Page 1

ИЧ

НАЦ ИО ИЙ Н

КИ

РС

ЦК

Й УНИВЕ

И

А

Й ТЕ ХН

ЕС

НЫ ЛЬ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ "ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Т ТЕ

ДО Н

Е

ИНЖЕНЕР Студенческий научно-технический журнал Основан в 2000 году

№ 1(19)-2(20)'2015

Донецк - 2015


УДК 62

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

Михайлов А.Н. Байков А.В. Голубова Л.И.

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

ISSN 2073-5804

ДонНТУ, каф. ТМ 6-и учебный корпус, 6.305 ул. Артема, 58 83001, г. Донецк Тел.: +38-062-305-01-04 Факс: +38-062- 305-01-04

© ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет», 2015


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С 2-D И 3-D КОМПОНОВКАМИ Криволапов А.И., Михайлов А.Н., Михайлов Д.А. (ДонНТУ, Донецк, Украина) Abstract: In this paper we developed a framework for creating and designing a qualitatively new highly technological systems of continuous action. They belong to the technological systems of high and ultra-high efficiency with 2-D and 3-D layouts. Developed specific embodiments thread-spatial process of continuous systems. Keyword: automation, performance, layout, continuous system, thread-spatial technology system 1. Введение Научно технический прогресс непрерывно ставит перед машиностроителями все новые, более сложные задачи, связанные с созданием качественно новой совокупности свойств и меры полезности выпускаемых изделий, повышением эффективности производства, автоматизацией производственных процессов, экологической безопасностью. Это обусловлено запросами общества и возможностями науки, техники и экономики [1 … 4]. Одним из перспективных направлений решения проблем машиностроения является комплексная автоматизация производственных процессов на базе технологий непрерывного действия. Поэтому данная работа посвящена решению этих вопросов. На рис. 1 показаны некоторые характеристики технологических систем непрерывного действия. Здесь технологические машины разделены на группы в зависимости от производительности: - технологические машины нормальной производительности Рис. 1. Некоторые характеристики технологиче[5 ... 7]; ских систем непрерывного действия - технологические машины высокой производительности [8]; - технологические машины сверхвысокой производительности [9, 10]. На базе этих технологий и технологических систем могут решаются вопросы комплексной автоматизации производственных процессов в машиностроении. Однако можно отметить, что в настоящее время, к сожалению, разработаны и применяются только технологические системы с линейной компоновкой технологических элементов, то есть 1-D компоновкой. Проведенные ранее исследования в области технологий и технологических систем непрерывного действия позволили сделать следующие выводы:

3


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

1. Для решения вопросов комплексной автоматизации и интенсификации производственных процессов в машиностроении перспективными являются технологические системы непрерывного действия. 2. Принципы проектирования применяемых технологических систем непрерывного действия, а именно роторных и роторно-конвейерных машин основываются на линейности их компоновки (1-D компоновка). Это приводит к возникновению противоречий между линейностью компоновки технологической системы и объемнопространственной структурой производственного цеха, так как здесь не полностью используются производственные объемы. 3. При создании технологических систем непрерывного действия необходимо стремиться к увеличению использования объемов технологического пространства. При этом нужно проектировать компактные технологические системы с пространственной компоновкой блоков технологического воздействия, а именно с поверхностнопространственной (2-D компоновка) или объемно-пространственной (3-D компоновка) технологическими зонами. На основании приведенных выводов в работе определена цель исследований. Целью работы является разработка высокоэффективных технологических систем непрерывного действия с 2-D и 3-D компоновками рабочих позиций, обеспечивающих качественно новые свойства и технологические возможности, позволяющие решать вопросы комплексной автоматизации производственных процессов. В данной работе решаются следующие задачи: - разработать общую методологию и подход в создании и функционировании высокоэффективных ППТС, - разработать новые принципы функционирования и проектирования ППТС, - спроектировать конкретные варианты ППТС для решения вопросов комплексной и полной автоматизации производственных процессов, - исследовать основные параметры ППТС с различными компоновками технологических зон. Эти задачи решаются в данной работе. Отметим то, что в данной работе технологические системы непрерывного действия высокой и сверхвысокой производительности именуются поточнопространственные технологические системы (ППТС). На базе этих технологических машин и систем особенно эффективно решаются вопросы комплексной автоматизации производственных процессов машиностроения. 2. Основное содержание и результаты исследований Созданные на основе известных принципов проектирования и функционирования роторные и роторно-конвейерные технологические системы имеют качественно новые возможности и высокие технико-экономические показатели изготовления изделий [5 … 7]. Однако с прогрессом науки и техники появляются новые возможности в развитии технологических систем непрерывного действия. Поэтому для проектирования высокоэффективных ППТС непрерывного действия необходимы новые принципы их создания и функционирования. Анализ процесса создания и функционирования ППТС [8 … 11] позволил установить следующие основные принципы их проектирования и функционирования: - повышения мощности концентрации множества технологических элементов (блоков технологического воздействия); - составления из концентрированного множества технологических элементов спе-

4


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

циальных р-мерных групп с подсистемами к-го класса; - обеспечение упорядочивания многомерной замкнутой рекуррентной структуры технологических элементов за счет упорядочивания подсистем (к-1)-го класса в каждой подсистеме к-го класса; - пространственной композиции технологических элементов и перехода от их линейно-пространственной компоновки (1-D компоновка) к поверхностнопространственной компоновке (2-D компоновка) и затем к объемно-пространственной компоновке (3-D компоновка); - пространственного компактирования структуры технологических элементов в пространственные компактные структуры и увеличения коэффициента использования технологического пространства; - обеспечения сложной кинематической структуры транспортного движения многомерной замкнутой структуры технологических элементов; - обеспечения соответствия (равенства) общего числа элементарных транспортных движений количеству классов подсистем сложной многомерной замкнутой рекуррентной структуры технологических элементов; - обеспечения параллелизма функционирования подсистем (к-1)-го класса в подсистемах к-го класса сложной многомерной замкнутой структуры технологических элементов; - обеспечения последовательного фазового смещения процесса выполнения заданных основных и вспомогательных функций в подсистемах (к-1)-го класса подсистем к-го класса сложной многомерной замкнутой структуре технологических элементов; - обеспечения непрерывности функционирования всех подсистем сложной многомерной замкнутой структуры технологических элементов системы; - модульность проектирования подсистем и всей технологической системы; - реализация принципов мехатроники и адаптроники при создании новых технологий и технологических систем. Можно отметить, что предлагаемые принципы, совместно с известными принципами проектирования технологических систем, составляют основные исходные положения создания высокоэффективных технологических систем нового поколения, которые получили название ППТС непрерывного действия. Проанализируем принцип перехода от их линейно-пространственной 1-D компоновки к поверхностно-пространственной 2-D компоновке и затем к 3-D компоновке. В каждом конкретном случае выбирается та или иная пространственная компоновка технологических элементов. На рис. 2 поРис. 2. Модели технологических казаны модели пространственных технолозон: а – линейная (1-D компоновка), гических зон: на рис. 2,а – линейноб – поверхностная (2-D компоновпространственная технологическая зона (1ка), в – объемная (3-D компоновка) D); на рис. 2,б – поверхностнопространственная технологическая зона (2-D); на рис. 2,в – объемно-пространственная технологическая зона (3-D – компоновка). Здесь обозначено: 1 – входные потоки изде-

5


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

лий, 2 – поток единичных технологических зон, 3 – единичная технологическая зона, 4 – изделие (предмет обработки), 5 – пространственная технологическая зона, 6 – выходные потоки изделий. Буквами обозначена vTi - транспортная скорость изделий и h i шаг изделий. Теоретическая производительность технологических систем с различными видами пространственных технологических зон (рис. 3) определяется по следующим зависимостям: - линейно-пространственная технологическая зона (1-D компоновка) L П iL  i  vTi  PLi  N Li ; (1) To hi - поверхностно-пространственная технологическая зона (2-D компоновка) Si П iS   boi vTi  Psi  boi N Si ; (2) To S Ei - объемно-пространственная технологическая зона (3-D компоновка) Vi (3) П iV   soi vTi  Pvi  soi NVi , To VEi где П iL , П iS , П iV - теоретическая производительность технологической системы с линейнопространственной, поверхностно-пространственной, объемно-пространственной технологической зоной соответственно; Li , S i , Vi - длина, площадь, объем пространственной технологической зоны соответственно; hi , S Ei , V Ei - длина (шаг), площадь, объем единичной технологической зоны соответственно; To - длительность основного времени технологического воздействия орудий и средств обработки на изделие; boi , s oi - ширина, площадь поперечного сечения технологической зоны соответственно; PLi , PSi , PVi - линейная, поверхностная, объемная Рис. 3. Зависимость проплотность изделий в соответствующих пространственизводительности систеных технологических зонах; мы от габаритных размеN Li , N Si , N Vi - интенсивность потоков изделий соров технологической зоответственно в линейно-пространственной, поверхностны: 1 – линейная (1-D), но-пространственной, объемно-пространственной техно2 – поверхностная (2-D), логической зоне. 3 – объемная (3-D) В выражениях (1)…(3), плотность изделий в соответствующих пространственных технологических зонах определяется на основании следующих выражений: 1 1 1 PLi  , PSi  , PVi  . (4) VEi hi S Ei Анализ выражений (1) … (3) позволил установить зависимость относительной

