук, думка, 1979 – 240 с.

161

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ УДК 621.923 ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА И ДЕФЕКТЫ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ Якимович Р. О., Ищенко А. Л. (гр. ИТМ-15м, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. В статье рассмотрены факторы и параметры при шлифовании, влияющие на качество поверхности. Ключевые слова: шлифовальный круг, прижоги, микро-, макрогеометрия, связка.

1. Введение Постоянный рост требований к качеству и точности рабочих поверхностей заставляет тщательнее исследовать и использовать технологические возможности методов окончательной обработки, наиболее распространенным из которых является шлифование, обеспечивающее допуск при обработке до сотых долей миллиметра, к тому же при обработке закаленных и специальных легированных сталей и сплавов это наиболее промышленно-приемлемый метод, а широко внедряемые современные материалы: керамика, армированные металлы и полимеры, многослойные металлы с неметаллическим покрытием, зачастую могут быть обработаны только при помощи шлифования. В отличие от других методов обработки со снятием стружки, при шлифовании невозможно наблюдать непосредственно процесс резания, поэтому крайне необходимо знать факторы, влияющие на качество и точность шлифования. Одним из таких факторов является связка. От качества связки зависит коэффициент использования потенциальных возможностей инструмента, область его применения, работоспособность, производительность и экономическая эффективность. Кроме того, состав связки определяет технологичность и сложность производства инструмента. Связка должна обеспечивать высокую режущую способность инструмента, наиболее полное использование абразивных зерен, малое тепловыделение, низкий коэффициент трения, способствовать снижению параметров шероховатости обработанной поверхности, исключать схватывание с обрабатываемым материалом. От связки зависит не только износостойкость инструмента, но и механизм резания, и характер взаимодействия с обрабатываемым материалом, сила и температура резания, структурное и напряженное состояние поверхностного слоя обработанного изделия, адгезионные и диффузионные явления в зоне резания.

2. Основное содержание и результаты работы Перед тем как выяснять влияние свойств связки инструмента на качество поверхности, определим параметры и факторы регламентирующие последнее. Под качеством шлифованной поверхности обычно понимают целый комплекс показателей, среди которых можно выделить геометрические (шероховатость, волнистость, форма и направление микронеровностей) и физико-механические, характеризующие состояние металла в поверхностном слое (прижоги, микротрещины, структурные превращения, остаточные напряжения и т. п.). Все эти показатели, в меньшей либо большей степени зависят от характеристик связки абразивного инструмента. Оценка геометрических параметров качества поверхности включает макрогеометрию, микрогеометрию и субмикрогеометрию. К макрогеометрии можно

162

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ отнести неровности на больших участках поверхности – овальность, огранку, волнистость. Шаг волны шлифованных поверхностей обычно находится в пределах от 0,8 до 6 мм, а высота – до 9 мкм, неровности с шагом от 0,2 до 0,06 длины окружности обрабатываемой поверхности считаются огранкой. К микрогеометрии относятся отклонения на участке примерно в 1 мм2 – шероховатость. Сюда же можно отнести единичные дефекты, возникающие в результате действия динамического нагружения – выступы (экструзии), впадины (интрузии), ямки (поры), устойчивые полосы скольжения. К субмикрогеометрии относятся неровности, обусловленные несовершенством внутреннего строения металла. Субмикроскопический рельеф рассматривается на участках поверхности от одного до нескольких микрометров. В соответствии с дислокационной теорией, каждое кристаллическое тело характеризуется определенным типом дислокаций и их плотностью. Поверхности реального кристаллического тела представляют собой сложную систему блоков, фрагментов зерен и выходов отдельных групп дислокаций. Дислокационная структура конкретного кристаллического тела на его поверхности реализуется в виде тонкой системы впадин и выступов. Физико-механические показатели качества характеризуют свойства поверхностного слоя, которые изменяются под влиянием комплексного воздействия силовых и температурных факторов в процессе абразивной обработки. Температура тончайшего поверхностного слоя металла в процессе шлифования изменяется в широких пределах – 300°…1150° [1], в зависимости от метода, режимов обработки, частоты колебаний шлифовального круга, его характеристик. Сложное напряженное состояние поверхностного слоя после абразивной обработки из-за воздействия силового и температурного полей приводит при определенных режимах тренияшлифования не только к разбросу показателей прочностных свойств, но и к целому ряду дефектов. Данные [2] дают основание считать, что в реальном процессе шлифования примерно 85–90% всех зерен не режет, а так или иначе пластически деформирует тончайший поверхностный слой, т. е. наклепывает его. Наклеп значительно повышал бы микротвердость, но этому противодействует явление возврата (отдыха), осуществляемого благодаря высокой температуре резания. Тем не менее при тонком шлифовании, а особенно при выхаживании эффект наклепа резко возрастает. За время обработки поверхность воспринимает большое количество силовых и температурных импульсов, величина которых варьируется в определенном диапазоне. При этом скорость охлаждения шлифуемом поверхности согласно [3], достигает порядка 800°…1000° в сек. Это обстоятельство является причиной возникновения шлифовочных трещин. На поверхности они образуются в виде прямых или кривых линий – линейные, а также сетчатые в виде многоугольников со сторонами от долей миллиметра. Глубина проникновения трещин может быть до 1 мм и более, располагаются поперек основного движения абразивного зерна, по глубине не перпендикулярно, а под некоторым углом (от 80 до 30°) к поверхности, причем возникают обычно в местах раздела разных структур. Некоторые настолько малы, что визуально не видны и для их выявления требуются специальные методы. Существуют подповерхностные трещины, обнаружить которые можно только при снятии с поверхности детали некоторого слоя металла. Нередкое явление при шлифовании – прижоги – местные изменения структуры поверхностного слоя, образующиеся в результате возникновения высоких мгновенных температур и сопровождающиеся изменением цвета участков поверхности. Прижоги

163

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ приводят к изменению физико-механических свойств: микроструктуры, микротвердости и остаточных напряжений, бывают: сплошные, пятнистые, однородные штриховые, циклические штриховые. По характеру изменения микроструктуры поверхностного слоя различают: прижоги отпуска – на поверхности детали в местах прижогов только отпущенный слой металла, микроструктура состоит из сорбита или троостита отпуска или смешанных структур; прижоги закалки с отпуском – в поверхностном слое мартенсит от вторичной закалки, расположен на мягкой основе отпущенного слоя, который дальше переходит в нормальную структуру. Важной характеристикой состояния тонких поверхностных слоев является их напряженное состояние. Остаточные напряжения возникают при изменении объема металла вследствие фазовых и структурных превращений в результате все тех же тепловых воздействий, вызывающих остаточную деформацию металла в локальных объемах поверхностных слоев. При шлифовании закаленных сталей в поверхностном слое чаще всего создаются остаточные напряжения растяжения, достигающие иногда значений 800…1000 МПа. Наличие растягивающих напряжений объясняется следующим. При локальных нагревах металл расширяется в пределах малой нагретой зоны. В то же время окружающий холодный металл оказывает сопротивление расширению нагретой зоны. В результате, по границам зоны возникают сжимающие напряжения, а в ее центре – растягивающие. При охлаждении нагретого участка до температуры основного металла, его объем сокращается, и по краям зоны возникают растягивающие, а внутри – сжимающие напряжения. Если величина напряжений превысит предел прочности, на поверхности появятся трещины. Из всего сказанного можно сделать вывод о значительной мере влияния температур, возникающих в зоне резания, и усилий прижима зерна на качество поверхностного слоя.

3. Заключение Одним из вариантов устранения рассмотренных выше дефектов при шлифовании может служить упругая связка абразивных кругов, которая является органической связкой. Органическая связка позволяет: амортизировать удар зерна о материал, тем самым существенно повысить стойкость инструмента; уменьшить напряженность теплового потока, вплоть до полного устранения прижогов; ликвидировать микрорастрескивание поверхностного слоя хрупких материалов; устранить разновысотность режущих профилей, т. е. заставить работать одновременно большее число зерен; уменьшить скорость засаливания рабочей поверхности инструмента; создать условие для самоочистки инструмента; увеличить время взаимодействия абразивного зерна с обрабатываемой поверхностью. Перечисленные преимущества делают подобный инструмент просто незаменимым на финишных операциях, от которых во многом зависит надежность и долговечность машины. Список литературы: 1. Маслов Е. Н. Теория шлифования материалов. − М.: Машиностроение, 1974. − 320 с. 2. Овсянников А. Н. Динамика шлифования и качество обработанной поверхности. – Алма-Ата, Казахстан, 1975. – 96 с. 3. Кулаков Ю. М. Предупреждение дефектов при шлифовании. – М.: Машиностроение, 1975. – 144 с.

164

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕХАНИЗМА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ Буртылева Н. С., Крышкина А. С., Рыбинская Т. А. (каф. механики, ИРТСУ ЮФУ, г. Таганрог, Россия) Для успешной работы предприятия необходимо выпускать конкурентоспособную продукцию. Поэтому на машиностроительных предприятиях много внимания уделяется качеству выпускаемой продукции. Эта проблема повышения качества продукции сейчас очень актуальна, так как одни номенклатурные позиции более конкурентны, другие менее, что оказывает непосредственное влияние на общий уровень качества выпускаемого технологического оборудования и как следствие на общий уровень конкурентоспособности машиностроительного предприятия тоже. Поэтому актуальным является процесс разработки механизма, позволяющего повышать качество машиностроительной продукции. Для этого необходимо постоянно проводить мониторинг номенклатуры выпускаемой машиностроительной продукции, с точки зрения качества, выделять и анализировать проблемные позиции, разрабатывать систему мероприятий по улучшению ситуации, изучать требования внешней среды к качеству оборудования, проводить постоянное изучение машиностроительной продукции конкурентов и т.д. Для повышения качества машиностроительной продукции, на предприятии необходимо провести мониторинг выпускаемого оборудования. И определить те номенклатурные позиции, по которым качество необходимо повышать. Анализ проводится для выделения в общей структуре товарного выпуска, продукции, за счет которой организация получает основную массу денежных поступлений. Так как недостатки в качестве данной категории продукции в первую очередь окажут влияние на экономическую ситуацию в организации. Одним из этапов при мониторинге номенклатуры является выбор материала оборудования. При выборе номенклатурной позиции машиностроительной продукции к которой необходимо применить механизм повышения качества, необходимо учитывать фактор, который показывает, как широко распространена данная номенклатурная позиция, выпускаемая машиностроительным предприятием на предприятиях определенной отрасли. Мониторинг номенклатуры продукции машиностроительного предприятия проводится по следующим факторам: определение удельного веса номенклатурной позиции технологического оборудования в общем объеме выпуска машиностроительного предприятия; определение основного материала, из которого выпускается машиностроительная продукция; дополнительные требования, зависящие от специфики машиностроительной продукции. В случае, когда определенная номенклатурная позиция отвечает вышеуказанным требованиям, она выбирается основой для реализации механизма повышения качества машиностроительной продукции. Следующим этапом реализации механизма является мониторинг требований объектов внешней среды к выбранной машиностроительной продукции. В первую очередь изучаются элементы, относящиеся к требованиям потребителя. Требования потребителя делятся на три основных элемента: элементы, относящиеся к техническому описанию машиностроительной продукции; элементы, относящиеся к технологическим требованиям машиностроительной продукции; элементы, относящиеся к общим требованиям потребителя к машиностроительной продукции. При разработке механизма повышения качества машиностроительной продукции

165

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ должны учитываться также требования, включающие юридические и нормативные аспекты. Одной из составляющих внешней среды любого машиностроительного предприятия являются конкуренты. Поэтому при реализации механизма повышения качества необходимо проанализировать продукцию конкурентов. Изучение машиностроительной продукции выпускаемой конкурентами должно происходить по аналогии с изучением собственной продукции, по следующим элементам, относящимся к техническому описанию, технологическим требованиям и требованиям потребителя к машиностроительной продукции. В зависимости от сегмента рынка определенного вида оборудования меняется специфика машиностроительной продукции. Следующий этап механизма заключается в определении параметров, влияющих на качество машиностроительной продукции, по которым потребитель в первую очередь оценивает ее качество. В зависимости от специфики выпускаемого технологического оборудования и требований рынка могут применяться следующие показатели: стоимость, производительность, срок изготовления, вес, уровень автоматизации, ремонтопригодность, коэффициенты расхода различных энергоносителей, другие показатели. Анализ качества машиностроительной продукции в конкурентных условиях проводится по трем основным направлениям: анализ выполнения планов повышения качества и обновления машиностроительной продукции; анализ технического уровня выпускаемой машиностроительной продукции; анализ качества машиностроительной продукции. Каждое из направлений характеризуется системой показателей. Направления и степень детализации анализа определяются характером производства и выпускаемой машиностроительной продукции. Содержание анализа определяется объектом исследования. На уровне предприятия основное внимание уделяется анализу выполнения планов повышения качества и обновления машиностроительной продукции, технического уровня машиностроительной продукции. А также необходимо проводить анализ технического уровня, анализ эксплуатационных показателей, анализ технологичности конструкции, анализ сдачи машиностроительной продукции, анализ производственного брака. Поэтому важным является необходимость разработки и использование интегрального показателя качества машиностроительной продукции. При этом набор частотных показателей качества не является универсальным и неизменным как для отдельных предприятий, так и для их подразделений, они определяются спецификой производства и характером выпускаемой машиностроительной продукции. После того как проведен анализ качества машиностроительной продукции, на основе полученной информации проводится сравнительный анализ показателей исследуемого предприятия и конкурентов. Сравнивать показатели рекомендуется в соответствии со следующими направлениями: конструкция; комплектующие; изготовление; инновации; производственные характеристики; эксплуатационные характеристики и другие показатели. Выбор показателей для сравнения зависит от специфики оборудования и производства. Проанализировав показатели, мы определяем те из них, по которым предприятие уступает конкурентам. Путем выбора показателей определен перечень слабых мест в системе качества предприятия. Поэтому следующим этапом работы механизма повышения качества является разработка системы мероприятий, улучшающих качество машиностроительной продукции на основе оптимизации выбранных показателей (рис. 1).

