ФГБОУ ВПО

«Воронежский государственный технический

университет»

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ НА ЭТАПАХ КОНСТРУКТОРСКОЙ

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

Межвузовский сборник

научных трудов

Выпуск 9

Воронеж 2012

УДК 621

Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической подготовки производства: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет", 2012. Вып. 9. 117 с.

В сборнике приведены результаты научно-прикладных исследований, посвященных вопросам обеспечения качества изделий на этапах конструкторской и технологической подготовки производства, выполненных в вузах и на предприятиях г. Воронежа.

Материалы, представленные в сборнике, соответствуют научному направлению "Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике" и перечню Критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации.

Сборник предназначен для ученых, аспирантов и студентов, занимающихся проблемами обеспечения качества в условиях современного производства.

Сборник подготовлен в электронном виде в текстовом редакторе MS Word, содержится в файле Сборник статей Выпуск 9_2012.doc, объем файла 16,3 Mb.

Редакционная коллегия:

А.В. Кузовкин – д-р техн. наук, доц. – ответственный редактор, Воронежский государственный технический университет;

М.Н. Подоприхин – канд. техн. наук, проф. – заместитель ответственного редактора, Воронежский государственный технический университет;

А.И. Болдырев – канд. техн. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

В.М. Пачевский – канд. техн. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

Г.А. Сухочев – д-р техн. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

В.П. Смоленцев – д-р техн. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

В.Н.. Старов –д-р техн. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

И.Н. Касаткина – ответственный секретарь, Воронежский государственный технический университет

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.С. Петровский;

д-р техн. наук, проф. В.А. Нилов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© Коллектив авторов, 2012

© Оформление. ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет", 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Воронеж 2012 1

ВВЕДЕНИЕ 5

СТРУКТУРИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ В СИСТЕМАХ 7

ВЫБОР МЕТОДА ЗАКРЕПЛЕНИЯ НЕМАГНИТНЫХ ЗАГОТОВОК НА ЧИСТОВОЙ СТАДИИ ОБРАБОТКИ 12

МОДЕЛЬ И СТРУКТУРА ПРОЦЕССА ПЕРЕВОЗОК 17

СОТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПОСЛЕ ЭХО 20

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МАШИН 27

ОБРАБОТКА КРОМОК МЕТОДОМ ЭХО 33

ЗАКОНОМЕРНОСТИ Анодного РАСТВОРЕНИЯ ТИТАНА 37

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ (НА ПРИМЕРЕ ПРЕДПРИЯТИЯ АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ) 42

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИСПЫТАНИЯ МАГИСТРАЛЕЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 48

ВЗАИМОСВЯЗИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ С ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРОЙ ПРЕДПРИЯТИЯ 53

ЭХРО МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА С ВОДОРОДНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ 56

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПРИ СОЗДАНИИ НОВОЙ ТЕХНИКИ 60

ОБРАБОТКА СФЕРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ ЧИСТОГО ТИТАНА ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ 65

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ 68

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ПРОТОТИПА МЕЛКОМОДУЛЬНОГО ДОЛБЯКА ДЛЯ УСЛОВИЙ ГИБКОСТРУКТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА 72

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В КЛЕММОВОМ СОЕДИНЕНИИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ 79

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСТЕКЛОМАТЕРИАЛОВ НЕСТЕХИОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА 82

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ при ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АНОДНОЙ ОБРАБОТКЕ 86

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИВОДА ДВЕРИ 90

Уравнения движения составлены в форме уравнений Лагранжа II рода 92

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ ЦВЕТНЫХ МАТЕРИАЛАХ 93

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКИ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ 98

ПРОЦЕСС МАРКИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ 105

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БРУСКОВ С ЗАГОТОВКОЙ ПРИ ХОНИНГОВАНИИ КОНИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ 110

ОРГАНИЗАЦИЯ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ПЕРВОГО КУРСА ПО ПРОФИЛЮ ПОДГОТОВКИ 230403 "ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ДИЗАЙНЕ" 113

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ КРУПНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 119

Требования к материалам сборника: 122

Продолжение текста статьи …… 123

ВВЕДЕНИЕ

Межвузовский сборник научных трудов (выпуск 9), подготовленный к изданию на кафедре "Графики, конструирования и информационных технологий в промышленном дизайне" Воронежского государственного технического университета, продолжает традицию публикаций с 2008 года. За эти 5 лет сборник завоевал определенную популярность среди ученых и специалистов производства своей демократичностью, доступностью и актуальностью публикуемых материалов. Редакционная коллегия старается формировать научные материалы, сообразуясь с актуальностью рассматриваемых теоретических и практических вопросов в области подготовки производства и обеспечения качества выпускаемой продукции.

Авторами статей, представленных в настоящем издании, затронуты проблемы обеспечения качества выпускаемой продукции как с позиций обеспечения высоких технических и эксплуатационных характеристик изделия новыми прогрессивными методами формообразования поверхностей, так и с позиций подготовки современных специалистов для различных отраслей промышленности. Ряд статей посвящен опыту применения новых методов и способов обработки, позволяющих организовать производство на основе энергоэффективности и экономической целесообразности.

В связи с открытием на кафедре нового профиля подготовки бакалавров 230403 "Информационные технологии в дизайне" и набором студентов 1-го курса, часть статей посвящена проблематике промышленного дизайна товаров и услуг, его основным историческим этапам и перспективам развития в нашей стране.

Выпуск сборника стал постоянным. Редакционная коллегия приглашает авторов принять участие в подготовке материалов для последующих изданий. Требования к материалам статей, представляемых в сборник, приведены в конце данного издания.

Материалы сборника будут полезны широкому кругу читателей.

Ваши отзывы и пожелания просим присылать по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский пр., 14, ВГТУ, кафедра ГКиПД или по электронной почте: akuzovkin@mail.ru

УДК 303.1

В.Н. Старов

СТРУКТУРИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ В СИСТЕМАХ

Исследованы вопросы структуризации в системах управления качеством промышленных предприятий машиностроительного профиля

В организационных мероприятий систем управления важное место занимают вопросы совершенствования системы, по линии её структуры. Исследуем различные организационные формы управления, например, связанные с качеством продукции. Традиционно в организациях и компаниях используют свои разнообразные подходы к созданию систем качества, но на единой платформе, например, по подобию идеологии ИСО.

Предприятия существенно различаются между собой по размерам, объему и номенклатуре выпускаемой продукции, типу организационной структуры, технологии процессов, видам производственного оборудования и по целому ряду других факторов, то естественно, что все это накладывает свои ограничения на систему. В результате этого формируются свои требования к организационной структуре управления качеством на предприятии. Так как на каждом предприятии свои цели, то и система управления строго приспособлена к ее целям, назначению и производственным возможностям, в этом смысле она является индивидуальной. Однако для любого предприятия можно сформулировать общие принципы построения организационных структур, в нашем примере - для систем управления качеством. Принципы следующие:

- централизация усилий в решении вопросов политики качества предприятия и децентрализации в решении оперативных вопросов в подразделениях, связанных с обеспечением качества;

- обеспечение возможности комплексного управления качеством при разработке конкретных программ, проектов, отдельных продуктов и технологий;

- проектирование основной структуры в соответствии с обеспечением максимальных возможностей, обеспечивающих достижение поставленных целей и стратегии качества;

- целевое планирование и создание организационных механизмов, позволяющих осуществлять управление и эффективную координацию всех работ по обеспечению качества;

- отделение работ по планированию и программированию всей деятельности по управлению качеством от текущих работ по регулированию процессов и контролю качества;

- концентрация усилий персонала па решении ключевых, важнейших проблем в обеспечении качества продукции и разработке системы конкретных мероприятий по совершенствованию качества продукции и мер профилактического характера, направленных на предотвращение причин возникновения всевозможных дефектов и обеспечения повышения качества;

- создание организационных условий, обеспечивающих внутреннее развитие оргструктуры объекта, повышение ее гибкости и динамичности в реальном времени и перспективе.

Особое место занимают вопросы формирования направлений деятельности структурных подразделений предприятия и органов управления качеством. В решении проблем можно руководствоваться следующими критериями при выборе первоочередных направлений в совершенствовании структур систем качества: - по выполняемым функциям, - по видам продукции,- по объемам (крупные, средние) проектов, - по этапам производственного цикла создания продукции, - по технологическим процессам и применяемого оборудования и другие.

Часто приходится решать одновременно совокупность перечисленных критериев, поэтому необходимо расставлять приоритеты. Например, первые три типа указанных критериев определяют построение общей структуры управления качеством предприятия, в то время как два последних, в основном, определяют формирование структурных подразделений, занятых совершенствованием и контролем качества в процессе производства продукции.

Проведем анализ структуризации исследуемой системы качества предприятия. Начнем со структуризации по выполняемым функциям. В этом направлении структурные подразделения предприятия формируют путем группировки однородных видов деятельности (или функций) в рамках одной структурной единицы. Количество таких единиц определяется количеством видов функций, а группировка производится таким образом, чтобы избежать их дублирования в других подразделениях.

Структуризация по видам выпускаемой продукции предполагает то, что в основе такой структуры лежит группировка видов деятельности, осуществленная по признаку выпуска однотипной продукции, что значительно отличается от группировки однородным выполняемым функциям.

Структуризация по проектам отличается тем, что при выполнении особо ответственных и больших проектов создается структура, так называемого, проектного управления в системе. При этом все виды деятельности по обеспечению качества продукции, изготовляемой по данному проекту, выполняются в рамках существующих или вновь сформированных структурных единиц. Для их выполнения руководством осуществляется подбор назначенных ответственных и наделенных новыми полномочиями лиц, которые находятся в определенных субординационных отношениях с администрацией проектного управления.

Особое положение отводится структуризации по видам используемых или предлагаемых для внедрения производственных процессов, применяемого (внедряемого) нового оборудования. Такие организационные подразделения формируются по принципу обслуживания определенного типа производственного оборудования (например, гибких автоматических модулей, участков, линий) или новых технологических процессов, например физико-химических комбинированных методов обработки. Согласно этому принципу для структуризации выделяются специальные группы или подразделения, обслуживающие, например, сварочные, литейные, электрохимические или иные производства. Здесь прослеживается также технологическая специализация или группировка процессов по технологическим признакам.

Структуризация по этапам производственного цикла предполагает более детальный повсеместный многоуровневый контроль. Такой подход часто используется при структуризации подсистем и служб, осуществляющих технический контроль и корректирующее регулирование качества продукции в процессе ее изготовления. Согласно этому принципу необходимо выделять службы или направления работ, где персонал занят проведением входного, текущего, приемочного контроля, испытаний готовой продукции, ее контроля при упаковке, хранении, транспортировки, то есть в процессе основных этапов жизненного цикла продукции. При этом так же осуществляется контроль на этапах монтажа и пуско-наладочных работ, гарантийное обслуживание, а также фактическое сопровождение процесса эксплуатации и обслуживания потребителей.

Общая внутренняя организационная структура системы управления качеством зависит от принятой производственно-организационной структуры конкретного предприятия. Подобная структура формируется по какой-то идеологии системы качества, совокупности политики качества и принятых к реализации критериев. На многих предприятиях наиболее часто за основу применяется совокупность функциональных критериев, поэтому функциональная структура составляет основу любой другой структуры, будь то продуктовая, проектная или матричная структуры управления системой.

В основе построения вышеупомянутой функциональной структуры лежит классификация, группирование и определение всех функций, которые должны выполнять подсистемы управления качеством. Поэтому необходима их строгая классификация и группирование однородных видов деятельности в рамках отдельных структурных подразделений.

При проектировании организационной структуры предприятия в настоящее время предпочтительно применение идеологии ИСО, САLS или им подобные. Обычно в качестве исходного закладывается принцип отделения работ по планированию, программированию, развитию и формированию приоритетных перспектив деятельности, постоянной, текущей деятельности по управлению, контролю и совершенствованию систем качества.

В соответствии с вышеуказанным разделением функций может быть много. Есть их минимум, обычно это не более четырех приоритетных категорий. Моделей организационной структуры управления качеством также может быть несколько. Количество отдельных организационных подсистем (подразделений или структурных единиц) в рамках каждого из создаваемых структурных блоков может быть различным. Это определяется объемом работ по каждому из основных направлений деятельности, видом продукции, специфическими условиями технологий, особенностями всего производства, производственной культуры, принятой на предприятии, а также другими факторами, например, приоритетности выпускаемой продукции для страны, фирмы, успехов на рынке и т.д.

В условиях выпуска разных видов продукции модель системы качества развивается в направлении продуктовой специализации. Каждый из указанных основных структурных блоков может расчленяться в соответствии со специализацией однородной функциональной деятельности по отдельным продуктам, то есть в этом случае используется функциональный принцип формирования структурных подсистем (подразделений, служб), который сочетается с технологическим или по видам продукции.

Подобное использование комбинированной функционально-технологической структуры характерно для современного многономенклатурного производства. Наличие сложных технологических процессов, включая высокоавтоматизированные модули на основе СЧПУ, требует, чтобы их обслуживали самостоятельные структурные подразделения по обеспечению качества. Если добавить требования о необходимости высокой надежности указанных систем, наличия современных методов и средств контроля, а также добавить важность их специфичного испытания каждого конкретного изделия или видов продукции, то получим высокозатратную и сложную систему, создать которую нелегко.

В настоящее время на ряде предприятий машиностроения накоплен большой опыт для проведения комплекса работ по обеспечению качества выпускаемой продукции среднего уровня сложности и создании для них апробированных структур систем качества. В ряде случае в рамках создаваемых структур нередко использование структурных единиц, занятых разработкой собственных средств и методов измерения, а также контроля показателей качества применительно к каждому процессу, а также разработкой собственной базы данных и информационно-технологических систем, обеспечивающих качество продукции.

Современное усложнение производства, расширение номенклатуры продукции, увеличением объемов выпуска требуют новых моделей системы качества, причем она развивается в направлении за счет специализации управленческой деятельности и выделения из основных структурных блоков все большего количества структурных единиц, составляющих более высокий уровень иерархии системы.

Таковы, по мнению автора работы, направления развития организационных процессов управления совершенствованием машиностроительного комплекса, включая создание систем качеством продукции, с применением возможной структуризации объектов предприятия.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9

А.А. Болдырев, Е.В. Смоленцев

ВЫБОР МЕТОДА ЗАКРЕПЛЕНИЯ НЕМАГНИТНЫХ ЗАГОТОВОК НА ЧИСТОВОЙ СТАДИИ ОБРАБОТКИ

В работе рассмотрен метод закрепления немагнитных заготовок с использованием магнитно-реологической жидкости и проведен анализ его технологических возможностей и основных затрат в сравнении аналогами. Работа выполнена в рамках гранта Президента РФ для поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук МК-283.2010.8

Решение задач, поставленных перед производством, неразрывно связано с необходимостью как совершенствования имеющейся, так и с проектированием и внедрением новой, прогрессивной технологической оснастки, в том числе приспособлений. Правильно спроектированное и изготовленное приспособление является эффективным средством повышения производительности труда и качества изделий, снижения их себестоимости, облегчения труда рабочих и повышения его безопасности.

На современном этапе развития машиностроения (особенно для гибкоструктурного производства, характеризующегося переменными объемами невзаимозаменяемой продукции) особенно важную роль играет процесс технологической подготовки производства. При этом разработка и проектирование технологической оснастки является одним из основных ее этапов, а затраты на изготовление технологической оснастки при организации производства составляют порядка 20% от всех капиталовложений в технологическое оборудование. Около 70% трудозатрат на постановку в производство новых изделий связано с проектированием и изготовлением технологической оснастки и инструмента.

Существуют виды деталей, крепление которых на станке приводит к ряду затруднений:

- корпусные детали с тонкими стенками, (закрепление в тисках приводит к короблению);

- заготовки, обрабатываемые по всему контуру;

- тонколистовые заготовки;

- мягкие или хрупкие материалы, легко разрушающиеся под нагрузкой (дерево, пластик, стекло и т.п.);

- заготовки, обработка которых целесообразна за один установ без переналадки;

- закрепление немагнитных материалов.

Для массового и крупносерийного производства обычно применяют специальные станочные приспособления. Они имеют одноцелевое назначение для выполнения определенных операций механической обработки конкретной детали. Эти приспособления наиболее трудоемки и дороги в изготовлении. Создание любого вида станочных приспособлений, отвечающих требованиям производства, неизбежно сопряжено с применением квалифицированного труда разработчика, конструктора и исполнителя.

В условиях же гибкоструктурного производства с переменными объемами невзаимозаменяемой продукции применение специальной оснастки значительно увеличивает себестоимость изделия. Устанавливая сроки внедрения новых изделий необходимо учитывать время на проектирование и изготовление специальных приспособлений или наладок к универсальным наладочным приспособлениям.

В [1] предлагается использовать для закрепления немагнитной заготовки магнитно-реологическую жидкость, увеличивающую вязкость (вплоть до затвердевания) в магнитном поле.

Способ заключается в том, что деталь устанавливают на магнитный стол между соседними разноименными магнитными полюсами, а реологическую ферромагнитную жидкость подают на поверхность магнитного стола в месте крепления детали сплошным слоем до толщины детали, после чего одновременно осуществляют перемещение детали на столе и регулирование магнитного поля через магнитные полюса до появления сил торможения перемещения детали и определения места наибольшего сопротивления ее перемещению, в котором производят фиксацию детали, затем создают наибольшую силу магнитного поля для ее закрепления.

Универсальная самоформирующаяся технологическая оснастка позволяет обеспечивать надежное закрепление (до 5 кгс/см²) широкой номенклатуры заготовок без существенных затрат на подготовку производства.

Для закрепления немагнитных заготовок также могут применяться вакуумные столы и плиты.

Принцип работы вакуумных плат основан на создании вакуума между заготовкой и опорной поверхностью приспособления. При этом на всю деталь действует прижимающее усилие равное атмосферному давлению, что при нормальных условиях равно 760 мм рт. ст., и составляет около 1 кгс/см².

Создание вакуума производится вакуумными насосами различной мощности в зависимости от типа и размера платы. Подбор вакуумной системы заключается в выборе или проектировании зажимного устройства (платы) в соответствии с техническим заданием; правильным выбором вакуумного насоса или модульного устройства и остальных элементов, обеспечивающих надежный подвод низкого давления от насоса к плате.

Одним из главных преимуществ вакуумного закрепления является равномерное распределение усилия зажима по всей площади заготовки, что позволяет избежать вибраций во время механической обработки.

В сравнении с предложенным методом закрепления вакуумные установки имеют значительно более высокую стоимость (от 30 до 110 тысяч рублей в зависимости от размеров рабочего стола и материала его исполнения; стоимость магнитно-реологической жидкости на сегодняшний день составляет 4-5 тысяч рублей за 1 литр). Вакуумные столы также требуют покупки и эксплуатации дополнительного дорогостоящего оборудования и аксессуаров (дополнительных каркасов, генераторов вакуума, вакуумных станций и др.). При закреплении детали в ванне с магнитно-реологической жидкостью зажимное усилие распределяется не только по площади установочной поверхности, но и по боковой поверхности детали (вне зависимости от ее конфигурации), что способствует увеличению жесткости технологической системы (что в свою очередь определяет точность и качество обработки) и препятствует короблению деталей с тонкими стенками.

Системы закрепления холодом применяются для фиксации без механического воздействия хрупких заготовок (керамика, пластик, стекло, полимерные материалы), мелких заготовок из любых материалов, ячеистых материалов из алюминия и стекловолокна (применяются в авиастроении). Данная технология успешно используется при механической обработке на фрезерном, токарном и гравировальном оборудовании. Для всех устройств существует одно ограничение - при использовании запрещена подача СОЖ в зону обработки.

Закрепление производится на замораживающей плате, на рабочую поверхность которой предварительно распылен тонкий слой воды или нанесен специальный гель. Во время процесса закрепления происходит замораживание водного слоя и образуется тонкая ледяная пленка, которая прочно удерживает заготовку на рабочей поверхности платы. При этом заготовка не испытывает механических нагрузок и не деформируется. Для снятия заготовки достаточно перевести приспособление на режим нагрева рабочей поверхности.

Установки также имеют достаточно высокую стоимость (от 90 тысяч рублей), сложны в обслуживании и ремонте. Резкое изменение температур в процессе закрепления может негативно сказываться на эксплуатационных характеристиках изделия. При этом метод в сравнении с закреплением в магнитно-реологической жидкости имеет недостатки аналогичные вакуумным столам (указанны выше).

Также существует оборудование для объемного замораживания корпусных деталей с тонкими стенками, что позволяет получить эффект аналогичный закреплению в магнитно-реологической жидкости, но процесс закрепления в этом случае гораздо более длительный.

Таким образом, предложенный метод закрепления немагнитных заготовок на чистовых стадиях обработки можно рекомендовать всем типам производства, но экономическая эффективность достигается при относительно небольших периодах изготовления деталей.

Литература

1. Смоленцев В.П. Перспективы использования реологической жидкости в машиностроении/В.П. Смоленцев, А.А. Болдырев//Нетрадиционные методы обработки: межвуз. сб. науч. трудов. Вып. 9. ч. 2. М.: Машиностроение, 2009. С. 95-104.

2. Патент России № 2312000, МПК B23Q 3/15. Способ крепления деталей из немагнитных материалов и устройство для его осуществления/А.С. Ревин, А.В. Лисицын, В.П. Смоленцев. 2004136423/02: заявлено 14.12.2004: опубл. 10.12.2007//Бюл. 34, 2007.

Воронежский государственный технический университет

УДК 303.1

В.Н. Старов

МОДЕЛЬ И СТРУКТУРА ПРОЦЕССА ПЕРЕВОЗОК

Рассмотрены вопросы структуризации в системах управления транспортного хозяйства предприятия

Модель и общая структура любого перевозочного процесса необходимы для того, что бы проводить анализ с целью совершенствования путей управления процессами, в том числе, проводить мероприятия, направленные на совершенствование системы управления предприятием.

Обобщенная и укрупненная схема основных информационных потоков при управлении, например, автотранспортом представлена на рис.1. Она основан на использовании абстрактной системы автоматизации управления и учета транспортных средств.

Исследования показали, что в общем виде для большинства транспортных предприятий подходит модель общего типа, представленная на рис. 2. Для построения и исследования моделей объектов управления в их временной взаимосвязи целесообразно выделение следующих трех основных стадий перевозочного процесса: начальной, центральной и заключительной.

Процесс разработки модели системы управления сводится к изучению и формализованному описанию процесса функционирования рассматриваемого предприятия. Модель существующей системы управления также является основой для разработки систем АСУ. В случае, когда исследуемым объектом управления является, например, автотранспортное предприятие, то можно говорить об АСУ предприятия (АСУП).

