МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

Новационные технологии

и управление в технических

и социальных системах

Тезисы докладов межвузовской

научно-практической конференции

Выпуск 1

Воронеж 1999

УДК 621.9.047 : 621.7.9

Новационные технологии и управление в технических и социальных системах./ Тезисы докладов межвузовской научно-практической конференции. Вып.1.- Воронеж: ВГТУ, 1999, 126 с.

В тезисах докладов обобщены материалы по современным направлениям развития нетрадиционных методов в области металлообработки, создания и использования новых видов технологического оборудования, оснастки, инструмента, внедрения компьютерных технологий в учебный процесс, экономику и управление промышленным предприятием.

В тезисах докладов представлены результаты исследований профессорско-преподавательского состава, аспирантов, студентов воронежских вузов, НИИ и промышленных предприятий.

Материалы конференции могут быть полезны инженерам, аспирантам и студентам машиностроительных и гуманитарных специальностей вузов.

Работа выполнена в электронном виде на магнитном носителе.

Файл - Тезисы НПК НТ Размер - 853 Кбайт

Редакционная коллегия :

А.И. Часовских - академик, доцент (научный редактор) - ВГТУ.

А.И. Болдырев - профессор (зам. научного редактора) - ВГТУ.

В.В. Бородкин - доцент (ответственный секретарь) - ВГТУ.

В.П. Смоленцев - академик, профессор (член) - ВГТУ.

И.А. Чечета - профессор (член) - ВГТУ.

Ю.Р. Копылов - профессор (член) - ВГТУ.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© Коллектив авторов, 1999

© Оформление. Издательство Воронежского

государственного технического университета. 1999

Посвящается 40-летию кафедры

«Технология машиностроения»

А

УДК 621.9 (075.8)

А.И. Часовских, А.И. Болдырев, В.В. Бородкин

НА ПУТИ ПРОГРЕССА В ПОДГОТОВКЕ И ВОСПИТАНИИ ВЫСОКОСКВАЛИФИЦИРОВАННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ КАДРОВ

Специальность «Технология машиностроения» - одна из наиболее распространенных и востребуемых отечественной и зарубежной промышленностью инженерных специальностей. Развитие промышленности Центрально-Черноземного региона и потребность в инженерах-механиках по данной специальности явились одной из причин организации и учреждения Воронежского государственного технического университета. Первыми выпускниками ВГТУ в 1959 году были 34 инженера по специальности «Технология машиностроения, станки и инструменты». За все время существования ВГТУ по этой специальности было выпущено наибольшее количество специалистов.

Для осуществления руководства учебной, методической и научной работой в структуре ВГТУ были выделены выпускающие кафедры, старейшей из которых является кафедра «Технология машиностроения». Эта кафедра была создана в 1959 году . Первым заведующим кафедрой была избрана кандидат технических наук, доцент Л.К. Зотова. За время существования кафедры постоянно расширялась и обновлялась ее лабораторная, учебная и научная базы, функционировала отраслевая лаборатория по проблемам обработки твердых сплавов и жаропрочных материалов, пополнялся кадровый состав, за счет наиболее одаренных выпускников кафедры. Профессорско-преподава-

тельским составом кафедры было издано большое число учебных пособий и методических разработок, сборников научных трудов по новейшим проблемам технологии машиностроения, велась интенсивная изобретательская деятельность. Восемь преподавателей кафедры награждены нагрудным знаком «Изобретатель СССР», академику, профессору кафедры В.П. Смоленцеву присвоено почетное звание «Заслуженный изобретатель СССР», доценту кафеды А.В. Кузовкину была предоставлена именная стипендия РФ для молодых ученых.