6


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

производительности Потн  П Ц / П ЦБ технологических модулей с различными пространственными технологическими зонами от их габаритных относительных размеров  о пространственной технологической зоны (рис. 3). Выполненные исследования показали, что увеличение габаритных размеров пространственной технологической зоны ведет к увеличению производительности технологических систем по следующим законам: с линейно-пространственной технологической зоной (график 1) – по прямой пропорциональной зависимости, с поверхностно-пространственной технологической зоной (график 2) – по квадратичной зависимости, с объемно-пространственной технологической зоной (график 3) – по кубической зависимости. Таким образом, технологическим системам с поверхностно-пространственными и объемно-пространственными технологическими зонами свойственны качественно новые, более высокие техникоэкономические показатели по сравнению с технологическими системами с линейнопространственными технологическими зонами, выполненных на базе роторных и роторно-конвейерных машин и линий. Важным моментом процесса синтеза структуры технологических элементов системы является ее организация в пространственные компактные структуры. При этом необходимо всегда стремиться к увеличению коэффициента использования технологического пространства: V KR  k , (5) VOR где K R - коэффициент использования технологического пространства на R-ом уровне; V k - объем пространства, в котором располагается технологическое оборудование (технологические элементы); V OR - общий объем пространства, ограничивающий функциональную единицу. Можно отметить, что при проектировании структуры технологической системы необходимо стремиться к повышению плотности технологических элементов (блоков технологического воздействия) пространственной технологической зоны и интенсивности их функционирования. Кроме того, при создании технологической системы, состоящей из n технологических модулей, необходимо пространственно их компактиро-

Рис. 4. Формализованная объемнопространственная технологическая система (производственная ячейка)

Рис. 5. Формализованная схема пространственного компактирования объемов ячейками

вать в производственные ячейки (рис. 4) и затем ячейки пространственно компоновать

7


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

во всем объеме производственного цеха (рис. 5), с возможностью изменения их пространственного расположения. На рис. 4 показана формализованная объемно-пространственная производственная ячейка. Здесь обозначено: 1 – технологическая система, 2 – поточнопространственный технологический модуль, 3 – связь между технологическими модулями, 4 – граница производственной ячейки, 5 – граница поточно-пространственного технологического модуля. На рис. 5 представлена формализованная схема пространственного компактирования производственного объема, расположенного в системе координат X, Y, Z производственными ячейками, координируемых системами координат xi , y i , z i и радиусами векторами R i , где i – любая производственная ячейка. Модульность построения технологических систем позволяет реализовать основные принципы автоматизированных производств. Это, прежде всего гибкость, непрерывность и высокие технико-экономические показатели изготовления изделий. Общая методология создания технологий нового поколения и поточно-пространственных технологических систем непрерывного действия базируется на следующих двух основных положениях (рис. 6): - на определении системы качественно новых принципов S создания высокоэффективных технологий и технологических систем (позиция 1), лежащих на пересечении новых S 1 и известных S 2 принципов проектирования; - на системе проектирования качественно новых технологий и технологических систем (позиция 2), которая обеспечивает возможность работы с особо сложными многоуровневыми иерархическими объектами. Выбор и реализация новых прогрессивных технологий непрерывного действия в зоне поля S базируется на использовании методов схемного, функционального, структурного и параметрического аналиРис. 6. Диаграмма комплекс- за и синтеза, которые могут выполняться в рамках ного синтеза ППТС процессийно-событийного анализа и синтеза новых нетрадиционных вариантов. При этом весь процесс создания технологий непрерывного действия выполняется в оболочке объектно-ориентированного проектирования с учетом решения вопросов оптимизации технологий, их экологической чистоты, маркетинга, конъюнктуры рынка и других вопросов. На рис. 7 показаны виды компоновок и некоторые варианта геометрических форм компоновок пространственных технологических зон поточно-пространственных технологических Рис. 7. Виды и варианты технолосистем непрерывного действия. Множество гических зон ППТМ

8


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

вариантов геометрических форм компоновок дает возможность генерировать значительное множество вариантов поточно-пространственных технологических систем и выявлять наиболее приемлемые для реализации заданного технологического процесса. В работе рассмотрены особенности компоновки и проектирования ППТС, а также предложено на последнем этапе схемного рассмотрения технологической системы использовать принципиально-структурные модели. На рис. 8 представлена принципиально-структурная модель ППТС. Здесь показано: 1 – транспортный ротор, 2 – поточновинтовой технологический модуль (ПВТМ), 3 – поточно-спиральный технологический модуль (ПСТМ), 4 транспортный ротор, 5 – ПВТМ, 6– транспортный ротор, 7- ППТМ, 8– транспортный ротор, 9 – поточно-глобоидный технологический модуль [8], 10– транспортный ротор, 11 – блок технологического воздействия (БТВ), 12 – предмет обработки (ПО), 13 – пространственная траектория движения БТВ, 14 – осевой поток БТВ, 15 – замкнутая рекуррентная траектория движения БТВ. Поступают ПО в ППТС по входному потоку V, а выгружаются по выходному потоку W. Стрелками обозначено направление вращательного движения подсистем ППТМ. ПСТМ имеет планшайбу 5 смонтированную на валу 6 размещенном посредством подшипников 7 в стаканах 8, 9, которые закреплены на плитах 13 и 14 станины модуля. На планшайбе 5 установлены звездочки 4 на которых монтируются цепные конвейеры 3 с блокодержателями 2, в которых закрепляются БТВ 1. На валу 6 также установлены верхняя планшайба 20 с нижним цепным конвейером 19. На верхней планРис. 8. Принципиально-структурная модель шайбе 17 размещены приводы 11 ППТС вращения цепных конвейеров 3, 15, 19, которые связаны с ними кинематическими передачами и редуктором 10. Электроэнергия к приводам 11 подается через токосъемник 12, расположенный на станине 9, В нижней части вала 6 установ-

Рис. 9. Компоновочная схема ПСТМ: а – продольный разрез, б – поперечный разрез

9


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

лена шестерня 18 для обеспечения вращения технологического модуля. В ПСТМ ПО поступают по одному входному потоку V и выгружаются также по одному выходному потоку W. Вращение ПСТМ реализуется в направлении а, при этом перемещение цепных конвейеров выполняется в направлении b. Суммарное транспортное движение БТВ совместно ПО на длине l осуществляется по спиральной траектории d. 3. Выводы. В данной работе разработаны основы создания и проектирования качественно новых высокоэффективных технологических систем непрерывного действия. Они относятся к технологическим системам высокой и сверхвысокой эффективности с 2-D и 3-D компоновками. Выполненные исследования позволили разработать следующее: 1. В представленной работе выполнены исследования особенностей синтез технологических систем непрерывного действия с 2-D и 3-D компоновками технологических зон. 2. Разработаны общий подход и методология в создании и функционировании высокоэффективных ППТС. 3. В представленной работе разработаны общие принципы проектирования и функционирования технологических систем непрерывного действия с 2-D и 3-D компоновками технологических зон. 4. На основе проведенных исследований спроектированы конкретные варианты ППТС для решения вопросов комплексной автоматизации производственных процессов. 5. В данной работе выполнены исследования основных свойств показателей эффективности ППТС с 2-D и 3-D компоновками технологических зон. Разработанные технологические системы с 2-D и 3-D компоновками рабочих позиций можно рекомендовать для следующих отраслей народного хозяйства: машиностроение и приборостроение, химическая, пищевая и фармацевтическая промышленности, радиотехническая и электронная промышленности и другие отраслях народного хозяйства. Список литературы: 1. Pruteanu O.V. Tehnologia constructiei de masini. Partea 1. Iasi: Junimea, 2005. – 436 p. 2. Radovanovic M. Tehnologija masinogradnje. – Nis: Masinski fakultet Univerziteta u Nisu, 2002. - 328 p. 3. Schey John A. Introduction to manufacturing processes. International Edition, 2000. – 962 p. 4. Taranenko W., Swic A. Technologia ksztaltowania czesci maszyn o malej sztywnosci. – Lublin: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, 2005. – 282 p. 5. Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация производственных процессов на базе роторных линий. – М.: Машиностроение, 1972. – 351 с. 6. Автоматические роторные линии / И.А. Клусов, Н.В. Волков, В.И. Золотухин и др. – М.: Машиностроение, 1987. – 288 с. 7. Прейс В.В. Технологические роторные машины: вчера, сегодня, завтра. – М.: Машиностроение, 1986. – 128 с. 8. Михайлов А.Н. Основы синтеза поточно-пространственных технологических систем непрерывного действия. – Донецк: ДонНТУ, 2002. – 379 с. 9. Михайлов А.Н. Основы теории поточнопространственных технологических систем // Вестник машиностроения, 1991. №4. С. 58 – 60. 10. Михайлов А.Н. Поточно-пространственные технологические модули // Механизация и автоматизация производства, 1990, №1. С. 5 – 8. 11. Михайлов А.Н. Основы проектирования и автоматизации производственных процессов на базе технологиий непрерывного действия. – Донецк: ДонНТУ, 2006. – 421 с.