Получение необходимых сведений и построение модели системы управления перевозками осуществляются в результате реализации диагностического анализа функционирования служб предприятия и детального изучения существующей системы обработки данных.

Модель также позволяет своевременно получать информацию о ходе перевозочного процесса, расходе горюче-смазочных материалов и запчастей, об объемах перевезенных грузов (пассажиров), а также отклонениях от запланированного хода этого процесса необходимо для эффективной организации перевозочного процесса.

Разработка модели системы управления перевозками сводится к изучению и формализованному описанию процесса функционирования рассматриваемого предприятия. Получение необходимых сведений и построение модели системы управления осуществляются в результате реализации анализа функционирования служб предприятия. Для этого используют различные виды анализа, например, диагностический анализ. Это комплекс исследований, проводимых с целью выявления общих тенденций развития производства и управления, изучения и анализа характеристик типовых задач и модулей, разработки требований и мероприятий по улучшению системы управления предприятием.

Рис. 1. Схема основных информационных потоков при управлении автотранспортом

Основными источниками сведений о системе служат нормативно-правовые и другие первичные документы, экспертные опросы специалистов действующей системы, непосредственные наблюдения разработчиков за процессом нормальной деятельности системы и другие.

Отметим, что ни один из указанных источников в отдельности не может обеспечить необходимой полноты и достоверности сведений о работе системы. Так, документы сравнительно быстро устаревают и не всегда отражают действительное состояние дел, специалисты могут непреднамеренно, а иногда и умышленно исказить существующее положение. Подготовка документов, содержащих результаты анализа, требует значительных затрат времени и труда. Поэтому эффективность использования стандартных бланков документов возрастает с масштабами разработки.

Рис. 2. Модель перевозочного процесса автомобильного предприятия

В этой работе есть несколько этапов. Они таковы.

Первый этап - изучение структуры, целей и ограничений в существующей системе управления. Выполняется описание подразделений, анализируется (или создается описание) структурная схема организации. Детально исследуется структура каждого подразделения. Составляется таблица функций исполнителей, исходя из характеристик задач организации и описания функций подразделения. Получается описание информационных потоков внутри и между подразделениями, а в итоге строится обобщенная структурно-информационно-временная схема.

Второй этап построения системы требует изучения и анализа информационных потоков и алгоритмов переработки данных в существующей системе управления, а именно, какие: характеристика документов, описание документов, характеристики массивов, характеристики процедур.

Процессы изучения и анализа существующей системы управления предприятием обусловливает необходимость применения формальных моделей процессов обработки данных.

Если предприятие применяет подобные многоуровневые АСУП, то это позволит ему иметь определенные преимуществ перед конкурентами. Чтобы получить преимущества, для этого необходимо осуществить следующие действия:

- провести согласование целей и задач, стоящих перед системой в целом и её отдельными элементами;

- осуществить организацию взаимосвязи между задачами разных уровней;

- выполнить формирование рациональной структуры самой системы управления;

- сделать выбор и провести проектирование технологического процесса обработки информации с учетом интеграции основных функций управления предприятия, в том числе, с учетом его внешних связей.

Это большая и трудоёмкая работа, её реализация требует много средств, что в сегодняшней рыночной ситуации не под силу многим предприятию. Однако это реальный путь повышения эффективности работы любого предприятия, а главное повышение конкурентоспособности.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

А.В. Кузовкин, Ю.С. Золототрубова

СОТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПОСЛЕ ЭХО

В работе представлены результаты по исследованию состояния поверхностного слоя токопроводящих материалов после электрохимической обработки

Развитие специальных отраслей машиностроения обусловило значительный рост потребления жаропрочных сплавов, высокопрочных, нержавеющих и антикавитационных сталей, магнитных и твердых сплавов, полупроводниковых материалов и других металлов и сплавов, обработка которых резанием связана с большими трудностями, а в некоторых случаях невозможна. Кроме того, в связи с расширением области применения точного литья и обработки давлением увеличилась потребность в литейных формах, прессформах и штампах, трудоемких в изготовлении. Поэтому в промышленности для обработки деталей сложной конфигурации из новых конструкционных материалов наряду с электрофизическими способами находит применение электрохимическая обработка (ЭХО) [1].

В технологии машиностроения качество поверхности характеризуют геометрическими (микрорельеф) и физическими (микротвердость, обезуглероженный слой и др.) показателями слоя материала, прилегающего к поверхности.

Формирование микрорельефа поверхности при ЭХО зависит от структуры материала заготовки, от состава, температуры, скорости прокачки электролита, электрических параметров обработки. Все эти факторы постоянно изменяются по времени, и процесс анодного растворения в каждой точке протекает по-разному. Отличия могут быть незначительными и практически не оказывать влияния на скорость съема металла, но приводят к образованию микронеровностей.

Если ЭХО выполняется после механической обработки, то в начале процесса анодного растворения микрорельеф повторяет профиль заготовки. После точения, например, необходимо удалить с помощью ЭХО припуск, в 6 - 10 раз больший, чем начальная высота неровностей, пока не перестанет проявляться влияние обработки предшествующей ЭХО. В дальнейшем при стабильных параметрах процесса шероховатость поверхности не меняется. Характер микронеровностей зависит от структуры обрабатываемого материала. Чаще наблюдается межкристаллитное растворение, которое и определяет шероховатость поверхности. Следует подчеркнуть, что способы контроля шероховатости контактным методом позволяют оценить лишь часть углубления, поскольку при ощупывании поверхности иглой не удается достичь крайней точки углубления. Чем мельче зерно, тем меньше глубина межкристаллитного растравливания. Поэтому шероховатость поверхности крупнозернистых сплавов обычно выше, чем у сплавов с мелким зерном. Глубина микронеровностей зависит от плотности тока. Для большинства сплавов с увеличением тока шероховатость поверхности снижается.

При высоких плотностях тока ускоренное растворение сплавов может наблюдаться не по границам, а по самому зерну, на котором образуются местные углубления, определяющие шероховатость поверхности. Чем ниже температура электролита, тем при той же плотности тока меньше высота неровностей, но и ниже скорость растворения металла. В большинстве случаев используются электролиты с температурой 17…37 °С. Для обработки титановых сплавов применяются электролиты, нагретые до 47 - 50 °С, а в случае чистовой обработки, например нержавеющих сталей, электролит охлаждают до 4 °С. Применение импульсного тока из-за повышения его плотности во время импульса способствует снижению высоты неровностей на 20…30% по сравнению с ЭХО на постоянном токе.

У сталей, подвергнутых некоторым видам термической обработки, наблюдается повышенная шероховатость при малых скоростях прокачки электролита (менее 6…8 м/сек.) и при большой его защелоченности (pH > 11) [2].

При выполнении операций ЭХО, при которых съем материала заготовки осуществляется только за счет электролиза, в общем виде высота шероховатости обработанных поверхностей достигает значений R_a=2,5…0,63 мкм. Операции, при которых съем происходит одновременно с электролизом и механическим или электротермическим воздействием на заготовку, позволяют получать следующие значения параметров высоты шероховатости:

- при электрохимической абразивной обработке R_a=1,25…0,32 мкм;

- при электрохимическом шлифовании R_a=2,5…0,63 мкм;

- при электрохимическом дорновании R_a=0,63…0,16 мкм;

- при электрохимическом полировании R_a=0,08…0,02 мкм.

При анодномеханической обработке характерно наличие дефектного слоя на обработанных поверхностях; величина этого слоя может достигать 0,3 - 0,8мм.

При обработке в электролитах на базе хлорида натрия шероховатость поверхности конструкционных сталей R_a=0,32…0,10 мкм, нержавеющих сталей и сплавов R_a=1,25…0,32 мкм, титановых сплавов R_a=2,5…1,25 мкм, алюминиевых сплавов R_a=2,5…0,63 мкм [3].

После ЭХО в поверхностном слое не наблюдается снижения содержания углерода и изменения твердости. В отличие от механической обработки после ЭХО отсутствует наклеп, что говорит об удалении технологической наследственности поверхностного слоя. Напряжения в поверхностном слое после ЭХО повышаются вследствие растравливания. Межкристаллитные углубления имеют малый радиус закругления, что способствует концентрации напряжений. Для их уменьшения используют те же способы, что и для снижения шероховатости: повышают плотность тока, применяют охлажденные электролиты, используют импульсный ток, стабилизируют параметры электролита и его гидродинамический режим.

При анодном растворении заготовки на катоде выделяется водород. Ввиду малого расстояния между электродами он может достичь поверхности заготовки, наводораживая ее. Наводораживание повышает хрупкость материала и снижает усталостную прочность. Эффект наводораживания поверхности особенно сказывается у титановых сплавов, а стали, никелевые, алюминиевые сплавы не подвержены ему вовсе. Если обеспечить скорость протекания электролита не ниже расчетной (чего в ряде случаев не удается достичь), то практически весь водород удаляется из зазора и наводораживания не наблюдается.

При эксплуатации деталей на них могут воздействовать статические, ударные и знакопеременные нагрузки. Низкая шероховатость поверхности после ЭХО (по сравнению с механической обработкой) повышает механические свойства материалов. Этому же способствует отсутствие следов инструмента на поверхности, более плавный профиль на вершинах выступов, одинаковое качество поверхности во всех направлениях.

Отсутствие наклёпа поверхности от воздействия инструмента или его малое значение при комбинированном способе обработки снижает механические показатели, особенно сопротивление усталости. Ухудшают качество поверхностного слоя микрорастравливания по границам зерен, которые являются концентраторами напряжений, и наводораживания сплавов.

Предел прочности при статических и ударных нагрузках образцов из конструкционных сталей после ЭХО при растяжении, сжатии, кручении и изгибе такой же, как у механически обработанных образцов. Положительно и отрицательно действующие факторы взаимно уравновешиваются, и ЭХО для деталей с такими же видами нагружения можно использовать в качестве финишной операции.

У образцов из сплавов склонных к межкристальному растравливанию (никелевых, титановых и др.), предел прочности на растяжение и угол загиба после ЭХО снижаются по сравнению с механически обработанными на 10 - 15 %, поэтому для высоконагруженных деталей после ЭХО необходимо механически удалять припуск на глубину растравливания [4].

Испытание образцов на ударную вязкость показывают, что их результаты не зависят от сравниваемых видов обработки, поэтому детали после ЭХО можно использовать в конструкциях, работающих при ударных нагрузках.

Сопротивление усталости сплавов определяется при многократном приложении нагрузки, которая по значению может быть много ниже предела прочности. В материале под воздействием повторяющихся деформаций возникают изменения, в результате чего детали ломаются при сравнительно небольших усилиях.

По значению предела выносливости образцы из конструкционных сталей и алюминиевых сплавов после ЭХО близки к шлифованным образцам. Детали из этих материалов после ЭХО можно использовать в конструкциях, работающих в условиях вибраций, знакопеременных нагрузок. Детали из никелевых, титановых и других сплавов, у которых могут быть растравливания поверхностного слоя, имеют пониженное сопротивление усталости. При использовании таких сплавов в конструкциях, работающих в условиях знакопеременных нагрузок, следует удалять слой металла, имеющий растравливание.

Одним из основных методов повышения механических свойств материалов после ЭХО является последующее полирование. Это довольно трудоемкий процесс, используемый обычно для снижения шероховатости поверхности. Для деталей после ЭХО наиболее приемлемо виброполирование, которое позволяет снять растравленный слой и выполнить наклеп поверхности, необходимый для получения высоких механических свойств.

ЭХО часто используют взамен точения, фрезерования, долбления и других операций, после которых шероховатость составляет R_z=20…40 мкм. В процессе ЭХО шероховатость может быть R_a<0,3 мкм. Таким образом, после ЭХО высота неровностей заметно ниже, что способствует повышению сопротивления усталости сплавов. Необходимо на стадии проектирования детали учитывать возможность снижения сопротивления усталости после ЭХО и компенсировать это снижение уменьшением шероховатости поверхности.

Полностью восстанавливает усталостные характеристики сплава его упрочнение после ЭХО. Упрочнение выполняется виброударным, пневмогидравлическим, дробеструйным и ротационным способами. При этом по сравнению с упрочнением механически обработанных деталей требуется несколько снизить усилия, время обработки и др.

Точность размеров и формы при ЭХО определяется двумя группами факторов, одна из которых не зависит от процесса анодного растворения, а другая является его следствием. К первой группе относятся погрешности технологической системы; они устраняются или сводятся к минимуму общеизвестными способами. К факторам, характерным для ЭХО, относят погрешность , которая является следствием колебаний значения межэлектродного промежутка (МЭП) из-за нестабильности в процессе обработки заданных технологических режимов – U_э, , pH и V_и, а также из-за нестабильности нагрева и газонаполнения электролита. При этом последние формируются в МЭП и поэтому их стабилизация требует существенных дополнительных затрат на модернизацию применяемого оборудования [2]. Препятствовать газонаполнению можно, применяя безводородные электролиты, в которые обычно входят хлорид аммония и дихлорид железа. Недостатком таких электролитов является их коррозионная активность [1].

Другим фактором этой группы является погрешность припуска Z, которая наблюдается в конце обработки из-за неравномерности исходного припуска заготовки Z_заг.

Влияние условий проведения ЭХО на погрешность  и z показано в табл. 1.

При ЭХО длинномерных деталей (например, при формообразовании пера лопаток) достижима точность размеров 0,1-0,5 мм.

Таблица 1

Влияние параметров ЭХО на погрешность  и Z

Параметр	Погрешность		Параметр	Погрешность
		Z			Z
Стабилизация значений Uэ, , pH, Vи, а	+	-	Применение кислородосодержащих электролитов (NaNO3 и т.п.)	-	+
Минимальное значение МЭП	+	+	Импульсная форма технологического тока	+	-
Введение в электролит инертного газа или сжатого воздуха	+	+	Минимальное значение zзаг	-	+
Примечание: Знаком "+" отмечено положительное влияние параметра на снижение погрешностей, знаком "-" -отсутствие влияния

При ЭХО поверхностей с высокой степенью стабилизации параметров U_э, , pH, V_и, и значениях МЭП  < 0,02 мм достижима точность обработки до 5 мкм. При электрохимическом шлифовании и электрохимическом дорновании токопроводящим инструментом точность размеров обрабатываемых поверхностей соизмерима с точностью традиционных методов абразивной обработки. Большинство отделочных операций ЭХО (полирование, дорнование и др.) выполняют без изменения исходной (перед проведением операции) точности размеров и формы заготовок.

Погрешности формы обрабатываемых поверхностей (конусность боковых поверхностей отверстий, скругление кромок элементов заготовок вблизи рабочей поверхности электрода-инструмента (ЭИ) и др.) в некоторых случаях исключаются за счет применения ЭИ с электроизоляционными покрытиями и установки экранов, предотвращающих влияние электрического поля на необрабатываемые данной операцией участки заготовки. Эти и другие особенности технологии ЭХО, как правило, можно учесть в процессе проектирования детали и при технологическом контроле чертежей.

По сравнению с другими методами обработки металлов электрохимический способ обладает определенными преимуществами: он дает возможность обрабатывать любые металлы и сплавы, независимо от их химического состава и структурного состояния, инструмент-катод при этом не изнашивается, а обработка не влечет за собой изменение структуры материала, а также деформации.

Ряд недостатков несколько ограничивают область применения электрохимической обработки. К ним относятся: большая энергоемкость процесса, громоздкость оборудования и необходимость надежной антикоррозийной защиты его, плохая обрабатываемость сплавов с высоким содержанием углерода и кремния.

Литераура

1. Артамонов Б. А., Волков Ю. С., Дрожалова В. И. и др. Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов. Учеб. пособие (в 2-х томах). Т. I. Обработка материалов с применением инструмента/Под ред. В. П. Смоленцева. – М.: Высш. шк., 1983. – 247 с., ил.

2. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки//Г. Л. Амитан, И. А. Байсупов, Ю.м. Барон и др.; Под общ. ред. В. А. Волосатова. – Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние, 1988. – 719 с.: ил.

3. Электрохимическая обработка металлов. Мороз И. И. и др., М., «Машиностроение», 1969, 208 стр.

4. Смоленцев В. П. и др. Электрохимическое маркирование деталей / В. П. Смоленцев, Г. П. Смоленцев, З. Б. Садыков. – М.: Машиностроение, 1983. – 72 с., ил.

Воронежский государственный технический университет

УДК 303.1

В.Н. Старов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МАШИН

Рассмотрены вопросы совершенствования структуры систем управления предприятия, обеспечивающего техническое обслуживание машин

Исследуем особенности формирования структуры системы технического обслуживания и ремонта автосервисного или автотранспортного предприятия.

Основой организационной системы предприятия являются ее структура и нормативы. Структура системы обслуживания определяется видами (ступенями) соответствующих воздействий и их числом. Нормативы включают конкретные значения периодичности воздействий, трудоемкости, перечни операций и др. Перечень выполняемых операций, их периодичность и трудоемкость составляют режимы технического обслуживания.

На структуру системы технического обслуживания (ТО) и ремонта (ТР) влияют следующие факторы: уровни надежности и качества автомобиля; условия эксплуатации машины; имеющиеся ресурсы; организационно-технические ограничения и другие. Укрупненная блок-схема формирования структуры системы технического обслуживания и ремонта приведена на рис. 1.

По литературным данным отдельные элементы структуры системы ТО и ремонта эксплуатируемого в настоящее время отечественного парка машин следующим образом влияют на затраты по обеспечению работоспособности (без организационно-планировочных затрат): обоснованность перечня профилактических операций и их периодичностей - 80...87 %; число ступеней (видов) ТО и кратность их периодичностей - 13...20 %.

Видим, что главными факторами, определяющими эффективность системы ТО и ремонта, являются правильно определенные перечни (что делать) и периодичность (когда делать) профилактических операций, затем - количество видов ТО и их кратность (как организовать выполнение совокупности профилактических операций).

Сложность при определении структуры системы ТО состоит в том, что обслуживание включает в себя порядка 10 видов работ (смазочные, крепежные, регулировочные, диагностические и др.), и более 300 конкретных объектов обслуживания, т. е. агрегатов, механизмов, соединений, деталей, требующих предупредительных воздействий. Каждый узел, механизм, соединение может иметь свою оптимальную периодичность ТО.

Рис.1. - Обобщенная схема формирования структуры системы ТО и ТР машин: 1 - парк машин; 2 - поток отказов, образующихся при работе машин (600...800 наименований); 3 - разделение потока по типам стратегий обеспечения работоспособности; 4 - стратегия восстановления работоспособности - ремонт (к = 300…400 наименований); 5 - стратегия поддержания работоспособности - ТО (s = 200...300 наименований); 6 - направления утилизации; 7 - разделение ТО по тактике поддержания работоспособности; 8- тактика 1-1 - профилактика по наработке; 9 тактика I-2 - по техническому состоянию;10 - поток профилактических операций со своими оптимальными периодичностями 1s; 11 - выбор необходимого вида обслуживания; 12 - реализация необходимого ремонта; 13 - группировка операций по видам ремонта;14 - общая система ТО и ТР

После выделения из всей совокупности воздействий тех, которые должны выполняться при ТО и определения оптимальной периодичности каждой операции производят группировку операций по видам ТО. Это дает возможность уменьшить число заездов машин на ТО и время простоев на ТО и ТР.

Группировка операций неизбежно связана с отклонением периодичности ТО данного вида от оптимальных периодичностей ТО отдельных операций. При определении периодичности ТО группы операций обычно применяют следующие методы:

- группировки по стержневым операциям;

-технико-экономический; -экономико-вероятностный и метод естественной группировки. Рассмотрим их особенности.

Метод группировки по стержневым операциям основан на том, что выполнение операций ТО приурочивается к оптимальной периодичности lст, так называемых стержневых операций, которые обладают следующими признаками:

- влияют на экологическую и эксплуатационную безопасность машины;

- влияют на работоспособность, безотказность, экономичность машины;

- характеризуются большой трудоемкостью, требуют специального оборудования и конструкции постов; - регулярно повторяются.

Примерами подобных стержневых операций или групп операций являются: по всем признакам - проверка и регулирование тормозной системы и проверка токсичности отработавших газов и соответствующая регулировка систем двигателя; смена масла в картере двигателя – это признак регулярного повторения.

По этому методу периодичность ТО стержневой операции 1ст принимается за периодичность вида ТО или группы операций, например (1ТО)1, = lcт. В общем виде группировку по стержневым операциям можно представить так.

Пусть есть перечень анализируемых по данному методу профилактические операции. Они могут быть сведены, например, в три группы 1Г, 2Г, 3Г, а именно:

1Г. Это 1стi < (1СТ - 1); причем по ним выполняются ежедневно (ЕО) или по потребности (при ТР), т. е. исключаются из состава профилактических (i – любые классифицированные нами операции).

2Г. Вид (1СТ - 1) < 10i < (1СТ - 2) это операции 3, 4, 5, которые выполняются одновременно с первой стержневой с периодичностью операции (1СТ - 1).

3Г. Когда 10i > (1СТ - 2) выполняются одновременно со второй стержневой операцией или выводятся из состава профилактических (переводятся в текущий или предупредительный ремонт).

Операции, оптимальная периодичность которых l cт больше периодичности стержневой операции, выполняются с коэффициентом повторяемости К, который больше 0, но меньше 1.

Такие операции состоят из двух частей - контрольной (диагностической) и исполнительской. Причем контрольная часть производится каждый раз при направлении автомобиля на данный вид обслуживания, а исполнительская - по потребности, в зависимости от его фактического технического состояния.

В действующей отечественной системе ТО более 65...70 % всех операций пополняются с коэффициентом повторяемости, зависящим от результатов контроля в пределах установленной периодичности.

При технико-экономическом методе определяют такую групповую периодичность loг, которая соответствует инициальным суммарным затратам С∑∑. на ТО и ремонт машины по всем рассматриваемым объектам.

Оптимальная периодичность I = Iог при С∑∑. = Сmin, где С1S и С2S - удельные затраты на ТО и ремонт i-гo объекта; s — число операций в группе (виде ТО).

Обычно определяется увеличение удельных затрат s-операции при ее выполнении в результате группировки - это ∆s, с групповой 1ог, не совсем свойственная ей оптимальной периодичность - I С0S.

Если в группу входит операция, периодичность которой ограничена в рассматриваемых пределах условиями безопасности, экологии или техническими критериями, то выбранная групповая периодичность должна удовлетворять требованиям 10Г < 10i ; где i - номер операции с периодичностью, ограниченной требованиями безопасности движения или другими техническими критериями (например, прекращение функционирования механизма при 10Г > 10i).