166

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Изучение рынка

Определение целей анализа конкурентоспособности

Сбор данных о конкурентах

Запросы потенциальных потребителей

Формулировка требований к изделию

Анализ проекта, оценка стоимости, определение рынка, сбыт изделий

Определение перечня параметров, подлежащих оценке

Выбор базы сравнения Определение группового по техническим параметрам

Определение группового по экономическим параметрам

Анализ нормативных параметров. Расчет группового показателя Анализ цены потребления

Расчет интегрального показателя Вывод о конкурентоспособности Разработка мер по повышению конкурентоспособности и оптимизации затрат Рис. 1. Система мероприятий, улучшающих качество машиностроительной продукции на основе оптимизации выбранных показателей В зависимости от перечня принятых к улучшению позиций и специфики предприятия система может влиять как на все, так и на отдельные факторы качества машиностроительной продукции. Контролируется процесс достижения заданного уровня по выбранным показателям качества продукции. Следующим этапом в реализации механизма повышения качества, является изучение влияния на рынок машиностроительной продукции с измененным качеством. Позитивная реакция рынка, выражается в увеличении доли продаж модернизированной продукции относительно предыдущего образца. Список литературы: 1. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. – М.: Машиностроение. 1989 – 296 с. 2. Технологические основы обеспечения качества машин./ Под ред. К. С. Колесникова. – М.: Машиностроение, 1990. – 256 с.

3. Федюкин В. К., Дурнев В. Д., Лебедев В. Т. Основы машиноведения. Методы оценки технического уровня машин. – СПб., СПбГИЭА, 1999. – 141 с

167

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ УДК 621.039(7+54) ЗАХОРОНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И РЕГИОНАЛЬНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОПЫТ (тема для дискуссии) Комлев В. Н. (Апатиты, пенсионер) GEOLOGICAL DISPOSAL OF RADIOACTIVE WASTE AND REGIONAL GEOLOGICAL EXPERIENCE (Theme for discussion) Komlev V. N., (Apatity, retiree) Аннотация. Рассмотрен пример применения архивных геологических материалов для выбора места захоронения радиоактивных отходов. Выбор предполагает оперативную и упрощенную оценку геологических условий площадок. За основной выбран критерий гидравлической проницаемости пород. По данным разведочных скважин глубиной около 2 км, с учетом исследований Кольской сверхглубокой скважины (12 км), обозначена конкретная площадка «SAMPO-Pechenga-I» в пределах Печенгской вулканогенно-осадочной структуры. Ключевые слова. Кольская сверхглубокая скважина, разведочные скважины, радиоактивные отходы, захоронение, место, технология, альтернатива, гидравлическая проницаемость пород, Печенгская вулканогенно-осадочная структура, хранилище Конрад.

Abstract. There is considered an example of using archival geological materials to choose the site for a burial place of radioactive waste. The choice assumes an operational and simplified evaluation of geological site conditions. The criterion of hydraulic permeability has been chosen to be the main one. According to the data of test trial boreholes of approximately 2 km deep, taken into account investigations of the Kola Superdeep Borehole (12km), there has been specified the site «SAMPO-Pechenga-I» within the Pechenga volcanic-sedimentary structure.

Key words: The Kola Superdeep Borehole, trial boreholes, radioactive waste, burial, site, technology, alternative, hydraulic permeability rocks, the Pechenga volcanic-sedimentary structure, the Konrad repository. Посвящается первым специалистам службы ядерной геофизики комбината «Печенганикель» Георгию Ивановичу Елисееву и Борису Александровичу Панкратову – выпускникам Ленинградского горного и Томского политехнического институтов МО РФ начинает от Твери до Иркутска в связи с серьезной опасностью со стороны НАТО активизировать меры по военной защите ядерных сил ОТВЕТНОГО удара. А Росатом одновременно и примерно на той же территории активизирует что? Рассмотрим это в контексте проблемы радиоактивных отходов (РАО). Существует важная горно-геологическая задача (при геологическом приоритете) по изоляции РАО в земных недрах. Она мало где в мире безупречно решается. К сожалению, и ФГУП «Национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами» (ФГУП «НО РАО»), мягко говоря, испытывает трудности при обосновании мест подземного размещения/захоронения РАО [1–3]. Пример-аналогия того, что

168

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ опасные захоронения могут напомнить о себе даже через много лет – вспышка сибирской язвы на Ямале летом 2016 г., предположительно, из-за разгерметизации старых приповерхностных могильников скота. Скоропалительное создание нынешней системы захоронения РАО не похоже на «наш ответ Чемберлену» – достойный, малозатратный, эффективный и безопасный (как с точки зрения природнотехногенного объекта, так и военно-политической обстановки). В связи с этим отечественной атомной отраслинужна обширная помощь специалистов по земным недрам при обсуждении проблемы и выборе сильных решений, основанная на их знаниях и опыте, а также на ресурсах геологической отрасли России. Нужны в интересах Росатома новые (но первоначально – исключительно камеральные) оперативные «массовые поиски». На этот раз не урана, а наилучших инженерногеологических условий по архивным/фондовым материалам, учитывая и географию страны. Хотя бы по некоторым ядерным регионам: Кольский полуостров, Урал, Красноярский край, Дальний Восток. А также в интересах Казахстана и Украины по их территориям. Есть природный ядерно-геологический уникум прошлого – реактор Окло. Предстоит самим людям создать нечто похожее. И, возможно, дистанционно контролировать его состояние. Например, используя эффекты взаимодействия геосфер и зондирования литосферы. Хотя наилучшие условия, в общем случае, оцениваются комплексно (например, десятки только геологических критериев в работе [4], а далее еще и по ряду критериев социально-экономических), основным и весьма плодотворным при «массовых поисках» является критерий гидравлической проницаемости пород [5]. Естественно и важно, что он одновременно характеризует их степень нарушенности/монолитности. Предварительные итоги таких поисков по Мурманской области приведены в [6, 7].Идя далее по такому пути, развивая и апробируя его до конечного результата, впервые (вообще и для региона в частности) в данной работе предложен вариант конкретной площадки (авторское название «SAMPO-Pechenga-I») для РАО (прежде всего, ВАО – высокой активности). Сошлемся на пример локального хорошего качества горного массива вблизи знаменитой Кольской сверхглубокой скважины в пределах Печенгского рудного поля (СГ-3, [8], раздел «Характеристика гидрогеологических условий», таблица 4.2.2, приложение № 65). Разведочные скважины 3360 и 3344 заложены на расстоянии, примерно, 1 км одна от другой. На глубинах 300–1000м вмещающие их породы вне рудных тел устойчиво имеют коэффициент фильтрации (поинтервальное/детальное опробование уникальным оборудованием, институт ВСЕГИНГЕО) большей частью на один-два порядка меньше границы допустимых значений для приповерхностного и подземного размещения РАО (0, 001 м/сут, [4]), которая инструментально на практике надежно выбраковывает различного генезиса зоны активного водообмена. Условный блок 1км? 1км? 1км – штатный проектный объем, позволяющий разместить основные сооружения подземного могильника (РАО-модули в виде горных выработок или скважин большого диаметра). Залегающие чуть выше породы являются относительным водоупором (зона глубин 150–200м). Скважина 3360 вскрыла руду лишь на глубине порядка 1км. Отстоющая от нее на 700м СГ-3 (в том же комплексе пород) до этой глубины не показала даже признаков никеля. Следовательно, обозначенный скважинами 3344 и 3360 блок безрудных пород высокого качества имеет потенцию прирастать (по крайней мере, в сторону СГ-3).

169

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Вблизи скважин 3360 и 3344 есть и другие разведочные скважины с керновым опробованием пустых пород, но гидрогеологическое их поинтервальное опробование специалистами ВСЕГИНГЕО не входило в задачи разведки на медно-никелевые руды. Гидрогеологические исследования собственными силами Мурманской ГРЭ по упрощенным методикам также показали неплохие интегральные результаты по соседним скважинам в целом, хотя и не отбраковывали верхние (естественно весьма обводненные) их участки (скв. 3218 и 3221). Неплохая гидрогеология и по породам, вскрытым другими скважинами изученного участка (скв. 3228, 3240, 3223, 3313, 3337). Фактически мы имеем хорошо изученную геофизиками и разведанную скважинами, с керновым материалом, вблизи геолаборатории СГ-3, г. Заполярный, п. Никель и горной инфраструктуры Норникеля (карьер «Центральный» и подземные рудники «Северный» и «Северный-Глубокий») готовую площадку (уникальный исследовательский полигон на базе разных скважин) для дальнейших работ по могильнику. Она уже сейчас обеспечивает надежные знания о «эксплуатационном блоке» глубиной до 1км, его «фундаменте» до 12км, граничащих с «эксплуатационным блоком» породных массивах иокрестном горно-геологическом ландшафте. Загрузка РАО 1 и 2 категории (ВАО) в любой объект может состояться не ранее 30–50 лет. Якобы мешающая добыча полезных ископаемых на этой и других площадках северной части Печенгской структуры к тому времени прекратится из-за полного и достоверного исчерпания рудных запасов. И чем будут жить два крупных по меркам региона населенных пункта – северо-западный форпост страны? Печенгской ГРП и опережающего прироста запасов уже нет. По геодинамической активности Печенга (опускание) является противоположностью, например, активным (воздымание) структурам площадки Красноярского могильника. Наличие вблизи готовых горных выработок позволит реализовать комбинированную систему захоронения РАО, снижая общие затраты [9]. Нигде такого благоприятного для могильника комплекса условий нет и не будет. Правда, стоит оговориться, что автор не владеет в должной мере информацией по ситуации вблизи и в недрах мест заложения других сверхглубоких скважин. Например, Урала, Украины и Казахстана. Шведский «Национальный оператор» по захоронению РАО (фирма SKB) в свое время проявлял интерес одновременно к геологии Кольской и Криворожской сверхглубоких скважин [10]. А фактор никелевых месторождений уже ошибочно и нервозно был применен однажды и послужил еще двадцать лет назадпервоначальным основанием для исключения Печенги администрацией под влиянием французских и бельгийских специалистов из проекта NUCRUS 95410 – из-за слишком прямолинейно понимаемой одной из рекомендаций МАГАТЭ. Время потеряно, эмоциональный негатив накапливался и вариант для наилучшего выбора из альтернатив мог быть загублен! Кстати, предложение ИГЕМ РАН создавать могильник в пределах Стрельцовскогорудного поля Забайкалья (Краснокаменск) по аналогичным основаниям никто не отвергал. Да, уникальный подземный могильник федерального/мирового класса нужно пристраивать к достойному природно-техническому наследию. Но не к Красноярскому горно-химическому комбинату и Енисею, а к Кольской сверхглубокой скважине – достоянию мировой геологии. Умели люди раньше выбирать места. Хотя И. В. Сталин и верно выбрал Красноярск, но при ином понимании государственной безопасности и для иных задач. Для геологической/вечной изоляции РАО площадка СГ-3 подходит лучше. Как и с точек зрения экономической и политической. Но в очередной раз, ныне на примере Австралии, именно в Красноярске мягко приучают к мысли о полезности

170

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ приема не только своих, но и зарубежных РАО. Свозить ВАО со всех АЭС европейской части РФ и зарубежные в единое место хорошо, да только не в центр страны. И с контейнерами для перевозки намечаются трудности. Возможно, приведенный пример является идеальным. Думается, близкие ему есть и на других участках Печенгской структуры (обратите внимание на порядок чисел в номерах скважин, свидетельствующий об объемах выполненной геологоразведки). Об этом же свидетельствуют два экспертных заключения по гидрогеологическим условиям Печенгской осадочно-вулканогенной структуры в контексте перспектив захоронения РАО, по моей просьбе подготовленные в 1999 г. главным гидрогеологом Мурманской ГРЭ Г. С. Мелиховой на основании анализа многих материалов гидрогеологических исследований при поисково-разведочных работах в регионе на медно-никелевые руды, поисково-разведочных работ на воду, гидрогеологических наблюдений в подземных выработках и карьерах при добыче руд, государственной отчетности по водному хозяйству, а также на основании личного обследования рудника «Северный» совместно с начальником Мурмангеолкома Н. И. Бичуком, некоторыми главными специалистами рудника и комбината «Печенганикель». Г. С. Мелиховой использованы также вспомогательные материалы газовой съемки и другие. Печенга является важнейшим элементом концепции Кольского международного кластера технологий обращения с ВАО [11]. Кроме того, по многолетним данным давних советских еще геологоразведочных работ различного (гражданского и военного) назначения потенциал северо-западной части Мурманской области относительно проблемы захоронения РАО площадками Печенгской структуры не исчерпывается. Появляется перспектива с открытыми глазами, не «высасывая» исходные данные «из пальца» и не подменяя данных, надежно разрабатывать какие только потребно модели площадки (некоторые российские геолого-геофизические модели Печенги и региональные зарубежные уже существуют; в том числе, достаточно неожиданные, http://bezrao.ru/n/295, [12,13]) и адекватные защитные мероприятия при необходимости. Есть ли какое-либо (хотя бы в первом приближении) подобие идеальному примеру от Печенги в геологических материалах ФГУП «НО РАО» по потенциальному Красноярскому могильнику и другим? А также в предложениях извне Росатома? Участки «Енисейский» (Атамановский кряж Саян – «Нижнеканский массив» или двойник Нижнеканского массива по сложной геолого-географической интерпретации Росатома, тектонический контакт/узел Западно-Сибирской плиты, Сибирской платформы и Алтае–Саянской орогенической области), «Губа Башмачная» (Новая Земля), «Дальние Зеленцы» (берег Мурмана), «Сосновый Бор» (берег Балтики), «Краснокаменский» (Забайкалье) и зарубежные необходимо комплексно сравнить с Печенгой. И со временем сравнение будет выполнено разными авторскими коллективами. Похоже, понимание этого приходит. Откладывание начала такой работы объективно не на пользу Росатома. Как вряд ли стратегически полезно и стремление (как считают независимые экологи) оформить для участка «Енисейский» (с неадекватно декларируемой даже географической принадлежностью) лицензию на захоронение РАО, опережая события. В России, несомненно, есть кому по силам объективно и качественно выполнить такую работу, содействовать повышению надежности обоснования российских площадок и технологий захоронения РАО. В том числе, путем их всестороннего сравнения. При этом, геоэкологические вопросы, думаю, лучше всех могут рассмотреть представители и единомышленники научного направления и школы профессора Л. П. Рихванова (при поддержке коллег других специальностей из ВУЗов Томска). Они