10


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

УДК 678.057 ПРИБОР, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВНУТРЕННЕГО И ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА, КАК ОБЪЕКТА ПЕРЕРАБОТКИ ЭКСТРУЗИЕЙ Самоздра С.А., Остапенко М.А. (кафедра МАХП, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел. +38 (062) 3010784, E-mail: ost@dgtu.donetsk.ua Аннотация: В статье рассмотрены схемы настройки прибора, методика и результаты определения коэффициентов внутреннего и внешнего трения гранул полиэтилена, как объекта переработки экструзией. Повышение точности прибора, разработанного на кафедре машин и аппаратов химических производств ДонНТУ, достигается за счет учета сил трения пуансона и исследуемого материала о стенки матрицы. Ключевые слова: полиэтилен; экструзия; трение; прибор; методика. 1. Введение. Экструзия является процессом непрерывного литья под давлением полимеров, металлов, керамики и других материалов для производства труб, пленок, листов, кабельной продукции и профильных изделий бесконечной длины [1, 2]. Производство труб с покрытием внешней поверхности полимерной защитной пленкой, получаемой экструзией, является одним из важнейших инновационных направлений промышленного развития в современных условиях Донбасса. При расчете процессов экструзии и экструдеров должны использоваться физикомеханические показатели конкретной партии перерабатываемого материала. Такой подход позволяет повысить точность технологических и конструктивных расчетов, а также точность оперативных решений для повышения качества продукции на стадии эксплуатации. Важнейшими показателями при моделировании характера движения материала, расчете производительности, сил и давлений в загрузочной зоне экструдера являются коэффициенты внутреннего и внешнего трения перерабатываемого материала. В связи с этим, является важным при их определении использовать простые мобильные и, в тоже время, более точные приборы и методики. Недостатки известных [3] приборов для определения коэффициентов внутреннего и внешнего трения сыпучих материалов заключаются в следующем: 1. Малая точность приборов. Этот недостаток объясняется тем, что в известных приборах усилие нормальное к плоскости сдвига принимается равным усилию, приложенному к уплотняющему устройству (пуансону). При этом не учитывается, что нормальное усилие, действующее в плоскости сдвига, меньше усилия, приложенного к пуансону, на величину сил трения пуансона и исследуемого материала о стенки матрицы, в которой находится исследуемый материал. 2. Попытка уменьшить влияние не учитываемых сил трения пуансона и исследуемого материала о стенки матрицы приводит к увеличению диаметра матрицы и уменьшению слоя материала [4, 5]. При этом увеличиваются габариты прибора, ограничивается диапазон исследований, что связано с трудностью создания больших нагрузок. Кроме того, при большом диаметре матрицы и малой величине слоя материала нагрузка неравномерно распределяется по поперечному сечению, что также приводит к перекосу матрицы и снижению точности исследований. Указанные недостатки устранены в приборе, разработанном на кафедре «Машины и аппараты химических производств» ДонНТУ [6].

11


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Цель настоящей работы заключается в разработке методики и определении с использованием прибора ДонНТУ коэффициентов внутреннего и внешнего трения гранулированного полиэтилена, который является сырьем для производства пленки. 2. Основное содержание и результаты работы Схема настройки прибора при определении коэффициента внутреннего трения показана на рисунке 1. Прибор монтируется на опорной плите 1 и содержит две матрицы. Нижняя матрица 2 устанавливается на тележку 16, а верхняя 14 крепится к подвижной плите 13. Плита 13 устанавливается на два динамометра 3 и 15. Вместо динамометров могут быть использованы стержни с тензометрическими датчиками.

Рис. 1 – Схема настройки прибора при определении коэффициента внутреннего трения Исследуемый материал 17 загружается в полости верхней и нижней матриц. Винтами 5 и 11 регулируется зазор между верхней и нижней матрицами. Для предотвращения перекоса верхней матрицы 14 к плите 13 крепятся втулки 4 и 12, что позволяет перемещение плиты 13 по направляющим стойкам 6 и 10. Усилие на пуансон 9 и гранулированный материал создается винтом 7 и измеряется динамометром 8. Силы трения пуансона и исследуемого материала о стенки верхней матрицы измеряются динамометрами 3 и 15 и учитываются при определении среднего давления на поверхности сдвига нижней матрицы относительно верхней. Перемещение тележки 16 с нижней матрицей 2 осуществляется механизмом, исполнительным звеном которого является шток 21 винтового редуктора 22. Усилие, необходимое для перемещения тележки с нижней матрицей 2 измеряется динамометром растяжения 20, который крепится к тяге 19 нижней матрицы 2. Размещение тяги 20 должно быть таким, чтобы линия действия усилия перемещения лежала в плоскости сдвига гранулированного или сыпучего материала, находящегося в нижней матрице относительно материала, находящегося в верхней матрице. Для регистрации начала перемещения нижней матрицы 2 к опорной плите 1 крепится микрометрический индикатор часового типа 18. Схема настройки прибора при определении коэффициента внешнего трения показана на рисунке 2. При такой настройке полость нижней матрицы 2 полимерным ма12


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

териалом не заполняется, а к ней крепится металлический образец 23 с плоской поверхностью заданной шероховатости.

Рис. 2 – Схема настройки прибора при определении коэффициента внешнего трения Определение коэффициентов внутреннего и внешнего трения проводится в следующей последовательности: а) тележка 16 с нижней матрицей 2 и образцом 18 устанавливается на опорную плиту 1, так, чтобы оси нижней 2 и верхней 14 матриц совпадали; б) винты 5 и 11 выкручиваются до тех пор, пока верхняя матрица 14 не опустится полностью на нижнюю матрицу 2 (при определении коэффициента внутреннего трения) или на поверхность образца 18 (при определении коэффициента внешнего трения); в) верхняя 14 и нижняя 2 матрицы (при определении коэффициента внутреннего трения) или только верхняя 14 (при определении коэффициента внешнего трения) заполняются исследуемым гранулированным полимером 17 и на него устанавливается пуансон 9; г) на пуансон 9 устанавливается динамометр 8 и винтом 7 создается необходимое усилие; д) устанавливается динамометр 21; е) одновременным вращением винтов 5 и 11 до упора с динамометрами 3 и 15 устанавливается минимальный зазор между верхней и нижней матрицами (при определении коэффициента внутреннего трения) и между верхней матрицей и поверхностью образца 18 (при определении коэффициента внешнего трения); ж) снимаются показания динамометра 8, который регистрирует усилие Fn , приложенное к пуансону 9, и показания F1 и F2 динамометров 3 и 15, которые регистрируют силу трения пуансона и исследуемого гранулированного материала о стенки верхней матрицы 14; и) включается механизм передвижения тележки с нижней матрицей, производится перемещение образца 18 относительно гранулированного материала 17 и регистрация динамометром 21 максимального усилия сдвига Ftr ;

13


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

к) рассчитываются коэффициенты внутреннего трения (при сдвиге одного слоя полимерного материала относительно другого) и внешнего трения (при перемещении полимерного материала относительно поверхности образца) по формуле Ftr  Fxx , f  Fn  F1  F2 где Fxx - усилие холостого хода перемещения тележки 16 при усилии прижатия ее к опорной плите 1, равном Fn  F1  F2 . Усилие холостого хода определяется при тарировке прибора. При определении коэффициентов внутреннего и внешнего трения проводилось по n = 6 замеров. Использовался гранулированный полиэтилен, крупность частиц которого составляла 1.5…3,5 мм и стальной образец из стали 0Х18Н10Т, шероховатость поверхности которого соответствовало шероховатости поверхности шнека экструдера Ra  0,32 . Усилие Fn принималось таким, чтобы нормальное давление в плоскости сдвига соответствовало среднему осевому давлению материала в зоне загрузки экструдера – 5,0 МПа. При статистической обработке результатов использовалась стандартная методика [7], по которой рассчитывались: среднеарифметические значения коэффициентов -

f   fi / n ; среднеквадратичные отклонения - S 

f

 f  / n  1 случайные по2

i

грешности - t0,95 n  1  S / n , где t0,95 n  1 - критерий Стьюдента при доверительной вероятности 0,95 и числе степеней свободы 5. Результаты определения коэффициентов внутреннего и внешнего трения гранулированного полиэтилена: - коэффициент внутреннего трения - f1  0,67  0,02 ; - коэффициент внешнего трения - f 2  0,31  0,02 . 3. Заключение Выполненные исследования позволили повысить точность определения коэффициентов внутреннего и внешнего трения гранул полиэтилена, как объекта переработки экструзией, за счет учета сил трения пуансона и материала о стенки матрицы. Список литературы: 1. Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением. М.: Химия, 1974. – 271 с., ил. 2. Техника переработки пластмасс/Под ред. Н.И. Басова и В. Броя. - Слвместное издание СССР и ГДР (Издательство «Дейтчер Ферлаг Фюр Грундштоффиндустри», г. Лейпциг). М.: Химия, 1985. – 528 с., ил. 3. Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. М.: Химия, 1982. – 255 с., ил. 4. Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М.: Недра, 1975. – 304 с., ил. 5. Карнаушенко Л.И. Исследование и разработка методик для определения механических свойств сыпучих материалов.: Автореф. Дис. Канд. Техн. наук. – Кривой Рог, 1970. – 23 с., ил. 6. А.С. СССР №846637. Остапенко М.А., Рассказов Н.И., Федоренко А.Д. Прибор для исследования сопротивления сдвигу грунтов и сыпучих материалов. Б.И. №18, 1981. 7. РДМУ 106-77. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. М.: Издательство стандартов, 1978. – 64 с.

14


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ИЗГОТОВЛЕНИЕ СПОРТИВНОГО ЛУКА СВОИМИ РУКАМИ Антонов А.Ю. (каф. МОЗЧМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) В начале первого учебного года можно было выбрать, каким видом спорта заниматься на физкультуре. Ассортимент был большой: плаванье, бокс, карате, скалолазание, но мой выбор пал на стрельбу из лука. Почему туда? Да сам не знаю… экзотично, из пневматики любил пострелять, да и друг посоветовал. Там действительно оказалось весьма неплохо. Тренер выдала спортивный лук, начали учиться стрелять. Помимо обязательных занятий я начал посещать и тренировки. Со временем появилась необходимость в своём луке, чтобы тренироваться в выходные дни и на каникулах. Стал изучать прайс на луки в интернете, и оказалась эта игрушка не из дешевых: самый плохой с рукоятью из дерева стоит около 100-150$, что оптимизма не внушало, откуда у студента такие деньги. И родилась мысль сделать лук самому, вроде кое-какой опыт работы руками есть, да и инструмент имеется. Но не всё оказалось так просто, как казалось. Лук устройство довольно сложное и требует высокой точности подгонки деталей. Без спецоборудования выдержать точность трудно, а некоторые элементы так и вообще сделать невозможно. Собственно те, кто считает лук палкой с натянутой между её концами резинкой, весьма далеки от истины. Плечи лука выполнены из композитного материала стеклопластик – дерево - клин -дерево –стеклопластик (рис. 1) Клин рассчитывается от 15-20% длины плеча, угол сужения клина меняется в зависимости от нагрузки и т.д. Деревянные вставки на плечи имеют толщину 1,5-2 мм и сужаются от основания к концу, режутся на циркулярной или ленточной пиле, после чего шлифуются на ленточно-шлифовальном станке, которого, как и циркулярки, у меня не было. Но главное - желание, а остальное можно достичь. Циркулярку (рис. 2)сделал из 230 болгарки и водопроводной трубы на 1/2II, бракованной, в связи с чем её наружный диаметр был ровно 20 мм и на нее прекрасно, в натяг, напрессовывались 204-е подшипники. Далее с применением всё той же бракованной трубы был изготовлен ленточношлифовальный станок. Вообще можно было обойтись ленточно- шлифовальной машинкой, но покупать довольно дорого, да и не интересно так.