Используя экономико-вероятностный метод, можно определить целесообразность выполнения данной операции не с оптимальной для нее, а с заданной периодичностью стержневой операции. Если в этом случае воспользоваться картой профилактической операции, то можно определить зону наработок, в которой удельные затраты при предупредительной стратегии остаются ниже, чем при устранении возникшего отказа. Когда в этой зоне находится периодичность стержневой операции, тогда изменение периодичности для данной операции допустимо.

Если ряд объектов обслуживания имеет весьма близкие рациональные периодичности, то используется метод естественной группировки. Известно, что при обслуживании несамоконтращихся крепежных соединений современных грузовых автомобилей обнаруживаются два пика необходимости возобновления их затяжки в интервалах 4...7 и 15...20 тыс. км. Достаточно близкую периодичность регулирования имеют тормозные и клапанные механизмы, углы установки колес.

Таким образом, для совершенствования структуры системы технического обслуживания необходимы исследования методов ТО, это позволяет производить группировку операций по видам и направленно анализировать потоки информации.

Увеличение числа ступеней (видов ТО) теоретически благоприятно сказывается на надежности и суммарных затратах на обеспечение работоспособности отдельных объектов автомобиля, но одновременно увеличиваются затраты, связанные с организацией производственного процесса (подготовительно-заключительное время, планирование постановки на ТО и др.), ТО и ремонта машины. Рост организационных затрат не только увеличивает общие затраты, но сдвигает оптимум в область более простых структур системы ТО и ремонта.

Применение вышеуказанных методов позволяют сделать следующие практические выводы пригодные для совершенствования структуры системы обслуживания машин.

Во-первых, предупреждение отказов (профилактическая стратегия I) более выгодно, чем ожидание отказа и последующий ремонт (стратегия 1-1).

Второе. Для технического обслуживания машины наиболее целесообразна система с двумя-тремя видами ТО, при такой структуре системы удельные затраты на ТО и ремонт с учетом организационных - минимальны. Поэтому наиболее распространенная в настоящее время трехступенчатая система ТО, а именно: ЕО, ТО-1 и ТО-2, ТО-3 (с последним может совмещаться сезонное обслуживание СО, что является оптимальной схемой).

Третье. Для предприятий с недостаточно организованным ТО (невыполнение перечня, несоблюдение периодичностей) в качестве первого этапа исправления ситуации может быть рекомендована одноступенчатая система ТО (единое ТО) с последующим переходом к двум и трем ступеням.

Четвертое. Сокращение организационно-управленческих: затрат на реализацию системы (применение ПЭВМ при учете и планировании, подготовке производства и др.) позволяет по экономическим критериям увеличить число видов обслуживания машин, т. е. приблизиться к оптимальным периодичностям ТО.

Далее. Для большинства базовых машин целесообразна реализация индивидуальной системы и нормативов обслуживания и ремонта для конкретных машин (или их групп, работающих в сходных условиях эксплуатации).

Основой индивидуального варианта системы служит повышение надежности машины и соответствующее увеличение периодичностей ТО; совершенствование системы помашинного учета и анализа надежности, затрат, доходов и расходов; применение бортовой системы учета работы и диагностики технического состояния конкретной машины.

Таковы наиболее простые и рациональные пути совершенствования структур обслуживания машин.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

А.В. Кузовкин, Ю.С. Золототрубова

ОБРАБОТКА КРОМОК МЕТОДОМ ЭХО

Приводятся данные по проектированию технологических процессов ЭХО острых кромок и удаления заусенцев после механообработки в условиях автоматизированного производства

При механической обработке деталей с применением традиционной механообработки (сверления, фрезерования, долбления и протягивания) в местах выхода инструмента остаются технологические заусенцы, которые удаляют путём ручного опиливания, что существенно снижает производительность труда и зачастую приводит к появлению брака за счет ошибок исполнителя. Такие способы удаления заусенцев, как обдувка деталей паром, механическая зачистка, обработка в галтовочных аппаратах и обработка ультразвуком в абразивной суспензии не нашли широкого распространения из-за ряда существенных недостатков. К их числу можно отнести недостаточную универсальность, сложность конструкций применяемого оборудования, сложность самого процесса удаления заусенцев крупных размеров, плохая управляемость процессом [1].

Разработка приемлемого в технико-экономическом отношении способа снятия заусенцев и обработки кромок после механообработки особенно актуальна при внедрении элементов автоматизированного производства деталей. Работы в этом направлении ведутся достаточно давно, так в 1959 году в ЭНИМСе был разработан электрохимический способ снятия заусенцев, основанный на принципе локального анодного растворения металла в потоке электролита при зазоре между электродами 0,5 мм и плотности тока до 5 А/см² [2]. Электролит в виде растворов нейтральных солей прокачивается через зазор, образующийся между местом расположением заусенцев на детали и рабочей частью поверхности катода. При этом создаются условия для локального растворения поверхности детали, ограниченной в основном рабочей частью поверхности катода. Высокая плотность тока обеспечивает быстрое удаление заусенцев и скругление кромок.

ЭХО заусенцев не исключает возможности нарушения геометрии остальной части детали, хотя и со значительно меньшей скоростью. Поэтому необходимо создать условия для пространственной локализации процесса. Это достигается выбором электролита со сравнительно низкой рассеивающей способностью, а также применением специальной конструкции катода-инструмента, создающей минимальное расстояние между рабочей поверхностью катода и вершинами заусенцев [3]. Кроме того, нерабочая часть катода или поверхность детали, не подлежащая обработке, изолируется для локализации зоны обработки. При осуществлении процесса без нанесения изоляции на нерабочие поверхности следует иметь в виду, что зона растворения при применении в качестве электролитов водных растворов нейтральных солей локализуется в приделах 2 - 3 мм от границы катода.

Технологический процесс снятия заусенцев состоит из следующих основных операций: анодная обработка детали, промывка обработанной детали, пассивирование, сушка.

Анодная обработка обычно производится в водном растворе нейтральной соли. В качестве электролитов могут быть использованы 10 - 30%-ные водные растворы хлористого натрия, азотнокислотного натрия, сернокислого натрия и других солей. Наиболее приемлемым электролитом для обработки углеродистых и малолегированных сталей является раствор хлористого натрия или азотнокислого калия с добавкой 2 - 3% нитрата натрия, а для нержавеющих сталей ферритной и аустенитной структуры - раствор сернокислого натрия.

Иногда в электролиты вводят виннокаменную или лимонную кислоты, или гексаметофосфат натрия в качестве комплексообразователей, способных взять ионы металлов в растворимые комплексы, с тем, чтобы предохранить электролит от загрязнения.

При разработке и осуществлении способа электрохимического удаления заусенцев и скругления кромок часто используют вспомогательные технологические приемы, позволяющие интенсифицировать процесс, облегчить его осуществление, повысить качество обработанной поверхности. К ним относятся создание относительного вращения детали с заусенцами и катода-инструмента, а также сочетание анодного растворения заусенцев с наложением ультразвуковых колебаний. Вращением электродов достигается увеличение относительной скорости детали и струи электролита, уменьшение шероховатости обработанной поверхности и равномерность съема металла с детали. Кроме того, отдельные крупные заусенцы механически сбиваются вращающимся катодом без возникновения прижогов электродов (при достаточной скорости вращения). Таким способом можно также удалять следы резца на торцовых частях деталей - тел вращения.

Возможно наложение на процесс ультразвуковых колебаний, которые оказывают влияние на кинетику электродных процессов при электрохимическом растворении и повышают производительность на 20 - 30%. Колебания передаются в межэлектродный зазор через катод-инструмент, который является продолжением акустического преобразователя. Для создания колебаний используют генераторы с выходной частотой порядка 20 кГц. В электролит вводят абразив, чаще всего карбид бора с размером фракции 50 - 150 мк. К недостаткам такого способа следует отнести то, что он может быть использован лишь при обработке сравнительно небольших деталей простой конфигурации. При обработке крупногабаритных деталей он не применим в виду недостаточной мощности ультразвуковых генераторов.

После завершения процесса удаления заусенцев и/или скругления кромок производят промывку готовой детали для удаления с нее продуктов анодного растворения и остатков электролита. Промывка осуществляется проточной водой в течение 10 - 30 сек. через душевые насадки, которые направлены так, чтобы омывалась вся поверхность детали. Одним из эффективных способов промывки детали и очистки ее поверхности от продуктов растворения является обработка в ультразвуковой ванне. При этом кавитация, возникающая в жидкости, способствует удалению не только продуктов анодного растворения, но и солей из пор металла, что важно для предупреждения коррозии детали. В качестве моющей среды берется вода с температурой 30 - 35 °С. Для этих целей можно использовать подогретую воду после охлаждения пакета ультразвукового преобразователя. Время промывки детали обычно составляет 0,5 - 0,75 времени электрохимической обработки.

Для предотвращения появления коррозии после промывки детали следует осуществить пассивирование ее поверхности в водном растворе нитрита натрия (3%) с содой (0,5%) или в 10%-ном растворе хромпика. Время образования пленки в этих растворах составляет 10 - 30 сек. После пассивирования детали обдувают сжатым воздухом для удаления избытка пассивирующего раствора.

Рассмотренный способ ЭХО кромок и удаления заусенцев применим для обработки деталей различных конфигураций и размеров, выполненных из токопроводящих сплавов.

Для обработки деталей различной конфигурации проектируются соответствующие катодные устройства, при этом должны быть соблюдены следующие общие условия:

- рабочая поверхность катода, обеспечивающая локализацию процесса обработки в местах расположения кромок и заусенцев при высоких плотностях тока, должна быть минимальной;

- электролит в пространство между рабочей поверхность катода и деталью должен подаваться равномерно;

- необходимо обеспечить беспрепятственный выход электролита из зоны обработки.

Для некоторых типов деталей, заусенцы и кромки у которых расположены в различных плоскостях (например, корпус торцовой фрезы, радиатор металлокерамической лампы, фланцы, рычаги) можно конструировать разъемное катодное устройство с разъемными электрическими контактами.

Технико-экономическая эффективность применения электрохимического оборудования для такого вида обработки определяется такими факторами, как замена ручного труда, возможность полной автоматизации процесса, незначительная стоимость оборудования, материалов.

Наиболее целесообразно использовать электрохимические станки для снятия заусенцев и скругления кромок при изготовлении деталей в крупносерийном и массовом производстве.

Литераура

1. Артамонов Б. А., Волков Ю. С., Дрожалова В. И. и др. Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов. Учеб. пособие (в 2-х томах). Т. I. Обработка материалов с применением инструмента/Под ред. В. П. Смоленцева. – М.: Высш. шк., 1983. – 247 с., ил.

2. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки//Г. Л. Амитан, И. А. Байсупов, Ю.м. Барон и др.; Под общ. ред. В. А. Волосатова. – Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние, 1988. – 719 с.: ил.

3. Электрохимическая обработка металлов. Мороз И. И. и др., М., «Машиностроение», 1969, 208 стр.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621. 367. 502.7

И.М. Винокурова, И.В. Винокуров, В.А. Небольсин

ЗАКОНОМЕРНОСТИ Анодного РАСТВОРЕНИЯ ТИТАНА

Рассмотрено поведение титана с учетом влияния промежуточных низковалентных частиц. Выявлены факторы, влияющие на лимитирующую стадию активного растворения и валентность ионов титана участвующих в процессе

Широкое использование в промышленности титана в качестве конструкционных материалов представляет большой интерес для современных исследователей [1-5], а так как необходимое качество и точность обработки может достигаться только электрохимическим способом, то это в свою очередь создает ряд проблем. Создание необходимых технологических условий для процесса связано с особенностью электрохимической обработки металла. Так необходимо рассчитывать такие параметры как скорость протока и температуру электролита, режимы подачи плотности тока, состав и концентрацию электролита и др. Отсутствие единой точки зрения относительно механизма процессов, происходящих при активном растворении и пассивации титана, заставляет вновь и вновь возвращаться к изучению данной проблемы.

Анализируя анодные потенциостатические кривы при температуре 30 ^oC на рис. 1, мы видим, что на ветвь анодной кривой титана в деаэрированных растворах H₂SO₄ и HCl не влияет перемешивание, поэтому процессы растворения в активном состоянии и процессы пассивации лимитируются активацией. Принятые здесь и в дальнейшем обозначения расшифровываются следующим образом: Е_кор - потенциал коррозии; Е_нп - потенциал начала пассивации; Е_пп - потенциал полной пассивации; i_крит - критическая плотность тока пассивации.

Результаты исследований определения валентности переходящих в раствор ионов титана представлены на рис. 2. В области потенциалов Е_кор < Е  Е_нп активное растворение титана происходит с валентностью 3; на участке потенциалов пассивации Е_НП < Е < Е_нп в раствор переходят как трех-, так и четырехвалентные ионы титана. В пассивной области в растворе обнаружены только четырехвалентные ионы титана.

Рис. 1. Анодные потенциостатические кривые титана в деаэрированных растворах: 1-0,5 М Н₂SO₄+Ti³⁺; 2-0,5 M H₂SO₄; 3-1 M HCl, 30 ^oC

Во многих других работах установлено и экспериментально подтверждено [2-4] , что в виде Ti(III) практически со 100 % -ным выходом по току титан переходит в раствор в области потенциалов Е_кор < Е < Е_нп. Двухвалентные ионы титана при растворении титана в водных растворах не были обнаружены не одним из исследователей. Ti(II) -ионы при обычной температуре окисляются водой или растворенным в ней кислородом.

Рис. 2. Зависимость тока (1) и валентности (2) растворения титана от потенциала в деаэрированной 8 н. HCl, 21 ^о С, n=1000 об/мин

По угловому коэффициенту зависимости lgi=f(1/T) определяют кажущую энергию активации растворения титана. При уменьшении рН возрастает i_крит, а Е_нп смещается к более положительным значениям. На характеристические параметры анодных поляризационных кривых титана большое влияние оказывает скорость поляризации. Обобщая экспериментальные данные по электрохимическому растворению титана, приведем схему анодного процесса рис. 3. Добавление анионов того или иного сорта в водный бромид-хлоридный раствор приводит к смещению потенциалов растворения (конкурирующая адсорбция). Галоидные ионы, так же как и гидроксил-ион, не вступают в окислительно-восстановительные реакции с промежуточными низковалентными частицами, что и приводит к электрохимическому окислению ионов титана до высшей устойчивой степени окисления. В отличие от этого кислородосодержащие анионы могут восстанавливаться, химически взаимодействуя с промежуточными низковалентными частицами. Наблюдаемые экспериментальные различия эффективной валентности в водных растворах нитрат-, хлорат, и перхлорат-ионов связаны, по всей видимости, с изменением реакционной способности этих анионов в реакциях рассматриваемого типа. Наблюдаемый в хлорид-нитратных и хлорид-перхлоратных водных растворах синергетический эффект, объясняется также.

Рис. 3. Обобщенная схема процесса анодного растворения титана

Соотношение скоростей электрохимического и химического механизма определяет высокоскоростное анодное растворение окисление титановых сплавов промежуточными низковалентными частицами, а рабочая модель представляется следующим образом:

1) вблизи межфазной границы термодинамически возможно существование промежуточных комплексов с различными степенями окисления входящих в них металлических ионов. Чем выше степень окисления ионов, тем более удалена соответствующая зона от поверхности электрода. Комплексы с низшими степенями окисления адсорбированы на поверхности металла;

2) анионы различного рода, присутствующие в растворе, находятся на различном расстоянии от межфазной границы, зависящем от природы аниона. Что определяется в свою очередь сольватацией анионов в данном растворителе, специфической адсорбцией его на данном металле и поляризуемостью аниона. Эти факторы определяют энергетическое состояние аниона с точки зрения возможности химического взаимодействия с продуктами анодного растворения металла;

3) возможно химическое взаимодействие промежуточных низковалентных частиц с анионом раствора. Условия протекания подобных реакций зависят от следующих параметров: во-первых, время жизни промежуточных низковалентных частиц должно быть достаточным, для химического взаимодействия ее с окислительным реагентом, т.е.   1/К, где К – константа рассматриваемой химической реакции. А скорость электрохимического и химического окисления промежуточных низковалентных частиц должны быть достаточно близки. Во-вторых, анионы раствора должны обладать достаточной окислительной и реакционной способностью.

Рассмотренные электростатические представления о механизмах растворения металла, позволяют качественно объяснить механизмы растворения, а также с учетом этого моделировать режимы обработки, состав электролита. Таким образом, изучение особенностей характеристик анодных кривых при анализе поведения титановых сплавов, создает необходимость учитывать и вносить поправку на ток возможного сопряженного электрохимического процесса для получения истинных значений токов растворения сплава.

Литература

1. Мандрыкина И.М., Шалимов Ю.Н. Основные аспекты использования импульсных режимов для ЭХРО титановых сплавов // Повышение надёжности и ресурса узлов и агрегатов летательных аппаратов технологическими методами. 23 Гагаринские чтения: Тез. докл. Всерос. молод. науч. конф. 8 - 12 апреля 1997. - М.: МГАТУ, 1995.- С. 37.

2. Саушкин Б. П. Электрохимическая обработка изделий из титановых сплавов / Б. П. Саушкин, Ю. Н. Петров, А. З. Нистрян, А. В. Маслов // Кишинёв. Штиница. 1988. 200 с.

3. Краткий справочник химика. /Под ред. Некрасова Б.В. - М.: ГНТИ химической литературы, 1955. - 560 с.

4. Давыдов А. Д. Высокоскоростное электрохимическое формообразование/ А. Д. Давыдов, Е. Козак //М.: Наука. 1990. 272 с.

5. Фрумкин А. И. Электродные процессы (избранные труды). М.: Наука, 1987. 336 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

М.Б. Флек, Н.В. Пишкова, В.П. Смоленцев

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ (НА ПРИМЕРЕ ПРЕДПРИЯТИЯ АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ)

Рассмотрена автоматизированная система управления оборудованием, оснащенным средствами ЧПУ. Показаны особенности применения сиситемы для фрезерных операций при изготовлении корпусных деталей. Приведены примеры использования системы с учетом требований к деталям авиационной отрасли.

Одно из динамично развивающихся направлений совершенствования системы производства машин связано с созданием интегрированного компьютеризированного производства [1].

Объединение металлорежущего станка с ЭВМ, создание вычислительной сети для управления группой станков не только принципиально меняет подход к анализу функционирования машины, но и требует разработки новых подходов к обеспечению функционирования системы «совокупность станков – вычислительная сеть». Такое объединение приводит к необходимости анализа технологических процессов как объектов автоматического управления. При этом объекты имеют сложную динамическую структуру. Каждый управляемый металлорежущий станок представляет единую динамическую систему, взаимодействующую с процессом резания и другими процессами, раскрывающими динамические связи с несушей системой станка. Все координаты пространства состояния динамической системы станка являются взаимосвязанными.

При рассмотрении металлорежущего станка, управляемого от ЭВМ, и обеспечивающего изготовление деталей заданного качества, приходится изучать преобразование вектора управления (программы ЧПУ) в траектории исполнительных элементов станка. Металлорежущий станок, как объект системы автоматического управления, представляет сложную нелинейную систему. В такой системе формируются требуемые траектории движения, которые должны быть асимптотически устойчивыми.

Выходные координаты, характеризующие показатели геометрического качества детали зависят как от траекторий формообразующих движений, так и от самостоятельных процессов в зоне резания. Условно можно считать, что траектории, заданные в ЭВМ в виде программы ЧПУ, характеризуют траектории пространства X (рис. 1). Траектории движений исполнительных элементов станка принадлежат пространству Y. Траектории формообразующих движений инструмента относительно заготовки характеризуют пространство Z. Траектории формообразующих движений инструмента относительно заготовки, наряду с некоторыми самостоятельными процессами в зоне резания, определяют выходные параметры, определяющие показатели геометрического качества детали W. Подобная система ранее применялась в автоматизированном оборудовании для электрических методов обработки [2].

Рис. 1. Преобразование координат пространств

На рис. 1 металлорежущий станок представлен в виде некоторого сложного динамического преобразователя, в котором участвуют преобразования . Существующая в настоящее время тенденция улучшения технологических показателей металлорежущих станков основана на принципе подчинения всех траекторий траекториям пространства X.

При построении автоматизированной системы работы на станках с ЧПУ, в частности для фрезерной обработки, учитывают следующее:

1. Динамическая система станка характеризует общую систему, состоящую из динамических подсистем, взаимодействующих с различными процессами, среди которых главное значение имеет процесс резания. При этом все координаты состояния системы являются взаимосвязанными и эти связи изменяются, если варьируются характеристики связей ограниченного числа координат состояния со средами;

2. При учете особенностей процесса резания можно принять, что рассматриваемая система является динамической, свойства которой зависят не только от динамических связей, формируемых процессом обработки, но и от всех подсистем, в том числе от динамических характеристик приводов формообразующих движений;

3. Динамическая система станка является нелинейной. Принимаем ее открытой в термодинамическом смысле, поэтому система склонна к самоорганизации.

Однако при всех условиях траектории исполнительных элементов отличаются от траекторий формообразующих движений инструмента относительно заготовки. В результате образуется значительная погрешность, что требует адаптивного управления процессом. При разработке системы управления учитывают ряд обстоятельств:

1. На отклонение траекторий формообразующих движений от траекторий исполнительных элементов и программы ЧПУ оказывают влияние упругие деформации инструмента и заготовки. Это влияние особенно значимо при изготовлении ажурных деталей, у которых матрицы жёсткости меняются вдоль траекторий движения исполнительных элементов. Управление этbм фактором особенно необходимо при обработке маложёстким инструментом, например, при сверлении глубоких отверстий малого диаметра или растачивании длинных отверстий в корпусных деталях.

2. При изготовлении изделий сложной геометрической формы, особенно на участках, характеризующихся значительными изменениями направления суммарного вектора скорости исполнительных перемещений, формируется погрешность, обусловленная изменениями условий обработки, в том числе неравномерностью припуска и геометрии инструмента. На траектории исполнительных элементов в этом случае оказывает также влияние не идентичность динамических свойств регулируемых приводов по каждой из координат перемещения. Это требует адаптивного управления процессом на станках с ЧПУ.

В системе учитывается развитие износа инструмента. Управление заключается в корректировке закономерностей преобразования траекторий исполнительных элементов в траектории формообразующих движений, что отображается в улучшении показателей качества деталей. На предприятиях авиационной промышленности приходится обрабатывать большой класс изделий из труднообрабатываемых материалов, в том числе на основе титана. К ним относятся 40ХН2МА, 12Х18Н10Т, 03Х11Н10М2Т, Х15Н5Д2Т, ВНЛ-3, ОТ4-1, ВТ3-1 и пр. При обработке этих материалов наблюдается быстрое изнашивание инструмента и потеря точности геометрических размеров изделий, поэтому в системе должна быть предусмотрена обратная связь между геометрией рабочей части инструмента и обрабатываемой поверхностью.