171

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ обладают многими достоинствами (от разносторонней компетенции и богатого опыта ветеранов до потенциала молодежи), чтут традиции, формируют смыслы и находятся в центре событий – им и «карты в руки». На V Международной конференции (2016 г.) «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (среди организаторов – ФГУП «НО РАО») ими впервые широко реализовано обсуждение всего спектра проблем: от геологии урана до захоронения радиоактивных отходов. И еще: свежая информация к размышлению. «Госкорпорация "Росатом" и правительство Мурманской области заключили дополнительное соглашение о сотрудничестве… Допсоглашение предполагает расширение взаимодействия по созданию и использованию на базе объектов инфраструктуры "Росатома" промышленных комплексов по хранению, утилизации и обезвреживанию особо опасных отходов, которые образуются на территории Заполярья и других регионов… ресурсы Мурманской области, ресурсы госкорпорации и государства будут использованы самым эффективным способом». Задумались о будущих функциях действующей инфраструктуры РосРАО на Кольском полуострове (аналогично судьбе инфраструктуры медно-никелевых месторождений) не в первый раз, так как конец ее использования по прежнему назначению не за горами. И первый конкурс на поиск и изучение площадки захоронения РАО в Мурманской области Росатом уже объявил. Рассмотрение перспективности участков на Кольском полуострове для безопасного размещения РАО, в т. ч. долгоживущих САО и НАО класса 3, может быть продолжено (письмо ФГУП «НО РАО» № 319-210/2870 от 09.09.2016). В то же время зафиксирован (вслед за отказом несколько лет назад от проекта горы Юкка, США) намечающийся серьезный кризис наиболее обоснованных и продвинутых в мире работ Швеции; причина в обоих случаях – недоучет на первых стадиях исследований слабой гидроизоляции массивов и стройка вне опыта/не на базе горнорудных предприятий. И это – при высочайшем уровне исследований и реального информирования общественности [14]. Основные причины возникших (ревизия началась пять лет назад как реакция на Фукусиму) трудностей шведского (возможно, далее и финского) проекта KBS-3: 1) ориентация на прибрежный под дном моря вариант могильника из-за слабо ранее учтенного/изученного эффекта коррозии контейнеров с РАО под действием морской воды; применение лишь горных выработок на глубине примерно 500 м и отсутствие разведки бурением массива на глубины в первые километры, что уменьшает безопасность и возможность адаптации технологии к появляющимся со временем еще и экономичным новациям (например, глубоким скважинам большого диаметра). Добавим, что, несомненно, будут со временем появляться и новые эффективные технологии фракционирования отходов, что за счет сокращения объемов улучшит экономику захоронения. Особо подчеркнем, что технология KBS-3 «буксует» помимо проблемы контейнеров и нежелания разработчиков рассматривать альтернативы не из-за отсутствия подземной лаборатории на глубине 500 м (чем для пром площадки ГХК чрезвычайно озабочен Росатом), а из-за отсутствия хорошей опережающей разведки массива скважинами, глубина которых много больше этого уровня (а это вообще Росатом не беспокоит). Показательно, что, если на площадке для планировавшейся первоначально подземной лаборатории ПО «Маяк» еще бурили до 1,2 км, то в Железногорске не глубже 700 м (письмо ФГУП «НО РАО» № 319–210/2870 от 09.09.2016), причем итоговый объем бурения по Железногорску в материалах разных ответственных представителей Росатома различается в разы). Поэтому по схожему сценарию будут накапливать неприятности и для Красноярского могильника. Сегодня новые оценки шведов как лидеров начинают

172

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ сеять сомнения в Финляндии. Завтра они будут смущать сознание российских специалистов, ограниченных в собственных исследованиях. Печенга как структура в целом и конкретная площадка «SAMPO-Pechenga-I» свободны от выявленных недостатков, обусловленных географо-геологическим выбором. Применительно к ним соблюдены фундаментальные принципы: принцип предосторожности и принцип использования наилучших из возможных технологий при принятии решений. И поэтому (дополнительно к другим достоинствам) они являются эффективной альтернативой площадкам по берегам Балтики (равно как Новой Земли, Днепра и Енисея). Кстати, смысловое (одновременно культурологическое, естественнонаучное и техническое) наполнение образа SAMPO в контекстезахоронения РАО в ядерной отрасли начинают обсуждать. Одна из статей Е.В. Комлевой, например, отражена в официальном библиографическом списке материалов к рассмотрению законопроекта Республики Беларусь «Об использовании атомной энергии». Другая опубликована в материалах ярмарки инновационных проектов АТОМЭКО-2008. Проблеме РАО, у которой нет прошлого, есть миллионы лет будущего и сотни миллиардов долларов затрат уже/только сейчас, не хватает гуманитарной/культурологической проработанности для правильного решения. Крупные природно-техногенные объекты захоронения РАО будут создаваться, скорее всего, на исторических финно-угорских землях. В Финляндии уже строят – Онкало. И по нашим представлениям именно культурный опыт финно-угорских народов потенциально наиболее значим для недостающей проработки/недостающего базиса. Проблема практически вечно опасного объекта отражает удручающую неопределенность наших нынешних представлений (прежде всего, гуманитарных, а не технических) относительно антропосоциальных аспектов будущего. Именно вокруг такой социокультурной неопределенности в необычном контексте «вечной» безопасности концентрируются основные мысли фильма режиссера М. Мадсена (MichaelMadsen) об Онкало. И многих участников проекта YuccaMountain. Росатом, старательно перебирая слабые варианты, недостаточно учитывает, видимо, чужие (российские и зарубежные) ошибки и не замечает преимуществ Печенги. Он продвигает посредством схемы ничтожного по времени текущего планированиядля сиюминутных объектов иную уникальность: без должных исследований альтернатив, упрощенно-унифицированную, по принципу «давним площадкам атомной инфраструктуры – могильники на сотни, тысячи и миллион лет» опасную (как правило, по берегам крупных водоемов и рек!?) систему захоронения РАО – «подарок» будущим поколениям. С такой системой «они не прилетят» (если применить к ситуации подобных ядерных могильников горькую и убийственную характеристику А. Азимова создающей их цивилизации). Жаль. И не только будущие поколения. Как бы нынешнему не пришлось трудно и долго выбирать, а также выбираться из шведско-финско-американо-украинско-…-российского кризиса относительно захоронения РАО (особенно ВАО). И «тогда новые перспективы российских атомщиков» касательно зарубежного рынка снятия АЭС с эксплуатации (во многом связанные с Германией, не получат поддержку для осуществления. Одновременно игнорируется широко известный позитивный (отличие от обозначенных выше неудач) национальный опыт Германии применительно к более близкой для Печенги функционально-феноменологической ситуации, чем захоронение в солях (второй немецкий подход). Выработки могильника «Конрад»/реконструированного рудника «Конрад» заложены в сухом породном

173

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ массиве, сверху, снизу и с боков на сотни метров герметично изолированном водоупорными слоями. Надежная информация для такого решения получена по многолетним (с 50-х годов прошлого века) результатам работ на одноименном горногеологическом объекте: разведки месторождения железа и строительства/эксплуатации подземного рудника. Германия имеет немалый опыт сверхглубокого бурения. Если немцы за свои деньги как полный аналог своего объекта построили в Сайда-Губе великолепную наземную базу для начальных стадий обращения с РАО, то вряд ли следует напрочь исключить в чем-то аналогичную схему работ по тождественным могильникам «Конрад» и «Печенга». К участию в делах Печенги Германия подойдет с хорошо проработанной концепцией, опытом ее реализации на объекте-прототипе (прототип двоякий: и гидроизолированный горный массив, и выработки бывшего горнорудного предприятия), отлаженными технологиями и оборудованием для стадий строительства и эксплуатации могильника – и в этом, а не только касательно площадки, ситуация альтернативна не в пользу планов по Железногорску и Сосновому Бору. Кроме того, исключается опережающее создание отдельной подземной исследовательской лаборатории, так как все ее функции по горно-геологическим и технологическим вопросам эффективно выполняются без нее. А система РАО-модулей непосредственно для захоронения отходов может быть комбинированной как по типу (горные выработки и скважины большого диаметра), так и по месту (готовые выработки Норникеля, новые выработки в породных блоках, примыкающих к готовым, новые выработки в совершенно не затронутых предыдущими горными работами массивах). Придется, видимо, привыкать к мысли, что надежный объект захоронения РАО на века/вечность разумно СООБЩА, на основании международного договора, строить и эксплуатировать, а также нести за него ответственность нескольким достойным странам. При этом кто-то в качестве взноса в общее дело предоставляет площадку, а качественная и всем удобная площадка – самый важный и дорогой взнос. Кто-то преимущественно предоставляет технологии. А кто-то – деньги. Инициаторами такого сообщества могут быть Россия и Германия. Мурманчане и архангелогородцы (и власти, и народ) не «бухтят», какой бы ядерный проект Росатом ни внедрял в регионе. Не буду подробно обсуждать причины. Но немалую роль играет высокая образованность населения, большая прослойка профессионалов-ядерщиков и военных, привычка жить в ядерных обстоятельствах. Ученые-социологи подтверждают, что в Печенгском районе лояльность к ядерным делам даже выше, чем по Мурманской области. "Коллективное общественное сознание Печенгского района Мурманской области уникально. Оно может быть наиболее восприимчивым к идее подземного размещения ядерных материалов именно здесь. На фоне экономических и общих экологических неурядиц, как показали норвежские и финские социологи [15, 16], обеспокоенность населения района радиоэкологическими проблемами минимальна в сравнении с мнением людей по этому поводу в других местностях Кольского полуострова и сопредельных стран...». Что же касается реакции соседей дополнительно – дело политиков договариваться. Когда лет 20 назад один очень известный эколог-оппозиционер спросил меня об этом, мой ответ был таков: США в контексте международного могильника ВАО/ОЯТ уговорят их, так как США против переработки ОЯТ (Железногорск поэтому их не устраивает, опасаются потенциально возможной переработки, а Печенга далеко от химкомбинатов). На свою территорию результаты эксплуатации в реакторах поставленного в другие страны свежего американского

174

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ топлива они не спешат возвращать. Кроме того, у соседних стран будут свои выгоды. Норвегия (Киркенес) и Финляндия (Калининград – Балтика – Кеми – сухопутная прежняя немецкая трасса до Печенги) представляют важные логистические варианты. Финляндии и Швеции есть чем поучаствовать в плане технологий, возможно, и отказом от своих национальных могильников. Есть четкий профессиональный комментарий: «Тема перспективная и требует широкого обсуждения... Предлагаемый подход вполне грамотный и практичный. Стоны про "хрупкую экосистему Мурмана" – это отговорки для впечатлительных. Пусть Беллона за норвежские деньги продолжает стонать по этому поводу, у них это способ заработка. Везде экосистема требует внимательного отношения. На повестке дня стоит вопрос: как наиболее оптимальным способом и с минимальными издержками решить проблему захоронения опасных отходов. И желательно это сделать так, чтобы ответственность была максимально разделена как с можно большим количеством стран…». Как только, и, если Россия примет положительное решение по Печенге в качестве площадки для международного ядерного могильника, в Европе (как минимум) возникнет очередь желающих участвовать в проекте, которые надолго забудут разговоры об антироссийских санкциях в защиту «арабских весен» по периметру РФ и планы относительно организации самих таких «весен». А Мурманская область станет наиболее защищенным и самым спокойным местом на Земле. Парадоксально лишь на первый взгляд, что ныне с необычайной легкостью решаются назначить «форточку» для санкций в глубине чужих территорий за тысячи километров от «санкционеров», но, думаю, очень трудно будут это делать применительно к границе НАТО. Похожие по легкости назначения и реализации санкций ситуации были и в прошлом. Вспомним практически абсолютно безопасные для исполнителей демонстрационно-устрашающие ядерные бомбардировки Японии. Но в случае с ядерным могильником есть возможность асимметрично разнице в военных технологиях лишить таких дистанционных «демонстраторов» своего превосходства выбора где-то далеко-далеко места для современных «Хиросимы/Нагасаки». Список литературы: 1. Комлева Е. В., Самаров В. Н., Непомнящий В. З. Системы захоронения радиоактивных отходов. «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий»: Материалы и доклады / 11-я Межрегиональная научно-практическая конференция, посвященная 65-летию Института геологии УНЦ РАН, Уфа, 17–19 мая 2016 г. – Уфа: ДизайнПресс, 2016. – С. 226–229. 2. Комлева Е. В., Самаров В. Н., Непомнящий В. З. Комбинированная система захоронения ядерных отходов. «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека». Материалы и доклады / V Международная конференция, Томск, 2016 г. (в печати). 3. Комлева Е. В., Самаров В. Н., Непомнящий В. З. Захоронение ядерных отходов: системный анализ.

ISSN 2311–147X Contemporary Innovation Technique of the Engineering Personnel Training for the Mining and Transport Industry 2016 (CITEPTMTI’2016).

ConferenceProceedings, Днепропетровск, Украина, 26–27 мая 2016 г. – Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет». – С. 365–374.

