Прогрессивных

способов,

производство

высокая Степень обтамотилоции беек уровней

Устой ниёоеюь и надех поста

Высокие уровни авто­матизации, произво­дительности и прециз ион ноет и

Эстетичность и зрганоми иное та

Наличие комплекс­ны* систем диагнос­тики, контроля, управл ения

Высокая устойчивость и надежность

рункцион ироёпния

Новые принципы работы оборудования

Новые метобы воздействия на изделия

Открытые к разбитию

Нетрадиц ионные техника - экономи­ческие покалател и

Рис. 10.6, Основные характеристики прогрессивных технологий нового поколения

щимися внешними условиями. Кроме того, прогрессивные технологии могут иметь ряд других особенностей, относящихся к специальным технологиям иви технологиям буду­щего.

Для создания прогрессивных технологий нового поколения необходимо нетради­ционное обеспечение, а именно: высококвалифицированные кадры, прогрессивные тех­нологические системы и специальные технологические среды. В этом случае проектиро­вание технологических систем должно прежде всего: определяться конъюнктурой рын­ка; основываться на новых принципах, свойствах и качестве композиции элементов обо­

рудования; иметь высокие уровни автоматизации, производительности и прецизионно­сти оборудования, оснастки и инструментов. Созданные технологические системы должны быть эстетичны и эргономичны, иметь высокую устойчивость и надежность функционирования. Для этого широко должны быть использованы комплексные систе­мы диагностики, контроля и управления, а также новые принципы работы оборудования и методы воздействия орудий и средств обработки на изделия. Такой комплексный под­ход в создании прогрессивных технологических систем дает качественно новые нетра­диционные технико-экономические показатели их создания и функционирования.

Проведенные исследования в последние десятилетия с использованием разработан­ных моделей позволили определить и дополнить известные тенденции прогрессивного развития технологий новыми, к которым можно отнести следующие;

• повышение концентрации и параллелизма технологических зон обработки, обеспечивающих повышение производительности;

• создание нетрадиционных прогрессивных пространственных структур техноло­гических зон обработки (создание многомерных циклических структур, повышение раз­мерности многообразия и объектов в каждом многообразии структуры), реализующих повышение технологических возможностей пространства и среды;

• компоновка технологических зон обработки в линейные, поверхностные и объ­емные структуры; компоновка этих структур в производственные ячейки; компоновка производственных ячеек в пространственные структуры и заполнение ими всего объема пространства производственного цеха с возможностью изменения их пространственного расположения;

• повышение степени ком па ктирования структуры за счет увеличения плотности (линейной, поверхностной, объемной) технологических зон обработки;

• организация поточности функционирования технологических зон обработки и повышение их интенсивности;

• повышение непрерывности и устойчивости функционирования технологических систем в соответствии с заданным алгоритмом;

• повышение информационности технологий, снижение массы технологических систем и повышение их энергообеспеченности;

• создание технологий и технологических систем с использованием принципа ме- ханотроники;

• упрощение функциональной структуры за счет совмещения различных функций технологических систем; выполнение технологических функций посредством транс­портных функций, и наоборот;

• применение комплексных систем диагностики, контроля и управления процессами.

Анализ этих тенденций позволия сформулировать и разработать общий теоретиче­ский подход в создании и функционировании нетрадиционных технологических систем, называемых поточи о-пространственны ми технологическими системами. Эти технологи­ческие системы имеют качественно новые свойства и возможности, а также существен­но повышают уровень автоматизации и интенсификации производственных процессов. Разработанная общая методика синтеза дает возможность создавать поточно­пространственные технологические системы непрерывного действия следующих видов:

• технологические системы высокой и сверхвысокой производительности для производства изделий медицинской, радиоэлектронной, пищевой промышленностей, приборостроения и других отраслей народного хозяйства;

• технологические системы непрерывного действия для длительных циклов тех­нологического воздействия (термические, химические, физико-химические методы об­работки и др.);

• технологические системы непрерывного действия для комплексной обработки изделий;

• гибкие технологические системы непрерывного действия.

Эти технологические системы позволяют значительно повысить производитель­ность производственных процессов, сократить занимаемые оборудованием производст­венные площади, уменьшить длительность производственного цикла, число рабочих, занятых в производстве, и улучшить другие показатели.

Данная методология, ориентированная на конечную цель, - создание прогрессив­ных технологий, дает возможность видеть взаимосвязи, понимать и применять целост­ность как принцип проектирования. Создаваемые технологии являются отражением со­временного развития техники; теория их создания позволяет объяснить и предсказывать закономерности эволюционного процесса развития прогрессивных технологий.