На траектории формообразующих движений большое влияние оказывает прямая и обратная динамическая связь, формируемая процессом резания. В результате не только смещаются траектории формообразующих движений, но в вариациях относительно этих траекторий в пространстве состояния могут формироваться стационарные преобразования влияющие на выходные характеристики процесса резания. В частности имеют место вибрационные смещения точки равновесия положения инструмента относительно заготовки, влияющие на показатели макрогеометрической погрешности детали.

Среди большого класса изделий авиационной промышленности рассматриваются детали, изготавливаемые на станках с ЧПУ или многофункциональных станках концевыми фрезами. Здесь требуется обеспечить высокое качество поверхностного слоя, необходимого для поддержания работоспособности при многоцикловых нагружениях в процессе эксплуатации авиационной техники. На рис. 2 приведен характерный пример усталостного разрушения лопасти вертолёта в области сопряжения наконечника с трубой, где допущен надрез переходного участка при фрезеровании. Наконечник, обеспечивающий сопряжение несущей системы вертолёта с лопастью, является ответственной деталью. На приведённой иллюстрации хорошо заметны очаги зарождения усталостной трещины. Условия развития усталостных трещин определяются концентраторами напряжений, зависящих от микро рельефа контактируемых поверхностей. Кроме того увеличение волнистости поверхности наконечника приводит к снижению усталостной прочности в месте соединения и разрушению ответственной детали вертолета.

Рис. 2. Место разрушения детали в зоне соединения деталей (база испытаний 20 млн. циклов)

При рассмотрении вопросов адаптивного управления качеством поверхностного слоя фрезерованием, можно выделить три подгруппы.

К первой относятся детали, припуск под фрезерование у которых соизмерим или меньше диаметра фрезы. В этом случае формируемая поверхность по оси вращения фрезы имеет практически неизменные характеристики. Здесь волнистость поверхности, как правило, образуется в направлении подачи. Продольная шероховатость в этом случае практически остаётся неизменной по координатам оси вращения фрезы.

Ко второй подгруппе относятся детали, у которых ширина обрабатываемой поверхности существенно превышает диаметр фрезы. При обработке этой части изделий необходимо считаться с существенным изменением показателей формируемой поверхности. Это в равной мере относится к волнистости и шероховатости.

К третьей подгруппе относится обработка деталей с заданным припуском, а также деталей, имеющих переменную жёсткость по траектории движения инструмента относительно заготовки . При изготовлении таких деталей требуется адаптивное управление траекториями формообразующих движений инструмента относительно заготовки. Особую группу составляют детали малой жёсткости, у которых жёсткость вдоль траектории движения инструмента относительно заготовки изменяется, в том числе детали сложной геометрической формы. На рисунке 3 показан узел внешней подвески из алюминиевого литья, где при использовании разработанной автоматизированной системы на фрезерном станке с ЧПУ получена высокая точность профиля (показатели представлены на рисунке 3) и шероховатость поверхности R_а=0,63 мкм, что ранее считалось недостижимым на рассматриваемой операции.

Рис. 3. Узел внешней подвески

Выводы:

1. Рассмотрены пути проектирования автоматизированной адаптивной системы управления фрезерными станками с ЧПУ.

2. Показаны особенности проектирования технологических процессов автоматизированной обработки корпусных деталей.

3. Показаны примеры и особенности изготовления деталей с высокими технологическими требованиями, в частности к авиационным изделиям.

Литература

1. Флек М. Б. Управление формообразующими траекториями на станках с ЧПУ. Тенденции и подходы. ИУИ АП. – Ростов н/Д, 2001. 116 с.

2. Смоленцев В. П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. М: Машиностроение, 1978 - 176 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

А.И. Шелякин, А.Н. Попов, В.П. Смоленцев

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИСПЫТАНИЯ МАГИСТРАЛЕЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

В статье рассматриваются процессы испытания магистралей высокого давления, средства их автоматизации, а так же возможность и целесообразность создания гидроустановок высокого давления. Предложены схема и основные характеристики экспериментальной установки для испытания труб при высоком давлении. Дана технико-экономическая оценка использования гидроприводов высокого давления.

В настоящее время основной проблемой при создании магистралей высокого давления с гидравлическим приводом является то, что созданные гидростанции и узлы этих установок отработаны до давлений 20-21 МПа. В последнее время при разработке нового оборудования это не стало отвечать требованиям конструкторов и технологов. В частности из-за больших габаритов приводов конструкторы не могли разместить их внутри корпусов, создать безопасные условия эксплуатации таких машин. Поэтому создание гидроустановок для магистралей высокого давления крайне необходимо. Здесь в настоящее время используются давления до 70 МПа, а в ближайшей перспективе возможно применение агрегатов с давлением до 130 МПа.

Опыт отработки уплотнений, работающих при давлениях выше 20 МПа показал, что здесь требуются высокий уровень автоматизации технологического процесса, обеспечивающий минимальное пребывание обслуживающего персонала в зоне высокого давления, что повышает производительность труда и экономическую эффективность созданного оборудования.

Гидропневмоприводы на сегодняшний день являются неотъемлемой частью станка и определяют его рабочие характеристики.

Основные достоинства гидропривода:

- возможность создания значительных регулируемых с высокой степенью точности сил при минимальных габаритных размерах и массе привода;

- возможность плавной бесступенчатой регулировки скорости перемещения исполнительных органов при относительной простоте конструкции;

- возможность осуществлять прямолинейные движения без кинематических преобразований;

- малая чувствительность к колебаниям нагрузки, стабильность работы в напряженных динамических нагрузках, простая защита от перегрузок.

Область наиболее эффективного применения гидроприводов – механизмы подач, смены инструмента, копировальных суппортов, устройств уравновешивания, загрузки, фиксации и зажима, устранения зазоров, переключения зубчатых колес, поворота столов и револьверных головок, перемещения пинолей и т.п.

Для отработки конструкции уплотнений, проверки расчетных величин изменения геометрических размеров гидроцилиндров при высоком давлении, уточнения мест расположения дополнительных опор для труб большой длины была создана оригинальная установка для испытания труб в нефтегазовой отрасли с рабочим давлением до 70 МПа.

Испытания уплотнений, предложенных в работе, проводились на установке, технические характеристики которой приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика экспериментальной установки

Наименование параметров, единицы измерения	Данные
Рабочее давление, МПа	10-70
Наружный диаметр испытуемых труб, мм	до 324
Длина испытуемых труб, мм	до 12500
Рабочая среда для гидроиспытаний труб	жидкость
Время цикла испытания, с	1500
Время выдержки испытуемой трубы под давлением, с	до 30
Режим работу установки	ручной
Установленная мощность, кВт	150
Габаритные размеры установки, мм, не менее:
длина	18000
ширина	9000
высота	4000
Общая масса установки, кг	около 51000

Установка (рис. 1) имеет основание в форме емкости коробчатого сечения, разделенной на три секции, при этом крайние секции соединены между собой и являются сборником рабочей жидкости.

На основании имеется неподвижная траверса, на которой закреплены неподвижно колонны, установленные в опорах с возможностью удлинения под действием осевого усилия от внутреннего давления жидкости в испытуемой трубе, и на концах которых со стороны задней уплотнительной головки имеются бурты для фиксации последней.

Рис. 1. Установка для испытания труб при высоком давлении: 1 - основание; 2, 3, 4 - рабочие секции; 5 - труба для перетекания рабочей жидкости в сборник

Оси колонн, лежащих по обе стороны испытуемой трубы, оси уплотнительных головок и трубы лежат в одной плоскости. Эти оси находятся в плоскости под углом 1°30' к горизонтали и обеспечивают вытеснение воздуха из трубы при заполнении ее жидкостью, исключая тем самым необходимость установки дополнительных устройств. Угол наклона выбран так, чтобы верхняя точка нижнего конца трубы была ниже нижней точки верхнего конца.

Автоматизация процесса испытаний осуществляется с помощью панели управления, предназначенной для:

- подключения внутренней полости гидроцилиндра и рабочих полостей манжет уплотнительных головок к напорным магистралям насосных установок высокого давления;

- разгрузки указанных полостей от давления рабочей жидкости;

- предохранения испытуемой трубы от превышения давления.

Конструктивные особенности панели управления высоким давлением:

- применение для работы при давлении до 70 МПа запорных клапанов с сервоприводом, управляемых с помощью вспомогательного гидропривода;

- дублирование потоков рабочей жидкости, подводимой во внутреннюю полость гидроцилиндра;

- установка в напорных магистралях насосов обратных клапанов и вентилей, позволяющих работать как обеим насосам одновременно, так и каждому в отдельности;

Сервоприводы запорных клапанов управляются двухпозиционными гидрораспределителями. Конструкция панели управления высоким давлением обеспечивает возможность создания давления в испытуемой трубе от одной из насосных установок высокого давления.

Панель манометров предназначена для визуального контроля давления рабочей жидкости в полостях главных манжет уплотнительных головок и в гидроцилиндре, а также для настройки подвижных контактов механизмов, обеспечивающих работу установки. Панель манометров устанавливается в кабине оператора рядом с главным пультом управления установкой.

Установка может работать в следующих режимах: полуавтоматический (основной), пошаговый (ручной, применяется при пусконаладочных работах, для обучения персонала и в случаях, когда оператор хочет иметь паузы между операциями, для визуального контроля), наладка (сервисный режим).

• Полуавтоматический режим - цикл испытания представляет собой набор операций, которые исполняются последовательно одна за другой без участия оператора. Запуск этой последовательности осуществляется одной кнопкой - "Работа СТАРТ".

• Пошаговый режим - в этом режиме каждая операция цикла испытания трубы начинает выполняться только при нажатии оператором соответствующей клавиши. Порядок операций последовательный, такой же, как и в полуавтоматическом режиме.

• Режим «наладка» - такой режим является сервисным - для приведения механизмов в исходное положение, тестирования работы, исправления нештатных ситуаций и др. В этом режиме порядок операций произвольный, но, в целях безопасности, исключается возможность испытания под давлением. Операция может быть начата, прервана и продолжена в любой момент времени при удержании соответствующей клавиши.

Таким образом, разработана технология создания гидроприводов с давлением рабочей среды до 70 МПа и создана научная база для разработки приводов с давлением до 130 МПа. Такие приводы актуальны для оборудования, создаваемого для электрохимической размерной обработки. Конструкторами разработаны и внедрены гидроприводы оборудования на давление до 70 МПа, что позволило снизить сечение магистралей до 2,5 раз по сравнению с оборудованием аналогичного назначения с низким давлением, разработаны новые виды приводов инструмента (в частности электродов), новые виды уплотнений, позволившие в 3-5 раз повысить в гидроприводах давление рабочих сред без опасения их разрушения при эксплуатации.

Так же обоснован выбор средств автоматизации и управления для оборудования и оснастки с высоким давлением гидропривода, что обеспечило его высокие эксплуатационные характеристики и снизило затраты на изготовление специального оборудования на 20-30%.

Литература

1. Свешников В.К. Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1995 - 448 с.

2. Техническая диагностика гидравлических приводов / Под ред. Т.М. Башты. М.: Машиностроение, 1989 - 264 с.

3. Установки для испытания труб при высоких давлениях / А.В. Бондарь, В.П. Смоленцев, П.И. Шелякин, А.Н. Некрасов, С.Н. Матвеев // Нетрадиционные технологии машиностроения и приборостроения: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 5. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2002 - С. 71-80.

Воронежский государственный технический университет

УДК 303.1

В.Н. Старов, Д.Е. Барабаш, В.Ф. Лазукин

ВЗАИМОСВЯЗИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ С ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРОЙ ПРЕДПРИЯТИЯ

Исследованы некоторые особенности внутрипроизводственного планирования качества продукции в организационной структуре предприятия.

Внедрение системы качества на предприятии требует объединение направленных усилий в работе всех структурных подразделений. При этом, выделяя в структуре приоритетные направления для подразделения, необходимо поддерживать строгую взаимосвязь всех подразделений, работающих на одну идею.

Независимо от вклада в создание продукции высокого качества между всеми подразделениями должна быть четкая взаимосвязь, отвечающая одной идеологии. В исследуемом нами примере это взаимосвязи системы качества выпускаемой продукции с организационной структурой.

Совершенствование качества создаваемой продукции во многом может дополняться благодаря повышению эффективности внутрипроизводственного планирования. Чтобы оценить проделанную планированием работу, следует использовать различные показатели. Для достижения этого могут применяться обобщающие, единичные и комплексные показатели качества. Обычно они дифференцируются с учетом особенностей планирования, осуществляемого на предприятии по видам и уровням. В первом случае это стратегическое и тактическое планирование или перспективное и текущее. Говоря об уровнях, имеют в виду существующие подразделения предприятия, а именно: цех, участок, отдел, служба и т.п.

При составлении планов, исходят из общей цели -повышение качества продукции, в соответствии с этим на всех уровнях планируют работу по каждому структурному подразделению, с учетом взаимосвязей. При этом исходят из утвержденного в плане общего уровня показателей качества продукции и вкладе в общее содержание каждого подразделения. Для подразделений предприятия в зависимости от их специфики работы и места в структуре необходимо устанавливать (наряду с общими) конкретные задания подразделения по повышению качества создаваемой продукции (качества работы).

Планы всех структурных подразделений содержат свои задания по повышению качества продукции. Это могут быть следующие задания, например, для металлообрабатывающего цеха: - увеличить точностные и размерные показатели деталей в рамках допуска на обработку. Другой пример взят из стройиндустрии - расширить выпуск изделий и строительных конструкций со специальными видами покрытий (износо- и термостойкие); или освоить производство изделий из новых композиционных материалов и термоциклостойких покрытий и т. д.

Отметим, что в большинстве случаев, надо основываться на необходимости учета комплексного технологического показателя, которым может быть, например, технологическая наследственность, причем на всех этапах жизненного цикла продукции.

Это означает, что, например, при механообработке должен быть учтен все циклы физико-химического и механических воздействий, включая от этапа получения заготовок, далее изготовления деталей, сборочных процессов и циклов эксплуатации, т.е. в соответствии с жизненным циклом продукции,

В каждом отдельном цехе (участке), заготовительном, металлообрабатывающем или на сборке, должны быть запланированы мероприятия по совершенствованию всей цепочки производственных процессов с позиции совершенствования качества продукции во взаимосвязи со структурой подразделений. Например, для сборочных производств целесообразно планировать основные показатели качества продукции, которые установлены на уровне предприятия. При сдаче продукции с первого предъявления, например, снижение потерь от брака должны быть одинаковы для всех подразделений. Такие показатели могут применяться, как для механообрабатывающих, так и сборочных цехов, участков и бригад машиностроительного производства.

В указанных цехах целесообразно планировать уменьшение количества возвратов деталей и узлов из цехов-потребителей. Для каждого цеха вспомогательного производства необходимо планировать показатели и мероприятия, которые должны обеспечить уровень качества продукции в цехах основного производства. Так, для ремонтно-механического цеха важнейшим показателем может быть доля оборудования (в общем объеме отремонтированных станков и машин), достигшего после ремонта заданной технологической точности.

Если качество продукции и качество работы подразделений нельзя выразить относительно небольшим числом показателей, следует использовать коэффициенты качества, уровень которых зависит от выполнения большого количества мероприятий по повышению качества изготовляемых изделий. Для отдельных структурных подразделений организации, устанавливают свои критерии, определяющие показатели повышения качества и планируют соответствующие им нормативы изменения показателей.

Важнейшим направлением планирования повышения качества создаваемой продукции является планирование подготовки выпускаемых изделий (работ) в системе качества и производства объектов к сертификации. При этом для имеющихся технических служб предприятия (отделов главного технолога, главного механика и др.) целесообразно планировать мероприятия, отвечающие профилю этих подразделений. Например, план отдела главного технолога может содержать следующие задания: - внедрить новые современные комбинированные и электро-химические технологические процессы; - ликвидировать брак на i –х операциях; или оснастить производство новыми высокопроизводительными приспособлениями и т.п.

В проектно-конструкторских и технологических службах – планируется сдача документации с первого предъявления и минимизируется процент возврата технической документации (электронной продукции) на доработку. В отделе технического контроля снижение количества внешних рекламаций, повышения надежности изделий и точности контрольно-измерительной техники и т. д.

Из указанного следует, что наряду с планами повышения качества продукции, для структурных подразделений предприятия целесообразно составлять соответствующие планы функциональных отделов и служб. Например, в планы совершенствования качества работы проектного или конструкторского отдела могут быть включены следующие задания: - разработать новые виды продукции; - повысить качество продукции, подлежащей модернизации; - повысить уровень унификации в продукции; - повысить уровень патентоспособности разработок и т. д.

Таким образом, предлагаемые к использованию показатели оценки качества продукции должны увязываться с дифференциальными показателями оценки деятельности структурных подразделений организации, причем учтены все взаимосвязи.

Военный авиационный инженерный университет г. Воронеж

Воронежский государственный технический университет

УДК 621. 367. 502.7

И.М. Винокурова, И.В. Винокуров

ЭХРО МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА С ВОДОРОДНОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

В материалах статьи приводятся данные по определению процессов анодной обработки с водородной деполяризацией

Изучение переноса импульса, тепла и массы в жидких потоках является основной задачей механики и физики сплошных сред. Эти же явления представляют существенный интерес для химической технологии и электрохимии. В общем случае распространение импульса, тепла и вещества - взаимосвязанные процессы, для описания которых необходимо использовать законы сохранения массы, количества движения и энергии, ряд реологических соотношений и уравнения, описывающие взаимодействие различных диффундирующих компонент [1-3]. Проблема расчета соответствующих потоков чрезвычайно сложна, поэтому особую ценность приобретают относительно простые модельные системы.

Процессы растворения металлов, у которых D = Н⁺, т. е. катодная деполяризация, осуществляются водородными ионами по реакции

(1)

с выделением водорода. С водородной деполяризацией растворяются металлы, соприкасающиеся с растворами кислот, например металлическое оборудование травильных отделений прокатных цехов и цехов гальванических покрытий.

Протекание процесса растворения металла с водородной деполяризацией возможно, если

(2)

где - обратимый потенциал водородного электрода в данных условиях.

Процессы растворения металлов с водородной деполяризацией в большинстве случаев имеют место в электролитах, соприкасающихся с атмосферой, парциальное давление водорода в которых = 510^-7 атм. Обратимый потенциал водородного электрода в этих электролитах следует рассчитывать, учитывая реальное парциальное давление водорода в воздухе (табл. 1). При насыщении электролита водородом или повышенном содержании этого газа в соприкасающейся с электролитом атмосфере при расчетах следует учитывать соответствующее парциальное давление водорода.

Изменения изобарно-изотермических потенциалов процессов с водородной деполяризацией:

(3)

или

Таблица 1

Обратимый потенциал водородного электрода при 25 ^оС и различных значениях рН среды и

атм	В, при рН среды
	0	7	14
510-7	+0,186	-0,228	-0,641
1	0	-0,414	-0,828

Растворение металлов с преобладанием водородной деполяризации имеет место:

1. при достаточной активности водородных ионов в растворе (например, растворение железа, цинка и многих других металлов в растворах серной и соляной кислот);

2. при достаточно отрицательных значениях потенциала металла вследствие очень отрицательного значения (например, растворение магния в воде и растворах NaCl) или очень низкой активности ионов в электролите (например, растворение свинца, олова и других металлов в щелочных и железа в сильно щелочных растворах).

Рассмотрим схему катодного процесса водородной деполяризации.

Катодный процесс водородной деполяризации в кислых средах состоит из следующих стадий (рис.1):

1. диффузии и миграции гидратированных ионов водорода Н⁺Н₂О к катодным участкам поверхности металла;

2. разряда водородных ионов:

Н⁺Н₂О + е = Н_адс + Н₂О;

3) растворения и диффузии части Н_адс - атомов в металле;

4) рекомбинации (молизации) водородных атомов:

Н_адс + Н_адс = Н₂ (4)

или электрохимической десорбции:

Н_адс + Н⁺Н₂О + е = Н₂ + Н₂О; (5)

5) диффузии и переноса конвекцией водорода от катодных участков в глубь раствора, а затем его диффузии в воздух;

6) образования и отрыва пузырька водорода от поверхности металла:

Н₂ + Н₂ + Н₂ + … = nН₂ . (6)

Рис. 1 - Схема катодного процесса водородной деполяризации: П - слой Прандтля;  - диффузионный слой; К - катодный участок поверхности корродирующего металла; 1 - 6 - стадии процесса

В щелочных растворах, в которых концентрация ионов Н⁺ Н₂О крайне мала, растворение металлов с выделением водорода идет за счет восстановления водорода из молекул воды:

Н₂О + е = Н_адс + ОH^- (7)

и появляется дополнительная к перечисленным выше стадия отвода ионов ОН^- в глубь раствора.

В большинстве случаев электрохимическая обработка металлов с водородной деполяризацией при высокой концентрации ионов Н⁺Н₂О в растворе концентрационная поляризация вследствие замедленности переноса водородных ионов к катодным участкам незначительна. Это обусловлено большой подвижностью водородных ионов, наличием дополнительного перемешивания раствора у катода выделяющимся газообразным водородом и дополнительным переносом водородных ионов к катоду миграцией. В нейтральных растворах пли при очень больших скоростях коррозии ионная концентрационная поляризация становится заметной. Главными причинами катодной поляризации, т. е. отставания процесса ассимиляции электронов от поступления их на катодные участки, являются: а) замедленность катодной реакции, которая приводит к возникновению перенапряжения водорода; б) концентрационная поляризация по молекулярному водороду вследствие замедленности процесса отвода образующегося молекулярного водорода с поверхности металла, которая наблюдается до насыщения приэлектродного слоя электролита водородом, когда становится возможным выделение его в виде пузырьков, в которых = 1 Атм.

В условиях импульсного электролиза, когда значение тока в импульсе на много превышает плотность тока в стационарных режимах, значение перенапряжения водорода резко возрастает, поэтому тепловые эффекты должны уменьшатся, что подтверждается результатами наших экспериментальных исследований.

Литература

1. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов/ Н.П. Жук. М.: Металлургия, 1976. 474 с.

2. Фрумкин А.Н. Избранные труды: Электродные процессы/ А.Н. Фрумкин. М.: Наука, 1987. 336 c.

3. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия/ В.В. Скорчеллетти. Л.: Госхимиздат, 1963. 608 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 159.9.629

Г.Н. Климова

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПРИ СОЗДАНИИ НОВОЙ ТЕХНИКИ

В работе рассмотрены особенности психофизиологии труда и инженерной психологии при создании новых технических решений на уровне изобретений

Вопросы инженерной психологии достаточно подробно рассмотрены в учебных пособиях [1], [2], где на базе анализа стрессовых ситуаций, возникающих в условиях дорожного движения, разработаны рекомендации по повышению работоспособности водителей и активизации их психологического состояния для ускоренного принятия обоснованного решения.