4. Melnikov N. N., Konukhin V. P., Komlev V. N. etal. Jmprovement of the Safety of Radioactive Waste Management in the North West Region of Russia. Disposal of Radioactive Waste. TACIS Project. NUCRUS 95410. Task 3.Report.– Apatity–Orlean, Russian

175

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Federation – France, 1998.–270 p. 5. Комлев В. Н., Комлева Е. В. Критерий гидравлической проницаемости пород при подземной изоляции ядерных материалов (анализ шведско-финско-российского опыта). Материалы межд. симпозиума «Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез», 6–11 сентября 1999 г. – Улан-Удэ, 1999. – С. 47. 6. Комлев В. Н., Бичук Н. И., Зайцев В. Г. и др. (2000). Социально-экономические предпосылки нетрадиционного участия сырьевых отраслей в ядерных программах//. Ресурсы регионов России. №3 С. 2–10 и Вестник Удмуртского университета. Проблемы теории и практики экономической науки. – №9.

– С. 169–194. 7. Komlev V. N. Native Nuclear Programmes, Generation’s Responsibility, Regional Geological Experience and Site Selection for Underground Disposal of Potentially Super-Dangerous Materials // Industrial Minerals: Deposits and New Developments in Fennoscandia. Petrozavodsk, 1999. P. 150–153 и Информационный бюллетень «Живая Арктика». – 1999, №1. – С. 34–43. 8. Филимонов Ю. И. Отчет о результатах предварительной разведки месторождения Верхнее, восточного фланга и глубоких горизонтов месторождения Спутник с подсчетом запасов по состоянию на 01.01.1992 г.

– Мурманская геологоразведочная экспедиция, Печенгская геологоразведочная партия, 1992 г.

9. Самаров В. Н., Непомнящий В. З., Комлева Е. В. Подземное хранение/захоронение ОЯТ/РАО: новый путь / Труды второй научно-практической конференции с международным участием, посвященной 70-летию атомной отрасли России, «экологическая безопасность АЭС». – Калининград, 20–21 октября 2015 г. – Изд-во «Аксиос», Калининград, 2015. – С. 135–148 и / Комплексные проблемы техносферной безопасности. Материалы Международной научно-практической конференции, часть VIII. – Воронеж, 12 ноября 2015 г. – Воронеж, 2016. – С. 5–31.

10. SKB&NEDRA Technical Report 9239, 1992 // Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co. CM GruppenBromma, 1993. 116 p. 11. Самаров В. Н., Непомнящий В. З., Комлева Е. В. Международные отработавшие ядерные материалы с неопределенным будущим: Мурман, Норникель и Чукотка как гаранты нераспространения и экологической безопасности // Уральский геологический журнал.

– 2015, №2. – С. 40–45. 12. Комлев В. Н., Бичук Н. И., Зайцев В. Г., Мелихова Г. С., Павлов В. А. Тенденции интеграции и потенциал севера России в проблеме изоляции радиоактивных отходов // Вестник НЯЦ РК «Ядерная физика и радиационное материаловедение», выпуск 4, декабрь 2002. – С. 41–57. 13. Белоусов В. И., Рычагов С. Н., Комлев В. Н. и др. Печенгская глубинная и другие гидротермальные системы: новый взгляд на изоляцию ядерных материалов от биосферы // Вопросы радиационной безопасности, 2001. № 2. С. 19–36. 14. Комлева Е. В. Международная информационная деятельность на Европейском Севере в области радиоэкологии // Ядерная и радиационная безопасность, Киев, 2001, №2. – С. 30–34 и Вопросы радиационной безопасности, 2001, №4. – C. 52–55. 15. Андреев О., Раутио В., Туккулайнен М. Изменения в горнодобывающей промышленности Печенгского района Мурманской области – социальные аспекты// Наука и бизнес на Мурмане. – 2000, №2. – С. 5–11. 16. Хансен Э., Теннессен А. Окружающая среда и условия жизни на Кольском полуострове // Фафо-институт прикладной социальной науки. – 2000, Мурманск. – 196 с.

176

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ ТИПА УКД400 Лысенко Н. М., Архипчик В. А. (каф. ГМ, ДонНТУ, г. Донецк) Анализ конструктивных особенностей очистных комбайнов, предназначенных для выемки тонких пластов, свидетельствует о том, что подавляющее количество современных отечественных и зарубежных машин данного класса оснащается шнековыми исполнительными органами, а их корпус смещен относительно рештачного става забойного конвейера и располагается в уступе забоя. Такая компоновочная схема очистного комбайна, обеспечивая вписываемость его в тонкий пласт, уже изначально является проблемной с позиции сохранения устойчивого положения корпуса машины в поперечной плоскости. Это объясняется тем, что даже в статике при неработающем комбайне центр масс машины в поперечной плоскости, как правило, смещен ближе к забою и располагается вне ее опорного контура, вследствие чего в завальных опорах формируются отрицательные реакции (работа на отрыв). При работе комбайна внешние нагрузки, формирующиеся на его исполнительных органах, могут существенно усугубить эту картину, и он может потерять устойчивое положение, выражающееся в опрокидывании (повороте) корпуса машины на забой. При определенной (критической) величине такого поворота будет нарушено нормальное функционирование, как самого очистного комбайна, так и сопряженного с ним оборудования (прежде всего забойного конвейера и механизированной крепи). С этих позиций возможное нарушение устойчивого положения корпуса комбайна в поперечной плоскости для машин рассматриваемого типа может выступать в качестве ограничивающего фактора при выборе их рационального режима работы, а в отдельных случаях даже может определять их работоспособность вообще. Следовательно, вполне целесообразно, что уже на стадии создания нового комбайна конструктор должен иметь возможность хотя бы на уровне инженерной методики оценивать устойчивость всех возможных вариантов проектируемой машины. Указанная методика должна включать в себя следующие основные пункты: 1. Выбор критерия устойчивого положения комбайна.

2. Разработка соответствующей расчетной схемы с конкретизацией принимаемых допущений.

3. Составление алгоритма расчета.

4. Имитационное моделирование (вычислительный эксперимент) положения корпуса комбайна в поперечной плоскости в процессе его функционирования. В ряде работ [1, 2], посвященных исследованию устойчивости очистных комбайнов рассматриваемого типа, в качестве критерия устойчивости используется угол поворота корпуса комбайна в поперечной плоскости  . При этом устойчивое положение комбайна сохраняется, если выполняется условие    д , где  д – допустимый (предельный) угол поворота корпуса комбайна в поперечной плоскости, определяемый возможностью вписываемости комбайна в заданный минимальный пласт при наличии механизированной крепи, приемлемой величиной заглубления его исполнительных органов в почву пласта и т. д. Данный критерий устойчивости вполне может быть использован и в предлагаемой методике. Основываясь на результатах ранее выполненных работ по исследованию устойчивости очистных комбайнов [1, 2, 3, 4], а также учитывая инженерный уровень

177

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ предлагаемой методики, при разработке расчетной схемы будем исходить из следующих основных допущений:  рассматриваемая задача решается в статической постановке. При этом к абсолютно жесткому корпусу комбайна прикладываются в соответствующих точках сосредоточенные силы, обусловленные весом машины и возможно приподнимаемого рештачного става забойного конвейера, а также внешние силы, обусловленные процессом разрушения угольного пласта и погрузкой разрушенной горной массы;  внешние силы задаются в функции углов поворота исполнительных органов комбайна, причем последние изменяются дискретно с заданным шагом. При этом численные значения соответствующих усилий резания определяются на каждом исполнительном органе комбайна согласно [5], а результирующее значение усилия погрузки прикладывается в центре площади окна выгрузки только опережающего шнека (осуществляющего погрузку основной массы угля) и в первом приближении определяются на основании экспериментально установленных соотношений между мощностью на резание и погрузку угля для шнеков малого диаметра [1, 6];  возможное стабилизирующее воздействие на корпус комбайна со стороны штыбовой подушки, образующейся под днищем машины, не учитывается и относится в запас устойчивости. Здесь необходимо отметить, что аналогичная задача по разработке методики оценки устойчивости очистных комбайнов для выемки тонких пластов уже ранее решалась на кафедре «Горные машины» ДонНТУ и в постановочном виде была изложена в работе [4]. Однако принятый в данной работе в качестве объекта исследования очистной комбайн УКД200 отличается от рассматриваемого комбайна УКД400 тем, что он перемещается вдоль лавы при помощи вынесенного механизма подачи с цепным тяговым органом, а машина УКД400, рассматриваемая в данной статье в качестве объекта исследования, имеет два встроенных механизма подачи, обеспечивающих ее перемещение вдоль забоя по жесткому тяговому органу – цевочной рейке, смонтированной на забойной стороне скребкового конвейера. А, как известно из теории цевочного зацепления [7] в сопряжении «цевочное колесо-рейка» кроме тягового усилия в процессе функционирования данного зацепления могут формироваться также вертикальные (выталкивающие или затягивающие) усилия, которые, безусловно, в общем виде будут оказывать определенное влияние на процесс устойчивости комбайна УКД400 в его поперечной плоскости. Исходя из вышеизложенного в методике оценки устойчивости очистного комбайна типа УКД400 в качестве внешних сил, действующих на корпус комбайна, кроме сил, обусловленных процессом разрушения угольного пласта и погрузкой разрушенной горной массы, должны также учитываться и вертикальные составляющие усилий Rцз , формирующихся в зацеплении «цевочные колеса – рейка» обеих механизмов подачи очистного комбайна типа УКД400. При имитационном моделировании процесса разрушения угольного массива очистным комбайном указанные вертикальные составляющие усилий Rцз должны формироваться в функции углов поворота цевочных колес механизмов подачи комбайна, причем процесс вращения последних, как и шнековых исполнительных органов комбайна, допускается моделировать дискретно с заданным шагом, а численные значения данных

178

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ вертикальных составляющих усилий могут быть получены зависимостей: R1цз  Q1т  tg 1   т ; R2цз  Q2т  tg  2   т ,

из

следующих

где Q1т , Q2 т – величины тяговых усилий, развиваемых соответственно первым и вторым механизмами подачи; 1 ,  2 – углы давления в цевочном зацеплении соответственно первого и второго механизма подачи;  т – угол трения в цевочном зацеплении. На рисунке представлена расчетная схема, на основании которой с учетом оговоренных особенностей и допущений может быть составлен алгоритм расчета угла поворота в поперечной плоскости очистного комбайна типа УКД400 (для приведенного варианта опережающий шнек располагается у почвы пласта).

Рис. 1. Расчетная схема На указанной схеме приняты следующие обозначения: OXYZ – неподвижная прямоугольная система координат;  – угол поворота корпуса комбайна;  ор – угол поворота опорных рештаков (располагающихся между завальными опорами комбайна) забойного конвейера; Gк , G p – сила тяжести соответственно комбайна и одного загруженного углем рештака с его навесным оборудованием; Ra , Rc , Ra , Rc – соответствующие проекции равнодействующих усилий резания, формирующихся на опережающем и отстающем исполнительных органах комбайна; Fo , Ft – осевая и тангенциальная составляющие результирующего усилия погрузки;

179

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

 – угол, определяющий точку приложения результирующего усилия погрузки на лопасти опережающего шнека. Алгоритм расчета угла поворота корпуса комбайна УКД400 в поперечной плоскости целесообразно построить по такой же схеме, как и в работе [4], а именно: 1. Исходя из области применения комбайна, устанавливаются конкретные горно-геологические условия, с учетом которых задается схема расположения исполнительных органов по мощности пласта и среднее значение скорости подачи.

2. Целенаправленно осуществляется ступенчатый поворот корпуса комбайна в поперечной плоскости с шагом  (начальное положение соответствует   0 ). При этом для каждого дискретного значения  моделируется процесс разрушения угольного массива, погрузки разрушенной горной массы и перекатывания цевочных колес обеих механизмов подачи по жесткой литой цевочной рейке с заданной геометрией профиля ее зубьев и с учетом полученных значений внешних возмущающих сил в рассматриваемой прямоугольной системе координат OXYZ определяются величины опрокидывающего M o и восстанавливающего M в моментов, инициирующих поворот корпуса комбайна относительно оси OX соответственно против и по часовой стрелке, см. рис. 1.

3. На основании сравнения величин M o и M в (с учетом условно принятого их знака) делается логический вывод: а) комбайн находится в устойчивом положении ( M в  М о  0) ; б) комбайн находится в неустойчивом положении ( M в  М о  0) .

4. Вывод б) требует рассмотрения следующего положения корпуса комбайна при i 1 . Если условие ( M в  М о  0) не будет выполнено и при повороте корпуса комбайна на предельно допустимый угол  д , то при заданных горногеологических и режимных параметрах положение комбайна считается неустойчивым. Выражения для определения М о и М в сравнительно просто могут быть получены на основании расчетной схемы, а для нахождения осевой Fo и тангенциальной Ft составляющих результирующего усилия погрузки следует воспользоваться алгоритмом их расчета, подробно изложенным в работе [4], в основу которого были положены оговоренные выше допущения относительно нахождения результирующего усилия погрузки. Следует заметить, что величина восстанавливающего момента существенно будет зависеть от количества одновременно приподнимаемых рештаков n p забойного конвейера. Однако, исходя из наличия достаточно больших зазоров и случайного характера их формирования в узлах сочленения рештачного става и связанного с ним навесного оборудования весьма сложно, а реально практически и невозможно достаточно корректно математически описать зависимость n p  f   , поэтому при численной оценке данного фактора на величину восстанавливающего момента целесообразно будет воспользоваться результатами целенаправленных экспериментальных исследований процесса отрыва рештачного става забойного конвейера типа КСД36В от почвы пласта [8]. Соответствующий натурный эксперимент был проведен в условиях сборочного цеха ОАО «Горловский машиностроитель» в 2004 году в рамках хоздоговорной НИР, выполненной на кафедре «Горные машины» ДонНТУ по заказу ГП «Донгипроуглемаш».