Методология разработки новых методов обработки базируется на предложенной концепции нового научного подхода к решению этой проблемы, основанной на единстве технологии изготовления и эксплуатации деталей машин и их соединений.

Так, для повышения долговечности пар трения необходимо, как только возможно, уменьшить их приработку в процессе эксплуатации. Этого добиваются финишной обра­боткой поверхностей трения, моделирующей ускоренный процесс их приработки. В со­ответствии с разработанной теорией трения и износа, процесс приработки представляет микрорезание и пластические деформации микронеровностей поверхностей трения.

Обеспечить этот процесс приработки можно на стадии финишной обработки по­верхности трения специальным инструментом с моделированными микронеровностями. Рабочая поверхность инструментов должна проскальзывать по поверхности трения об­рабатываемой детали, вызывая микрорезание и микродеформирование ее шероховато­сти. В качестве такого инструмента могут быть использованы притирочный абразивный брусок (с определенной зернистостью) или иглофреза (с определенным диаметром рабо­чих иголок). Усилия прижатия и скорость проскальзывания инструмента определяются условиями эксплуатации обрабатываемой поверхности трения.

В зубчатых передачах в процессе приработки изменяется форма эвольвентной поверх­ности, увеличивается боковой зазор, что ведет к росту шума, изменению линии контакта и разрушению зубьев. Избежать этого явления можно, если в процессе изготовления и прира­ботки зубчатых передач смоделировать все эти процессы: при зубонарезании и шлифовке зубьев - обеспечить их эксплуатационный профиль, а при обкатке - равновесное состояние качества поверхности. Для этого должен быть скорректирован рабочий профиль фрезы и шлифовального крут. Это, в свою очередь, говорит о необходимости учета при проектиро­вании инструмента функционального назначения обрабатываемой поверхности.

Для окончательной обработки боковых поверхностей зубчатых колес может быть использована обкатка или специальная технология финишной обработки, обеспечиваю­щая процесс микрорезания и пластических деформаций микронеровностей. Финишная обработка обеспечивается алмазным или обычным шевингованием.

Использование теории пластичности и контактного взаимодействия позволихо соз­дать новый метод обработки деталей, позволяющий значительно увеличить (в десятки раз) их поверхность соприкосновения с окружающей средой. В частности, это и имеет огромные значения при создании теплообменников.

Используя уравнения пластического оттеснения обрабатываемого материала в зоне резания (3.36) - (3.40), спроектирован и изготовлен совершенно новый инструмент (рис. 10.7), который при определенном сочетании свойств обрабатываемого материала и режимов (глубина и подача) позволяет эффективно осуществлять вытеснение материала и создавать оребренную поверхность, имеюшую высокую теплообменную способность (рис. 10.8).

Известно, что тот или иной метод обработки реализуется через выполнение техно­логических операций, объединение которых в одной детали представляет из себя техно­логический процесс.

Рис. 10.7. Деформирующий резец, создающий оребреииую поверхность методом пластического оттеснения материала в зоне резания

В условиях жесткой рыночной экономики создание новых технологических про­цессов диктуется необходимостью повышения качества и снижения себестоимости вы­пускаемых изделий. Если классическая типовая технология не позволяет уже произво­дить изделие с качеством и себестоимостью, обеспечивающими ее конкурентоспособ­ность, то объективно возникает проблема создания нового технологического процесса. Например, появление новой технологии зубчатых колес с цельнокатаными зубьями.

Экономический эффект от новых технологических процессов значительно возрас­тает при принятии предложенной теории единства процесса проектирования, изготовле­ния, эксплуатвции и ремонта, '

Экономическая целесообразность ремонта крупногабаритных изделий поставила перед технологами задачу - создал ие новых технологических процессов восстановления деталей по месту. Так, необходимость восстановления цилиндрической формы ячеек реакторов атомных электроствнций по месту привело к разработке совершенно нового, нетрадиционного технологического процесса. Реализация которого осуществляется с использованием нетрадиционной инструментальной системы (d = 120 мм и / = 20 м) с автономным приводом главного движения зенкера, перемещаемым под собственным весом и удерживаемым подъемным краном.

Экономическал целесообразность восстановления цементных печей обжига, валков прокатных станов, лифтовых шкивов и других изделий по месту привело к созданию нового переносного технологического оборудования. При этом главное движение вое-

станавливаемого изделия обеспечивается эксплуатационным приводом, а остальные не­обходимые движения для обработки - навесным технологическим оборудованием.