Аналогичные требования предъявляются и к создателям новых технических решений при проектировании современных машин, их изготовлении и эксплуатации. В [2] обоснованно утверждается, что базовая подготовка специалистов и их плановая переподготовка позволяют повысить работоспособность исполнителей и оперативно принимать нетрадиционные решения, которые могут служить основой для создания новых способов и устройств на уровне изобретений.

Конечной целью использования оригинальных технических решений является обеспечение качества продукции и безопасности её применения. Вопросы повышения качества изделий, интенсификация процессов создания новой техники подробно раскрыты в учебных пособиях [3], [4], где рассмотрены примеры интенсивной психологической деятельности при создании новых технических устройств на уровне изобретений. Показано, что психофизиологическое состояние изобретателей определяет качество интеллектуального труда, характеризующееся конкурентоспособностью новой техники на международном рынке. Таким образом, улучшение психофизиологического состояния участников процесса создания новой техники, её эксплуатации, в том числе в стрессовых ситуациях, должно проводиться в нескольких направлениях [2]:

- разработка научных основ исследований в области инженерной психологии;

- моделирование структурных ситуаций, учитывающих подобие и расхождение фактических показателей процессов в аналогичных ситуациях. Это позволяет создать базу для построения новых технических решений и активизировать психологическое состояние исполнителя для углубления в неизвестную область техники, результатом чего может стать патент или открытие;

- оценка состояния внешнего воздействия и интеллектуального уровня разработчика, что является базой для повышения психофизиологической активности исполнителя до уровня, требуемого для новых технических решений при создании и эксплуатации сложных технических объектов;

- анализ накопительной информации по направлению исследований и интенсификацию умственного напряжения при обосновании новизны создаваемого технического объекта;

- учёт психофизиологического состояния исполнителя и разработка типовых рекомендаций по созданию условий, при которых может быть достигнут наилучший эффект для достижения качества новой техники;

- прогнозирование уровня создаваемых технических решений с учётом творческого потенциала и психологического состояния исполнителей. В [1] показано, что при работе водителей безопасность движения и психологическое состояние работника зависит от внешних (погода, качество дороги, интенсивность движения, видимость и др.) и внутренних факторов (утомляемость, комфортность и др.). Поэтому выбор времени наиболее плодотворной творческой работы является необходимым условием создания новой техники требуемого уровня;

- оценка психологической совместимости творческих коллективов при создании новой техники. Здесь следует учитывать уровень знаний и интеллекта каждого члена коллектива, склонность к теоретическим или прикладным исследованиям, микроклимат в коллективе;

- обоснованность применяемых решений с учётом физиологических возможностей каждого исполнителя и совместимости членов творческого коллектива;

- прогнозирование работоспособности членов творческого коллектива и обоснование выбора времени суток и длительности периодов интенсивной умственной работы исполнителей с учётом их потенциала;

- методология профессионального отбора членов творческих коллективов по психофизиологическим признакам на предмет совместимости направления мышления и склонности к творческой работе;

- выделение положительных воздействий, способствующих созданию новой техники, и ограничений, вызванных современным уровнем знаний в исследуемой области;

- определение средств интенсификации мыслительного процесса при решении творческих задач, и при их реализации на практике.

Рассмотрим на конкретных примерах влияние психофизиологического состояния членов творческого коллектива на эффективность работы при создании патентов на новые способы комбинированной обработки [5], [6] (табл. 1). Как следует из таблицы патент 1[6] был разработан (без учёта времени оформления заявки) за 10 часов работы коллектива, состоящего из 6 человек. При этом, несмотря на большое количество мнений по формулировкам способа и устройства, формула изобретения была создана в течение одного заседания в выходной день, когда члены коллектива собрались после отдыха в первый нерабочий день. Была заметна повышенная активность членов коллектива, чему способствовала не жаркая весенняя погода.

Таблица 1

Патент №	Количество членов творческого коллектива	Период подготовки патента	Затраты времени, час
			Цель изобретения	Формула изобретения	Способ	Устройство	Всего
2303087 (1) 2261154 (2)	6 3	весна осень	2 2	4 6	2 3	2 3	10 14

В результате была сформулирована весьма сложная многозвенная формула изобретения:

1. Способ локальной электрохимической обработки кромок каналов литой детали в среде электролита с электрод-инструментом, имеющим рабочую часть и диэлектрическую направляющую и совершающим возвратно-поступательные движения, включающий анодное растворение заусенцев на кромках канала, отличающийся тем, что электрод-инструмент совершает возвратно-поступательные движения вдоль своей оси до достижения рабочей частью электрода-инструмента заусенцев с дальнейшим уменьшением амплитуды колебаний до полного удаления заусенцев.

2. Устройство для локальной электрохимической обработки кромок каналов литой детали, содержащее электрод-инструмент с корпусом, рабочей частью, диэлектрической направляющей, отличающееся тем, что электрод-инструмент между торцом диэлектрической направляющей и корпусом имеет сквозной канал с обратным клапаном, а электрод-инструмент соединён с приводом возвратно-поступательного движения и датчиком направления движения, при этом длина рабочей части электрода-инструмента равна не менее наибольшей длины заусенцев.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что диэлектрическая направляющая выполнена с заборным уклоном, имеющим сечение по её задней поверхности, равное минимальному сечению канала без удвоенной толщины заусенцев у корневой части и углом заборного уклона не более угла трения между материалами диэлектрической направляющей и детали, а задняя поверхность диэлектрической направляющей перпендикулярна оси электрода-инструмента.

Патент 2[5] создавался осенью, несмотря на меньшее количество членов творческого коллектива практически все этапы процедуры создания нового способа и устройства заняли до 1,5 раз больше времени, чем у патента. При этом, кроме ненастной осенней погоды, большое влияние оказывало состояние исполнителей. Так первые собрания творческого коллектива состоялось после рабочего дня в середине недели, когда авторы были утомлены и около 4 часов заседания не привели к единому мнению по созданию формулы изобретения. Аналогичный период времени был затрачен на второе заседание в рабочий день, когда не были согласованы основные разделы заявки. Третья попытка была сделана в выходной день после отдыха, восстановившего физическое состояние исполнителей, которая оказалась эффективной. За несколько часов была сформулирована формула, приведено описание способа и устройства. Здесь наглядно видно влияние утомляемости, состояния погоды на работоспособность и совместимость членов коллектива при интенсивной творческой работе по созданию новой техники. Формула этого изобретения звучала так:

1 Способ очистки абразивной ленты на металлической основе, заключающийся в том, что на выходе из зоны обработки на ленту и металлическую щётку подают импульсы тока прямой полярности до удаления стружки, а в паузах между импульсами тока меняют полярность, после чего на поверхность абразивной ленты подают пары воды и выдерживают до выступания абразивных зёрен не менее чем на 1/3 их размера.

2 Устройство для очистки абразивной ленты на металлической основе, характеризующееся тем, что оно содержит два источника тока, металлическую щетку и форсунку, при этом щётка выполнена в виде двух изолированных друг от друга секций, каждая из которых подключена к своему источнику тока, а форсунка установлена на границе секций перпендикулярно направлению движения ленты.

Экспертиза ВНИИГПЭ практически без изменений приняла представленные в патентах 1 и 2 материалы изобретений, и авторы получили патенты, которые были внедрены в производство и получили положительную оценку потребителей.

Выводы

1. При нормировании времени на создание изобретений следует учитывать психофизиологическое состояние исполнителей, которое зависит от утомляемости, погодных условий, настроения, совместимости членов коллектива.

2. Эффективность работы творческих коллективов можно прогнозировать, дискретно рассматривая все факторы, приведённые в [2], что позволяет ускорять создание новой техники, поддерживая конкурентоспособность отечественной продукции.

Литература

1. Романов А. Н. Автотранспортная психология // М : Академия, 2002 – 224с.

2. Скрыпников А. В. Инженерная психология/ А. В. Скрыпников, Г. Н. Климова// Воронеж : ВГЛТА, 3010 – 247с.

3. Мельников В. П. Управление качеством / В. П. Мельников, В. П. Смоленцев, А. Г. Схиртладзе // М : Академия, 2011 - 352 с.

4. Смоленцев В. П. Управление системами и процессами/ В. П. Смоленцев, В. П. Мельников, А. Г. Схиртладзе // М : Академия, 2010 - 336 с.

5. Патент 2261164 (РФ). Способ очистки абразивной ленты на металлической основе и устройство для его реализации / Авт.: Г. Н. Климова и др. // Бюл. изобр. 2005, № 27.

6. Патент 2303087 (РФ). Способ и устройство для локальной электрохимической обработки кромок каналов / Г. Н. Климова и др. // Бюл. изобр. 2007, № 20.

Воронежская государственная лесотехническая академия

УДК 621.774.01.8

Д.В. Карих

ОБРАБОТКА СФЕРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ ЧИСТОГО ТИТАНА ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

В статье предложена технология упрочняющего накатывания поверхностного слоя сферической заготовки шаровой опоры головки эндопротеза тазобедренного сустава человека из чистого титана.

В настоящее время известны методы обработки заготовок деталей сферической формы для получения упрочненного поверхностного слоя и повышения ресурса работы полученной детали в паре трения[1,2]. Однако получить упрочненный слой по всей площади поверхности сферы для заготовки необходимого диаметра этими методами затруднительно. Принимая во внимание подверженность чистого титана к схватыванию с инструментом, предложен метод холодного поверхностного деформирования накатыванием[3].

Рис. 1. Схема накатывания сферической заготовки плоскими поверхностями

Предварительно обточенную сферическую заготовку 1 (рис. 1) размещали в цилиндрической камере 2. Далее производили обработку плоским вращающимся инструментом 3 со скоростью вращения 700 оборотов в минуту. При этом усредненная линейная скорость перемещения заготовки в штампе была около 3 м/с. Усилие прижима составило 2000H. Время обработки составило 2 мин.

Экспериментально установлено, что для равномерного обкатывания поверхности сферы диаметр цилиндрической камеры должен в 5-8 раз превышать диаметр обрабатываемого изделия при наличии эксцентриситета e между осью вращения инструмента и осью цилиндрической камеры. Величина e определялась экспериментально. При обработке сферического изделия диаметром 28 мм из титанового сплава ВТ1-0 и использовании камеры диаметром 150 мм и инструмента из закаленной стали для получения слоя деформационного упрочнения глубиной 0,8 мм оптимальным является эксцентриситет 8 мм (3-7% диаметра камеры).

При соблюдении условия выступания изделия относительно торца камеры менее 1/3 его диаметра на поверхности обрабатываемого изделия полностью исключается возможность появления следов от контакта с кромкой камеры.

При указанных выше технологических режимах обработки шар сделал около 2000 оборотов, при этом смежные витки следа обкатывания на самом шаре пересекались под углом примерно 60^o, что обеспечило, в конечном счете, статистически равномерное поверхностное пластическое деформирование всей поверхности шара.

Введем параметр m:

,

где S_сл – суммарная площадь пластического деформирования,

S_ш – площадь поверхности шара.

Этот технологический параметр усреднено характеризует число циклов деформирования каждой точки поверхности заготовки. В наших экспериментах коэффициент m равнялся 160.

Варьированием силовых и кинематических параметров процесс обкатывания начинался с черновых режимов и заканчивался чистовыми. За счет этого была достигнута некруглость сферы менее 0,03 мм.

Предложенный нами метод обработки полной сферы позволяет получать большое деформационное упрочнение поверхностного слоя, его глубину, а так же варьировать этими параметрами за счет изменения технологических параметров процесса: силой прижима, скорости вращения инструмента, временем обработки. Полученная в ходе накатывания мелкодисперсная структура является благоприятной для последующего насыщения поверхностного слоя азотом, что позволяет решить проблему создания антифрикционной головки протеза тазобедренного сустава человека.

Литература

1. А.А. Катунин. Обкатка сферических шаровых пальцев бессепараторным инструментом. Главный механик, №5, 2011г, с. 30-38.

2. Алифанов А.В., Алехнович В.Н., Лях А.А. Упрочнение стальных деталей сферической формы методом обкатки. Материалы 11-ой Международной научно-практической конференции “ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановление и упрочнение деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня”. Санкт-Перербург, 2009г., с.4-9.

3. Пат.на корисну модель 47228, МПК (2009) B24B 39/00. Спосiб обробки сферичних виробiв поверхневим пластичним деформуванням. С. Є.Шейкин, Ю.А. Цеханов. U 2009 07091; Заяв. 25.01.2010; Бюл. №2.

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

УДК 621.9.047

В.П. Смоленцев, С.В Квасов, К.М. Газизуллин, И.Т. Коптев

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ

Рассматривается проблема отработки технологичности деталей типа «Камера сгорания» ракетного двигателя. Отработка на технологичность камеры сгорания позволяет добиться уменьшения ее массы, снижения металлоемкости, трудоемкости, повышения надежности за счет сокращения протяженности сварных швов и др.

Принято считать, что снижение себестоимости, в первую очередь, связано с новыми технологиями и оборудованием, оснащенностью. Опыт показал, что технологичность конструкции может дать значительный выигрыш, но зачастую этому этапу не уделяется нужного внимания [1].

Из опыта создания сопел выяснилось, что при его изготовлении по конструкторской документации старых годов не удается использовать преимущества современных технологий.

В последние годы доказано, что возможно изготовить оболочки обеих секций бесшовным ротационным выдавливанием без механической обработки. Сопла бывают односекционные и двухсекционные. Двухсекционное сопло имеет две оболочки. Для их изготовления требуется специальный широкоформатный лист двух толщин: t=9 мм и t=12 мм. При этом отходы будут значительными в силу законов технологии ротационного выдавливания.

Принципиально другая картина получается при изготовлении цельной односекционной оболочки. Требуется лист толщиной 12 мм и, главное, из этого листа получается цельная оболочка.

Дальнейший технологический анализ выявил и другие существенные преимущества односекционного сопла: уменьшение количества деталей, снижение металлоемкости, цикла, протяженности сварных швов, трудоемкости и, что немаловажно, массы самого сопла. Попутно решена проблема очистки внутренних полостей сопла от стружки.

Возникли и серьезные трудности: сложность сборки под пайку, обеспечения эквидистантности профиля оболочек, учитывая низкую технологичность применяемой стали.

Сложной оказалась проблема изготовления наружных оболочек из высокопрочного, трудно деформируемого сплава. Технология формообразования такого материала позволяет получить окончательный профиль оболочки термофиксацией, хотя эта технология трудоемкая и энергоемкая.

Для термофиксации требуется оснастка из нержавеющей стали, которая стоит многие миллионы рублей. После термофиксации оболочку необходимо опескоструить от окалины с двух сторон. Однако, после пескоструйной обработки профиль оболочки искажается, а металл нагартовывается.

После проведения обширных опытных работ по поиску режимов термообработки, позволяющих после нагрева оболочки исключить ее опескоструивание, удалось разрыхлять и травить окалину на режимах, установленных на заводе.

Таким образом, сложилась новая технология очистки оболочки (рис. 1), а также была модифицирована и технология штамповки.

а) б)

Рис. 1. Сопло камеры сгорания ракетного двигателя. а) - двухсекционное сопло; б) - односекционное сопло.

Опыт изготовления сопел, приведенных на рис. 1, показал, что уровень технологичности конструкции зависит от технических (табл. 1) и технико-экономических показателей (табл. 2). Из табл. 1 видно, что в процессе отработки технологичности разработчикам удалось снизить число секций (показано в знаменателе) до 3 раз. Это значительно улучшило прочностные и экономические показатели. Если трудоемкость фрезеровки двухсекционного (рис 1, а) сопла практически не изменилась, то в односекционном удалось заметно снизить такой показатель. Кроме того, предложены новые технологические процессы [2], которые позволили реализовать преимущества принятых решений по обработке технологичности новых изделий.

Таблица 1

Показатели технологичности сопел, показанных на рис. 1.

Показатели	Двухсекционное сопло	Односекционное сопло
Количество сборочных единиц, в т.ч. колец	15/6	9/3
Протяженность швов оболочки	7500 мм	-
Протяженность кольцевых швов стыковки секций	15000 мм	-
Трудоемкость фрезеровки ребер	100 %	70 %
Количество секций и паяных узлов	2	1

Таблица 2

Технико-экономические показатели изготовления сопел (рис. 1)

Показатели	Двухсекционное сопло	Односекционное сопло
Трудоемкость (камеры)	8000 н/ч	5400 н/ч (серия)
Металлоемкость заготовок	100 %	80 %
Масса	100 %	95 %
Цикл	100 %	70 %
Энергоемкость	100 %	80 %
Количество оснастки	100 %	75 %

Экспериментальные работы показали возможность вместо термофиксации оболочек из сплава калибровать их взрывом. Это значительно повысило качество каналов и надежность пайки составных конструкций.

Изготовление первых изделий показало, что все сопла разрушаются у большого среза в месте, где кольцевая канавка t=3,7 мм встречается с максимальной шириной паза 4,8 мм.

Для того, чтобы отодвинуть порог разрушений предложено вместо канавки t=3,7 мм выполнять две канавки t=2 мм, а толщину ребра с 1,3 мм увеличить до 1,4 мм.

Существенно и решение по никелированию. Дважды проводилась серия экспериментов: паялись пакетные образцы с никелированием и с электрополировкой. Эксперименты показали, что результаты разрушения образцов идентичны и возможно отказаться от сложного и дорогостоящего никелирования.

В результате для односекционного сопла совершенствовалась конструкция и технология изготовления:

- внутренняя оболочка сделана цельной, бесшовной

- формообразование оболочек из сплава порисходит без подогрева оснастки;

- очистку оболочек из сплава предложено выполнять разрыхлением окалины и травлением вместо экологически грязной гидропескоструйки;

- в констукцию введено изготовление двух канавок t=2 мм и толщины ребра t=1,4 мм;

- применена электрополировка обеих оболочек (внутренней и наружной поверхности под пайку) без никелирования;

- расширен допуск на утолщение коллектора с 1,5 до 2,5 мм.

Одним из преимуществ односекционного сопла является гарантия чистоты внутренних полостей от стружки, недостижимая при двухсекционном варианте, так как в односекционном сопле вскрывается после пойки только одно сечение, а поддув воздуха из коллектора исключает попадание стружки.

а) б)

Рис. 2. Форма канавок, введенных в конструкцию при отработки технологичности односекционного сопла. а - одна канавка; б - две канавки

Выводы

1. В статье проведен анализ технологичности камеры сгорания и выявлены методы ее усовершенствования. Определено, что намного более эффективно и экономически выгодно изготавливать односекционное сопло.

2. Показано, что повышение технологичности конструкции и новые технологии позволили создать совершенно новый эффективный облик сопла.

Литература

1. Технологичность конструкции изделия /Под ред. Ю.Д. Амирова // М.: Машиностроение, 1990 – 708 с.

2. Машиностроение. Энциклопедия, Т III – 3 / Под ред. А.Г. Суслова // М.: Машиностроение, 2000 – 840 с.

Воронежский государственный технический университет

Воронежский механический завод

Казанский государственный энергетический университет

УДК 621.9.047

А.И. Коптев, А.В. Кузовкин, А.П. Шушлебин

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ПРОТОТИПА МЕЛКОМОДУЛЬНОГО ДОЛБЯКА ДЛЯ УСЛОВИЙ ГИБКОСТРУКТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В работе показаны варианты реализации процесса конструкторской и технологической подготовки гибкоструктурного производства мелкомодульного сборного зубообрабатывающего инструмента, сокращающего сроки освоения выпуска новых типоразмеров долбяков до 10 раз.

Основной особенностью гибкоструктурного основного производства является частая смена номенклатуры выпускаемых деталей и узлов и, как следствие, переналадка технологического оборудования не только основного, но и вспомогательного производств. Здесь под вспомогательным производством понимается разработка конструкций и технологий изготовления режущего инструмента и средств технологического оснащения процесса. Как было показано ранее, в основу таких производств положено использование современного высокопроизводительного оборудования на основе числового программного управления как механообрабатывающей группы, так и станков для электрических методов обработки. Сроки подготовки и освоения производства в таких условиях предельно сжаты и обеспечиваются за счет применения программных средств проектирования конструкции деталей, технологических процессов, их оптимизации и отладки и генерации управляющих программ для систем ЧПУ оборудования.

Применительно к рассматриваемому в настоящей работе мелкомодульному твердосплавному инструменту этот процесс выглядит следующим образом:

- получение технического задания на проектирование и производство инструмента;

- разработка конструкции инструмента на основе оптимальной геометрии и рациональном выборе твердосплавной режущей части;

- выбор и назначение режимов обработки с учетом имеющегося на предприятии оборудования;

- генерация, отладка и опытная апробация ЭЭО твердосплавной режущей части мелкомодульного инструмента;

- внесение, при необходимости, изменений в конструкцию и технологические режимы;

- повторная генерация и отладка управляющей программы для ЧПУ;

- передача технологического процесса в инструментальное производство и изготовление требуемого количества инструмента на электроэрозионном оборудовании с ЧПУ для нужд основного производства.

Для сокращения времени на проектирование режущего инструмента в нашем случае использовался программный продукт AutoDesk Inventor 2012 (создание параметрических твердотельных моделей инструмента) и Inventor CAM 2011 (разработка и отладка технологии ЭЭО и генерация управляющих программ для стоек ЧПУ), установленные на Воронежском механическом заводе в конструкторских и технологических службах предприятия. Обмен информацией между компьютеризированными рабочими местами конструкторов и технологов осуществляется по внутризаводской информационной сети с организацией электронного документооборота, что существенно сокращает сроки по согласованию технических и технологических вопросов внедрения технологии. С целью исключения определенной доли ошибок в проектировании инструмента была спроектирована твердотельная параметрическая модель заготовки (рис.1) для твердосплавного мелкомодульного долбяка, которая позволяет:

Рис. 1. Твердотельная параметрическая модель заготовки для мелкомодульного твердосплавного долбяка

- при проектировании различных типоразмеров мелкомодульного зуборезного долбяка всегда оставаться в пределах его оптимальной геометрии, описанной выше (рис. 2);

- сократить сроки проектирования, так как цифровой прототип будущего инструмента уже имеется, при этом смена материала режущей части с переопределением физико-механических свойств конструкции происходит практически мгновенно;

- осуществлять быстрый пересчет всех параметров эвольвентного профиля, в зависимости от типоразмеров обрабатываемого зубчатого колеса, для этого предусмотрена возможность контроля взаимодействия долбяка с обрабатываемым колесом малого модуля (рис. 3 и 4).