180

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Таким образом, несмотря на инженерный уровень изложенной в настоящей статье методики, она, по-нашему мнению, обладает определенной практической ценностью, поскольку позволяет конструктору еще на стадии проектирования очистных комбайнов рассматриваемого типа выполнить сравнительный анализ всех возможных вариантов проектируемой машины с позиции сохранения их устойчивости в пространстве очистного забоя и объективно на этой основе принять лучший вариант для окончательной разработки или вполне обосновано внести необходимые корректировки в конструкцию проектируемого комбайна с целью устранения или сглаживания возможных ограничений, накладываемых на реализацию интенсивных режимов его работы, по причине возможной потери устойчивости машины в пространстве очистного забоя. При этом учитывая необходимость выполнения в рамках предлагаемой методики большого количества повторяющихся вычислений, для оперативного получения результатов по оценке устойчивости исследуемых очистных комбайнов целесообразно разработать соответствующую прикладную программу, например, в среде «MATLAB». В структуру данной прикладной программы наряду с блоком по расчету величин опрокидывающего и восстанавливающего моментов должны быть включены два обособленных целевых блока, один из которых будет предназначен для моделирования процесса разрушения угольного массива шнековыми исполнительными органами комбайна, оснащенных выбранным типом режущего инструмента, установленного на последних по заданной схеме набора, а другой – для моделирования процесса зацепления цевочных колес механизмов подачи с жесткой рейкой с заданной геометрией профиля зубьев на колесах и на рейке. При этом с целью получения различной вероятностной закономерности формирования внешних сил, моделируемых в указанных блоках, должна быть предусмотрена возможность задания любых фазовых сдвигов между дискретным вращением исполнительных органов комбайна и цевочных колес его механизмов подачи. Список литературы: 1. Григорьян Б. Р. Обоснование рациональных параметров системы комбайн – конвейер, обеспечивающих устойчивость выемочных машин со смещенным в забой корпусом: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 1980. – 32 с.

2. Исследование устойчивости очистного комбайна УКД в составе комплекса 1МКД-80 / Горбатов П. А., Лысенко Н. М., Марченко И. Н., Сердюк Ю. В. Уголь Украины – 1995.

– № 8. – С. 49–51. 3. Бойко Н. Г. Теория устойчивости очистного комбайна со смещенным с конвейера корпусом // Разработка месторождений полезных ископаемых.

– К.: Техніка, 1985. – Вып. 70. – С. 3–10. 4. Лысенко Н. М., Косарев А. В. Методика оценки устойчивости очистных комбайнов со смещенным в забой корпусом типа УКД 200 // Научно-технический журнал «Инженер». – Донецк: ДонНТУ, 2004. – №5. – С. 118–121. 5. КД12.10.040-99. Изделия угольного машиностроения. Комбайны очистные. Методика выбора параметров и расчета сил резания и подачи на исполнительных органах (взамен ОСТ12.44.258-84). Введен с 01.01.2000. – Донецк: Минуглепром Украины, 1999. – 75 с. 6. Бойко Н. Г. Погрузочная способность удлиненных шнеков очистных комбайнов для тонких пластов // Изв. вузов горн. журн.

– 1982. – №9. – С. 76–80. 7. РД 42.043-87 Расчет геометрии зацепления бесцепных систем передвижения с эпициклической звездой. Методика // М: Гипроуглемаш, 1987 – 33 с. 8. Обоснование структуры и параметров двухдвижительного механизма перемещения очистного комбайна УКД300 с повышенными тяговыми характеристиками: Отчет / ДонНТУ; Руководитель В. П. Кондрахин. – Донецк, 2005. – 177 с.

181

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПОЛОМОК РЕЗЦОВ ОСЕВОЙ КОРОНКИ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ТИПА П110-04 Селиверстов В. В., Шабаев О. Е. (каф. ГМ, ДонНТУ, г. Донецк) Актуальность. Анализ перспектив применения высокоэффективных добычных комплексов показал, что темп проходки выработок должен быть существенно повышен, что может быть достигнуто только при эффективном использовании потенциальных возможностей проходческой техники в том числе, при параметрах исполнительного органа, обеспечивающих эффективное разрушение горной породы. Износ и поломки резцов зависят от многих факторов и не могут быть с достаточной точностью спрогнозированными до начала эксплуатации комбайна в конкретных условиях. Применяемая операторами комбайнов стратегия замены изношенных резцов на базе визуального осмотра малоэффективна, так как приводит к эксплуатации машины с чрезмерно изношенными или поломанными резцами. Данные действия могут значительно увеличить нагрузки, действующие на трансмиссию машины. Анализ литературных источников. По результатам промышленных испытаний резцов фирмой «Горный инструмент» в очистных забоях шахт Кузбасса получены данные о причинах отказа этих резцов (табл. 1) [1]. Таблица 1. Удельный вес видов отказа резцов №

Вид отказа резца

1 2 3 4

Износ корпуса односторонний с выломом режущей вставки Износ корпуса равномерный Потери резцов Излом корпуса резца ИТОГО

Процент отказа, % 45 27 25 3 100

Согласно этим экспериментальным результатам, лишь 27% резцов вырабатывают свой ресурс полностью, перенося его на отбиваемую горную массу. Почти 50% резцов выходят из строя преждевременно, а 25% – теряются. Существующие методики технической диагностики состояния рабочего инструмента основаны на визуальном осмотре исполнительного органа на предмет наличия резцов на коронке, что требует остановки комбайна. Такая стратегия замены малоэффективна, так как приводит к эксплуатации машины с поломанными или отсутствующими резцами. Для комбайна КПД с аксиальными коронками была разработана методика определения поломок резцов [2]. Вместе с тем, режим обработки забоя исполнительными органами, оснащёнными осевыми коронками (П110-4 и другие комбайны), существенно отличается от режимов работы аксиальных коронок, что требует дополнительных исследований. Цель – установление параметров диагностирования состояния исполнительного органа проходческого комбайна П110-04, оснащённого продольно-осевой коронкой, и их предельных значений, обеспечивающих повышение ресурса машины. Основное содержание. На основе математической модели, разработанной на кафедре «Горные машины», формирования вектора внешнего возмущения,

182

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ действующего на продольно-осевую коронку, авторами работы были проведены модельные исследования. Как показали результаты моделирования, выход резца из строя приводит к значительному росту динамичности нагрузок (в качестве примера на рис. 1 приведены фрагменты изменения крутящего момента за 1 оборот), причём в первую очередь за счет увеличения неравномерности низкочастотной составляющей нагрузки (частота вращения коронки).

φ, сек φ, сек Рис. 1. Изменение крутящего момента, формирующегося на коронке при одном обороте исполнительного органа в режиме бокового реза: при наличии всех резцов (а), при отсутствии 6-го резца (б) Анализ зависимостей показывает, что при отсутствии резцов формируется низкочастотная составляющая с более высокой амплитудой формирования нагрузок, что должно привести к снижению ресурса. Для этих случаев была построена диаграмма нагружения, приведенная на рис. 2.

Рис. 2. Распределение вероятности момента сопротивления на исполнительном органе комбайна в режиме бокового резца Анализ рис. 2 показал, что поломка резца приводит к повышению вероятности максимальных и минимальных значений момента при некотором снижении вероятности его средних значений. Это так же подтверждает, что при отсутствии резца изменяется наколенная повреждаемость в элементах трансмиссии и оказывает влияние на ресурс.

183

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ В качестве диагностируемого параметра выбираем ток двигателя привода резания исполнительного органа. В качестве характеристики процесса, изменения тока двигателя принимаются коэффициенты спектрального разложения, получаемые методом Фурье. При этом выбираем коэффициенты амплитуд спектрального разложения соответствующие частоте вращения исполнительного органа – k1 и частоте вращения спирали – k3 (исполнительный орган имеет 3 спирали). Результаты обработки данных модельного эксперимента по определению величины k13 , соответствующей отношению коэффициентов k1 к k3 , приведены в табл. 2. Таблица 2. Изменение коэффициента k13 в случае отсутствия i-го резца при попутном фрезеровании Отсутствует резец №, k13min Все резцы на месте, ▲H k13max 1 4 450 0,691 0,465 1,249 300 300 0,481 0,293 0,943 160 0,418 0,269 0,792 Анализ таблицы показывает, что в случае отсутствия резцов оказывающих существенное влияние на ресурс элементов трансмиссии минимальное значение коэффициента k13 с вероятностью 0.9 (задавалась в ходе моделирования) не меньше 0,79, а при полном комплекте резцов величина этого же коэффициента не превышает значения 0,7. Т. е. по величине k13 однозначно можно судить о поломках резцов, отсутствие которых влияет на ресурс. Таким образом, в качестве критерия диагностирования отсутствия резцов можем принять условие: (k13max)max> k13j где: (k13max)max – максимальное значение коэффициента k13, полученное в процессе обработки забоя с различными параметрами при наличии всех резцов в начале эксплуатации машины (самообучение комбайна); k13j – текущая величина k13, полученная за 1 оборот коронки в процессе эксплуатации комбайна. При выполнении данного условия бортовой компьютер комбайна посылает сигнал на приборную панель и пульт управления комбайна о необходимости замены резца. Вывод: Установлено, что диагностика поломок резцов на продольно осевой коронке в режиме реального времени может быть реализована на основе спектрального разложения фрагментов реализаций тока двигателя привода резания исполнительного органа длительностью, соответствующей 1-3 оборотам коронки. Диагностируемым параметром, отвечающим требованиям воспроизводимости, чувствительности и однозначности, является отношение коэффициентов спектрального разложения, соответствующих частоте вращения коронки и ее утроенному значению. Список литературы: 1. Крестовоздвиженский П. Д. Повышение прочности тангенциальных поворотных резцов горных очистных комбайнов / Автореф. дис. канд. техн. наук., 2011. – 146 с. 2. Шабаев О. Е. Диагностирование отказов резцов проходческого комбайна / О. Е. Шабаев, Н. И. Стадник, Н. В. Хиценко, И. И. Бридун, А. В. Коваленко // Вісті Донецького гірничого ін-ту / Донецький національний технічний університет. – Донецьк, 2013. – №2(33). – С. 240–250.

184

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ УДК 621.9.02 ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКОВ ЗА СЧЕТ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА Чабина О.А., Киселева И.В. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация: В статье рассмотрены компоновки систем автоматической смены инструментов многооперационных станков, проанализированы их преимущества и недостатки, область использования. Показана необходимость определения оптимальной емкости инструментального магазина для обеспечения повышения производительности станка с ЧПУ. Ключевые слова: станок с ЧПУ, система автоматической смены инструмента, инструментальный магазин, емкость инструментального магазина.

1. Введение В условиях современного производства эффективность обработки во многом зависит от быстродействия технологического оборудования. Внедрение в производство многооперационных станков позволило в значительно повысить производительность обработки сложных деталей. Многооперационные станки предназначены для комплексной обработки деталей типа тел вращения и сложных корпусных деталей, со всех сторон, кроме поверхностей, по которым производится базирование и закрепление заготовок. Концентрация операций на этих станках позволяет выполнять полную обработку деталей с одной установки. Это дает возможность создать мобильное и гибкое производство, так как многооперационные станки отличаются простотой наладки, а также исключают необходимость применения сложной и дорогостоящей оснастки, что особенно актуально в условиях мелкосерийного и опытного производства. Добиться существенного повышения эффективности обработки детали на многооперационном станке с ЧПУ можно только за счет одновременного сокращения и основного, и вспомогательного времени. Возможности сокращения основного времени ограничены стойкостью инструмента, технологическими возможностями станка, конструкцией детали, и составляют не более (8…10)%. Более широкие возможности снижения штучного времени обработки дает уменьшение вспомогательного времени, доля которого составляет 30% и более, особенно при обработке сложных корпусных деталей, когда количество применяемых инструментов может составлять десятки и сотни [1]. Известно также, что в структуре времени обработки деталей время, затрачиваемое на смену инструмента, составляет около 7% [2]. Поэтому сокращение этого времени может обеспечить повышение производительности обработки. Время смены инструмента существенно зависит от структуры системы автоматической смены инструмента (АСИ), конструкции детали и количества инструментов, необходимых для ее обработки. Система АСИ станков с ЧПУ включает в себя: накопители инструментов, устройства транспортировки его из накопителя в рабочую зону и обратно, устройства ориентации, закрепления и контроля инструмента. Структура и компоновка системы АСИ зависит от многих факторов, в частности, необходимой емкости магазина, соотношения времени работы инструмента и времени смены инструмента, габаритов

185

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ станка и т.д. Поэтому для повышения производительности многооперационного станка необходимо выбрать рациональную структуру системы АСИ. Целью работы является анализ имеющихся конструкций систем автоматической смены инструментов на многооперационных станках и обоснование необходимости определения оптимальной емкости инструментального магазина.

2. Основное содержание и результаты работы Применяемые в современных станках с ЧПУ системы АСИ достаточно разнообразны. Их можно разделить на две основных группы. Это системы, в которых замена инструментов осуществляется с помощью автооператора или без него за счет соответствующих перемещений магазина и шпинделя станка (рис.1) [3]. Способы автоматической смены инструментов

Замена положения рабочего накопителя

Подача инструмента в шпиндель из магазина

Передача инструмента через промежуточный накопитель

С автооператором

Без автооператора

Смена позиции головки

Магазин и автооператор

Магазин и двухшпиндельная головка

Магазин, автооператор и накопитель

Кинематика движения

Магазин, транспортный и загрузочный автооператор

Рис.1. Классификация способов автоматической смены инструмента Оба способа имеют как преимущества, так и недостатки. Структура системы, прежде всего, влияет на время замены инструмента, надежность работы ТС, компактность конструкции, удобство обслуживания и выполнения требований техники безопасности, стоимость оборудования. Магазин инструментов может располагаться на шпиндельной бабке станка, на станине или на отдельной стойке. Для уменьшения влияния вибраций, связанных с работой магазина, на точность обработки магазин желательно располагать вне зоны обработки. Но при этом увеличивается количество вспомогательных перемещений, которое необходимо для осуществления смены инструмента. Системы АСИ без автооператора требуют дополнительного осевого или радиального перемещения, что ограничивает их емкость и количество вариантов компоновок. Значительно ускорить автоматическую смену инструмента, в случае размещения магазина вне рабочей зоны станка, возможно при помощи автооператора. Это позволяет упростить условия загрузки и обеспечить совмещение поиска

186

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ инструмента с циклом обработки, но усложняет обслуживание станка. В устройствах АСИ чаще всего применяют двухзахватный автооператор (рис.2). Смена инструмента может осуществляться за счет: выдвижения руки автооператора; поступательного движения автооператора и выдвижения руки; поворота автооператора вокруг своей оси. Инструментальные магазины дискового типа целесообразно располагать Рис.2. Конструктивная схема непосредственно на шпиндельной бабке, смены инструмента манипулятором: что обеспечивает наименьшее расстояние 1 – инструмент; 2 – манипулятор; между осями шпинделя и инструмента 3 – магазин; 4 – шпиндель (рис.3). Достоинство такой компоновки заключается в отсутствии необходимости перемещать шпиндельную бабку и каретку автооператора, что позволяет затрачивать наименьшее время на смену инструмента. Дисковые магазины могут выполняться одноярусными и многоярусными, однорядными и многорядными. Емкость однорядных дисковых магазинов составляет (16…50) инструментов. Многоярусные и многорядные магазины позволяют увеличить количество инструмента, и упростить компоновку станка, однако основной недостаток таких магазинов – ограничение зоны доступа автооператора [4–6].