В процессе эксплуатвции железнодорожных рельсов их поперечный профиль в за­висимости от участка дороги (повороты, подъемы, подложка, средние температуры и др.) в начальный период работы (процессе приработки) претерпевает значительные из­менения, то есть происходит его естественная адаптация к условиям эксплуатации. Од­нако эксплуатационники железных дорог при ремонте рельсов стремятся вернуть им исходный поперечный профиль, что значительно удорожает ремонт и опять приводит к быстрому и большому их износу в период новой приработки. Все это в значительной мере сокращает долговечность железнодорожных рельсов.

Учитывая эти обстоятельства, целесообразно при ремонте рельсов сохранять сфор­мировавшийся поперечный профиль, убирая при этом вредный дефектный поверхност­ный слой. Обеспечить это могут так называемые упругие технологии (иглофрезерова- ние, лепестковое шлифование). Вследствие упругих деформаций рабочих элементов ин­струмента (проволочек и лепестков), при определенном сохранении жесткости, они по­зволяют снимать поверхностный дефектный слой и сохранять сформировавшийся попе­речный профиль. Это приводит к необходимости целенаправленной разработки инстру­мента с определенной упругостью его рабочих элементов.

Для устранения продольной волнистости с высокой производительностью целесо­образно применить шлифование брусками с поперечной осцилляцией. Объединить все эти операции: иглофрезерование, шлифование брусками и лепестковыми кругами в еди­ный технологический процесс текущего ремонта железнодорожных рельсов позволяет специальный рельсообрабытывающий комплекс.

На поворотных участках в результате большого силового и температурного воздейст­вия на боковые поверхности головки рельса от реборды колеса происходит их быстрый износ (практически срезание), что приводит к необходимости быстрой их замены. Для избежания этого вредного явления эти воздействия сил и температур на боковые поверх­ности рельс на этих участках дорог целесообразно из эксплуатации перенести в техноло­гический процесс с увеличением температурного и уменьшением силового воздействия. Это позволяет обеспечить термомеханическая и электромеханическая обработки.

Все это позволяет предложить совершенно новый технологический процесс ремонта железнодорожного полотна и создать рельсообрабатывающий комплекс нового поколения.

Резьбовые соединения имеют различное функциональное назначение. Кроме этого, различные участки резьбовых соединений по их длине будут испытывать различные нагрузки: начиная от максимальных (на первых витках) до нулевых (на последних вит­ках). Поэтому технология изготовления резьбовых соединений требует своего совер­шенствования, которое может быть реализовано на ее взаимосвязи с их функциональ­ным назначением (рис. Ю.9).

Рассмотрим пример. При эксплуатвции различных двигателей обнаружен процесс самоотвинчивания шпилек. Это происходит из-за уменьшения первоначального натяга в резьбовом соединении «шпилька - алюминиевый корпус» в результате пластических деформаций резьбы корпуса при действии динамических нагрузок. Избежать этого вредного явления можно, если обеспечить раскатывание резьбовых отверстий в корпусе или создание так называемых гладкорезьбовых соединений. Для раскатывания резьб необходима целенаправленная разработка инструмента. Сущность глад ко резьб о во го соединения заключается в вворачивании шпилек в гладкие отверстия. Как в первом, так и во втором случаях, в процессе формирования резьбы отверстия происходит пластиче­ское насыщение материала, что предотвращает возможность ее пластических деформа­ций при эксплуатации.

352 Глава 10. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ Функциональное назначение резьбового соединения Физико-механи- ческие свойства материала реябы Точность по		Точность по
диаметру		шагу
резьбы		резьбы

Шероховатость рабочей поверх­ности резьбы

Технология изготовления резьбового соединения

\

При этом новый технологический процесс создания гладкорезьбовых соединений позволяет его осуществлять на станках с ЧПУ в автоматизированном режиме, так как отпадает надобность осуществлять ручное наживлеиие шпилек.

Концепция объединения технологий производства и эксплуатации позволяет некото­рые процессы из производства переносить в эксплуатацию. Например, для повышения износостойкости пар трения - скольжения в условиях граничного трения зачастую на одну из поверхностей трения при изготовлении наносят мягкую пленку. Взамен этой операции можно при эксплуатации ввести глицерин и медный порошок. Это позволит на поверхно­сти трения аналогичным образом, но уже при эксплуатации, сформировать мягкую анти­фрикционную пленку, обеспечияающую явление избирательного переноса.

Конструирование направляющих скольжения металлорежущих станков с бронзо­выми вставками и введение в смазку глицерина позволяет повысить их износостойкость при эксплуатации в несколько раз.