Рис. 1. Устройство плеча спортивного лука

Рис.2. Самодельная циркулярная пила, она же рабочий верстак

15


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Пока нарезанные планки сохнут (рис. 3) и шлифуются (не сами конечно), необходимо выполнить 4 накладки из стеклопластика (стеклоламинат) на плечи лука. Изготавливаются они так. Берётся доска толщиной 50мм, шлифуется так, чтобы на торцевой плоскости не было завалов, после чего по бокам крепятся планки (бортики). По краям вбивается три ряда гвоздей по шесть штук. Далее жёлоб, образованный доской и планками, покрывается полиэтиленом и начинается намотка стеклонити между гвоздями так, Рис.3. Укладка планок для сушки чтобы нить распределялась равномерно по плоскости. Затем стеклонить заливается эпоксидкой. После полного пропитывания стеклонити, жёлоб сверху также накрывается полиэтиленом, и задавливается второй доской такой же толщины. И дожимается струбцинами. После высыхания, стеклопластиковая лента достается из желоба и на ней обрезаются лишние края, выступившие по бокам от доски. Также необходимо изготовить форму для задания правильной геометрии плечам (рекурсивности) лука (рис.4). Я набирал её из 3 плит ДСП, после чего мне в мебельном цехе разрезали её ленточной пилой (высокая точность). После чего набирается и склеивается «пакет», планки перед нанесением эпоксидки выклады-ваются в обратной последователь-ности, эпоксидную смолу лучше использовать с пластификатором типа дег-1. Первым мажется 1 стеклопла-стиковая лента, после чего деревянная планка, за ней клин, и далее деревян-ная планка, стекло. Всё это закладывается в форму, и прессуется пневмопрессом, который я выполнил его из Рис.4. Форма для склеивания пакета куска пожарного шланга. Далее формиплеча руем рукоять, её можно сделать изогнутой (закруглить планки по большому радиусу), либо просто набрать с планок, главное чтобы она была многослойной. После чего доработать напильником, по желанию и уровню нетерпения. Единственным важным фактором является осадочные места под плечи, их плоскость должно быть строго перпендикулярна плоскости рукояти, а углы наклона плеч симметричны (рис.5).

Рис.5 Обработка заготовки рукояти лука, проверка углов наклона плеч

16


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Сформировав и склеив 2 плеча, можно их покрасить, это по желанию (я красил серебрянкой, а сверху лаком), а рукоять покрыть лаком. Когда всё высохло и приобрело стойкость к механическим повреждениям, можно собирать. Крепления я выполнял нестандартные (терпения не хватило), использовал по 2 болта М6 для креплеРис.6. Сушка элементов лука после покрытия ланий. В результате всех работ, ком издевательств и экспериментов, был постигнут весьма полезный инженерный опыт, а также построен весьма неплохой по меркам ручного изготовления лук, показавший для «гаражного» изготовления неплохую силу натяжения (20кг) и достаточно высокую точность. Результаты стрельб шестью стрелами с расстояния 30 метров профессиональным луком: 48 очков из 60 за серию. Самодельным луком результат был всё же ниже, но не критично: 42 очка из 60 за серию. Всем кто решится на изготовление такого или похожего лука, хочу пожелать удачи, а также предупредить, что эксперименты по созданию быстрорежущего или шлифовального инструмента могут быть опасны. Если не уверены в своих силах, прибегните к помощи столярных мастерских, в которых вполне вероятно найдётся всё, что вам нужно. P.S. Для тех, кто всё же осилит сей процесс. Любое оружие требует соблюдения техники безопасности и ухода. Не стоит относиться к древнему (устаревшему) оружию халатно. Как и с любым другим оружием это может иметь Рис. 7. Готовый лук в свободном и натянутом положе- весьма печальный резульнии тат. Ответственность за направление выстрела и попадание несёте только ВЫ.

17


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ПРОИЗВОДСТВО ШВЕЙНЫХ ИГЛ Безщекий П.Н. Феник Л.Н.(кафедра ТМ, ДонНТУ,г. Донецк, ДНР) Тел./Факс: +38 (0999) 175058; E-mail: Pasha.bezsheky@yandex.ru Аннотация. В статье рассматриваются вопросы, связанные с назначением и производством швейных игл, особенности технологии производства, основные требования к изделиям и материалам для их изготовления. Материалы работы могут использоваться при изучении технологии производства изделий данного класса. …… Ключевые слова: швейные иглы, редуцирование, изогнутые иглы, челнок. Введение Швейные иглы производятся на так называемом игольно-платинном производстве. Различают следующие виды игольной продукции: бытовые иглы, промышленные иглы, обувные иглы, ковровые и вязальные иглы. Кроме того, иглы делятся на швейные ручные (обыкновенные, штопальные, вышивальные, для слепых, скорняжные, шорные и пр.), машинные (с утолщением на одном конце, которое называют колбой). Ассортимент крупных предприятий может насчитывать несколько тысяч различных наименований игл различной толщины, формы острия и вида покрытия поверхности. Наибольший интерес для производителей представляют машинные иглы, которые являются важной частью швейных машин, используются для прокалывания материала, проведения через него нитки и образования петли-напуска, которую захватывает носик челнока или петлителя. Машинная игла имеет более сложную конструкцию по сравнению с обычной бытовой иглой. Она состоит из колбы, лезвия и острия. На лезвии такой иглы профрезерованы длинная и короткая канавки (желобки) и есть ушко, в которое заправляется нитка во время работы. Назначение изделия По форме различают прямолинейные и изогнутые иглы. Прямолинейные иглы используются в стачивающих машинах челночного и цепного стежков, в полуавтоматах, краеобметочных и других машинах, а изогнутые иглы применяются, в основном, в машинах потайного стежка. Качественные швейные иглы производятся из стальной нелегированной проволоки. Такая сталь, из которой состоит проволока, не имеет посторонних добавок (марганца, хрома и т. д.). Некоторые особенности изготовления изделий Для того чтобы быть уверенными в качестве готовой продукции, крупные производители в обязательном порядке проводят механические, микроскопические и химические исследования сырья. Прежде всего, прочность проволоки, которая используется для изготовления игл, должна соответствовать установленному стандарту. Если она будет слишком высокой, то в процессе редуцирования колбы, фрезеровки длинной бороздки или штамповке ушка, на поверхности иглы могут образоваться трещины. Компании, которые производят «бюджетную» продукцию осуществляют выборочный контроль лишь на промежуточном и последнем этапах производства, что не может гарантировать высокое качество готового изделия. На первый взгляд, процесс изготовления игл кажется предельно простым. Но на самом деле все операции с момента, когда моток проволоки разматывается, разрезается

18


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

и выравнивается, до этапа упаковки готовых игл и подготовки их к отправке, занимают около трех месяцев. Всего же производственный процесс состоит из свыше тридцати основных этапов, не считая постоянные проверки качества заготовок и готовой продукции. Причём, на каждом этапе может выполняться несколько технологических операций. Изготовление такой не сложной на первый взгляд продукции может состоять примерно из 80 операций. Сначала поставляемая с завода проволока разрезается при помощи выпрямляющей режущей машины на отрезки необходимой длины, предусмотренной по стандартам изготовления ручных или швейных игл. Затем каждый из отдельных отрезков закругляется с обеих сторон. На следующем этапе осуществляется редуцирование. В ходе этой операции часть отрезка проволоки вытягивается холодным способом и скашивается на конус. Именно на этой стадии определяется и задается длина корпуса, форма конуса и толщина (то есть диаметр) будущей иглы, в зависимости от ее назначения. Следующие процедуры – штамповка и перфорирование. Заготовки для игл отправляются на специальные автоматы, где при помощи матриц им придается форма ушка, закругления и наносятся короткие бороздки на корпусе. Современное оборудование позволяет совмещать штамповку с перфорированием. Раньше же все эти операции осуществлялись раздельно. На этом этапе создается «короткая» бороздка, а на следующем, который называется фрезеровкой, – «длинная». Длинная бороздка должна быть той же глубины и ширины, что и толщина нити, которая используется для работы. При штамповке иглы на оборудовании с обеих сторон ушка остаются заусенцы, которые необходимо обрезать и отшлифовать. На этапе предварительной обработки острия кончику иглы придается необходимая форма – ножеобразная или острая. Затем осуществляется закаливание и отпуск. Для закаливания игл используются так называемые прямоточные закалочные печи с контрольными аппаратами, которые обеспечивают особо точную обработку. Дополнительный отпуск придает иглам необходимую гибкость и прочность. После этого острие иглы обрабатывается еще раз. На этом этапе путем заточки ему придается окончательная форма. Одними из самых сложных и важных этапов производства являются изготовление ушка иглы и химическая зачистка. Если для производства игл используется более дешевая низколегированная сталь, то готовая игла может заржаветь со временем. Поэтому часто игольное ушко дополнительно покрывается напылением благородных металлов (позолота, серебро и пр.). Химическая зачистка представляет собой полировку тех поверхностей, которые напрямую соприкасаются с нитью (бороздка, ушко) и с тканью. Долгое время на производствах каждая игла полировалась вручную. Конечно, этот процесс был слишком долгим, трудоемким и, следовательно, дорогостоящим. В настоящее время используется так называемая химическая полировка, в результате которой все заусенцы аккуратно удаляются, а поверхность иглы тщательно полируется. Для этого иглы окунаются в ванны со специальным раствором, которые до и после этой процедуры проходят специальную обработку (очистку). Современные системы зачистки позволяют обрабатывать около 100 тысяч игл в час, благодаря чему удалось оптимизировать этот этап, снизить себестоимость готового изделия и улучшить его качество. Последние две операции представляют собой хромирование и полировку. В первом случае поверхность иглы покрывается твердым хромовым слоем, а во втором – осуществляется обработка всей поверхности иглы для удаления пылинок, мусора и воды. На каждом этапе производстве заготовки и конечный продукт постоянно проходят проверки и контроль. Детали, которые не соответствуют требованиям и параметрам