Рис.3. Инструментальные магазины дискового и цепного типов Барабанные магазины располагают рядом со станками или непосредственно на станках возле револьверных головок. Инструментальные магазины барабанного типа могут выполняться одноярусными и многоярусными. Емкость магазинов такого типа составляет от 60 до 240 единиц. Такая емкость магазина позволяет проводить обработку на форсированных режимах, за счет использования инструментов-дублеров, но при этом уменьшается стойкость инструмента и увеличиваются материальные затраты на его приобретение. Использование магазинов цепного типа целесообразно в многооперационных станках, применяемых для обработки сложных корпусных деталей, требующих большого количества инструментов. Цепные магазины емкостью до 60 инструментов могут быть установлены на колонне станка, однако при большей емкости магазина, вследствие увеличения массы, их размещают на отдельной стойке-ферме. При такой компоновке, увеличивается время смены инструмента, так как требуются вспомогательные перемещения колонны, либо вспомогательные устройства.

187

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Как говорилось ранее, от структуры АСИ зависит время, затрачиваемое на смену инструмента, и, следовательно, и производительность многооперационного станка. Для обоснованного выбора системы АСИ необходимо определить емкость инструментального магазина. В случае автономной работы многооперационный станок должен обеспечить полную обработку группы запланированных для него деталей, то есть количество инструментов в магазине должно быть достаточным для обработки всех поверхностей этих деталей. При недостаточном числе инструментов увеличивается время обработки всей совокупности (партии) деталей, а при их избыточном числе увеличиваются материальные затраты. В работе [2] делается взвод о том, что добиться существенного повышения производительности обработки на многооперационном станке можно за счет обеспечения работы всех инструментов на оптимальных режимах резания. При этом инструменты, расположенные в магазине, имеют различную стойкость. Для обеспечения работоспособности станка в течение длительного времени в условиях «безлюдного» производства необходимо синхронизировать стойкости большинства инструментов. Добиться этого можно за счет использования инструментов-дублеров, для инструментов, имеющих минимальную стойкость. Причем, существует оптимальное количество резервных инструментов, обеспечивающее максимум производительности станка. Следовательно, при определении требуемой емкости инструментального магазина необходимо учитывать инструменты-дублеры, которые позволять выровнять периоды стойкости всех инструментов.

3. Выводы. На основании проанализированных конструкций систем автоматической смены инструмента на многооперационных станках можно сделать вывод, что эффективность работы станка существенно зависит от выбора рациональной конструкции системы АСИ и оптимальной емкости инструментального магазина. При определении емкости магазина необходимо учитывать количество резервных инструментов, обеспечивающих бесперебойную работу станка в течение смены. При разработке более совершенной конструкции инструментального магазина для многооперационных станков необходимо обеспечить повышение производительности станка за счет ускорения поиска и смены инструмента, при уменьшении габаритов станка и сохранении его емкости. Список литературы: 1. А. М. Русецкий Теоретические основы проектирования технологических комплексов. Минск: Беларус. навука, 2012. – 239 с. 2. М. И. Михайлов Оптимизация емкости накопителей инструментов станков с ЧПУ для гибких производственных систем // Вісник Чернігівського державного технічного університету Серія Технічні науки 2015, №2 (78). С. 92–99. 3. Малишко І. О., Кисельова І. В. Системи інструментального забезпечення автоматизованих виробництв. Навчальний посібник. Донецк: ДонНТУ, 2007. – 271 с. 4. Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ (МАСИ) http://konstruirovanie-mashin.ru/glavakonstruirovanie-kharakternykh-uzlov-mekhanizmov/mekhanizmy-avtomaticheskoi-smenyinstrumentov-stankov-chpu-masi. 5. Маслов А. Р. Многооперационные станки и системы ЧПУ: Обзор// М.: Издательство «ИТО», 2006. – 223 с. 6. Устройства автоматической смены инструмета станков с ЧПУ http://icvt.tubryansk.ru/index.php?option=com_content& view=article&id=27:23-&catid=8:-2-&Itemid=28

188

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ ИННОВАЦИИ В СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ СОВРЕМЕННЫХ СКЛАДСКИХ КОМПЛЕКСОВ Чигринова Н. М., д.т.н., профессор, Плиговка Ю. Н., Кривохижа А. П. (кафедра ТиРО, БНТУ,г. Минск, Республика Беларусь) Тел./Факс: +375 (29)7634938; E-mail: chygrynova@ya.ru Abstract: The world of technology is developing very dynamically and to be competitive on the market, it is necessary to keep up with the times. Warehouse is an important link in the supply chain management, to maintain the pace of business development. Аll the more interest is the voice and lighting solutions, RFID- tags, WMS- system. WMS- system – an indispensable tool in the modern warehouse, which allows you to automate warehouse processes, improve warehouse logistics and the supply chain.

Key words: WMS- system, warehouse, RFID-tags, automation, optimization. Мир технологий развивается очень динамично и, чтобы быть конкурентоспособным на рынке, нужно идти в ногу со временем и занять достойное место в современной научно-технологической нише. Учитывая тот факт, что Республика Беларусь – транзитное государство (рис.1), следует развивать ее территориальный потенциал, в значительной степени связанный с возможностью предоставления иностранным производителям услуг по транзиту, хранению и контролю транспортируемых в Европу грузов.

Рис.1. Стоящие фуры в очереди на границе. Сегодня в планах нашей страны создание современных складских систем с развитой инфраструктурой и логистическими привязками, эксплуатация которых может принести стране немалые дивиденды. Склад – это важное звено в цепочке управления поставками, поддерживающее темпы развития бизнеса. Перед современным складом стоит огромное количество задач, с которыми он должен справляться. Безвозвратно уходит время, когда заказы комплектовались вручную операторами, когда для получения информации о наличии и месте хранения товара необходимо было обойти весь склад. В настоящее время уменьшение затрат и увеличение качества обслуживания клиентов требует наличия на складах систем автоматизации большинства складских

189

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ функций и обученного персонала. Автоматизация позволяет увеличить производительность склада, оптимизировать использование кадровых ресурсов и повысить, таким образом, качество обслуживания клиентов склада. Сегодня от современных систем автоматизации на складе ждут не только осуществления контроля таких операций как: приемка товара, обработка, комплектование, складирование, отгрузка и т.д., но и повышения производительности склада: оптимального использования складских площадей, увеличения полезной площади склада, улучшения оборачиваемости товара, находящегося в складских запасах, снижения потерь товара, повышения скорости обработки заказов, улучшения качества работы. В связи с этим все больший интерес вызывают инновации в системах контроля современных складских комплексов. Новейшие разработки позволяют не только размещать, складировать, хранить и комплектовать грузы, но совершенно ответственно относиться к контролю их качества, количества и расположения. Одной из таких инноваций являются голосовые и световые решения, RFIDметки, WMS-системы (рис.2). За счет оснащения склада такими технологиями растут требования к персоналу, их информированности, обученности и практического умения применять новейшие методы и приемы, а также к функционалу и комплексности информационных систем управления складом.

Рис.2. Применение инноваций на складе – а) голосовое решение; б) RFID-метки Рассматривая склад как единый механизм с внедрением в него WMS-системы, следует подчеркнуть, что система управления складом (WMS – Warehouse Management System) (рис.3) является незаменимым инструментом в работе современного склада, позволяя автоматизировать складские процессы, повысить эффективность складской логистики и всей цепочки поставок. Такие системы становятся все более функциональными и нередко интегрируются с такими модулями, как управление транспортом и системой управления заказами. Очевидно, что клиентов интересует возможность самостоятельной индивидуальной настройки склада и его инфраструктуры под особенности своего бизнеса. Весьма важным аспектом складской деятельности в современных условиях представляется опыт провайдера, надежность технической поддержки, оценка быстроты внедрения принятых решений, которые позволят работать не с одним распределительным центром, а с несколькими.

190

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Рис.3. Управление складом с помощью WMS-системы. Следует также отметить, что сейчас многие компании переходят от розничных магазинов к интернет-магазинам. А это значит, что система и алгоритм доставки конечным потребителям заказываемых товаров и грузов могут быть принципиально различными. Следовательно, уже на самом складе должен быть оптимизированы и процессы подготовки грузов к отправке, и сам процесс отгрузки с целью обеспечения регулярного и непрерывного товаропотока. Реализация таких мер возможна, прежде всего, за счет применения новейших систем распределения, комплектации заказов, базирующихся на компьютерных технологиях, действиях специально обученного персонала и жестком контроле за соблюдением всех временных норм и показателей качества. Кроме того, учитывая пожелания клиента, связанные с характером доставки груза по назначению (рис.4) – доставка на дом или самовывоз, необходима интеграция WMS-системы не только с транспортными, но и с курьерскими компаниями для выработки оптимального решения.

Рис.4. Доставка груза по назначению клиенту с применением WMS-системы

191

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Весьма важным условием ритмичности работы склада является оптимизация системы оплаты произведенных услуг. Для обеспечения клиента выгодными для него условиями оплаты (наличными/ картой/электронный кошелек) необходимо предусматривать меры по четкому взаимодействию WMS-системы с системой управления заказами – OMS- системой. Для успешной и надежной работы вышеописанных систем на современных складах предусмотрено установление программного обеспечения LMOrderManager, которое самостоятельно принимает решения и разрабатывает порядок подготовки заказов. С этой целью должна использоваться автоматизированная система распределения, которая учитывает такие параметры, как наличие товара на складе, близость к клиенту, сроки доставки и т. д. [1]. Еще одним серьезным преимуществом рассматриваемой автоматизированной WMS-система является возможность снижения издержек. Данный механизм необходим для развития бизнеса, где требуется высокая скорость обработки информации и принятия решений. Именно поэтому комплектации WMS должна содержать различные мобильные приложения, благодаря которым можно работать не только непосредственно на самом складе, а в разных точках города или страны. Компания a-Sis в 2015 году разработала a-Sis View – инновационное 3Dрешение, которое позволяет контролировать всю логистическую среду компании. Это решение воплощено в мобильное приложение для планшетов и смартфонов. Теперь оператор может, находясь в любом месте склада, сообщить о наличии товара, о количестве товара и т. д. Обучение персонала проходит быстро, т. к. получаемая информация предоставлена в визуальном формате, что всегда воспринимается и усваивается легче.

[1]. Такая система уже активно эксплуатируется на таком, например, крупнейшем складе интернет-магазинов, как AMAZON (рис.5) .

Рис.5 Склад интернет-магазина Amazon.

Amazon – крупнейший онлайн-магазин в мире, где все товары для него хранятся на огромных складах. Точнее, на восьмидесяти складах, которые, кстати, удобно расположены в ключевых «отправных» точках по всему миру. Площадь некоторых из

192

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ них – более 111 484 кв.м. И в самом сердце этой складской системы – люди (более 65 000 человек) и система логистики, известная, как хаотичное хранение. Это органичная система расположения товара на полках без постоянных секций. Характеристики и атрибутика товара здесь тоже роли не играют. Главное – это штрихкод, который присуждают товару, когда он поступает на склад.

Рис.6 Хаотичное хранение товара на складе Amazon. На каждом месте на полке есть этот штрих-код. И каждому товару присуждают этот код, который совпадает с кодом на полке, где он будет храниться. Таким образом, свободные места быстро заполняются. У такой системы хранения есть несколько преимуществ. Во-первых, гибкость. При такой системе освободившееся место мгновенно заполняется другим товаром. Вовторых, простота. Новым работникам не нужно заучивать отделы с товарами, потому что их попросту нет. Им просто нужно знать, где находится та или иная полка. Не нужно знать, что это за товар, нужно просто знать, где он. И, наконец, оптимизация.

Amazon перерабатывает миллионы заказов. А это значит, что в любой момент всегда есть длинный список товаров, которые нужно быстро забрать с полок и подготовить к отправке. Так как система знает каждый товар и его местонахождение, она может проложить оптимальный маршрут для работника склада. Разработка приемов и методов эксплуатации данного сервисного пакета помогает правильно организовывать людские ресурсы для обслуживания таких огромных складских комплексов, способствует выявлению зон склада, в которых трудно справиться с объемом потоков и где не хватает мест хранения, помогает ответить на вопросы конечного потребителя о наличии товара, а также о возможности его оперативной доставки. Хочется надеяться, что специалисты данного профиля, которые готовятся на кафедре «Торговое и рекламное оборудование» ФММП, получив глубокие знания о современных тенденциях развития складских систем и технологий их совершенствования, смогут достойно представлять БНТУ в хозяйственной деятельности современной Беларуси. Список литературы: 1. Журнал «Конъюнктура товарных рынков» – М.: ОАО «ИТКОР». – 2015. – 40 с. 2. Особенности работы складской программы FBA (Fulfillment

by Amazon) – Режим доступа: http://saleshub.pro/osobennosti-raboty-skladskoj-programmyfba-fulfillment-by-amazon/

193

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И РЕНТАБЕЛЬНОСТИ ЛОГИСТИЧЕСКО-СКЛАДСКИХ ХОЗЯЙСТВ Чигринова Н. М., Толочко А. И., Шарамета А. Г. (БНТУ, г. Минск, Беларусь) Тел./Факс: +375 (29)7634938; E-mail: chygrynova@ya.ru Abstract: RFID (Radio Frequency IDentification) is an automatic identification technology using RF tags . The primary purpose of RFID technology - to enable real-time non-contact , accurate data collection and processing for movement of goods.