Таким образом, научное развитие технологии машиностроения показывает, что она готова решать самые сложные задачи при производстве изделий машин остро еник в XXI веке. Только за последние 50 лет наукой о технологии машиностроения разработано более 80 новых методов обработки, повышающих качество и снижающих себестоимость изготовления машиностроительных изделий.

2. Наукоемкие конкурентоспособные технологии в машиностроении

Наукоемкими конкурентоспособными считаются такие технологии, которые бази­руются на последних достижениях науки; системном построении; моделировании; оп­тимизации себестоимости изготовления, эксплуатации и ремонта изделия; новых и ком­бинированных наукоемких методах обработки и техпроцессах; компьютерной техноло­гической среде и комплексной автоматизации производства, что позволяет им быть кон­курентоспособными.

Реализация таких технологий требует соответствующего технического оснащения (прецизионное высокоточное оборудование, технологи чес кал оснастка и инструмент для механической, физико-химической и комбинированной обработки, в том числе и по на­несению различных покрытий, автоматизированные системы диагностики и контроля, компьютерные сети) и кадрового обеспечения (высокая квалификация всех работников, научное консультирование и др.).

Как правило, наукоемкие технологии в машиностроении применяются для повы­шения функциональных свойств изделий и их конкурентоспособности.

Структурно это представлено на рис. 10.10.

¹ Основным свойством наукоемких технологий являются результаты фундаменталь­ных и прикладных исследований, на которых они базируются.

Системность предполагает диалектическую взаимосвязь, взаимодействие всех эле­ментов технологической системы, всех основных процессов, явлений и составляющих. Системность особо важна как требование прецизионности и соответствие этим требова­ниям всех структурных элементов технологической системы обработки и сборки (обо­рудование, инструмент, обрабатываемый материал, оснастка, измерения, диагностика, работа исполнительных органов).

12 — 654

НАУКОЕМКИЕ КОНКУРЕНТО­СПОСОБНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

СВОЙСТВА НАУКОЕМКИХ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ТЕХНИЧЕСКОЕ И КАДРОВОЕ ОБЕСПЕ­ЧЕНИЕ НАУКОЕМКИХ КОНКУРЕНТО­СПОСОБНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Последние достижения науки

Прецигиокнос оборудование спедкальное

Прецизионный инструмент

Прецизионная оснастка

Системность

Моделирование

Системы диагностики и контрола

Рабочий процесс, тилгх'имп.но обеспечивающий функциональные свойства изделия

Компьютер НА* интеллектуальна» технологически* среда

Рабочая технологически* среда

Компьютерная сеть управления

Устойчивость и надежность

Обеспеченно н повышение качества

Соответствие требованиям экологии

ТТерсовдл. имеющий снеднэлюкро ванную подготовку

Важнейшим свойством наукоемких технологий, безусловно, является новый техпро­цесс. Он доминирует во всей технологической системе и должен отвечать самым разнооб­разным требованиям, но, главное, быть потенциально способным обеспечить достижение нового уровня функциональных свойств изделия. Здесь богатыми возможностями облада­ют те устойчивые и надежные техпроцессы, в которых эффективно используются физиче­ские, химические, электрохимические и другие явления в сочетании со специальными свойствами инструмента, технологической сре^ы, например, криогенное резание, диффу­зионное формообразование изделий и т.п.

Разработка новых техпроцессов имеет поэтапный характер:

1. На этапе маркетинга оценивается изделие как совокупность потребительских свойств, а затем определяется уровень тех потребительских свойств изделия, которые в состоянии обеспечить его конкурентоспособность,

2. Исходя из этого, определяются требования к качестау изделий, узлов, сборке в соответствии с уровнем функциональных, экологических и эстетических свойств и оп­тимальной их долговечности.

3. Выделение из требуемых геометрических, физико-химических параметров каче­ства поверхностного слоя деталей тех, достижение которых требует нетрадиционных решений как при изготовлении, так и эксплуатации.

4. Определение традиционных критериев для уровня характеристик нетрадицион­ного техпроцесса, потенциально способного обеспечить получение требуемых функцио­нальных, эстетических и экологических свойств изделия.

5. Выявление предпосылок создания нового техпроцесса на базе использования традиционных и нетрадиционных способов обработки и технического оснащения.

6. Создание физической и математической модели техпроцесса и их виртуальное, теоретическое и экспериментальное исследование,

7. Многопараметрическая оптимизация техпроцесса (физические, технологиче­ские, экономические критерии).

8. Создание систем диагностики техпроцесса и его технического оснащения. ;

9. Разработка технологического процесса.

10. Оценка соответствия реального уровня функциональных, эстетических, эконо­мических свойств изделия требуемому.