19


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

(длина корпуса, толщина и диаметр колбы, форма и расположение ушка), выбраковываются и отправляются на переработку. Готовые иглы упаковываются в коробочки или в упаковку на блистере с соответствующей маркировкой. Номер, который присутствует в названии продукции, обозначает толщину готовой иглы в сотых долях миллиметра или долях дюйма. Соответственно, чем больше значение этой цифры (диаметр), тем толще будет сама игла. Некоторые производители указывают на упаковке своей продукции сразу два значения – это диаметр иглы в двух единицах измерения сразу (дюймы и миллиметры). Самой ходовой номерной системой считается маркировка Орган-Зингер. Иногда кроме привычных номеров в маркировке швейных игл используются и буквенные обозначения, которые определяют область применения каждой отдельной иглы (виды ткани, для работы с которыми она предназначена). Так, например, есть универсальные иглы различного размера со слегка закругленным острием. Они используются для работы с простыми тканями различной плотности. Существуют иглы для особо плотных тканей, которые затачиваются острее обычных, что позволяет использовать их для шитья толстых текстильных материалов. Иглы, предназначенные для шитья эластичных тканей (трикотаж, синтетика), имеют специальную кромку, которая позволяет исключить или хотя бы снизить риск пропуска стежков при растяжении материала. Иглы-микротекс отличаются от обычных тем, что они более тонкие и острые. Они применяются для точного прокалывания тонкого и плотнотканого микроволокнистого текстиля (тафта, шелк, синтетика). Иглы для вышивания имеют более узкое ушко и слегка закругленное (затупленное) острие, а также специальную выемку, которая позволяет предотвратить повреждения материала или ниток в процессе работы. Они используются для работы со специальными вышивальными нитками (мулине). Иглы для кожи имеют специальный режущий край. При этом разрез производится под углом 45 градусов к направлению шва, в результате чего получается декоративный шов со стежками с определенным наклоном. Иглы с округлым острием не проходит через волокна насквозь, а аккуратно раздвигает нити ткани без повреждения самого материала. Они подходят для работы с плотным трикотажем, вязаными материалами, джерси. Наконец, существуют иглы для квилтинга со специальным скосом, уменьшенным ушком и округлым острием. Они позволяют не пропустить стежков и избежать появления некрасивых следов прокола на ткани. Конечно, эта классификация и маркировка не является единым общепринятым стандартом. Ими пользуются многие производители, но крупные компании, которые имеют собственные разработки в этой сфере, могут вводить собственные классификации, которые отличаются от самых распространенных. Кроме обычных игл из стали, выпускаются так называемые тефлоновые иглы, которые обрабатываются различными соединениями титана. Такие иглы применяются, в основном, для работы с тканями, которые прошли специальную обработку (пропитку, окраску и пр.). При обработке таких тканей выделяется большое количество тепла за счёт повышенного трения иглы об обрабатываемую ткань. В зависимости от конкретного вида обработки таких игл готовое изделие приобретает высокий коэффициент сопротивления оплавлению синтетических волокон на поверхности иглы, сопротивление износу, низкий коэффициент трения. Вследствие этого срок службы такой иглы увеличивается, а температура ее нагрева во время работы и обрыв нити снижаются. Тефлоновый слой обладает повышенной стойкостью. Он начинает разрушаться лишь при температуре около 400 градусов Цельсия.

20


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В нашей стране ассортимент швейных игр достаточно ограничен. Как правило, российские предприятия выпускают швейные иглы от № 1 до № 12 различной длины и диаметра. Так, самая маленькая игла достигает в длину 35 мм и имеет диаметр 0,6 мм, а самая большая игла составляет в длину 80 мм и 1,8 мм в диаметре. Для работы на производстве игольно-платинных изделий потребуются следующие специалисты: автоматчики, вальцовщики игл, галтовщики игольно-платинных барабанов, запрессовщики игл, заточники игольно-платинных изделий, контролеры, наборщики, калибровщики, наладчики оборудования, полировщики, редуцировщики игл, рихтовщики и сортировщики игольно-платинных изделий. Найти хороших работников будет совсем непросто, особенно если ваше производство открывается в отдалённых регионах, поэтому приготовьтесь к тому, что большую часть сотрудников придется обучать самостоятельно в процессе работы. Для производства игольно-платинных изделий применяются автоматические линии и автоматы с программным управлением. Кроме ручных и машинных игл на таких предприятиях выпускаются также рыболовные крючки, вязальные спицы, вязальные крючки, булавки, наперстки, кнопки, одежные крючки, компоненты и принадлежности для текстильных прядильных, крутильных, мотальных и перемоточных машин, технические иглы для текстильных ткацких станков и другие изделия. Точную сумму финансовых затрат при организации нового производства назвать сложно, так как она во многом зависит от объемов будущего производства, его расположения, численности сотрудников, используемого оборудования, затрат на обучение персонала. Срок окупаемости зависит от качества продукции, наличия рынка сбыта, маркетинговых кампаний и других факторов и ориентировочно составляет от 1,5 лет. Главная проблема, с которой столкнется производитель бытовых и промышленных швейных игл, - необходимость конкурировать с крупнейшими производителями, многие из которых имеют долгую историю и отличную репутацию. Качественные швейные иглы производятся и импортируются в нашу страну из стран Европы (Германия, Великобритания, Франция), Японии, Китая. Большинство отечественных компаний предпочитают не производить иглы самостоятельно, а размещать заказы на их изготовление на китайских заводах. Они просто расфасовывают готовую продукцию в собственную упаковку и реализуют ее под своей торговой маркой. Заключение Игольные заводы продают свою продукцию оптовым компаниям и напрямую магазинам швейной фурнитуры, оптовым компаниям и магазинам, которые торгуют рыболовными принадлежностями, фабрикам-производителям трикотажных и чулочноносочных изделий, фабрикам-производителям нетканых материалов и пряжи. Изготовление качественных швейных игл с минимальными затратами и в условиях конкуренции требует применения современного оборудования, прогрессивных технологий квалифицированного персонала. Список литературы: 1.(с) www.openbusiness.ru 2. http://glavmex.ru/forum/viewtopic.php?f=23&t=9513 3.http://referat911.ru/Tehnologiya/analiz-razvitiya-tehnologicheskogo-processaproizvodstva/188908-2316253-place2.html

21


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9: 658.5 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ ПО КРИТЕРИЯМ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И СЕБЕСТОИМОСТИ Жовтяник А.В., Ивченко Т.Г.,(кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. С использованием методов линейного и геометрического программирования осуществлена оптимизация режимов резания при черновом и чистовом фрезеровании по критериям максимальной производительности и минимальной себестоимости. Определены аналитические зависимости оптимальных режимов резания от параметров фрезерования. Выполнен сравнительный анализ оптимальных режимов резания, рассчитанных по различным критериям. Ключевые слова: оптимизация, себестоимость, производительность, ограничения. Оптимизация режимов резания при различных видах обработки, в том числе при торцевом фрезеровании, которое является наиболее распространенным при обработке плоских поверхностей деталей машин, весьма актуальна для повышения эффективности современного машиностроительного производства. В настоящее время для оптимизации режимов резания широко используются методы линейного и нелинейного программирования [1, 2], позволяющие осуществлять одновременную оптимизацию скорости резания и подачи с учетом действующих ограничений по критериям максимальной производительности и минимальной себестоимости. Задача оптимизации режимов резания при торцевом фрезеровании по критерию максимальной производительности решена с использованием метода линейного программирования [3]. Представляет интерес решение задачи обеспечения минимальной себестоимости обработки с учетом действующих ограничений при черновом и чистовом торцевом фрезеровании. Сравнительный анализ оптимальных режимов резания, определенных по критерию максимальной производительности методом линейного программирования (МЛП) и по критерию минимальной себестоимости методом геометрического программирования (МГП), свидетельствует о существенном различии оптимальных по разным критериям режимов резания [4]. Представляет интерес дальнейшее развитие указанной методики сравнительного анализа для различных видов механической обработки, в том числе для фрезерования плоских поверхностей деталей машин. Цель работы – определение и сравнительный анализ оптимальных по критериям минимальной себестоимости и максимальной производительности режимов резания при торцевом фрезеровании. Для решения задачи обеспечения минимальной себестоимости при торцевом фрезеровании в качестве критерия оптимальности принимается переменная часть себестоимости, зависящая от режимов резания: Ñ o  At o  At ñt o / T  Au t o T ,

(1)

где А - себестоимость станкоминуты; Аи – стоимость одного периода стойкости инструмента T; to- основное время обработки; tc - время смены инструмента.