Key words: RFID- technology, RFID- tags, mobile readers, stationary readers, data overwrite. Географическое положение Республики Беларусь обусловливает то, что она является одним из основных транзитных узлов, через территорию которого в Европу и обратно поступает большое количество различных грузов. В настоящее время вследствие некоторых таможенных разногласий на границе возникает необходимость хранения перемещаемых грузов на территории страны, в связи, с чем создание современных складских хозяйств приобретает особую актуальность. Современные склады с развитыми логистическими системами требуют решения множества весьма непростых вопросов, связанных с разгрузочно-погрузочными работами, хранением, размещением, обслуживанием и сохранением продукции, прибывающей из разных стран. Постоянно растет нагрузка на систему учета, и обычная бухгалтерская программа не справляется с выполнением всех ежедневных операций. В результате теряет прибыль вся организация. Эффективность и рентабельность работы склада зависит от многих факторов, и в значительной степени от скорости и безошибочности приема и отгрузки товаров. Чем меньше задержек и простоев, тем выше качество обслуживания клиентов и больше прибыль. Для осуществления качественной и производительной работы складского хозяйства все более востребованными становятся современные технологии, в частности, передовые методы учета и контроля. В настоящее время набирает обороты использование на современных складах автоматизированных процессов, обеспечивающих высокую оперативность работ – прихода, продажи, отгрузки, перенаправление грузов и т. д. На сегодняшний день одним из наиболее востребованных способов интенсификации складских процессов является распознавания товаров любой группы с помощью штрих-кодирования. В самых современных складских хозяйствах должно обеспечиваться не только качественное хранение товаров, но также получение компьютерной информации о месте хранения груза, о характере его перемещения по складу, учет всех особенностей хранимого груза, быстрое и точное обеспечение отгрузки. Поэтому в последние годы все большую популярность приобретают RFIDтехнологии.

RFID (Radio Frequency IDentification) представляет собой технологию автоматической идентификации с помощью радиочастотных меток. Она состоит из трех компонентов: меток, считывателей и программного обеспечения. Основная цель применения RFID технологии – обеспечить возможность в режиме реального времени бесконтактный, точный сбор и обработку данных по движению товара. Система RFID-Control ускоряет основные процессы складской логистики при обработке товаров, увеличивает надежность и прозрачность операций, ускоряет

194

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ оформление документов и сводит количество ошибок до минимума, благодаря снижению влияния человеческого фактора.

RFID широко используется в логистике, в розничной торговле, в системах аутентификации персонала. Во всех этих случаях RFID связывает некоторый физический объект (товар на складе) с цифровыми атрибутами (описание товара, его стоимость, дата и порядок отгрузки). В этом смысле технология RFID похожа по функциям на штрих-код, но обладает существенными преимуществами в эксплуатации и позволяет использовать более сложные, криптографические защищённые протоколы. Принцип работы такой технологии очень прост и удобен: радиочастотную метку или по-другому самоклеющуюся наклейку прикрепляют на каждый товар, поступивший на склад, и регистрируют в системе контроля. Благодаря этим меткам каждый товар отличается друг от друга. В основных зонах склада устанавливают специальные считыватели, которые регистрируют товар за 3 секунды. Схема такой технологической цепочки приведена на рис.1. Вся информация мгновенно поступает в учетную систему, в которой при необходимости можно просмотреть все данные о товаре.

Рис 1. Схема технологической цепочки регистрации товара на складе Подбору меток, которыми будет маркироваться товары, следует уделять самое пристальное внимание при реализации проекта. Стандарт, который будет использоваться и исполнение самой метки определят структуру большинства бизнес процессов, которые изменятся или будут внедрены впервые. Исходя из того, что метки, закрепляемые на товаре, не будут использоваться вторично, а также принимая во внимание их значительное количество, очевидно, что следует использовать максимально дешевые метки, выполненные в виде самоклеющихся этикеток стандарта EPC Gen 2.0. Метки этого стандарта изначально не имеют идентификатора. Идентификатор записывается в эти метки или тем, кто их поставляет конечному пользователю или самим конечным пользователем. Правила маркировки таких меток устанавливаются международной организаций EPC Global, членом которых является компания «Систематика». Единожды записанный идентификатор впоследствии уже невозможно изменить. Отсутствие заводского номера делает возможным создание «клонов» меток. Для некоторых применений это не имеет существенного значения,

195

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ однако при определенных условиях может стать важным фактором. Данные метки изначально позиционировались разработчиками, как метки для маркировки единичных товаров массового потребления и ради снижения стоимости таких меток они выпускаются без пользовательской памяти. Таким образом, для идентификации того или иного товара, помеченного меткой стандарта EPC Gen 2.0 нужно связываться с базой данных, хранящей информацию о соответствии идентификатора метки конкретной единице товара (или иметь копию такой базы данных или ее части в переносном терминале или компьютере). Однако такие метки ненадежны и недолговечны. Поэтому предпочтение стоит отдавать радиочастотным меткам (рис.2)

Рис. 2. Радиочастотная метка RFID-метки – миниатюрные устройства, чаще всего выполненные в виде наклеек, способные хранить и передавать информацию. Каждая метка имеет уникальный идентификационный код. Код метки соотносится в базе данных с конкретным товаром.

RFID-метки имеют заводской неизменяемый идентификатор (присваивается на стадии производства и не может быть изменен впоследствии) и 256 бит пользовательской R/W памяти. Неизменяемый идентификатор – гарантия того, что каждая метка уникальна. Сделать копию такой метки практически невозможно. Благодаря наличию пользовательской памяти в метку можно записать какую-либо дополнительную информацию, например код заказчика, которому надлежит доставить товар, дату отгрузки, код товара. Это позволит определить, кому и когда был отгружен тот или иной товар «на месте», не связываясь с центральной базой данных. Данные о получателе товара в метку можно заносить в момент отгрузки, когда погрузчик находится с паллетой в зоне регистрации. Для этого оператор 1С отдает считывателю команду «записать код получателя и время отгрузки» и в течении 3–4 секунд считыватель записывает в каждую метку паллеты эту информацию. Более того, память метки является перезаписываемой, что позволяет изменять данные, записанные в метку. Например, товар сначала отправляется на региональный склад, затем на дистрибьюторский, и только потом отгружается клиенту. При каждой переадресации информацию в метке можно менять, чтобы она соответствовала текущему месту назначения товара. Большинство меток имеет перезаписываемую память. В эту память можно записать дополнительную информацию о товаре: его серийный номер, номер партии, код, назначенное место в хранилище и прочие данные по желанию заказчика. Перезаписываемые метки очень удобно использовать для маркировки возвратной тары (паллет, контейнеров и т.п.). Закрепив метку один раз, ее можно использовать много

196

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ лет, по необходимости дополняя и обновляя данные в ней. Информация в метках также может быть зашифрована. Это позволяет обеспечить надежную защиту от несанкционированного доступа к зашифрованным данным. Однако для эффективной работы такой технологии недостаточно только радиочастотных меток. Для работы системы необходимы устройства, позволяющие сканировать информацию – RFID-считыватели.

FID считыватели, или RFID ридеры/RFID терминалы – устройства, предназначенные для получения (чтения) и обработки данных с RFID меток (рис.3).

RFID считыватели излучают в пространство радиоволны, которые принимаются радиометкой, передающей терминалу в ответ свой идентификационный номер. В случае с пассивными RFID метками излучаемая RFID ридерами энергия также используется для активации и энергоснабжения метки, что обеспечивает для нее возможность отдать данные считывателю. Основные преимущества использования RFID считывателей связаны с принципом их работы, основанном на передаче метке радиосигнала так, что становится возможным «обратиться» сразу ко многим RFID меткам и получить информацию сразу со всех RFID-чипов. Корректная обработка информации при этом обеспечивается благодаря особым механизмам «разрешения коллизий», позволяющим считывателям обрабатывать сразу множественные поступающие на них данные. Благодаря возможности получения информации сразу с многих меток, считыватели дают возможность провести одновременную идентификацию многих объектов, что может быть использовано для существенного увеличения скорости инвентаризации товаров и основных средств.

Рис.3. RFID ридеры/RFID терминалы.

Другим преимуществом технологии считывания является дальность передачи сигнала. Расстояние, с которого может производиться RFID считывание, зависит в основном от величины антенн (рис. 4) с той и с другой стороны, т.е. как у RFID считывателя, так и у радиометки. Не менее важным фактором является и мощность RFID считывателя. СВЧ считыватели, т. е. устройства, работающие на сверхвысоких частотах (СВЧ) – более 433 МГц, могут «опрашивать» радиометки с расстояния до 5 метров. В результате RFID считыватели могут быть эффективно использованы для контроля перемещения объектов или для отслеживания цепочек поставок.

197

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Рис.4. Антенна стационарного считывателя Наконец, RFID считыватели могут опрашивать метки вне их прямой видимости. Это позволяет спрятать метку внутрь объекта для обеспечения ее дополнительной безопасности или для ее маскировки. Эта функция может быть эффективно использована в рамках RFID систем контроля подлинности авиационных агрегатов, где RFID метка имплантируется внутрь устройства и, оставаясь невидимой и не извлекаемой, позволяет четко идентифицировать объект на всех этапах послепродажной эксплуатации. Считыватели делятся: стационарные и мобильные. Стационарные считыватели крепятся на стенах, либо могут быть представлены в виде специальных ворот (рис.5). Достоинством таких считывателей является огромная зона чтения, мощность и возможность считывания сразу десятков меток. Такой считыватель может устанавливаться на погрузчик, который считывает метки паллет и мест их хранения. Считыватель имеет терминал, на который приходят задания для оператора погрузчика.

Рис. 5 Стационарные RFID-ворота Переносные (мобильные) считыватели используются для поиска нужных товаров на складе, записи служебной информации в метки и контроля подлинности товаров во время перевозок. Мобильные считыватели также помогают быстро осуществить контроль погрузки: убедиться, что товар в полном объеме был отправлен по назначению. Мобильные считыватели по сравнению со стационарными способны

198

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ считывать информацию на небольшом расстоянии, но обладают внутренней памятью, с помощью которой информацию можно записать на компьютере (рис.6) [3].

Рис.6. Мобильные считыватели. Программное обеспечение для рассматриваемой системы представляет собой пакет программ для ее интеграции в складской алгоритм заказчика. Внедрение RFID не требует замены существующим складским технологиям. Все преимущества бесконтактной идентификации доступны в привычной программной оболочке. При эксплуатации указанной технологии весьма важен выбор меток, который диктуется, как правило, количеством и разнообразием хранимой на складе продукции. Так, на начальной стадии размещения товара на складе целесообразно применять метку "RO" (Read Only) , пригодную для идентификации поступившей продукции (рис.7,а). На данную метку информация записывается только один раз. Новую информацию записать нельзя. Достоинством этой метки является то, что их практически невозможно подделать. Более совершенной меткой является "WORM” (Write Once Read Many) (рис.7, б), в которой кроме уникального идентификатора также есть блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно считывать. Это расширяет возможности и является более удобным для работников складского хозяйства.

Рис.7 Виды RFID-меток а) «RO» (Read Only) метка; б) «WORM» (Write Once Read Many) метка; в) «RW» (Read and Write) метка.

199

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Наиболее востребованной является метка «RW» (Read and Write) (рис.7,в), содержащая идентификатор и блок памяти для чтения и записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны большое число раз. Стоит подчеркнуть, что применение RFID – технологии позволит быстро находить необходимый товар, эффективно комплектовать заказы, что в свою очередь обеспечит полный контроль складских помещений. Алгоритм работы RFID-технологии на складе следующий: при приеме все товары маркируются метками, которые прикрепляют с помощью рулонного маркера или закрепляются вручную. Затем товар регистрируются в базе данных. При ввозе на склад, товар регистрируется в специальной зоне регистрации, в которой установлен стационарный считыватель, подключенный к учетной системе. В этой зоне погрузчик останавливается на 3–4 секунды для того, чтобы весь товар, находящийся на паллете, был успешно зарегистрирован и данные переданы в учетную систему. В учетную систему склада поступает информация о том, что поступившие паллеты оклеены метками и готовы к размещению. Ответственный работник формирует задание на их размещение и отправляет его на терминал погрузчика. На терминал погрузчика приходит задание забрать товар из зоны формирования паллет. Если по ошибке был взят не тот товар, терминал немедленно выдаст предупреждение. Затем погрузчик едет к указанному в задании месту хранения. При размещении товара производится чтение и метки товара, и метки места хранения. Если эти данные совпадают с данными задания, размещение товара разрешается, а факт установки фиксируется в базе данных. При необходимости переместить паллету из одной зоны склада в другую ответственный работник формирует задание на перемещение и отправляет его на терминал погрузчика. На терминал погрузчика приходит задание переместить паллету на новое место хранения. Аналогично предыдущему случаю, он на месте убеждается, что забрал то, что надо. В базе данных старое место хранения помечается как свободное. Затем погрузчик перемещается к указанному в задании новому месту хранения. При размещении товара производится чтение и метки товара, и метки места хранения. Если эти данные совпадают с данными задания, размещение товара разрешается, а факт установки фиксируется в базе данных. При запросе на выдачу определенного товара ответственный работник формирует и отправляет на терминал погрузчика список товаров, которые необходимо выдать, с указанием их расположения. По аналогии с предыдущими операциями, погрузчик считывает метки с паллеты и места хранения перед тем, как забрать необходимый товар. После того, как работник склада собрал заказ, его состав проверяется в зоне считывания. Эта операция занимает 3–4 секунды. Оператор 1С проверяет соответствие состава паллеты заказу, и паллета отправляется в зону ожидания погрузки. На выходе со склада стационарные считыватели фиксируют факт того, что товар покинул склад. Перед тем как погрузить товар в машину, которая доставит его заказчику, погрузчик последний раз проезжает сквозь зону регистрации. Оператор 1С проверяет правильность отгрузки и оформляет накладную на товар. Документы заполняются автоматически. В базе данных делается отметка, что товар отгружен. Весь процесс оформления занимает меньше минуты. Наличие перезаписи информации – одна из основных предпочтительных особенностей и отличий RFID от ранее существовавших систем. При этом в данном методе существует защита от несанкционированной перезаписи, что весьма важно там, где необходим строгий и конкретный учет содержащихся товаров.[1, 2].