При кафедре была создана и действует в настоящее время аспирантура, в которой ведется подготовка кандидатов и докторов по трем научным специальностям. Диссертационный Совет по защите кандидатских и докторских диссертаций возглавляет заслуженный работник высшей школы, академик, доктор технических наук, профессор кафедры В.П. Смоленцев. За прошедший период на кафедре были подготовлены и успешно защищены более 30 кандидатских и 12 докторских диссертаций. Среди них заместитель правительства Воронежской области Клейменов В.И.; бывший генеральный директор Воронежского станкостроительного завода Дерябин В.К.; дважды лауреат премии правительства РФ, академик, генеральный директор государственного унитарного предприятия Воронежский механический завод, бывший выпускник и нынешний заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Часовских А.И.; лауреат премии правительства РФ, зам. генерального директора - главный инженер ВМЗ Бондарь А.В.; заслуженный машиностроитель РФ, зам. гл. инженера ВМЗ Сухоруков Н.В.; заслуженный машиностроитель РФ, генеральный директор Борисоглебского завода «Патрон» Переладов Н.П.; лауреат премии Президента РФ, зам. гл. инженера ВМЗ по производству ЖРД Биркин В.И. и многие другие.

Для научного решения производственных проблем и улучшения качества подготовки специалистов на ведущих предприятиях г. Воронежа (ВМЗ, ВАСО, ГПТИКУЗмаш и др.) в разное время были созданы филиалы кафедры «Технология машиностроения», в которых к проведению учебного процесса привлекались наиболее опытные специалисты промышленных предприятий.

В настоящее время кафедра «Технология машиностроения» располагается на площадях Воронежского механического завода, оснащена современными учебными аудиториями, компьютерным классом с локальной компьютерной сетью, имеет лабораторно-производственный цеховой участок, использует возможности заводского учебного центра для проведения учебной и научной работы со студентами. Лабораторный практикум выполняется на современном заводском оборудовании под руководством преподавателей кафедры и ведущих специалистов ВМЗ. Ведется целенаправленная работа по широкому внедрению в учебный процесс компьютерных технологий обучения, созданию автоматизированных обучающих и контролирующих систем, освоению дистанционного обучения специальности «Технология машиностроения». Профессорско-преподавательский состав кафедры укомплектован квалифицированными кадрами, из которых трое имеют степень доктора технических наук, остальные - кандидаты технических наук. На кафедре работают 4 профессора и 12 доцентов.

Основными научными направлениями исследований кафедры являются: разработка и исследование комбинированных методов обработки деталей и нетрадиционных способов воздействия на обрабатываемую поверхность (рук. профессор В.П. Смоленцев); разработка и исследование нетрадиционных технологий изготовления изделий с применением импульсных источников энергии (рук. профессор И.А. Чечета); исследование процессов виброударного упрочнения деталей (рук. профессор Ю.Р. Копылов).

В условиях рыночных преобразований кафедра уделяет значительное внимание вопросам качественной подготовки будущих специалистов, способных умело владеть не только узко специальными навыками, но и знаниями современной организации и экономики машиностроительного производства, маркетинга и менеджмента, способствующими наибыстрейшей адаптации выпускников к условиям их будущей производственной деятельности. При этом значительная часть выпускников кафедры получает возможность трудоустройства непосредственно на базовом промышленном предприятии.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.049

В.П. Смоленцев, А.И.Болдырев, А.В.Кузовкин

создание новых комбинированных методов

обработки

Развитие производства в современных условиях хозяйствования предполагает широкое использование накопленного опыта по разработке и применению нетрадиционных технологических процессов при создании товаров народного потребления мирового уровня. Это позволит отечественным производителям занять достойное место на рынке товаров и услуг. В последние годы сложился новый подход к формированию нетрадиционных технологий путем их взаимного комбинирования. Это привело к созданию новых комбинированных методов обработки.

Комбинированные методы обработки являются сочетанием различных технологических приемов, в каждом из которых пытаются использовать и усилить положительные признаки исходных (комбинируемых) методов, необходимых для технологического процесса изготовления детали. При различном сочетании магнитного, химического, механического (постоянного или импульсного) и теплового воздействий создана целая гамма комбинированных методов обработки, в настоящее время их около 20, тогда как существует реальная возможность разработки примерно 800 таких видов.

В качестве признаков, подлежащих усилению при создании новых нетрадиционных технологических процессов, может выступать любой технологический параметр или их сочетание (производительность, качество, точность и др.). Сам процесс выбора комбинации напрямую зависит от оптимизируемого параметра или группы параметров. При управлении тем или иным фактором появляется реальная возможность обеспечения заданных эксплуатационных характеристик изделия.