22


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Для определения целевой функции используется известная взаимосвязь стойкости T с параметрами фрезерования [6]:

T  CV KV D q v Vt x v S zy v B u v z p v

1 m ,

(2)

где CV – коэффициент, m, xv, yv, qv, uv, рv– показатели, характеризующие степень влияния стойкости T, глубины t, подачи S, диаметра D, ширины фрезерования В и числа зубьев z на скорость резания V. Основные ограничения при торцевом фрезеровании, рассматриваемые в представленной работе: ограничения по прочности режущей пластины (для чернового фрезерования), по шероховатости обработанной поверхности (для чистового фрезерования) [6]: y

CP K P S z p t

x p  0.77

 34ñ1.35 K 0,8 , Rao  C R S y r ,

(3)

где CР, KР – коэффициенты, xр, yр, - показатели, характеризующие степень влияния глубины t и подачи S, на силу резания Рz; с – толщина пластины; Кφ=(sin60o/sinφ)0,8 - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане φ; на силу резания Рz; СR - коэффициент, yr – показатель, характеризующий степень влияния подачи S на шероховатость обработанной поверхности Rа; Rао – допустимый уровень шероховатости. При решении задачи двухпараметрической оптимизации, то есть определения оптимальных значений скорости резания V и подачи S с заданной глубиной резания t в условиях однопроходной обработки, целевая функция имеет следующий вид [3]: C  V 1S 1  MV kV S k S ,

(4)

1 m

где M  t c  Au A t xv B uv z pv CV KV D qv ; kV = 1/m -1; kS = yV/m -1. Ограничения по прочности и шероховатости представляются в виде: Ci S y i  1 ,

(5)

где Сi, yi - коэффициенты и параметры, которые для ограничений по прочности пластины С1 и шероховатости обработанной поверхности С2 принимаются следующими: xp

34K ñ1.35t 0.77 ; y1 = yр; C2  CR Ra ; y2 = yr; Оптимальные подача Sо и скорость резания Vо определяются из системы линейных уравнений: V W W01  V 1 S 1 ; (6)  V W W02  MV kV S k S . C1  C P K P t

W

где V W   1 W01  W01 M W02  W02 Ci 11 – специальная функция; W01, W01, W11 - коэффициенты весомостей: W01 = 1 - m, W02 = m, W11 = (1 - yv)/yi.

23


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В результате решения системы линейных уравнений (6) с учетом ряда преобразований установлены оптимальные по себестоимости подачи Sоi и скорости резания Vоi: y S oi  C i 1 y i ; Voi  m 1  m M m S oii .

(7)

В окончательном виде оптимальные подачи для чернового Sо1 и чистового Sо2 фрезерования, а также скорости резания Vо1,2 в зависимости от параметров процесса: 1

 34c1,35 K  y p   ; S o 2   Ra Sî 1   C  C K t x p  0,77   R  P P 

1  yr

 

A   q  t c  u CV K V D v A  m   . (8)   xv t S oy1v,2 B uv z pv 1 m  m

; Vo1,2

Для решения задачи обеспечения максимальной производительности при торцевом фрезеровании в качестве критерия оптимальности принимается производительность, максимум которой достигается при минимуме основного времени, или максимуме произведения nS max. (n - частота вращения). Математическая модель процесса резания при черновом фрезеровании (ограничения: по режущим возможностям инструмента, по прочности пластины, кинематические):

b1  ln(103 CV KV D q v 1 T mv t x v B u v z p v ) ;

 X 1  yV X 2  b1; y X 2  b ; 2  P  X 1  b3 ; X 1  b4 ; X 2  b ; X 2  b ; 5 6   X 1  X 2  max,

q

b2  ln 34ñ1.35 K 0,8 D p C P K P B  b3 = ln nmin; b4 = ln nmax; b5 = ln smin; b6 = ln smax; X1 = ln n; X2 = ln s,

u p x p  0.77

t

z  ; (9) 

Математическая модель процесса резания при чистовом фрезеровании (ограничения - по режущим возможностям инструмента, по шероховатости поверхности, кинематические):

 zV X 1  yV X 2  b1 ;  y X1  b ; 2  r  X 2  b3 ; X 2  b4 ;  X1  b ; X1  b ; 5 6   X 1  X 2  max,

b1  ln(103 CV KV D q v 1 T mv t xv B u v z p v ) ; b2  lnRà C R  ; (10) b3 = ln nmin; b4 = ln nmax; b5 = ln smin; b6 = ln smax; X1 = ln n; X2 = ln s,

В результате решения систем линейных неравенств (9 и 10) установлены оптимальные по производительности подачи Sоi и скорости резания Vоi: 1 yp

 34c1,35 K    Sî 1    C K t x p  0,77    P P 

R ; S o 2   a  CR

1 yr

  

24

CV KV D q v ; V Poi  . y t x v S oiv B u v z p v

(11)


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Сравнительный анализ зависимостей оптимальных подач и скоростей резания от условий обработки, определяемых по различным критериям – максимальной производительности и минимальной себестоимости свидетельствует о том, что оптимальная подача не зависит от выбора критерия оптимальности и определяется соответствующими ограничениями. Оптимальная скорость резания по критерию максимальной производительности превышает скорость резания, оптимальную по критерию минимальной себестоимости; коэффициент превышения:

k  1  m t c  Au A mT m .

(12)

Пример определения оптимальных режимов резания приведен для чернового и чистового торцевого фрезерования стали 45. Условия обработки: торцовые фрезы Т15К6 (главный угол в плане φ = 67, вспомогательный угол в плане φ1 = 5, радиус при вершине r = 1мм; толщина пластины с = 4,76мм); диаметр фрезы D = 125мм, ширина фрезерования В = 100мм; глубина резания при черновом фрезеровании t1 = 4мм; при чистовом - t2 = 1мм; шероховатость поверхности Ra = 1,25мкм. Для заданных условий обработки оптимальные режимы резания при черновом и чистовом фрезеровании определяются: для черновой обработки: Sо1 = 0,15мм/зуб; Vо1 = 182м/мин (по критерию себестоимости); VРо1 = 200м/мин (по критерию производительности); для чистовой обработки: Sо2 = 0,06мм/зуб; Vо2 = 300м/мин (по критерию себестоимости); VРо2 = 330м/мин (по критерию производительности). Из графика, представленного на рис. 1, следует, что минимальная себестоимость имеет место при оптимальных режимах резания. Для чистовой Рис. 1. Графики зависимости обработки себестоимость выше, чем черновой. себестоимости обработки от Таким образом, разработана методика опрескорости резания в условиях деления оптимальных режимов резания при торцечерновой обработки - 1, вом фрезеровании и выполнен сравнительный аначистовой – 2 (Ra = 1,25мкм) лиз оптимальных по критериям минимальной себестоимости и максимальной производительности режимов резания. Список литературы: 1. Оптимизация и управление процессом резания: / О.С. Кроль, Г.Л. Хмеловский. – К.: УМК ВО, 1991. – 140с. 2. Ивченко Т.Г. Использование метода геометрического программирования для расчета оптимальных режимов резания при точении / Т.Г. Івченко // Научный вестник ДГМА. – Краматорск: ДГМА, 2011. – №1 (5 Е). – С. 47–52. 3. Івченко Т.Г. Підвищення продуктивності торцевого фрезерування за рахунок оптимізації режимів різання / Т.Г. Івченко // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2012. Вып. 43 . – С.148-155. 4. Івченко Т.Г., Полякова Є.В. Двохкритеріальна оптимізація режимів різання під час обробки чавунів інструментами з надтвердих матеріалів // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2011. Вып. 41. – С.152-158.

25


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.794 ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНООРИЕНТИРОВАННЫХ СВОЙСТВ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД Ивченко Т.Г., Михайлов Д.А, Михайлов А.Н., Толстых С.В. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел./Факс: +38 (095) 0739343; E-mail: arasamogon@mail.ru Аннотация. В данной статье разработан общий подход в обеспечении функционально-ориентированных свойств лопаток компрессора ГТД. Предложено функционально-ориентированные свойства лопаток выполнять на базе специальных покрытий, свойства которых реализуются на базе принципа единовременного полного их износа в заданный период эксплуатации лопатки. В работе разработана модель взаимосвязей между элементами системы «эксплуатация-технологические воздействиясвойства» при реализации принципа единовременного полного износа покрытия. А также приведены структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановления лопаток компрессора. Для реализации функциональноориентированных покрытий представлены основные этапы и операции отделочной обработки или восстановления лопатки компрессора. Ключевые слова: лопатка компрессора, технологический процесс, структурные варианты, принцип единовременного полного износа покрытия. 1. Введение Проведенные исследования позволили установить, что в процессе эксплуатации лопаток компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) ее функциональные элементы изнашиваются неравномерно в результате действия эрозионно-коррозионных воздействий. При этом неравномерность износа покрытия по поверхности функциональных элементов пера лопатки может достигать до 2-х раз. Для повышения ресурса лопаток компрессора ГТД применяют множество различных методов отделочно-упрочняющей обработки [1 … 3]. Наиболее перспективным методом является применение нитридтитановых вакуумных ионно-плазменных покрытий пера лопатки [2, 3]. На рис. 1 представлен элемент лопатки компрессора с ионно-плазменным покрытием. Здесь показано: 1 – тело пера лопатки, 2 – ионно-плазменное покрытие. Толщина покрытия лопаток компрессора составляет 5 … 6 мкм. При этом выполненные исследования позволили установить, что применяемое нитрид-титановое покрытие в процессе эксплуатаРис. 1. Элемент ции лопаток имеет неравномерный износ. Причем наиболее лопатки компрессо- изнашивается функциональный элемент пера лопатки нахора с ионноплазменным покры- дящийся в зоне входной кромки пера. А также поверхность корыта пера лопатки также имеет неравномерность износа, тием которая зависит от действующих функций. Кроме того, зона возле периферийной кромки также имеет неравномерность износа поверхности корыта пера лопатки. Таким образом, выполненные исследования позволили установить, что износ функциональных элементов пера лопатки компрессора имеет большую неравномерность, которая зависит от действующих эксплуатационных функций, которые опреде-