200

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Однако, как и любая технология, метод RFID имеет ряд существенных недостатков: неисправная метка выдает недостоверную информацию, а радиочастотная передача данных заражает и сканеры. Это нарушает работу центральной базы данных и может полностью остановить работу склада. Кроме того, человек, который получил товар с меткой, может воспользоваться считывателем и получить доступ к базе данных [3]. Прикрепленная к изделию на этапе производства метка может в дальнейшем использоваться для учёта изделия на складе или для подтверждения подлинности предмета, уже введенного в эксплуатацию. Также в промышленности RFID-метки используются для идентификации операторов установок и агрегатов. Считыватель RFID подключается к промышленной сети (PRO FInet) и позволяет оператору, имеющему карточку с RFID-меткой управлять оборудованием в определённой локации при помощи средств человеко-машинного интерфейса. Важной особенностью применения RFID является неразрывность между промышленным и логистическим использованием (рис.8).

Рис.8. Логистическая схема технологии.

складских процессов с применением RFID-

Однако, к настоящему моменту RFID-технология не получила широкого применения в Беларуси. Основная причина, которая замедляет его быстрое развитие в нашей стране, высокая стоимость. Например, определяя цену этикеток штрих-кода, следует знать, что одна метка оценивается в пределах 0,5–10$. Поэтому развитию, совершенствованию и снижению себестоимости данной технологии следует уделять серьезное внимание. Я считаю, что в том случае, если выпускникам кафедры «Торговое и рекламное оборудование» доведется работать в таких складских хозяйствах, то полученные ими знания могут способствовать решению данных задач. Список литературы: 1. RFID – передовая технология для учета – Режим доступа: http://www.3dnews.ru/264475 2. Технология радиочастотной идентификации RFID на базе WMS– Режим доступа: http://cnb.by/servisy/novosti/tehnologiyaradiochastotnoj-identifikacii-rfid-na-baze-wms.html 3.Автоматизация склада – Режим доступа: http://www.tehnolitex.by/pages/rfid_warehouse.html

201

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Власов С. А., Рыбинская Т. А. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРОДУКЦИИ НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ ……………………………………………...

3

Горобец И. А., Сидоренко И. В. ЭТАПЫ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ………………………………………………

6

Курденко А. С. ВЕКТОРИЗАЦИЯ РАСТРОВЫХ ОБЪЕКТОВ В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ………………………………………………………………………………

8 Курденко А. С., Гайдарь О. Г. СПОСОБЫ ВЕКТОРИЗАЦИИ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ……………...

9

Курденко А. С., Гайдарь О. Г. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ САПР. ОТ CAD К PDM……………………………………...

13

Масленников Д. А., Солосин В. И. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ………………………………………………………………

16

Олейник И. В., Буленков Е. А. ВОЗМОЖНОСТЬ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ОБЛАЧНЫХ И ТРАДИЦИОННЫХ CAD СИСТЕМ…………………………………………………

18

Панченко О. А., Демин В. П., Коваленко В. И. ИНВЕРТОРНЫЙ СВАРОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ВД-200 ФИРМЫ СЭЛМА……….

21

Шумилкин Е. Л. СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГОКОНТРОЛЯ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ В ГИБКОМ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ…………………………………..

23

202

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г.

ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Зарубин Д. А., Ушомирская Л. А. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТРУЙНОГО ЭЛЕКТРОЛИТНОПЛАЗМЕННОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ДЕТАЛЯМ, ПОЛУЧЕННЫХ АДДИТИВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ ………………………....

28

Кисиленко И. В., Ивченко Т. Г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКЕ ТОЧЕНИЕМ И ОБКАТЫВАНИЕМ..

31

Кузьмичев И. С., Ушомирская Л. А.. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОЛИТНОПЛАЗМЕННОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПРОТЯЖЕННЫХ, СКВОЗНЫХ ОТВЕРСТИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ…………………

35

Левашова Е. Л., Кудрявцев В. Н. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ………………………………………………………………………….

39

Лобов А. С. Феник Л. Н. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ……………………...

43

Лыхманюк Е. О., Ивченко Т. Г. ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОНКОГО ТОЧЕНИЯ ЧУГУНОВИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ……….

49

Польченко В. В., Базаров А. Н.. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ПРИРОДНОГО И ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ …………………………………………………………..

53

Рудыкина Э. А., Михайлов А. Н., Михайлова Е. А. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ НАНЕСЕНИЯ ВАКУУМНЫХ ИОННОПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ ……………………………………….

56

Толстых С. О., Михайлов А. Н., Михайлов Д. А. ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД НА БАЗЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНООРИЕНТИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ …………………………………………..….

62

Шахова И. Ю., Байков А. В. ТЕМПЕРАТУРА РЕЖУЩИХ ЗЕРЕН ПРИ ТОРЦОВОМ АЛМАЗНОМ ШЛИФОВАНИИ.....……………………………………………………………………

67

203

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г.

Щербаков С. Р., Коротких М. Т. ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ …………………....……...

70

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Белокопытов А. В., Цокур В. П. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСЕВОГО ПРОФИЛЯ АЛМАЗНОГО ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА……………………………………………………………………………..……

73

Бутенко В. И., Демешкин А. С. РАДИОМОНИТОРИНГ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЗОНЕ КОНТАКТА ДЕТАЛЕЙ ТРИБОСИСТЕМ…………………………………………………………………….…

78

Волошина И. В., Мелан Н. А. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КАМЕРЫ КОКСОВОЙ ПЕЧИ …………………………………………………………………...

84

Гуляев В. Г., Залесский С. В. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СТРУГА (СПС) С ДВУМЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ …….….

87

Жовтяник А. В., Ивченко Т. Г. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ ТОРЦЕВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С ПОКРЫТИЯМИ ……...………………

94

Лазарев Д. С., Гусев В. В.

6АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КРУГА НА СТАНКЕ…………………………………………………………..………

98

Михайлов А. Н., Голубов А. Н. АНАЛИЗ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ В СИСТЕМЕ ЭЛЕМЕНТОВ ШАРОВОЙ ОПОРЫ ……………………………………………………………….…. 104 Мугандин В. К., Голубов Н. В., Горобец И. А. ХВОСТОВИКИ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ……….…………….

111

Смердов К. Ф., Гусев В. В. АНАЛИЗ СПОСОБА ПРАВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ СВОБОДНЫМ АБРАЗИВОМ ……………………………………………………………………….…

117

Чернорай А. А., Полтавец В. В., Шаповалова Н. Н. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОЙ РАДИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ НА ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНОМ СТАНКЕ 3А227П …………………………………………………………………..…

121

204

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г.

Якупов А. У., Бабичев Д. Т. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОМЕТРИИ И КИНЕМАТИКИ ВИНТОВЫХ РОТОРНЫХ НАСОСОВ И ДВИГАТЕЛЕЙ ………………………………………………………..

125

ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Бутенко В. И., Кирейко А. А. РАДИОПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СТЫКОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА…………………………….

128

Калайда К. А., Сидорова Е. В. МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНОЙ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ СТАЛИ 45 …………..

132

Кузькина В. А., Сидоренко А. А., Рыбинская Т. А., Шаповалов Р. Г. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ …………………...

139

Лыков А. В., Голубов Н. В., Горобец И. А. ГИДРОАБРАЗИВНАЯ РЕЗКА МАТЕРИАЛА ………………………………….....

142

Лыков А. В., Лахин А. М. ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА В РАБОТЕ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И СПОСОБОВ ЕГО УСТРАНЕНИЯ…………………………………………………………………..

146

Писарева А. Г., Гусев В. В. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ЗА СЧЕТ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ………..

149

Польченко В. В., Романенко Р. П. ОСОБЕННОСТИ СМАЗКИ ЗУБЧАТЫХ МУФТ…………………………………...

155

Помазан Т. В., Рыбинская Т. А. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ ЗА СЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЗЕРВОВ……………………………………….

157

Чижевская А. Б., Горобец И. А. ВЫБОР ТИПА ШЛИФОВАНИЯ ПРИРОДНОГО КАМНЯ………………………..

170

Якимович Р. О., Ищенко А. Л. ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА И ДЕФЕКТЫ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ………………………………………………………………………

162

205

ИНЖЕНЕР, № 1(21)-2(22)’2016 г.

ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Буртылева Н. С., Крышкина А. С., Рыбинская Т. А. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕХАНИЗМА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ ………...……

165

Комлев В. Н. ЗАХОРОНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И РЕГИОНАЛЬНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОПЫТ…………………………………………………………..

168

Лысенко Н. М., Архипчик В. А. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ ТИПА УКД400………………………………………………………………………………....

177

Селиверстов В. В., Шабаев О. Е. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПОЛОМОК РЕЗЦОВ ОСЕВОЙ КОРОНКИ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ТИПА П110-04 ………………………………...

182

Чабина О.А., Киселева И.В. ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКОВ ЗА СЧЕТ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА ………………………………...

185

Чигринова Н. М., Плиговка Ю. Н., Кривохижа А. П. ИННОВАЦИИ В СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ СОВРЕМЕННЫХ СКЛАДСКИХ КОМПЛЕКСОВ………………………………………………………………………..

189

Чигринова Н. М., Толочко А. И., Шарамета А. Г. СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И РЕНТАБЕЛЬНОСТИ ЛОГИСТИЧЕСКО-СКЛАДСКИХ ХОЗЯЙСТВ……………. 194

206

УВАЖАЕМЫЕ КОЛЛЕГИ Донецкий национальный технический университет с 2000 года выпускает студенческий научно-технический журнал «Инженер». 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: русский, украинский, английский, французский. Издание журнала планируется с периодичностью 3 … 4 номера в год по мере поступления материалов.

1.

2.

3. тирования.

4.

5.

ОСНОВНАЯ ТЕМАТИКА ЖУРНАЛА Автоматизация в машиностроении. Прогрессивные, специальные и нетрадиционные технологии. Высокоэффективное технологическое оборудование. Проблемы проекПроблемы повышения качества продукции машиностроения. Организация и управление машиностроительным производством.

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). ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ НАУЧНЫХ РАБОТ Работы, представленные на конкурс студенческих научных работ должны соответствовать тематике. К участию в конкурсе допускаются работы, направленные на решение научно-исследовательских и научно-методических задач. Участие в конкурсе работ реферативного характера не желательно. Конкурсная работа должна содержать следующие обязательные разделы:  аннотация и реферат;  введение;  постановка задачи, ее актуальность;  изложение основного материала исследований с полным обоснованием полученных результатов;  выводы и критический анализ полученных результатов.

Работа должна сопровождаться отзывом руководителя, информацией об авторе и руководителе работы. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ 1. Текст рукописи статьи до 3 страниц на белой бумаге формата А4 (210х297 мм) с полями: верхнее и нижнее 30 мм, левое и правое 25 мм. Страницы не нумеровать (нумерацию выполнить карандашом в нижнем правом углу). Рукопись статьи оформить с применением редактора WinWord (не ниже версии 6,0) 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 и организации, города, страны, 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 и организации, города, страны (строку центрировать). Через 1 пустую строку – материалы статьи (язык изложения – по выбору авторов, межстрочный интервал 1). См. образец оформления материалов.

3. 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. Между крайними знаками формулы и текстом должен выполняться один интервал. Формулы выполняются курсивом. Размер Формул Для Microsoft Equation Full (обычный)……………………………………….…12 pt Subscript/Superscript (крупный индекс)…………….….8 pt Sub–Subscript/Superscript (мелкий индекс)……….……6 pt Symbol (крупный символ)………………….………….14 pt Sub-Symbol (мелкий символ)…………………….……10 pt 4. 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. Рисунки отделяются от основного текста интервалом.

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

6. Список литературы должен быть приведен в конце статьи 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 дискету 3,5 дюйма, которую нужно подписать следующим образом: фамилии и инициалы авторов, название статьи.

8. Материалы рукописи представляются без изгибов.

9. Материалы, не отвечающие перечисленным требованиям, а также поступившие в редакционную коллегию с опозданием, опубликованы не будут.

10. Без оплаты представленные материалы не публикуются, а пригласительные билеты не высылаются.

Образец оформления материалов: УДК 621.01(06) ОСНОВЫ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА СБОРОЧНЫХ СИСТЕМ (пустая строка) Иванов И.И., Петров П.П. (гр. ИТМ-14, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) (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, 283001, ДНР. Тел. (+38 062) 305-01-04, (+38 062) 301-08-05; факс - (+38 062) 305-01-04; E-mail: tm@fimm.donntu.org или mntk21@mail.ru http: //http://tm.donntu.org Председатель редакционной коллегии – А. Н. Михайлов, тел. (+38 062) 305-0104. Зам. председателя – А. В. Байков, тел. (+38 062) 301-08-05. Ученый секретарь – Е. О. Лыхманюк, тел. (+38 062) 301-08-05.

Научное издание

ИНЖЕНЕР Студенческий научно-технический журнал

№ 1(21)-2(22)'2016

Технический редактор Е.О. Лыхманюк Издатель: Государственное образовательное учреждение высшего образовательного порядка «Донецкий национальный технический университет», ул. Артема, 58., г. Донецк, 283001, тел.: (+38 062) 305-01-04