Авторами разработаны теоретические основы, порядок построения и разработки комбинированных технологических процессов, а также особенности промышленного использования таких методов в различных отраслях машиностроительного производства.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 620.197

В.Б. Бочаров, В.В. Бородкин, А.И. Болдырев, К.В. Бородкин

НЕТРАДИЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОРЕБРЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Основным направлением повышения эффективности управления нетрадиционными технологиями является комплексная автоматизация всех этапов технологической подготовки производства. Цена ошибки в выборе варианта технологического процесса велика вследствие больших затрат на изготовление оснастки, приспособлений, приобретение или заказ нового оборудования. Отработка технологии опытным путем приводит не только к низкой производительности труда, но и к срывам сроков изготовления изделий, что в условиях конкурентной борьбы грозит банкротством предприятия.

При изготовлении осесимметричных деталей с внутренним или внешним оребрением в мелкосерийном производстве и единичном производстве перспективной технологией является ротационная вытяжка - процесс локального циклического деформирования вращающейся полой заготовки цилиндрической формы деформирующим инструментом в виде одного, двух или трех роликов. Процесс ротационной вытяжки поддается автоматизации, потому что используется оборудование, по своей кинематической схеме и системе управления, сходное с универсальными металлорежущими станками токарной группы, где возможно совмещение нескольких операций на одном оборудовании вплоть до изготовления готовой детали. Кроме того, это оборудование достаточно универсально и позволяет изготавливать детали различной сложной формы и размеров.

Однако, несмотря на очевидные положительные качества ротационной вытяжки оребренных деталей этот процесс не получил достаточно широкого распространения, хотя данный способ обработки металлов известен очень давно. Это объясняется тем, что процесс ротационной вытяжки зависит от большого числа параметров, изменяющихся во времени. Поэтому, чтобы добиться стабильного изготовления детали без возникновения технологических отказов, необходимо иметь высокую квалификацию, основанную на большом производственном опыте. Эффективность применения ротационной вытяжки снижается из-за отсутствия расчетных методов проектирования технологии, прогнозирования технологических отказов и управления технологическим оборудованием. Решением этой проблемы может быть математическое моделирование процесса ротационной вытяжки деталей с оребрением, основанное на теоретическом или экспериментальном исследовании механики формообразования деталей. Имея математическую модель, можно на основе имитационного эксперимента проанализировать различные варианты технологии и выбрать оптимальный, обеспечивающий заданные параметры детали и максимальную эффективность производства.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.924.7

Ю.Р. Копылов

Технологические возможности процессов виброабразивной обработки деталей сложной формы

В машиностроении в последние 30 лет сформировалось новое направление отделочно-зачистной обработки деталей сложной неправильной формы, которое включает в себя виброгалтовку, виброабразивную обработку, виброударное упрочнение и виброударное полирование. Достоинства перечисленных методов обработки общеизвестны. Вместе с этим в ряде случаев применение этих методов отделочно-зачистной обработки малоэффективно, а иногда невозможно. К ним, в частности, относятся фрезерованные детали со значительной исходной шероховатостью (Rz 20-30 мкм) с подрезами до 0,3-0,5 мм, возникающих при перепозиционировании лезвийного инструмента и смене направления подачи. Процесса виброабразивной обработки реализуется в технологической системе, состоящей их подвижной системы вибростанка с вибратором и упругими элементами, контейнера и помещенной в нем рабочей среды, обрабатываемой детали (или множества деталей). Физическая сущность процесса виброабразивной обработки состоит в следующем. Рабочая среда, состоящая из формованных абразивных гранул и технологической жидкости, под действием интенсиввных колебаний контейнера и детали (амплитуда виброускорений 7-9 g) приобретает способность динамически сопрягатся с деталью произвольно сложной формы и периодически соударяясь с ней создают на ее поверхности множество пластических отпечатков, следов царапания и микрорезания, которые по мере обработки образуют равномерно обработанные поверхностный слой.