26


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ляются особенностями эксплуатации ГТД. Целью данной работы является повышение ресурса и ремонтопригодности лопаток компрессора ГТД при их изготовлении и/или восстановлении, а также увеличение числа восстановлений в период их общего срока службы, за счет применения функционально-ориентированных покрытий, формируемых на пере лопатки на базе принципа единовременного полного износа покрытия и реализуемых посредством специального технологического обеспечения, структурируемого посредством закономерностей, действующих между операциями технологического процесса. Для достижения поставленной цели в данной работе планируется решить следующие задачи: рассмотреть вопросы повышения ресурса лопаток компрессора, разработать методы повышения ресурса лопаток компрессора на основе применения функционально-ориентированных покрытий с использованием принципа единовременного полного износа покрытия (ЕПИП), разработать структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановления лопаток компрессора с использованием функционально-ориентированных покрытий (ФОП). Данная работа направлена на решение этих задач. 2. Особенности повышения ресурса лопаток компрессора В данной работе предложено для повышения ресурса лопаток компрессора, имеющих неравномерный эрозионно-коррозионный износ функциональных элементов пера, использовать функционально-ориентированные ионно-плазменные покрытия [4]. В этом случае, процесс формирования структуры и особенностей ФОП планируется производить на базе принципа ЕПИП в заданный период эксплуатации лопатки компрессора. Здесь установлено, что использование принципа ЕПИП необходимо выполнять как в период изготовления и эксплуатации новых лопаток, так и в период восстановления и эксплуатации изношенных лопаток. На рис. 2 представлена гипотетическая модель, поясняющая процесс единовременного полного износа покрытия лопатки компрессора. В моделе, на входе V в систему лопатки имеют функциональноориентированное покрытие (П=ФОП), на выходе W - покрытия нет (П=ϕ). В этом случае, ФОП в процессе эрозионнокоррозионного износа единовременно полностью изнашивается за период Т на базе Рис. 2. Гипотетическая модель принципа ЕПИП. Процесс износа реализупроцесса единовременного полного ется вследствие действия эксплуатационизноса покрытия лопатки ных воздействий, которые можно моделировать потоками материи MW, энергии EW и информации IW. Можно отметить, что процесс ЕПИП реализуется вследствие того, что покрытие имеет функционально-ориентированные свойства, которые обеспечиваются покрытию в функциональной зависимости от действия эксплуатационных функций. Поэтому при истечении периода Т, покрытие единовременно полностью изнашивается. При этом при восстановлении работоспособности лопатки не нужно удалять оставшееся покрытия, так как оно полностью самоудаляется. Это способствует повышению ресурса, ре-

27


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

монтопригодности и сохраняемости лопатки из-за действия износа. Повышение ресурса лопатки обеспечивается за счет того, что при применении ФОП ресурс лопатки определяется длительность износа покрытия в зоне минимального износа покрытия по поверхности пера лопатки, а при традиционных покрытиях ресурс лопатки зависит от длительности износа покрытия в зоне максимального износа покрытия по поверхности пера лопатки (входная кромка). ФОП имеют переменные физико-механические свойства (ФМС) или переменную толщину по поверхности покрытия, параметры которого находятся в зависимости от действующих эксплуатационных функций. Это обеспечивает повышение ресурса лопаток компрессора как минимум в два раза. Применение ФОП позволяет исключить местный износ тела пера лопатки, возникающий из-за неравномерного износа покрытия, и тем самым повысить сохраняемость тела пера лопатки по износу. При применении традиционных покрытий обычно происходит резкий износ покрытия и тела пера лопатки по входной кромке и по поверхности корыта. При применении ФОП обеспечивается возможность кардинального решения вопросов увеличения количества восстановлений лопатки компрессора и значительного повышения их срока службы. ФОП позволяет решать вопросы увеличения числа восстановлений свойств лопаток до 2 … 4 раз. Таким образом, ФОП напыляемые на лопатки компрессора на базе принципа ЕПИП существенно повышают технико-экономические параметры их эксплуатации за счет повышения ресурса их работы и увеличения числа возможных восстановлений. Можно также отметить, что использование принципа ЕПИП в процессе изготовления, восстановления и эксплуатации лопаток компрессора в заданный период Т позволяет решать вопрос единовременного полного износа покрытия и в процессе восстановления лопатки не нужно выполнять дополнительное удаление оставшегося покрытия. Это обеспечивает решение вопросов повышения производительности и качества восстановления лопаток компрессора. На рис. 3 представлена модель взаимосвязей между элементами системы «эксплуатацияРис. 3. Модель взаимосвязей между элементами системы «экс- технологические воздействия-свойства» при реаплуатация-технологические воз- лизации принципа ЕПИП. Здесь показаны три содействия-свойства» при реализа- ставляющие процесса: ции принципа ЕПИП 1 – эксплуатация лопаток, при которой происходит неравномерный износ покрытия; 2 – технологические воздействия при напылении ФОП; 3 – функционально-ориентированные свойства. Эти процессы взаимосвязаны между собой потоками материи, энергии и информации, которые представлены связями . структурные составляющие модели рис. 3 связаны между собой на базе принципа ЕПИП, показанного позицией 4. Разработанная модель показывает, что реализация принципа ЕПИП при изготовлении или восстановления лопаток компрессора возможно на базе связей в системе «эксплуатациятехнологические воздействия-свойства».

28


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

3. Структура технологических процессов На рис. 4 представлена структурная схема выполнения принципа единовременного полного износа функциональноориентированного покрытия при изготовлении или восстановлении лопаток и их эксплуатации. Здесь показано: на рис. 4,а – процесс изготовления лопаток, на рис. 4,б – процесс восстановления лопаток. А также буквами показано следующее: V – входной поток, W – выходной поток, П = ϕ – обозначает, что покрытия нет (пустое множество). На рис. 4,а показан этап изготовления лопаток с обеспечением функционально-ориентированных (ФО) свойств Рис. 4. Структурная схема выполне- покрытию лопаток компрессора и эксния принципа единовременного полно- плуатации лопаток с полным износом пого износа функционально- крытия (П = ϕ). При этом процесс форориентированного покрытия при изго- мирования покрытия реализуется на базе товлении или восстановлении лопаток и принципа ЕПИП поэтому в процессе эксих эксплуатации: а – процесс изготов- плуатации таких лопаток с покрытием происходит за период износа Т процесс единовременного полного износа ФОП. Такие же особенности реализуются в процессе восстановления и эксплуатации лопаток, основные характеристики которого приведены на рис. 4, б. В случае, когда реализуется полный технологический процесс изготовления, восстановления и эксплуатации лопаток компрессора структура процесса может быть выполнена в соответствии со схемой, представленной на рис. 5.

Рис. 5. Полная структурная схема процессов изготовления – эксплуатации и восстановления – эксплуатации лопатки на базе принципа ЕПИП На рис. 5 представлена полная структурная схема процессов изготовления – эксплуатации и восстановления – эксплуатации лопатки на базе принципа ЕПИП. Здесь показаны: 1, 2, …, n - этапы изготовления и эксплуатации лопаток; V – вход лопатки в

29


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

процесс; W – выход лопатки из процесса; ФО – функционально-ориентированные (свойства). На 1-м этапе выполняется процесс изготовления и эксплуатации лопаток, затем на 2-м и последующих этапах - восстановление и эксплуатация лопаток. На каждом из этапов реализуется ФОП и принцип ЕПИП. При этом после завершения каждого из этапов ФОП должно единовременно полностью изнашиваться (П = ϕ). На рис. 6 представлены структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановления лопаток компрессора: на рис. 6,а – традиционный вариант, на рис. 6,б – вариант, использующий на этапе восстановления лопаток ФОП, на рис. 6,в – вариант, использующий ФОП на всех этапах изготовления и восстановления лопаток.

Рис. 6. Структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановления лопаток компрессора: а – традиционный вариант, б – вариант, использующий на этапе восстановления лопаток ФОП, в – вариант, использующий ФОП на всех этапах изготовления и восстановления лопаток. РП – равнотолщинное покрытие, НИП – неравномерный износ покрытия, Пр – проблема, ОП – опорное полирование, ОСП – оставшееся покрытие, П ≠ϕ – имеется остаточное покрытие, П = ϕ – покрытие отсутствует, - знак бинарного соответствия. Первый структурный вариант технологического процесса изготовления и восстановления лопаток компрессора (рис. 6,а) – это традиционный вариант. Здесь, на позиции 1 технологического процесса для пера лопатки реализуется равнотолщинное покрытие (РП), на позиции 2 из-за особенностей эксплуатации лопатки происходит неравномерный износ покрытия (НИП), при этом происходит противоречие – проблема (Пр) между нанесенным РП и НИП, так как на входе покрытие равнотолщинное, а процесс износа происходит неравномерный, при этом на функциональных элементах пера лопатки остается неравномерное покрытие (ОСП) П ≠ ϕ. Поэтому на операции 4 должно выполняться опорное полирование (ОП) [5] оставшегося покрытия, которое имеет