а

б

Рис. 2. Параметрическая модель мелкомодульного инструмента с примером выбора параметров оптимальной геометрии (а) и с учетом условий обработки (б)

Также указанные программные средства позволяют автоматизировать процесс оформления всей технической документации в соответствии с требованиями ЕСКД, включая рабочие и сборочные чертежи, спецификации, ведомости, карты техпроцессов и т.п.

Создание цифрового прототипа инструмента дает возможность моделирования технологии ЭЭО, ее отладку, коррекцию и визуализацию с помощью программного продукта Inventor CAM 2011 (рис. 5). При этом отрабатывается геометрия заготовки и готовой детали, которые передаются из Inventor 2012, определяется траектория движения непрофилированного электрода-проволоки, назначаются режимы обработки (рис. 6 и 7), в соответствии с данными, приведенными выше, осуществляется визуальный контроль правильности созданного техпроцесса (рис. 8).

Рис. 3. Пример контроля зубообрабатывающего инструмента при контакте с объектом обработки

Рис. 4. Пример расчета параметров эвольвентного профиля для изменяющихся условий обработки

Рис. 5. Определение геометрии заготовки и детали в Inventor CAM 2011

Рис. 6. Определение траектории движения непрофилированного электрода-проволоки (начало рисунка)

Рис. 6. Определение траектории движения непрофилированного электрода-проволоки (окончание рисунка)

Рис. 7. Назначение режимов ЭЭО твердосплавного мелкомодульного инструмента

Рис. 8. Визуальный контроль и генерация управляющей программы по обработке долбяка

На окончательном этапе осуществляется генерация управляющей программы для стойки ЧПУ имеющегося на предприятии электроэрозионного оборудования (пример управляющей программы ЭЭО твердосплавного мелкомодульного долбяка приведен в приложении).

Следует отметить, что создание цифрового прототипа конструкции мелкомодульного долбяка подразумевает под собой постоянное накопление конструкторской и технологической информации и связанных с ними управляющих программ. Причем интеграция Inventor CAM в систему параметрического проектирования Inventor 2012 подразумевает под собой изменение управляющей программы при изменении цифрового прототипа. Таким образом, в течение достаточно короткого промежутка времени на предприятии накапливается большой объем информации, гарантирующий быструю смену номенклатуры выпускаемых инструментов в соответствии с требованиями основного производства. Так же следует отметить, что при изготовлении зубчатых колес мелкого модуля, конструкция которых позволяет осуществлять свободный выход непрофилированного электрода-проволоки, так же возможно использование рассматриваемого метода ЭЭО при условии определения рациональных режимов обработки, учитывающих материал деталей.

Литература

1. Автоматизированное проектирование в машиностроении / Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова. - М.: Машиностроение, 1986. 256 с.

2. Волкова В.Н. Основы теории систем и системного анализа / В.Н. Волкова, А.Д. Денисов. - СПб.: Изд. СПб.ГТУ, 1997. 510 с.

3. Малюх В.Н. Введение в современные САПР. - М.: ДМК Пресс, 2010. 192 с.

4. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. - М.: Высшая школа, 1986. 304 с.

5. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для техн. вузов: В 9 книгах. Кн. 6: Автоматизация конструкторского и технологического проектирования /И.М. Капустин, Г.Н. Васильев; под ред. И.П. Норенкова. - Минск: Вышейша школа. 1988. 191 с.

6. Шпур Г. Автоматизированное проектирование в машиностроении / Г. Шпур, Ф. Краузе. Пер. с нем. / Под ред. Ю.М. Соломенцева, В.П. Диденко. М.: Машиностроение, 1988. 648 с.

Воронежский государственный технический университет

Воронежский механический завод

УДК 621

В.С. Семеноженков, М.В.Семеноженков

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В КЛЕММОВОМ СОЕДИНЕНИИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ

В работе рассмотрены вопросы определения напряженного состояния колесной пары подвижного состава

Рассмотрено статическое состояние клеммового соединения дифференциальной колесной пары, отличающейся от монолитной конструкции возможностью дифференциального проворота одного из колес относительно одной из деталей колесной пары – оси. Постановка и решение задачи в плоском напряженном состоянии выполнена с помощью математического моделирования численными методами. В качестве среды численного моделирования применялся программный продукт ANSYS 10/ED, построенный на основе метода конечных элементов. Определены значения сил зоны контактного взаимодействия клеммы и оси колеса.

Задача анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) металла в зоне контакта решена с помощью математического моделирования численными методами, в частности, методом конечных элементов. В качестве среды численного моделирования применялся программный продукт ANSYS 10/ED.

Напряженно-деформированное состояние исследовалось в двумерной постановке в условиях плоской деформации. Граничные условия на поверхности контакта задавались контактным элементом “CONTA 171” (2-D 2-Node Surfase-to-surfase Contact). Деформирующий контактный элемент задан “TARGET 169” (2-D Target Segment).

Ввиду того, что расчетная схема симметрична относительно вертикальной оси, для уменьшения объема вычислений при решении задачи рассматривалась только правая часть элемента. При этом на оси симметрии сечения перемещения узлов перпендикулярные этой оси принимались равными нулю. Влияние отброшенной части элемента клеммы справа учитывалось закреплением правой границы клеммы в горизонтальном направлении. Также, в силу симметрии конструкции и нагружения картина распределения нормальных сил оказывается симметричной.

При анализе результатов моделирования исследовали НДС материала клеммы в непосредственной близости от контактной зоны оси и перемещения нескольких узлов, расположенных на различном удалении от поверхности контакта.

Нагрузка (сила затяжки болтов клеммы) была задана равной 100 кН, ширина клеммы Н = 50 мм.

В результате моделирования системы получены общие картины и закономерности распределения деформаций и контактных сил в зонах стыка.

Минимальные значения горизонтальных перемещений точек данной зоны объясняется наличием силы трения на поверхности контакта колеса с рельсом, препятствующей их взаимному проскальзыванию вдоль плоскости контакта (рис.1).

Эпюра сил трения в зоне контакта приведена на рис.2.

Выполненные расчеты показывают, что контактное взаимодействие клеммы и оси колеса дифференциальной колесной пары является весьма локальным и зависящим от величины зазора, полученного при изготовлении.

Рис.1. Эквивалентная деформация в области контакта клеммы с осью

Рис.2. Распределение контактных сил в зоне контакта клеммы и оси

При заданном значении нагрузки размер пятна контакта клеммы и оси равен 36,5 мм. Расчеты показали также, что увеличение зазора приводит к усилению концентрации контактных сил и при переходе от посадки H6/h6 к посадке H8/h8 наблюдается двукратное увеличение максимальных значений контактных сил.

Литература

1. Погорелов Д.Ю., Языков В.Н. Модификация алгоритма FASTSIM решения задачи контакта колеса и рельса. Вестник Брянского государственного технического университета. 2004. № 2. С. 21…28.

2. Семеноженков В.С., Семеноженков М.В., Галкин В.Д. Контактное взаимодействие колеса дифференциальной колесной пары с рельсом. Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса. Вып. 14. Межвуз. сб.науч тр. Воронеж 2011.

Воронежский государственный технический университет

Московский государственный университет путей сообщения

УДК 923. 05

В.Н. Старов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСТЕКЛОМАТЕРИАЛОВ НЕСТЕХИОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

Рассмотрены особенности управления обеднением процесса в электрохимической колонке

Совершенствование систем управления необходимо для процессов, происходящих в электрохимической колонке при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода расплав стеклообразующего вещества, которые называют "обеднение процесса".

Сама технология "обеднение процесса" включает несколько этапов, где особую роль отводят подготовке однофазового расплава, в котором имеются подвижные катионы из стеклообразной питающей смеси. Подготовка расплава, по мнению авторов процесса, это составление смеси очищенных от примесей SiО₂ + Na₂CО₃, взятых в весовом соотношении, обеспечивающем получение требуемого неорганического полимера типа Sin0_2n+3.

В процессе этого этапа после удаления из расплава углерода и связанного с ним кислорода, которые при выделении в виде пузырьков перемешивают расплав, создается стекло основа. Высокому качеству способствуют следующие факторы: - тщательное перемешивание приготовленного состава; - тонкая плавка смеси SiО₂ + Na₂CО₃ в печи до получения однофазового расплава SiO₂+Na₂O₃; - размещение расплава в особой колонке.

Описанная в отечественной литературе энергетическая исследовательская колонка имеет следующую основную схему, Она обеспечивает наложение на двух полостную колонку внешнего электрического высоковольтного потенциала.

При этом наложение поля, осуществляется в среде инертного газ, обычно используют аргон. Нагретый однофазный раствор подвергается воздействию электрическим полем. Объем расплава выбран расчетным путем.

Пространство колонки ограничено твердыми стенками из кварцевого стекла, проницаемого для электронов. Расплав подвергается воздействию электрическим полем анода 1, помещенного в расплав 2, составляющего с анодом 1 систему с регулируемым напряжением. Электрическая цепь анода соединена с источником напряжения, катод которого заземлен. Кварцевое стекло не препятствует прохождению электрического поля.

Представленная на рис. 1 схема колонки содержит помимо вышеуказанных элементов предложенные автором работы системы управления разнородными полями, обеспечивающие целенаправленное протекание процесса, а также повышение эффективности съема получаемой энергии.

Воздействие внешнего электрического поля на систему с расплавом стеклообразующей многокомпонентной смеси приводит к «вырыву» электронов из этого расплава. В итоге поток электронов приводит к образованию в расплаве подобие постоянного тока, а приобретенный расплавом 4 положительный объемный заряд индуцирует в проводнике первого рода отрицательный заряд, в результате создается разность электрических потенциалов. Под его действием подвижные катионы удаляются из расплава в проводник 5 первого рода.

В расплаве накапливаются распределённые по объёму положительные заряды, поля которых, вместе с полем заряда анода 1 поляризуют и смещают структурные частицы расплава. Накопленный объёмный заряд расплава 2, дополненный электрическим полем анода 1 и распределенным электрическим полем, образовавшимся относительно стенок 3, накладывается на другой части расплава 4. В процессе концентрации ионов в расплаве нижнего участка колонки в итоге их обедняют до заданной величины, с выделением на проводнике первого рода металлов. В зависимости от вида подвижных катионов в среде инертных газов при заданной температуре, отвечающей состоянию твердо-, жидко-, паро- или газоподобного агрегатного состояния вещества выделившейся массы, образуется материал (металл) высокой чистоты.

Расплав нижней части колонки при этом приобретает определенное сочетание химических элементов, вида полистекол, характеризуемых нестехиометрией химического состава (Sin0_2n+3) с выделением. Получение однофазовых стеклообразных материалов вещества нестехиометрического состава с необходимыми свойствами, происходит в результате взаимодействия химических элементов расплава в состоянии подвижных катионов расплава и структурных элементов матрицы расплава, посредством прямого цикла, обеднение процесса и обратного, химических превращений, происходящих в замкнутом пространстве расплава.

На определенном этапе процесса после получения требуемого химического состава в расплаве его охлаждают по определенным законам и получают однофазовый стеклообразный полиматериал. Это вещество нестехиометрического состава, свойства которого во многом зависят от скорости охлаждения, геометрических параметров охлаждаемой системы, формы расплава и иных факторов.

Рис. 1. Схема электрохимической колонки: 1 - анод; 2, 4 - расплав SiО₂+Na₂CО₃; 3 - защитные детали колонки; 5 - катод; 6 - среда инертного газа; 7 - система управления (СУ) полями 1П, 2М, 3К; 8 - управление съемом вырабатываемой энергии; 9 - СУ управления нагрузкой

Для реализации условий гарантированного самостоятельного протекания "обеднение процесса" необходимы сильные электрические поля в обеих частях расплава, особая инертная среда, электронопроницаемые защитные оболочки горячего расплава, системы управления накачкой первородной энергии, поддержанием управляющих полей, съемом энергии и многие другие факторы, стабилизирующие направленное протекание процесса.

При работе колонки электрические заряды "обеднения процесса" приводят к возникновению в расплаве нестационарного магнитного поля, характеризуемого электродвижущей силой. Возникновение магнитного поля имеет место в двух или трех зонах колонки, поэтому в колонке имеются контуры извлечения электрического тока. Управление ими осуществляют за счет новой системы управления СУ полями 1П, 2М, 3К.

При этом одна зона формируется распределёнными по объемам расплава электрическими зарядами в стеклообразующей многокомпонентной смеси 2, поляризованной собственными, накапливаемыми в анодном процессе положительными зарядами, создающими нестационарное магнитное поле верхнего расплава.

Вторая зона формируется в это расплаве нижней части 4, находящейся в сопряжении с проводником первого рода.

Ряд исследователей утверждают, что в подобных процессах при использовании в верхнем объеме электролизной ванны с расплавом, например, окиси алюминия, можно получать в промышленных масштабах особо чистый алюминий. При других питающих смесях можно получить особо чистый натрий (калий, кальций, магний и другие металлы), а также достаточное количество тепловой и электрической энергии.

Применение на практике колонок, реализующих "обеднение процесса", обеспечивает не только, получение высокочистых металлов, достаточное количество дешевой энергии, но и возможность получения сверх прочных композиционных полистекол, материалов с наперед заданными свойствами. Однако, к сожалению, в настоящее время получить указанные полистекла в отечественной промышленности в достаточном масштабе пока не удается и работы находятся на стадии экспериментов. Требуются глубокие исследования сущности процессов, проходящих в колонке и создание новых систем.

Считается, что процессы распада исходного вещества в подобных колонках длятся до нескольких десятков суток, что зависит от принятого режима протекания "обеднение процесса". После выработки в колонке исходного вещества она выводится из работы, очищается и снова загружается расплавом.

Анализируя различные схемы, в том числе, описанные в зарубежной литературе способы получения специальных конструкционных материалов, автор считает их в одних случаях удачными, как это присуще патентам получение стекла Титова, но большинство работ это начальные стадии исследований. Наши исследования показали, что особое внимание следует уделять развитию автоматизированных систем управления, как этапами процесса, так и направленному получению полистекол нестехиометрического состава с необходимыми свойствами.

Особое место в исследованиях занимает проблема стабилизации управляющих полей от параллельно протекающих внутренних процессов, а также стимуляции их накачки и применение регулирующих управляющих устройств удержания полей. Управляющие системы обеспечивают направленное протекание процесса получения энергий и материалов и повышают безопасность работы колонки.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621. 367. 502.7

И.М. Винокурова, И.В. Винокуров

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ при ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АНОДНОЙ ОБРАБОТКЕ

В материалах приводятся данные по определению локальных плотностей тока в зоне анодной обработки

Известные методы расчета процессов электрохимического формообразования основаны на решениях главным образом двух видов задач. Первая задача заключается в расчете электрического поля в межэлектродном промежутке, т. е. решение так называемой идеальной задачи формообразования, в ко­торой влиянием электродных процессов и поляризацией анода на распределения тока и съема металла пренебрегается, а электропроводность межэлектродной среды принимается постоянной. Вторая задача определение влияния пе­ременной электропроводности на распределения плотности тока и съема металл, возникающей в связи с тепло- и газовыделением в межэлектродном промежутке.

При анодном растворении в водных растворах тип предельного тока зависит от частиц, которые ограничивают скорость процесса продуктами реакции [1-3]. Здесь акцепторные частицы диффундируют по направлению к поверхности и там реагируют с ионами металла, образованными при растворении. Предельная плотность тока соответствует максимальной скорости переноса акцепторных частиц по направлению к аноду и определяется исходя из соотношения

, (1)

где D - коэффициент диффузии реагирующих частиц, C_b - концентрация в объеме раствора, δ - толщина диффузионного слоя.

При протекании процессов с высокими перенапряжениями возникают условия для интенсивного разогрева поверхности электродов. Это приводит к увеличению плотности тока, в результате чего происходит дополнительное поверхностное тепловыделение. Если при этом теплоотвод от межфазной границы оказывается недостаточным для установления равновесного состояния, происходит быстрое нестационарное разогревание поверхности раздела, приводящее к неустойчивости кинетики процесса.

Причиной торможения реакции перехода, является относительно высокая энергия активации. Энергия активация анодного и катодного переходов (соответственно E₊ и E_-) не являются постоянными величинами, так как на них большое влияние оказывает электродный потенциал. Необходимо более точно рассчитывать и определять соотношения между током (скорости реакции) и потенциалом (перенапряжением перехода) с учетом влияния потенциала на величины E₊ и E_-.

Анодный парциальный процесс состоит в выходе катиона с поверхности металла в раствор. При этом рвутся его связи с твердой решеткой и возникают новые связи с электролитом, точнее с некоторыми компонентами этого электролита с образованием нового компонента. К началу такой реакции катион на поверхности металла находится в состоянии отличающимся от нормального состояния связи атома, в ненарушенном поверхностном слое решетки. Состояние реализуется в специфических местах роста на поверхности ад-атомами. Скорость анодной составляющей электродной реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих компонентов: поверхностной концентрации ад-атомов и концентрации компонента в объеме раствора. Третьим переменным, влияющим на скорость процесса, является экспоненциальный множитель Больцмана , который учитывает энергию активации E₊.

Основными величинами, которые описывают зависимость электродного тока от перенапряжения, является ток обмена и коэффициент перехода α. Валентность перехода, как правило, известна. Зависимость величины i/i₀ от при α = 0,5 (т. е., при симметричных анодной и катодной ветвях), но при различных значениях представляется рис. 1.

Связь плотности тока с перенапряжением при α = 0,5 и различных значениях z представляется в общем виде рис. 2. У всех кривых с учетом тока обмена при равновесном потенциале наблюдался один и тот же наклон и поляризационное сопротивление одинаковое для всех трех электродов. Из анализа рисунка видно, что кривые в этом случае совпадают только в начале, а затем при одинаковом возрастании плотности тока увеличение перенапряжения оказывается тем меньше, чем больше валентность перехода металлических ионов z.

Рис. 1 Зависимость перенапряжения ионного перехода от плотности тока при a =0,5, одинаковом сопротивлении перехода dh/di и разных значениях валентности перехода z (числа на кривых) [3]

Полный электрический ток определятся по уравнению [2]

(2)

где i₀ - ток обмена; α - коэффициент перехода; z - число пере-ходящих электронов по уравнению реакции; F - число Фарадея (96500); T - температура раствора; R - постоянная Больцмана (8,31 Дж/град моль); η - перенапряжение.

Линейная зависимость логарифма тока от перенапряжения, наблюдается при больших отклонениях от равновесного потенциала и может при соответствующих значениях α служить признаком перенапряжения перехода. Уравнения типа

(3)

называют уравнениями Тафеля. Им соответствуют тафелевские прямые [1]. Продолжая эти прямые вплоть до равновесного потенциала, найдем значение плотности тока обмена. Наклон тафелевской прямой, или, что то же самое, коэффициент b в уравнении Тафеля характеризует величину α рис. 3.

Рис. 2. Зависимость перенапряжения перехода металлических ионов _П от плотности тока i (за единицу принята плотность тока обмена i_o) при  = 0,5 и различных значениях валентности перехода z (числа на кривых) [3]

При потенциалах, соответствующих режиму предельного тока диффузии, транспорт, по крайней мере, одного из веществ, участвующих в электродной реакции, затруднен. Все количество вещества, поступающего к электроду из объема электролита, сразу вступает в электрохимический процесс, и поверхностная концентрация реагента равна нулю. Величину предельного тока диффузии можно рассчитать, решая уравнение конвективной диффузии с нулевым граничным условием для концентрации. В качестве второго граничного условия следует использовать равенство концентрации электроактивного вещества ее объемному значению вне диффузионного пограничного слоя.

Рис. 3. Полулогарифмическая зависимость между электродной поляризацией (потенциалом электрода) и плотностью тока: а и b - константы формулы Тафеля

Таким образом, определив влияние поверхностных явлений на электродах можно приступить непосредственно к моделированию процессов тепломассопереноса в электрохимических процессах. Реальные температуры в зоне электродной реакции могут быть рассчитаны на основании возникающих тепловых эффектов различной природы. Их оценка может быть произведена на основании изменения кинетических параметров исследуемых электродных систем.

Литература

1. Феттер К. Электрохимическая кинетика. Изд-во химия, 1967. 856 с.

2. Мандрыкина И.М. Исследование взаимосвязи термокине-тических и электрохимических параметров при импульсных режимах обработки титановых сплавов. Дис… Воронеж. 1998. 210 с.

3. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Основы теоритической электрохимии. Учеб. Пособие для вузов. М.: Высш. Школа. 1978. 239 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

В.С. Семеноженков, М.В. Семеноженков

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИВОДА ДВЕРИ

В работе рассмотрена проблема конструирования механизированных приводов дверей подвижного состава для министерства путей сообщения на основе построения динамических моделей с целью оптимизации эксплуатационных характеристик и минимизации размеров привода

Конструктивная схема привода двери вагона показана на рис. 1. В состав ее конструкции входит: мотор-редуктор 2, приводящий в движение с помощью передачи 3 жестко соединенные с дверью 1 каретки 4, перемещающиеся по направляющей 5 дверного проема. На дверном проеме укреплены упоры 6, 7, а на двери 1 укреплены упоры 8 и 9, взаимодействующие с опорами 10, 11 пружины 12 аккумулятора механической энергии. Аккумулятор механической энергии включает также распорку 13 пружины 12 с опорами 14, 15, а также управляемый фиксатор 16 распорки 13, электрически связанный с соединенным с мотор-редуктором 2 блоком управления 17.

Рис. 1. Схема привода двери

При исследовании работы привода двери были приняты следующие упрощающие допущения [1]:

- коэффициенты трения в кинематических парах считаются постоянными из-за отсутствия достоверных данных об их изменении при перемещении двери и принимаются равными 0,15 ÷ 0,25 для шарниров механизма и направляющих каретки;

- инерционные свойства системы характеризуются массами и моментами инерции, приведенными к определенным сечениям, которые соединены безинерционными упругими или кинематическими связями;

Уравнения движения составлены в форме уравнений Лагранжа II рода

, (1)

где Т, V – кинематическая и потенциальная энергия системы;

q_j, - обобщенные координаты и скорости;

Q_j – обобщенные силы непотенциального характера.

φ₁ = q₁

φ₁ = q₁ – угол поворота вала мотор-редуктора;

φ₂ = q₁ + q₂ – угол поворота звездочки цепной передачи;

х – ход каретки;

M₁ – приведенный момент инерции звенев мотор-редуктора;

С₂ – суммарная жесткость звеньев привода;

M₂ – приведенный момент инерции звеньев цепной передачи;

M₃ – масса двери.