Виброабразивная обработка применяется в качестве самостоятельной и подготовительной операций с целью снижения высотных параметров шероховатости, повышения относительной длины профиля микронеровностей, создания в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений и наклепа. Исходная шероховатость при виброабразивной обработки не должна превышать Rz 40-50 мкм. Более значительная шероховатость, раковины и забоины более 0,3-0,5 мм, из-за ограниченных скоростных возможностей процесса и отсутствия кинематической связи рабочей среды с контейнером и деталью, полностью не устраняются. При виброабразивной обработке свободно вибрирующей рабочей средой, состоящей из формованных гранул ПТ-15 зернистостью № 8 в течение 60 мин с амплитудой виброперемещений 0,5 см при круговой траектории колебаний с угловой частотой 140 шероховатость снижается за цикл обработки с Rz 30-40 мкм до Rz 10-15 мкм, формируется ненаправленная структура микронеровностей. Исходная шероховатость влияет на закон распределения ординаты вновь обработанного профиля, шаг микронеровностей обусловливается микрорельефом абразивных зерен в гранулах. При этом наиболее интенсивное снижение шероховатости происходит первые 10-15 минут обработки. С повышением зернистости гранул достигаемая высота микронеровностей за цикл обработки повышается. В поверхностном слое формируются сжимающие напряжения первого рода: в сталях 30ХГНА до 500-600 МПа, в титановых сплавах типа ВТ-1 до 300-400 МПа, в алюминиевых сплавах типа АК-1Т до 500 МПа. Глубина формирования остаточных сжимающих напряжений первого рода составляет 100-250 мкм. Виброабразивная обработка обеспечивает прогиб плоского образца-свидетеля в 1,6-2,0 раза меньше, чем при виброударном упрочнении в среде стальных шариков. Ручные методы зачистки и струйные методы упрочнения поверхностным пластическим деформированием не обеспечивают требованиям чертежа, главным образом по равномерности и трудоемкости. Термические и химико-физические методы упрочнения не обеспечивают в поверхностном слое наклеп и сжимающие остаточные напряжения. Исследования показали целесообразность следующей технологии изготовления: черновое формообразующее фрезерование; обработка локальных элементов (отверстия, пазы и др.); термообработка с целью снятия остаточных напряжений; чистовое фрезерование; закалка с отпуском; абразивная локальная ручная и затем виброабразивная зачистка; виброударное упрочнение; развертывание и упрочнение раскатыванием отверстий. Виброабразивная зачистка узла крепления осуществляется в среде абразивных гранул вначале ПТ-15, затем ПТ-10 зернистостью, соответственно, вначале № 25, затем № 8 с амплитудой виброперемещения см, см, частоте колебаний с поджатием рабочей среды П=0,43 и П=0,32, интенсивной промывкой технологической жидкостью - раствором триэтаноламина. За 60 мин обработки снимаются заусенцы; скругляются острые кромки; частично снимается дефектный слой; сглаживаются подрезы от фрезы; уменьшается среднеарифметическая высота микронеровностей с Rz 20-24 мкм до Rz 5-7 мкм; формируются сжимающие остаточные напряжения 320-380 МПа, создается наклеп 3-4 % на глубину до 96-110 мкм.

Таким образом, виброабразивная зачистка позволяет подготовить поверхность детали к виброударному упрочнению без применения ручного труда. При глубоких рисках и подрезах виброабразивную зачистку рекомендуется применять после ручной выборочной зачистки абразивными, жесткими, а затем эластичными кругами.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621. 9.048

Ю.Р. Копылов

Технологические возможности процессов виброударного упрочнения деталей сложной формы

Физическая сущность процесса виброударного упрочнения состоит в том, что интенсивно вибрирующая рабочая среда, состоящая из стальных шариков и технологической жидкости, периодически соударяется со всей поверхностью детали произвольно сложной формы и образует на ней множество пластических отпечатков, которые по мере обработки приобретают сплошную структуру и образуют упрочненный поверхностный слой.