Несомненно, существенным признаком наукоемких технологий является комплекс­ная автоматизация, базирующаяся на компьютерном управлении всеми процессами про­ектирования, изготовления и сборки, на физическом, геометрическом и математическом моделировании, всестороннем анализе моделей процесса няи его составляющих.

Наличие рассматриваемого признака требует системного подхода к ее компьютер­но-интеллектуальной среде, т.е. перехода к системам CAD/CAM System. Таким путем обеспечивается сочетание гибкости и автомат из и ции, прецизионности и производитель­ности.

Системный подход предполагает использование не отдельных математических мо­делей, а системы взаимосвязанных моделей с непременной параметрической и струк­турной оптимизацией. Например, параметрическая оптимизация преследует цель мини­мизации ряда характеристик процесса размерной обработки, прежде всего энергетиче-

Основные направления развития технологии размерной обработки

Создание новых форм построения технологических процессов изготовления н ремонта

Создание новых экологически ориентире ван ных рабочих процессов с учетом функцио­нального назначения изделия

Создание прогрессивного оборудования и средств технологического обеспечения

Групповая технология

Технология

модульного

агрегатирования

Совершенствование традиционных процессов за счет новых инструментальных материалов н СОТС, их совмещения

Увеличение доли ста и ков -авто матов ЧПУ, ОЦ. гибких модулей

Прецизионное

станкостроение

Переход к гибким автоматизированным модулям, участкам, сегментам, системам, линиям, производству

Компьютерное

интеллектуальное

технологическое

пространство

Повышение организационно- техннческого уровня производственных систем

Совершенствование конструкции режущих инструментов

Комбинирование традиционных способов с механо- фнзико-хнм. явлениями

Создание процессов изготовления и ремонта на базе использования физических явлений

Создание процессов на комплексной основе новых материалов, инструмента, СОТС и механо-фнэнко-хнм. явлений

Роторные, роторно- конвейерные линии

Создание

инструментальных

систем

Диагностические комплексы, средства адаптивного управления

Перен ал ажн ваемал технологическая оснастка

Рис* 10.11* База наукоемких технологий обработки материалов

ских затрат, минимизации толщины срезов, силы резания и уровня температуры, интен­сивности окислительных процессов и т.д.

Для наукоемкой технологии нужна высокая степень («глубина») оптимальности для сравнительно узкого конкретного диапазона условий и требований. Базой такой опти­мальности могут быть только глубокие специальные исследования в этой области, разра­ботка автоматизированных систем научного обеспечения, включая использование мирово­го опыта, специальных методов оптимизации, методов достижения прецизионности, тех­нологического обеспечения функциональных свойств и др.

Важную роль играет техническое обеспечение наукоемких технологий, в рамках которого в качестве основных условий реализации выступают прецизионность оборудо­вания, инструмента, оснастки, системы диагностики и контроля. Все это происходит в рамках основных направлений развития, например, технологии размерной обработки (рис. 10.11) прежде всего для создания новых техпроцессов, прецизионного оборудова­ния и средств технологического обеспечения, новых форм построения технологических процессов. Результаты развития каждого из этих напраалений в сочетании с новейшими достижениями науки и смежных областей техники являются естественными источника­ми наукоемких технологий.

При этом прогресс в создании техпроцессов наукоемких конкурентоспособных технологий и традиционных технологий, является определяющим и характеризуется наиболее высокими темпами повышения производительности и качества. ’

= Важнейшим свойством наукоемких технологий является их кадровое обеспечение.

■ Разработка и реализация таких технологий требует высокообразованных специалистов на всех стадиях их жизненного цикла. Практически все специалисты, включая станочни- ' ков и операторов, должны иметь высшее образование. Это хорошо просматривается на _; примере многих японских, американских и западноевропейских фирм.

Таким образом, технология машиностроения подошла к новому этапу своего разви­тия - новым наукоемким технологиям, реализация которых позволяет машиностроите­лям создавать конкурентоспособные изделия.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ Ч , 1 : ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО 10-Й ГЛАВЕ

и

f ) 1. Единство технологии производства, эксплуатации и ремонта изделий машино-

^! строения.

2. Направления совершенствования существующих методов обработки деталей.

3. Приведите примеры усовершенствованных методов изготовления деталей ма­шин.

I 4. Направления создания новых методов обработки. Приведите примеры.

- 5. Направления создания новых технологических процессов изготовления изделий

машиностроения. Приведите примеры.

6. Направления создания новых технологических процессов ремонта изделий ма­шиностроения. Приведите примеры.

^ ■ 7. Структура конкурентоспособных наукоемких технологий.

8. Этапы разработки конкурентоспособных наукоемких технологий.