Вводя обозначения ; ; ; ; ; ; ; ; a₂ = ; a₁ = M₁ + a₂; b₁₂ =

Получим систему из 4-х уравнений Коши [2]:

, (2)

где: X₁ – скорость движения двери;

- ускорение двери;

X₂ – скорость звездочки; - ускорение звездочки;

X₃ – перемещение двери;

X₄ – угол поворота звездочки;

Р₁ – момент на звездочке; Р₃ – сила, действующая на дверь.

С начальными условиями ; ; ; ; ;

Разработанная динамическая модель позволяет определять размеры деталей привода двери, при которых параметры ее вибрации не будут превышать допускаемых значений.

Литература

1. Семеноженков В.С. Моделирование динамики револьверной подачи листоштамповочного комплекса // Кузнечно-штамповочное производство. 1995. № 3. С 23 – 25.

2. Новиков Е.А. Явные методы для жестких систем. Новосибирск. : Наука. 1997. 194 с.

Воронежский государственный технический университет

Московский государственный университет путей сообщения

УДК 621.9.047

М.Б. Флек, Р.С. Сморчков, В.П. Смоленцев

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ ЦВЕТНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Рассматривается проблема адаптивной обработки глубоких отверстий малого диаметра.

Автоматизация процессов резания позволяет повысить производительность, сократить время обработки и уменьшить количество брака связанных с поломкой режущего инструмента (в данном случае для сверления отверстий).

В авиационной, космической, приборостроительной и других отраслях все более широкое применение получают отверстия малых диаметров (контровочные, охлаждающие каналы, критические сечения сопел и т.д.). В процессе эксплуатации они могут в значительной мере повлиять на надежность и эксплуатационные характеристики изделия.

В настоящее время накоплен большой теоретический и экспериментальный материал по конструктивному совершенствованию отдельных узлов металлорежущих станков, а также определены пути совершенствования станков в интегрированном производстве. Все эти пути направлены на обеспечение соответствия траекторий, заданных по программе ЧПУ, реальным траекториям. Остановимся на проблеме сверления глубоких отверстий малого диаметра.

При сверлении отверстий основными показателями являются точность и необходимость обработки без поломок режущего инструмента. Из этих двух показателей решающее значение имеет обработка без поломок инструмента.

Анализ показывает, что оптимизация траекторий перемещений пиноли, в которой установлен шпиндель вращения инструмента, связана с нахождением максимума рабочих заглублений в пределах каждого единичного перемещения и определения координат переключения циклов обработки (рис. 1). В статье остановимся на вопросе оптимизации траекторий рабочих заглублений. Основные результаты по этой работе опубликованы[1-4]

Под траекториями рабочих заглублений будем понимать закон изменения скорости подачи и скорости резания по величине каждого единичного заглубления. Этим траекториям соответствуют и - функции изменения частот двигателей подачи и вращения шпинделя. Траектории исполнительных элементов станка рассматриваются в точке крепления инструмента и отсчитываются по координате . Координаты перемычки спирального сверла обозначены . Таким образом, задача заключается в выборе таких траекторий и , которым соответствуют требуемые траектории .

Существует бесконечное множество траекторий движений исполнительных элементов, удовлетворяющих свойству обработки, которым соответствуют условия

(1)

где М₀ - критическое значение крутящего момента; М^(и) - интегральные значения крутящего момента; М^(ц) - циклические составляющие сил.

Необходимо подчеркнуть, что М^(и)(ω₁,ω₂,Х₁) и М^(ц)(ω₁,ω₂,Х₁) зависят от траекторий ω₁(Х₁) = dα₁/dt и ω₂(X₁) = dα₂/dt. Поэтому в пространстве {ω₁,ω₂,Х₁}^Т существуют отображения (М^(и)+ М^(ц))=const. Задача заключается в том, чтобы в пространстве {ω₁,ω₂,Х₁}^Т выбрать траектории ω₁(Х₁) и ω₂(Х₁), удовлетворяющие условию (1).

Рис. 1. Схема управления траекториями формообразующих движений

Условие (1) соответствует малоцикловой прочности инструмента без учёта накопления дефектов, приводящих к усталостным разрушениям [5, 6].

При изменении скорости резания в пределах единичного заглубления изменяется соотношение между интегральным M^(u) и циклическим M^(ц) значениями крутящего момента. Причём его возрастание при различных скоростях резания меняется не пропорционально.

Кроме этого по мере варьирования скорости резания изменяются условия движения стружки по стружкоотводящим канавкам. Именно поэтому существует такая траектория, для которой величина единичного заглубления X_1,T = max. Кроме этого к значению X_1,T могут приводить различные траектории ω₁(Х₁) = dα₁/dt и ω₂(X₁) = dα₂/dt, из которых необходимо выбрать те, для которых

, (2)

где T_i - время i-го единичного заглубления на величину; V₁⁽ⁱ⁾ - скорость подачи в пределах i-го заглубления.

Из этого следует, что главное внимание уделяется многообразию траекторий, принадлежащих множеству Y_Rпр в (1).

Из всех факторов, влияющих на состояние процесса резания, ограничимся случаем (1), которое дополним требованием динамической устойчивости сверла

, (3)

где F_1,0(X₁) - критическое значение осевого усилия. Обеспечение (3) удобно выполнить в виде ограничений на максимальное значение величины подачи на оборот при каждом единичном заглублении. Таким образом, это ограничение на отношение частоты вращения шпинделя к частоте ротора двигателя привода подачи, и оно имеет вид

, (4)

где K^(P) - коэффициент, зависящий от передаточного отношения редукторов приводов подачи и вращения шпинделя; S_P,0 - предельное значение величины подачи на оборот, удовлетворяющее условию (4).

Рассмотрим случай, когда ω₂ = const и будем считать, что S_P,0 в (4) остаётся неизменной. Тогда желаемая траектория должна удовлетворять требованию V₁⁽ⁱ(X₁)⁾ = max для всех X₁ в пределах каждого единичного заглубления. При этом в каждой точке врезания инструмента в заготовку должно выполняться условие (1). Этот вывод также вытекает из теории оптимального быстродействия, согласно которой оптимальная траектория должна находиться на границе области допустимых вариаций траекторий [7, 8].Такая траектория может быть получена и на основе экспериментальных исследований.

При анализе силовой нагруженности инструмента необходимо обеспечить условие (4), связанное с недопустимостью потери сверлом осевой устойчивости. Это условие налагает ограничение на максимальное значение величины подачи на оборот при врезании инструмента в заготовку.

Для определения оптимального закона необходимо для рассматриваемой поверхности выбрать такую траекторию, которая достигает максимального конечного заглубления, так как величина каждого заглубления влияет на его количество при обработке заданного отверстия. При этом время движения к этой точке должно быть минимальным.

В заключении сравним производительность сверления рассматриваемого отверстия при различных алгоритмах управления этим процессом (см. табл. 1). При этом вопросы точности оси отверстия не рассматриваются. Как видно, только за счёт выбора рациональных алгоритмов управления траекториями исполнительных элементов силовой сверлильной головки удаётся в три - четыре раза увеличить производительность обработки и при этом в четыре - пять раз снизить брак по поломкам инструмента.

Таблица 1

Сравнение эффективности изготовления глубоких отверстий малого диаметра в зависимости от алгоритмов управления процессом.

Алгоритм управления	Время обработки	Вероятность поломки
Обработка ведётся на постоянных режимах. Переключение циклов заглублений определяется по их величине, определяемой исходя из 95% - ой вероятности отсутствия поломок	320,0 с	0,05
Обработка ведётся при ω2 = const Скорость подачи меняется по оптимальным алгоритмам	130,0 с	0,01
Обработка ведётся по оптимальной траектории	80,0	0,01

Рассмотренная в статье технология определения оптимальных траекторий на множестве. Это относится, прежде всего, к траекториям скорости резания по пути. В отличие от существующего сегодня представления об оптимизации процессов обработки при определении оптимальной траектории на многообразии решаются неклассические задачи. При этом оптимальной является не координата, а траектория скорости по пути. Тем самым удаётся обеспечить определении минимума приведённых затрат на изготовление партии деталей при одновременном обеспечении требуемого геометрического качества. Развитый подход позволил сформулировать и доказать необходимые условия оптимальности переналадки циклов обработки.

Литература

1. Заковоротный В.Л., Лукьянов А.Д., Мялов И.А, Флек М.Б. Определение оптимальных траекторий формообразующих движений при обработке резанием. Вестник Донского государственного технического университета, Том 1, №3, 2001 г. с 86-109.

2. Флек М.Б. Определение оптимальных аттракторов формообразующих движений при обработке отверстий малого диаметра. Авиакосмическое приборостроение. 2004. №2.

3. Флек М.Б., Губарев А.В., Каганов В.С. Обработка отверстий с малым межцентровым расстоянием агрегатными головками / Управление. Конкурентоспособность. Автоматизация: Сб. науч. тр. / ИУИ АП. - Ростов н/Д, 2002. – Вып. 1.

4. Заковоротный В.Л., Потапенко П.Н., Флек М.Б. Оптимизация вспомогательных перемещений пиноли силовой головки для сверления глубоких отверстий малого диаметра по критерию максимальной производительности. Вестник ДГТУ. Т. 3, №1, 2003 г. с. 57 – 65.

5. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряжённом состоянии. Киев: Наукова думка, 1976. 412 с.

6. Прочность, устойчивость, колебания.// справочник в трёх томах. Том 1. / М.: Машиностроение, 1988, 831 с.

7. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г. и др. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1976, 392 с.

8. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 408 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.47

А.В. Гребенщиков, И.И. Яковлев, В.П. Смоленцев

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИМПУЛЬСНОЙ ОЧИСТКИ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ

В работе рассмотрены вопросы очистки детали после изготовления заготовки в керамических формах

Очистка изделий позволяет ускорить технологическую подготовку производства в процессе освоения новой продукции, снижает затраты на оснастку. Для обеспечения выполнения задачи необходимо:

1. Разработка метода качественной очистки и моделирование его как части технологии импульсного воздействия на стенки изделий во время очистки.

2. Установление закономерностей между покрытием и энергией импульсного воздействия.

3. Разработка технологии комбинированной очистки изделий от типовых покрытий.

В работе использованы теоретические основы технологии машиностроения, теория вибраций и колебаний в технологических системах, современные исследования в области оптимизации процессов.

Физическая модель процесса

Механизм удаления покрытий (загрязнений) путем импульсных воздействий на оболочку (стенку тары) можно представить в следующей последовательности[1]:

1. Для известной формы тары, места удаления загрязнений, материала, толщины листа стенок (оболочки) рассчитывают режимы обработки и силу воздействия (Р_y) импульса. При этом (рис. 1) считают, что лист жестко закреплен на участке L по концам, а боек 1 действует на оболочку 2 в середине участка.

Считаем, что стенка 2 может свободно (в пределах упругости материала) перемещаться в направлении, перпендикулярно сечению на рисунке 1, а покрытие (загрязнение) 3 не оказывает значительного сопротивления на прогиб оболочки 2.

2. Под действием импульса оболочка 2 прогибается на величину (в зависимости от режима и жесткости оболочки) до h_max = 10 мм (рис. 2).

Рис. 1. Исходное состояние стенки тары при импульсном воздействии бойка: а) - схема действия сил; б) - положение взаимодействующих элементов; 1 - боек; 2 - оболочка (стенка тары); 3 - покрытие (загрязнение); h₁ - толщина оболочки; h₂ - толщина покрытия (загрязнения); Р_y - сила импульса бойка; L - расстояние между опорами

Рис.2. Состояние стенки тары в конце импульса действия силы Р_y (обозначение см. на рисунке 1.1)

Боек 1 (рисунок 1.2) перемещается с высокой скоростью в направлении оболочки 2, которая быстро прогибается. Покрытие (загрязнение), как правило, обладает низкой пластичностью и при изгибе оболочки 2 деформируется в меньшей степени, т.е. отстает от оболочки 2 в зоне действия импульса. Без адгезии с оболочкой 2 хрупкое покрытие 3 трескается (показано на рис. 2 под индексом 4 и частично осыпается (рис. 3) [2].

3. После снятия силы Р_y (прекращение импульса) и отхода бойка от оболочки 2 она начинает обратное перемещение, что может вызвать образование вторичных волн (а) на периферии зоны действия импульса. Такие волны способствуют отделению покрытий и разрушению их слоя на несвязанные фрагменты 5, 6 (рис. 3). Происходит удаление основной части загрязнений.

4. После прохождения стенкой оболочки 2 исходного положения за счет упругих свойств материала оболочки 2 при выравнивании поверхности оболочки в месте вторичных волн образуется обратная полуволна, скорость которой достаточно высока.

Полуволна обгоняет оставшийся фрагмент загрязнения 3 (рис. 4) и отделяет его от оболочки 2.

Условием очистки на этом этапе (рис. 4) можно принять критерий

V₂<<V₁,

где V₁, V₂ – скорости движения оболочки 2 и покрытия 3 при обратной полуволне.

Рис. 3. Начало упругого перемещения оболочки после прекращения действия импульса (обозначение см. на рис. 1)

Рис. 4. Конец упругого перемещения оболочки: 1 - боек; 2 - крайнее положение упругой оболочки; 3 - фрагмент загрязнения; h - величина прогиба оболочки после упругого отжатия; V₁, V₂ - скорости перемещения оболочки и покрытия при упругом перемещении; S - зазор между бойком и оболочкой

Ход бойка 1 должен быть не менее амплитуды обратной полуволны. Обычно величина хода обратной полуволны значительно меньше прогиба оболочки под действием силы F_y, т.к. процесс колебаний оболочки 2 является быстро затухающим (возможно из-за внутреннего трения материала). Поэтому рассчитывать обратный ход (h₀) бойка необходимо по зависимости [3]

, (1)

где - амплитуда перемещения стенки оболочки 2 при обратном ходе. Измерения амплитуд стенок без элементов жесткости показали, что эти величины в 5-10 раз меньше прогиба (h_max на рис. 2).

(2)

где K- коэффициент, учитывает соотношение перемещений при прямом и обратном ходе; S - зазор между бойком 1 и оболочкой 2. Величина S должна быть в пределах 0,2  1,0 мм.

Если принять время перемещения бойка при прямом и обратном (₁) ходе одинаковым, равным половине длительности импульса, то

(3)

Тогда зазор S₁ между оболочкой 2 и покрытием 3 в момент завершения обратной полуволны составит

(4)

Если S₁ > 0, то загрязнение 3 отделится от оболочки 2 и процесс очистки участка может завершиться уже при первых импульсах. Далее оболочка 2 начнет перемещаться в обратном направлении при затухающей амплитуде колебаний.

5. Однако полная очистка стенок (оболочки) с переменной жесткостью требует многократных воздействий бойка, а в ряде случаев (при высокой жесткости) становится невозможной. Для повышения эффективности очистки требуется достичь наибольшей амплитуды, что возможно при резонансных колебаниях стенки (оболочки)[5].

Рис. 5. Импульс силы F_y в начале перемещения оболочки на "схлопывание"

Для этого очередной рабочий импульс силы Р_y (рис. 5) должен начаться в начале перемещения оболочки в обратном направлении (на "схлопывание").

На рис. 5 приведен момент начала действия очередного импульса, где сила Р_y складывается с силой упругости оболочки и начинается резонансное движение стенки, дающее наибольшие перемещения (h_max на рис. 2) оболочки, способствующие интенсификации очистки тары.

Особенности технологии

Методика расчета бойка включает нахождение оптимальной амплитуды перемещения оболочки при импульсном воздействии на нее ударов инструмента.

Начальные условия:

- обечайка неподвижно закреплена между жесткими опорами с расстоянием L между ними;

- удар бойка с силой F (F≈F_y) производится в середине обечайки;

- боек является абсолютно жестким телом;

- покрытие (загрязнение) толщиной ℓ₁ слабо связано с обечайкой 2 и не оказывает сопротивления прогибу обечайки;

- изменение амплитуды h прогиба обечайки происходит в пределах упругой деформации материала обечайки.

Если принять одноосное растяжение вдоль обечайки (ось х), то по закону Гука линейная деформация (ℓ_х) составит[4]:

(5)

где Е - модуль продольной упругости (модуль Юнга), для стали Е = 2^.10⁵МПа;

μ - коэффициент Пуассона, μ = l_x/l_y, lx, ly - отношение поперечной к продольной деформации;

σ_x, σ_y, σ_z - нормальное напряжение по осям x, y, z.

Если допустить, что действие сил в образце близко к силе изгиба пластины без боковых зажимов, то по закону Гука давление

, (6)

где F_y - давление, действующее на боек (F_y =P_yF'/F);

F' - площадь поверхности бойка со стороны индуктора;

F - площадь поверхности бойка со стороны обечайки;

Е- модуль Юнга;

∆L - удлинение пластин;

L - длина пластины между листами закрепления.

Отсюда:

, (7)

Из геометрических построений предельная амплитуда:

, (8)

Для оптимальных значений установки при F_y = 800-1000 МПа, при расстоянии L = 400-500 мм (для формовочной смеси).

Площадь бойка составит от F₁ = 3,14^.18²/4=254 мм² до F₂ = 3,14^.35²/4=962 мм². Имеющийся опыт показывает, что при наличии самоориентирующейся рабочей части бойка и ограниченном ходе системы целесообразно размеры бойка выполнять в расчетном диапазоне, а количество бойков от одного вторичного контура делать не более 4.

В ходе выполнения работы были получены следующие результаты:

1. Разработан комбинированный способ импульсного воздействия на оболочки с толстостенными покрытиями, включающий пульсатор, датчики амплитуды и адаптивный регулятор чистоты вибраций, отличающийся адаптивным управлением режимами воздействия, перемещения бойка и временем обработки элементов оболочки с различными характеристиками покрытий.

2. Предложены механизм и модель управления технологическим процессом и режимами удаления покрытий, что позволило ускорить процесс очистки без повреждения оболочек, механизировать и ускорить процесс очистки литья.

Литература

1. Гребенщиков А.В. Очистка изделий от загрязнений импульсными воздействиями / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Ж. «Упрочняющие технологии и покрытия», 2008, №9 – С. 53-56

2. Гребенщиков А.В. Расчет инструмента для импульсной обработки / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев, Г.М. Фатыхова // Ж. «Металлообработка», 2008, №2 – С.19-23

3. Гребенщиков А.В. Расчет колебаний обечайки изделий при очистке ее от загрязнений / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев // Ж. «Металлообработка», 2008, №1 - С. 25-27

4. Гребенщиков А.В. Расчет инструмента для импульсной обработки / А.В. Гребенщиков, В.П. Смоленцев, Г.М. Фатыхова // Ж. «Металлообработка», 2008, № 2 – С. 19-23

5. Гребенщиков А.В. Трудоемкость очистки изделий от толстослойных покрытий / А.В. Гребенщиков // Совершенствование производства поршневых двигателей для малой авиации: Тр. отрасл. науч.-техн. конф.,М.: Машиностроение, 2008. – С. 87-91

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

А.Н. Осеков, Е.С. Бобров, Е.В. Смоленцев

ПРОЦЕСС МАРКИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ

В данной статье рассматриваются особенности процесса маркирования деталей с диэлектрическим покрытием.

Нанесение информации (в частном случае маркирование) позволяет определить принадлежность деталей, узлов, агрегатов к конкретному виду изделия на всех этапах жизненного цикла продукции.

Значительная часть деталей имеет покрытия (гальванические, напыление, лакокраски, резисторы и др.), которые могут быть как токопроводящими, так и диэлектриками. В процессе ремонта и эксплуатации требуется восстановить разрушенные покрытия с сохранением или возобновлением информации.

Маркирование с помощью последовательного удаления покрытия и электрохимического нанесения знаков не позволяет получить стандартную информацию на деталях с высокой пассивацией поверхности (алюминиевые, титановые и др. сплавы), т.к. на них сразу же после удаления покрытия образуется оксидная пленка, вызывающая увеличение ширины штрихов больше допустимых стандартами. Комбинированная обработка дает возможность получить углубления по контуру знака сразу же после вскрытия покрытия и обеспечить требуемую ширину штриха.

В выпускаемых промышленных изделиях детали с покрытиями (в том числе диэлектрическими) представляют значительную часть номенклатуры изделий, поэтому их идентификация стала актуальной научной проблемой, требующей решения на стадии производства конкурентоспособной техники, где применение качественного электрохимического маркирования становится обязательным условием со стороны заказчика. Помимо этого, электрохимическое нанесение мелкой информации эффективно для применения в инструментальном производстве, т.к. оно оказывает существенное влияние на сроки освоения новых изделий, а также их экономические и технические показатели.

В процессе исследований установлено, что диэлектрические покрытия могут иметь различные характеристики: иметь высокую хрупкость (лаки, фосфаты, резисты, оксиды, напыляемые материалы, часть красителей и др.) или быть вязкими (капроновые, полиэтиленовые, грунты масляные, резинотехнические покрытия, смолы, клеи и др.); иметь различную толщину (от нескольких микрон до нескольких миллиметров); различную адгезию к основе; изменяющуюся стойкость под действием внешних факторов (температура окружающей среды, абразивное воздействие, облучение, световое, вибрационное и др. действия); учитывать возможность последующей обработки, восстановления покрытия и другие свойства.

Основные преимущества электрохимического нанесения информации заключаются в отсутствии силовых воздействий на маркируемую деталь; улучшенном доступе инструмента к месту обработки; отсутствии износа инструмента и потери точности по этой причине; создании в конце цикла маркирования защитной пленки на поверхности знаков, что снижает, а в ряде случаев исключает коррозионное воздействие; получении контрастных штрихов с малой (до 20 мкм) глубиной (мелкое контрастное маркирование) или глубоких (до 200 мкм) контуров, позволяющих выполнять последующую окраску, упрочнение или чистовую обработку. Операция выполняется в экологически чистых рабочих средах (растворах солей), без шума и без образования пыли на портативных (ручных и переносных) установках при низких напряжениях тока (2 - 16 В).

Современные установки для маркирования деталей с покрытием не требуют профильных клейм, шаблонов, так как технологическая подготовка производства осуществляется путем программирования движения непрофилированного инструмента или гладким электродом-инструментом [1].

Основные сложность состоит в получении ширины штриха (по контуру знаков), отвечающего стандартам. Для диапазона высоты букв или цифр от 1,8 до 20мм [2], [3] ширина линий контура может изменяться [3] на 50 - 70 мкм (если принимать степень точности 17 - 19 квалитета).

На рис. 1 показано поле допуска знаков по ширине штриха. Так при высоте знака 1,8 мм ширина штриха должна быть 0,18±0,025 мм; для наиболее крупных знаков в стандарте дана ширина знаков 2±0,1 мм.