Виброударное упрочнение деталей, например из стали 30ХГСНА в среде стальных шариков диаметром 0,5 см с амплитудой виброперемещений 0,5 см при круговой траектории с угловой частотой 140 c в течение 60 мин обеспечивает снижение высотного параметра шероховатости с Rz 2,5-5 мкм до Rz 1-2 мкм, среднего шага микронеровностей с Sm 0,4-0,15 мкм до Sm 0,1-0,05 мкм, повышение относительной несущей длины профиля микронеровностей с t = 0,4-0,45 до t = 0,6-0,8, увеличение радиуса выступов микронеровностей от 25 до 200 раз, структура микронеровностей приобретает ненаправленный характер.

Сжимающие остаточные напряжения первого рода при указанных ранее режимах виброударного упрочнения достигают 600-750 МПа глубина их формирования составляет 320-350 мкм и более. Эпюра распределения остаточных напряжений имеет характерный подслойный максимум на глубине 10-50 мкм. Величина наклепа составляет 5-10 %. Виброударное упрочнение обеспечивает значительное повышение усталостной долговечности, усталостной и контактной прочности, коррозионной стойкости.

Малоцикловая усталостная долговечность гладких цилиндрических образцов в результате их виброударного упрочнения повышается для сталей типа 30ХГСНА, 07Х16, ВКС210 при - повышается до двух - трех раз; а усталостная прочность - повышается на 30-50 %. Контактная прочность, за счет повышения твердости и микротвердости, увеличения радиусов выступов микронеровностей – повышается. В результате этого интенсивность приработочного износа, измеренного в условиях сухого трения качения с частичным 20 % проскальзыванием со скоростью 36 м/мин при усилии 200 кгс, для сталей 30ХГСНА снижается в 1,5-2 раза.

Коррозионная прочность упрочненных образцов, испытанных под нагрузкой , повышается в несколько раз. Это объясняется нейтрализующим действием сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое, наклепом, снижением высоты микронеровностей. Все это способствует замедлению роста трещин или по крайней мере локализации их вредного воздействия как концентраторов напряжений. При этом коэффициент трения снижается, например для пары трения сталь-бронза в 2-3 раза; для пар трения сталь-титан в 1,5-2 раза. Особенно значительное повышение коррозионной прочности обеспечивается при совмещении виброударного упрочнения с нанесением твердых покрытий. Так виброударное нанесение покрытий из дисульфида молибдена на подслой меди повышает износостойкость на истирание в 4-5 раз по сравнению с другими способами нанесения этого же покрытия. Коррозионно-усталостная прочность стали 30ХГСНА при выдержке в коррозионной камере с 30-процентной влажностью при температуре 60 С в результате виброударного упрочнения повышается на 25-35 %.

Равномерность виброударного упрочнения деталей сложной формы при жестком креплении ее в контейнере без вращения соответствует эпюре распределения импульсно-силовых воздействий на нее рабочей средой и, как правило, не удовлетворяет допустимым значениям по равномерности основных технологических показателей. Для обеспечения требуемой равномерности обработки используется вращение детали или переустановка ее; вращение контейнера; изменение траектории колебаний контейнера или детали.

Для контроля процесса виброударного упрочнения в производстве применяются образцы-свидетели. В менее ответственных случаях используется экспериментально определенная продолжительность цикла обработки до насыщения. В ряде случаев обеспечение расчетных режимов виброобработки осуществляется с помощью стенда контроля параметров колебаний.

Для повышения качества и производительности процессов виброабразивной обработки и виброударного упрочнения деталей сложной формы используется регулирование динамического разрыхления рабочей среды. В результате оптимального поджатия вибрирующей рабочей среды в замкнутой полости контейнера или детали, без повышения интенсивности колебаний, съем металла возрастает в 4,0-6,5 раза и более, среднеарифметическая высота микронеровностей уменьшается в 1,5-2,0 раза значительнее, микротвердость повышается на 5-7 % и больше, чем при обработке в свободно вибрирующей рабочей среде. При виброударном упрочнении параметры шероховатости снижаются в 2-2,5 раза интенсивнее, шаг микронеровностей повышается в десятки и сотни раз, величина и глубина формирования остаточных напряжений увеличиваются соответственно на 20-30 % и 30-40 %, наклеп возрастает на 7-10 % по сравнению с обработкой в не поджатой рабочей средой.