Для токопроводящих покрытий в [3] рекомендовано выполнять операцию в два этапа: на первом используют разрядник с непрофилированным инструментом, перемещаемым по контуру знаков по расчетной программе, в случае крупных знаков может потребоваться многократное перемещение разрядника, так как сечение его торцевой части, как правило, не превышает 0,5-0,8 мм.; на втором при обходе того же контура подают постоянный ток и производят анодное растворение материала в местах, на которые воздействовали разряды. В рассматриваемом случае покрытие было металлическим, хотя и имело большое электрическое сопротивление. Предложенный способ не позволяет получить качественной информации, так как не известны технологические режимы и показатели процесса.

Рис. 1. Изменение допусков на ширину штриха для строчных букв стандартных штрихов

Предложен новый способ нанесения информации на детали с диэлектрическими покрытиями, который заключается в использовании разрядника, типа приведенного в [3], который «пробивает» в покрытии круглые отверстия с расчетным диаметром и шагом по контуру знаков, далее выполняется анодное растворение контура плоским электродом (рис. 2). Процесс протекает в электролитах (в частности возможен в промышленной воде), состав которых приведен в этой работе.

На рис. 2 показано формирование контура знаков в самом покрытии (8) и под ним в заготовке (14). Головка (4) с разрядником (5), имеющим, как правило, торцевую поверхность, обеспечивающую получение ширины штриха Н (рисунок 4.9),перемещается вместе с корпусом (3), и связанным с ним кольцевым электродом-инструментом (11) в направлении 2 (направление регулируется программой подач разрядника). При этом разряднику (5) придают перемещения вибратором (1), который работает от источника перемещенного тока (12), заданной частоты, а на электрод-инструмент (11) подается постоянный ток от источника (13). Процесс протекает в электролите (6), который наносится тампоном и даже для глубокого маркирования не требуется ванна с рабочей средой и насос для ее прокачки через зону маркирования. Под действием высоковольтного разряда, подаваемого на разрядник (5) и заготовку (14) в покрытии (8) образуется круглое отверстие (9) до материала заготовки (14). Участок с отверстиями (9) в покрытии (8) при движении головки по контуру попадает под электрод-инструмент (11), где металл заготовки (14) под близко расположенными отверстиями (9) растворяется и образуются углубления (10) по контуру знаков. При этом покрытие внутри штриха может разрушаться под действием газообразных продуктов обработки в зоне 10. Вибратор (1) позволяет поддерживать процесс получения разрядов при изменении геометрии заготовки (14) и по мере износа разрядника (5). Количество разрядов определяются скоростью подачи (2), зависящей от времени анодного процесса под электродом-инструментом (11), необходимого для получения глубины (10) знака заданной величины. Замена электролита в зоне обработки происходит за счет насосного действия при вибрационном перемещении электрода-инструмента.

Таким образом, решена проблема нанесения качественной информации [5] знаками различной (в том числе малой) высоты на детали с диэлектрическим покрытием, что является актуальным и востребованным в машиностроении. Использование предложенной технологии дает возможность получать достоверную информацию о деталях, начиная с принадлежности их к какому-то виду изделий и заканчивая сведениями о материале, из которого они выполнены.

Рис. 2. Схема нанесения информации на детали с диэлектрическим покрытием: 1 - вибратор; 2 - направление перемещения головки 4 с корпусом 3 и электродом-инструментом 11; 5 - разрядник; 6 - рабочая среда; 7 - клеммник разрядника; 8 - диэлектрическое покрытие; 9 - отверстие, пробитое разрядником в покрытии; 10 - углубление по контуру штриха; 12 - источник тока вибратора; 13 - источник постоянного тока; 14 - заготовка; h_ш - глубина штриха в заготовке; S_о - начальный межэлектродный зазор между электродом-инструментом 11 и заготовкой 14

Литература

1.Автоматизированное проектирование средств технологического оснащения / Под ред. В.П. Смоленцева // Воронеж: ЦЧКИ, 1990. - 96 с.

2. А.с. № 1707856 (СССР) Способ электрохимикомеханической обработки / В.П. Смоленцев, А.И. Болдырев, А.В. Приходько, М.Г. Смоленцев // Бюл. изобр., 1991, № 42. - 5 с.

3,А.с. № 778981 (СССР) Способ электрохимической обработки / В.П. Смоленцев, Ш.С. Гафиатуллин, З.Б. Садыков, А.А. Габагуев // Бюл. изобр., 1980, № 42. - 5с.

4,А.с. № 973271 (СССР) Способ маркирования деталей из токопроводящих материалов / В.П. Смоленцев и др. // Бюл. Изобр., 1982 № 42

5,Безъязычный В.Ф. Основы обеспечения качества металлических изделий с неорганическими покрытиями / В.Ф. Безъязычный, В.Ю. Замятин и др. // М.: Машиностроение, 2005. - 608 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621

Ю.А. Цеханов, Е.А. Балаганская

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БРУСКОВ С ЗАГОТОВКОЙ ПРИ ХОНИНГОВАНИИ КОНИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ

Разработанная экспериментальная методика позволяет определять величину и характер распределения контактных давлений между инструментом и заготовкой при пластическом деформировании в любой момент технологической операции.

Для равномерного съема припуска в процессе хонингования конических отверстий, необходимо обеспечивать равномерное распределение контактного давления между инструментом и деталью. Теоретическое решение такой задачи математически сложно. Поэтому экспериментальное изучение контактных давлений в реальном процессе хонингования является наиболее эффективным способом, позволяющим учитывать закономерности влияния на них технологических и конструктивных факторов. Характер взаимодействия алмазного бруска с деталью при хонинговании конических поверхностей отверстий в статике близок к характеру контакта при внутреннем шлифовании. Механика же отличается от характера контакта инструмента с деталью при внутреннем шлифовании, т.к. отношение радиусов контактных поверхностей (инструмента и детали) постоянно меняется.

Распределение контактных давлений q (Па) на поверхности бруска (рис. 1) определяется из геометрических соображений по характеру изменения припуска (глубины резания).

Рассмотрим положение инструмента, когда радиус отверстия заготовки r₃ больше радиуса окружности, проходящей через вершины алмазных зерен бруска r_бр.

Рис. 1. Схема распределения контактных давлений в окружном направлении

Из рис. 1 видно, что глубина врезания алмазных зерен плавно меняется от нуля (на концах ширины контакта b_к) до максимума (на его середине). Контактные давления можно описать симметричной функцией:

.

Рис. 2. Схема распределения контактных давлений по поверхности бруска

В соответствии с эпюрой контактных давлений приведем к линейной равнодействующей вдоль оси бруска, т.е. линейной распределенной нагрузке :

,

где ψ - функция от φ_max.

Для этого разработана экспериментально-расчетная методика, основанная на следующих положениях. Определение контактных давлений p осуществляется с помощью тензометрии (рис. 2) с дальнейшей математической обработкой данных.

Разобьем длину линейного или осесимметричного контакта на N равных по длине участков длиной ∆l = l_k/N. Заменим в пределах каждого участка переменное давление p на статически эквивалентную постоянную p_i = const и приведем p_i к сосредоточенной равнодействующей P_i = p_i ∆l.

По поверхности, максимально близкой к контактной, наклееивается N тензодатчиков, каждый из которых выдает свой α_i cигнал, зависящий от величины и характера изменения нагрузки p. По закону Гука α_i пропорционален всем P_i:

.

В результате предварительного тарирования всей измерительной системы определяются коэффициенты α_ji. В процессе нагружения измеряют все α_i. Если коэффициенты α_ji известны, то имеем систему N уравнений с неизвестными P_i, решая которую определяем все P_i, и значения p_i = P_i /∆l. По полученным p_i строим эпюру распределения контактных давлений.

Разработанная экспериментальная методика позволяет в процессе реального пластического деформирования в автоматическом режиме снимать показания всех тензодатчиков, обрабатывать эти показания на компьютере, определять величину и характер распределения контактных давлений между инструментом и заготовкой в любой момент технологической операции. Она прошла проверку на нескольких операция пластического деформирования. Погрешность определения контактных давлений не превышает 8%.

Литература

1. Джемилов Э.Ш., Иззетов Н.А., Цеханов Ю.А., Якубов Ф.Я. Определение контактных давлений. – «Вісник Хмельницького національного університету», 2006, № 6, с. 14 – 17.

Воронежский государственный технический университет

УДК 74

Ю.С. Золототрубова, А.В. Кузовкин, Д.Ю. Левин

ОРГАНИЗАЦИЯ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ПЕРВОГО КУРСА ПО ПРОФИЛЮ ПОДГОТОВКИ 230403 "ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ДИЗАЙНЕ"

В статье рассмотрены результаты открытия и организации обучения студентов первого курса профиля подготовки "Информационные технологии в дизайне" в ВГТУ в рамках направления 230400 "Информационные системы и технологии"

Прием абитуриентов на профиль подготовки бакалавров 230403 впервые в ВГТУ был осуществлен в 2011 году. По государственному стандарту организация обучения по направлению подготовки 230400, в которое входит данный профиль возможно только по дневной форме обучения. В связи с этим набор абитуриентов осуществлялся только на такую форму обучения и в следующей пропорции:

- на бюджетной основе было выделено 5 мест;

- по внебюджетной (с полным возмещением затрат на обучение) - минимальное количество студентов 10 человек.

Таким образом, перед коллективом кафедры стояла задача набора минимально-рентабельной группы в 15 человек.

Работе приемной компании предшествовала предварительная работа по разработке учебного плана профиля в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов 3-го поколения. Учебный план был разработан, утвержден и принят к исполнению. Сразу после получения разрешения на осуществление набора все сотрудники кафедры включились в профориентационную работу среди выпускников средних учебных заведений г. Воронежа. Были подготовлены рекламные печатные и видеоматериалы, которые всеми возможными способами доносились до будущих абитуриентов.

В ходе приема документов в приемной комиссии ФАРМ ВГТУ работали 2 сотрудника кафедры. В результате их активной и творческой работы был осуществлен набор полноценной группы в 19 человек, т.е. план приема студентов-платников был перевыполнен.

С 1 сентября студенты приступили к занятиям. В 1-м семестре 1-го курса кафедра осуществляла у них проведение только 2-х дисциплин: "Дизайн в промышленности (Введение в специальность)" и "Научные основы геометрии и графики". Во 2-м семестре количество дисциплин увеличилось еще на две: "Информационные технологии в дизайне" и "Введение в теорию дизайна". На летний период запланирована учебная практика.

В силу объективных и субъективных причин состав студентов по уровню подготовки неодинаков. Так студенты "бюджетники" имеют высокий (около 200) суммарный балл по Единому государственному экзамену (ЕГЭ), что позволяет им успешно освоить все предметы 1-го семестра. Студенты, обучающиеся на договорной основе, имеют не высокий суммарный балл по ЕГЭ, что является причиной их отставания и наличию задолженностей по итогам зимней экзаменационной сессии.

Распределение студентов на "иногородних" и жителей г. Воронежа - примерно в пропорции 50 на 50, на юношей и девушек - примерно также. Отраден тот факт, что в группе присутствуют социально-активные студенты, увлекающиеся спортом и художественной самодеятельностью.

Профиль подготовки 230400 входит в направление "Информационные системы и технологии", председателем методической комиссии которого на факультете АРМ является профессор Чижов М.И. На заседании этой комиссии регулярно рассматриваются вопросы о модернизации учебного плана профиля подготовки с целью повышения эффективности обучения путем исключения ряда дисциплин и введения новых и перезакрепления дисциплин за кафедрами ВГТУ. Это связано с приобретением лицензионного программного обеспечения, направленного на развитие профессиональных навыков студентов.

Занятия, читаемые кафедрой проводятся в собственном компьютерном классе с применением вычислительной техники и средств интерактивного обучения. Преподаватели стремятся к развитию творческих способностей студентов группы и стимулированию этой активности. Так, например, в рамках курса "Дизайн в промышленности" студентам было предложено разработать логотип кафедры и своей группы. На конкурс были представлены 11 работ (рис. 1). Оценивались работы самими студентами, логотипы были анонимными для обеспечения объективности. В результате были выбраны логотип кафедры (рис. 1, а) и логотип группы ИТ-111 (рис. 1, б). Студенты, выполнившие эти работы были поощрены ценными призами (компьютерные планшеты). После технической помощи преподавателей кафедры логотипы приняли вид, представленный на рис. 2.

Все студенты являются членами студенческого сообщества AutoDesk, что позволяет им работать с лицензионным обеспечением не только на занятиях, но и дома.

а	б	в
г	д	е
ж	з	и
к	л

Рис. 1. Варианты логотипов на конкурс, разработанные студентами группы ИД-111

В настоящее время на кафедре установлено и используется в обучении лицензионный пакет программных продуктов: Autodesk Product Design Suite for Education 2012. Это специальный комплекс программ, разработанный компанией Autodesk для промышленного дизайна и создания цифровых прототипов изделия. При его использовании на каждое рабочее место устанавливаются следующие программы:

1. AutoCAD® - программа для 2-х и 3-х мерного проектирования (электронный кульман);

2. AutoCAD® Mechanical – программа для оформления чертежной документации в соответствии с требованиями ЕСКД и проведения инженерных расчетов конструкций на этапе проектирования деталей;

3. AutoCAD® Electrical – программа по проектированию электрической составляющей изделия;

4. Autodesk® Alias® Design – программа по проектированию внешнего вида изделия на основе трехмерной графики и средств визуализации;

5. Autodesk® Inventor® Professional – программа твердотельного проектирования деталей, их сборки и анализа работоспособности на основе статического и динамического нагружения по методу конечно-элементного анализа;

6. Autodesk® Moldflow® Adviser Advanced* - проектирование деталей, изготовленных из новых композитных материалов, в том числе различного вида пластиков;

7. Autodesk® Mudbox™ - программный продукт для проектирования деталей на этапе эскизного проектирования с помощью средств растровой и векторной графики;

8. Autodesk® Showcase® - программа по созданию презентаций на основе трехмерных проектов, подготовленных в графических редакторах;

9. Autodesk® Simulation Multiphysics – визуализация работы механизмов и устройств с возможностью анализа физических ошибок при построении сборных подвижных конструкций;

10. Autodesk® SketchBook® Designer – инструмент для дизайнерской проработки концепции изделия;

11. Autodesk® Vault – программа, позволяющая организовать работу над одним проектом группе дизайнеров и проектировщиков (планирование работы);

12. Autodesk® 3ds Max® Design – программный продукт для решения дизайнерских задач по проектированию и визуализации.

Рис. 2. Логотип кафедры и студенческой группы ИД-111

Данный комплекс программ доступен только для высших учебных заведений. К данному набору продуктов прилагаются:

- бесплатная техническая поддержка в течение 3 лет (срок официальной поддержки от производителя программного обеспечения);

- консультации по установке и лицензированию;

- время реагирования на технические вопросы - до 2 рабочих дней, при критическом уровне проблемы выезд специалиста в течение нескольких часов;

- возможность участия студентов и преподавателей в официальных мероприятиях и конкурсах от Autodesk и CSoft Воронеж;

- бесплатные версии программного обеспечения для домашней работы студентов и преподавателей;

- комплекс услуг по внедрению программного обеспечения в учебный процесс на базе кафедры;

- предоставление учебных материалов, программ, методическая поддержка и т.п.;

- возможность привлечения производителя программ в качестве дополнительной методической и информационной поддержки учебного процесса.

Для сравнения следует указать, что коммерческая стоимость для промышленных предприятий указанного набора продуктов на одно рабочее место составляет порядка 45000 € (евро), а на все 15 мест - порядка 675000 евро или 28185230 руб.

Дисциплины, которые были проведены в 1-м семестре и читаются в настоящий момент во 2-м семестре, включают в себя лекционные, практические и лабораторные занятия. Эти занятия оснащены интерактивным конспектом лекций, методическими указаниями по проведению практик и лабораторных работ в электронной форме, видеоматериалами по освоению основных компьютерных программ специальности.

Для обеспечения доступности материалов на кафедре создана электронная библиотека, которая постоянно пополняется и на сегодняшний момент содержит около 100 наименований учебников и учебных пособий в электронной форме.

В социальной сети "В контакте" создана группа, в которую входят все студенты профиля "Информационные технологии в дизайне". Создание такой группы способствует оперативной доставке учебно-методических материалов до каждого студента, а также адресной связи кафедры с каждым студентом. Там же со студентами организовано внеаудиторное консультирование по всем вопросам университетской общественной и учебной жизни. В качестве руководителей группы выступают староста и преподаватели кафедры.

Большую помощь в организации занятий в части приобретения программного обеспечения, методических и учебных материалов кафедре оказывает компания CSoft-Воронеж в лице руководителя отдела САПР, выпускника ВГТУ, Левина Д.Ю. Т.о. связи с реально функционирующей организацией в области САПР у кафедры удовлетворительные. Это позволит летом 2012 года организовать учебную практику студентов 1-го курса с привлечением специалистов-практиков.

В части подготовки УМК по дисциплинам, закрепленным за кафедрой, задачи решаются следующим образом.

После принятия решения о наборе 1-го курса (май 2011 г.), было проведено заседание кафедры, на котором до всех сотрудников был доведен учебный план профиля подготовки бакалавров, поставлена цель и сформулированы задачи по учебно-методическому и материально-техническому оснащению дисциплин. В соответствии с научными интересами, а так же базовым образованием дисциплины профиля были закреплены за каждым конкретным преподавателем. Т.о. созданы условия по обеспечению времени на подготовку и наполнение курсов, основное количество которых придется на сотрудников кафедры с 5 - го семестра, т.е. с 2013 года.

Уже сейчас для 60 - 70% процентов курсов имеются рабочие программы. Ведется подготовка методических материалов.

Основным приоритетом в настоящий момент кафедра считает разработку электронных вариантов методических указаний, конспектов лекций, учебных пособий. Это обусловлено их мобильностью, доступностью для студентов, низкой себестоимостью.

В соответствии с решением Ученого совета ВГТУ и приказом ректора ВГТУ кафедра с 1 марта 2012 года переименована в кафедру "Графики, конструирования и информационных технологий в промышленном дизайне". Это дает возможность упростить процесс представления сотрудников кафедры к ученым званиям, что в настоящий момент затруднено в силу целого ряда причин.

Основными задачами на ближайшее время можно считать следующее:

- обеспечение набора полноценной группы в 2012 году;

- ходатайство о возможности открытия очно-заочной формы обучения;

- 100% - ое обеспечение УМК дисциплин 1 - го и 2 - го курсов с созданием условий эффективного использования самостоятельной работы студентов для увеличения объема изучаемого материала;

- организацию реально функционирующего студенческого научно-практического бюро на основе самоокупаемости.

В отдаленной перспективе (2 - 4 года):

- подготовка к лицензированию и аккредитации профиля подготовки;

- 100 %-ое обеспечение курсов учебно-методическими материалами (УМК);

- полноценное участие студенческого научно-практического бюро в конкурсах грантов различного уровня как для конкретных предприятий, так и для города и области, возможно и федеральных программ;

- подготовка и открытие магистратуры по данному профилю подготовки, после первого выпуска.

Воронежский государственный технический университет

УДК 002:34+004.056.5

Е.А. Балаганская

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ КРУПНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Проанализированы и сформулированы требования к системам информационной безопасности крупных организаций.

Анализ проблем, связанных с обеспечением информационной безопасности проведен на примере одной из компаний операторов связи.

Учитывая специфику оператора связи крупной организации, можно сформулировать основные требования к внедряемой системе защиты информации:

• защиту от вмешательства в процесс функционирования корпоративной информационной системы (КИС) посторонних лиц;

• обеспечение санкционированного доступа к информационным системам авторизованных пользователей КИС, расположенных на удаленных объектах, которыми могут быть как сотрудники самой организации, так и сотрудники внешних организаций;

• защиту от несанкционированных действий с ресурсами информационных систем пользователей КИС, не имеющих соответствующих полномочий;

• обеспечение физической сохранности программно-технических средств информационных систем, включая систему ИБ, и их защиты от действия техногенных угроз;

• регистрацию событий, влияющих на информационную безопасность КИС, обеспечение подконтрольности и подотчетности выполнения операций, совершаемых в КИС;

• своевременное выявление, оценку и прогнозирование источников угроз безопасности информации, причин и условий, способствующих нанесению подразделениям Общества (или другим субъектам информационных отношений) случайного или преднамеренного ущерба, нарушению нормального функционирования и развития КИС;

• обеспечение возможности восстановления актуального состояния информационных систем, включая систему ИБ, при нарушении безопасности информации и ликвидации последствий этих нарушений.

В соответствии с этими требованиями разрабатываемая и внедряемая в организации система ИБ должна представлять комплекс организационных, инженерных, технических и программно-аппаратных решений и технических средств, обеспечивающий реализацию методов защиты информации, то есть представлять собой комплексную систему информационной безопасности (КСИБ). КСИБ должна строиться как иерархическая, многоуровневая система. Эффективность защиты должна достигаться комплексным применением различных защитных механизмов, функционирующих в рамках единых принципов.

Воронежский государственный технический университет

УВАЖАЕМЫЕ КОЛЛЕГИ!

Приглашаем Вас принять участие в межвузовском сборнике научных трудов "Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической подготовки производства".

Сборник будет выпущен в электронном виде в 2011 г.

Требования к материалам сборника:

1. Материал статьи объемом до 6-ти полных страниц формата А5 представляется ответственному секретарю сборника в отпечатанном и электронном виде ст. преподавателю кафедры НГиМСЧ Касаткиной И. Н. или по электронной почте akuzovkin@mail.ru.

2. Шрифт Times New Roman, размер 11.

3. Межстрочный интервал – одинарный, абзацный отступ 1,27 см.

4. Размеры полей: верхнее – 1,5 см, нижнее - 1,8 см, левое - 2,0 см, правое – 1,3 см.

5. Аннотация: размер шрифта – 9, межстрочный интервал – 0,8.

6. Пример оформления материалов статьи

УДК 627….. (без абзацного отступа, шрифт 11)

(один интервал)

И.И. Иванов, П.П. Петров

^{(выравнивание по центру, шрифт 11)}

(один интервал)

НАЗВАНИЕ СТАТЬИ

^{(выравнивание по центру, шрифт 11)}

(один интервал)

Рассматриваются проблемы применения метода (аннотация смещается относительно текста статьи на 5 знаков, абзацный отступ – 1 см, шрифт – 9, межстрочный интервал – 0,8).

(два интервала)

Текст статьи …………………………. (абзацный отступ – 1,25 см, шрифт – 11, межстрочный интервал - одинарный).

(один интервал)

Рисунок

^{(по центру, без абзацного отступа)}

Рис. 1. Внешний вид установки для …. (шрифт 11, без абзацного отступа)

(один интервал)