30


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

полный износ в зонах входной, выходной и периферийной кромках и на поверхности корыта пера лопатки. После операции полного удаления оставшегося покрытия на операции 4, покрытие с функциональных элементов полностью удаляется П = ϕ. На этапе восстановления – эксплуатации повторяются те же проблемы, поэтому после эксплуатации лопаток необходимо каждый раз удалять оставшееся покрытие. При этом обычно наносимые покрытия имеют высокие параметры физико-механических свойств и их очень сложно удалять с поверхности пера лопатки. Наиболее перспективно этот процесс выполнять на базе опорного полирования (ОП) [5]. Во втором структурном варианте технологического процесса, представленного на рис. 6,б, позиции операций 1, 2 и 3 аналогичны позициям рис. 6,а. На операции 4 выполняется процесс восстановления пера лопатки с нанесением функциональноориентированного покрытия (ФОП), свойства которого выполнены в соответствии с особенностями действия эксплуатационных функций и происходящим износом покрытия на позиции 4. В этом случае происходит единовременный полный износ покрытия за временной период Т на базе принципа ЕПИП. При этом существует бинарное соответствие между свойствами ФОП и ЕПИП, поэтому по истечению периода Т происходит единовременный полный износ покрытия. При последующих процессах восстановления лопаток подобные процессы могут неоднократно повторяться. Представленная структура технологического процесса (рис. 6,б) является более рациональной по сравнению с предыдущей структурой за счет возможности увеличенного количества восстановлений лопаток компрессора. Структурная схема технологического процесса, представленная на рис. 6,в, является более перспективной по сравнению с предыдущими структурами, так как с самого начала реализуется ФОП и ЕПИП. Это позволяет увеличить количество восстановлений лопаток компрессора и в целом повысить их ресурс при эксплуатации. На рис. 7 представлены основные этапы и операции отделочной обработки или восстановления лопатки компрессора. Здесь показано, что технологический процесс отделочной обработки или восстановления пера лопатки следует выполнять в три этапа: 1-й этап – обработка пера лопатки до напыления покрытий; 2-й этап – процесс напыления покрытий на функциональные элементы (ФЭ) пера лопатки; 3-й этап – обработка функциональных элементов пера лопатки после напыления покрытий. Можно отметить, что на 1-м этапе технологического процесса при обработке пера лопатки до напыления покрытий могут выполняться следующие подэтапы: - удаление оставшегося покрытия (химическое разрыхление и травление покрытий, опорное полирование оставшегося покрытия); - отделочная обработка функциональных элементов пера лопатки (предварительное и окончательное полирование). На 2-м этапе технологического процесса выполняется напыление покрытий на функциональные элементы (ФЭ) пера лопатки. Здесь могут напыляться традиционные покрытия (равнотолщинное с постоянными свойствами по поверхности пера лопатки) или ФОП. Традиционные покрытия могут реализовываться однослойными или многослойными, а ФОП – многовариантные покрытия, число которых может быть достаточно большого количества - мощностью s.

31


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 7. Основные этапы и операции отделочной обработки или восстановления лопатки компрессора 3-й этап технологического процесса характеризуется тем, что он может выполняться без обработки и с обработкой. При этом дополнительная обработка может реализовываться посредством предварительного и окончательного глянцевания покрытия пера лопатки. 4. Выводы Выполненные исследования позволили разработать общий подход обработки и восстановления функциональных элементов пера лопатки на основе ФОП, обеспечивающих ЕПИП в период эксплуатации лопатки Т. Это позволяет повысить ресурс лопаток до их восстановления и увеличить количество восстановлений. Все это существенно повышает общий ресурс лопаток компрессора при эксплуатации ГТД. Таким образом, в данной работе выполнено следующее: 1. Рассмотрены вопросы повышения ресурса лопаток компрессора, при этом установлено, что наиболее перспективным является метод с применением ФОП, свойства которого реализуются на базе принципа ЕПИП. 2. Разработаны методы повышения ресурса лопаток компрессора на основе применения функционально-ориентированных покрытий с использованием принципа ЕПИП. 3. Представлены структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановления лопаток компрессора с использованием ФОП. Список литературы: 1. Демин Ф.И., Проничев Н.Д., Шитарев И.Л. Технология

32


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

изготовления основных деталей газотурбинных двигателей. Учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 2002. – 328 с. ISBN 5-217-03119-0. 2. Абраимов Н.В., Елисеев Ю.С. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001. – 622 с. ISBN 5-89594-066-8. 3. Богуслаев В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальская Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. Отделочно-упрочняющая обработка деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с. ISBN 966-7108-91-0. 4. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий. – Донецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с. ISBN 966-7907-24-4. 5. Михайлов А.Н., Михайлов Д.А., Недашковский А.П. Особенности полировки лопаток ГТД с эрозионнокоррозионными разрушениями вакуумных ионно-плазменных покрытий под напыление нового покрытия / Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2014. Вип. 1 (47). С. 207 - 212. ISSN 20733216.

33


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ Калайда К. А. (ФИММ, кафедра ТМ, гр. ИТМ-15маг, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел.: +380939811724, E-mail: morgundn.ua@mail.ru Аннотация. В данной статье был разработан алгоритм определения ресурса режущего инструмента в зависимости от термомеханического нагружения. Данный алгоритм позволяет прогнозировать ресурс режущего инструмента, что при должном анализе механической обработки позволяет найти пути увеличения производительности и стойкости режущего инструмента. Ключевые слова: режущий инструмент, износ, термомеханическое нагружение, стойкость, обработка резанием. Введение На сегодняшний день важной задачей машиностроения является повышение производительности, и стойкость инструмента непосредственно влияет на этот фактор. В процессе резания инструмент выходит из строя в результате затупления (конец периода стойкости), поломки (полное разрушение режущей кромки или выкрашивание частиц режущего материала), размягчения (потеря твердости у стали и приваривание — явления, почти не наблюдаемые у твердого сплава) и, наконец, в результате все увеличивающегося износа. Выбранные условия обработки влияют на стойкость режущего инструмента и термомеханическое нагружение, определяющее ресурс режущего инструмента. Целью работы является разработка алгоритма определения ресурса режущего инструмента в зависимости от термомеханического нагружения. Основное содержание и результаты работы На рисунке 1 изображен алгоритм влияния термомеханических нагружений на ресурс режущего инструмента. Ресурсом режущего инструмента называется наработка режущего инструмента (лезвия) от начала резания новым инструментом (лезвием) до достижения им предельного состояния. Сочетание таких параметров как режимы резания, геометрия режущего инструмента, обрабатываемый материал, материал режущего инструмента влияют на возникающие при резании термомеханические нагружения. Под этими нагружениями подразумевается совокупность факторов (температура, касательные и нормальные напряжения), возникающих в зоне резания, и непосредственно влияющих на ресурс режущего инструмента. Рассмотрим каждый фактор по отдельности и проанализируем его влияние на износ. Обрабатываемый материал. Анализ стоит начинать именно с обрабатываемого материала, так как данный фактор определяет выбор материала инструмента, что, в свою очередь, влияет на выбор режима резания. Физические процессы, протекающие при изнашивании инструмента, аналогичны трению и изнашиванию трущихся пар, но они происходят обычно при очень большом давлении, больших скоростях и высокой температуре. Трущиеся поверхности при этом беспрерывно обновляются. Интенсивное разрушение контактных поверхностей инструмента часто обусловлено наличием в обрабатываемом материале достаточно твердых составляющих (карбидов, оксидов, окалины, поверхностной корки). Они действуют как абразивы, царапая поверхности трения. Изнашивание тем больше, чем меньше твердость режущей части инструмента при резании и выше твердость составляющих обрабатываемого материала. [2]

34


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Исходные данные Режимы резания Геометрия режущего инструмента Обрабатывае мый материал

Термомеханическое нагружение

Ресурс Ресурс режущего инструмента

Касательные напряжения (τ)

Температура R= Q ∙ T

, где

(K ) Q

Нормальные напряжения (σ)

- сила резания; T

- стойкость инструмента

Q= V ∙ S ∙ t

, где

V - скорость Материал R → f (σ ,τ , K ) режущего резания; Рис. 1. Алгоритм определения ресурса режущего инструмента в зависимости от термомеханического нагружения инструмента S - подача; t

35

- глубина резания


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

При обработке резанием большинства конструкционных материалов при определенных условиях сопутствует явление, называемое наростообразованием. Образование нароста объясняется тем, что геометрическая форма инструмента не идеальна для обтекания ее металлом. При некоторых условиях обработки силы трения между передней поверхностью инструмента и частицами срезаемого слоя становятся больше сил внутреннего сцепления. Поэтому, при определенных температурах и давлениях, обусловленных параметрами режима резания, материал заготовки прочно удерживается силами адгезии на передней поверхности инструмента. [1] Режимы резания. Как было сказано выше, в зависимости от материала заготовки назначают режимы резания, которые, в свою очередь, сильно влияют ресурс инструмента. Можно задать высокие режимы и получить высокую производительность, но инструмент при этом затупится за короткий промежуток времени. Рассмотрим влияние этого фактора детальнее. Под режимами резания понимают – скорость, глубину и подачу. Глубина резания определяется в основном величиной припуска на обработку. Глубина резания оказывает большое влияние на силы резания. Подача и глубина резания определяют нагрузку на резец и температуру резания. С увеличением подачи и глубины резания интенсивнее износ резца, что ограничивает скорость резания. Скорость резания зависит от конкретных условий обработки, которые влияют на стойкость инструмента. Чем большую скорость резания допускает инструмент при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем более он производителен. Для достижения большей производительности резания выгоднее работать с большими сечениями среза за счет уменьшения скорости резания. [1] На рисунке 2 наглядно представлена зависимость стойкости режущего инструмента от режимов резания. Геометрия режущего инструмента. Геометрия режущего инструмента влияет как на качество обрабатываемой поверхности, так и на износ инструмента. Угол наклона режущей кромки. При крупных сечениях срезаемого слоя твердосплавную пластину располагают под углом наклона главной режущей кромки (l = 5°). Положительные углы наклона режущей кромки способствуют возникновению в режущей пластине благоприятных сжимающих напряжений, что необходимо для увеличения хрупкой прочности Рис. 2. Графики зависимости стойкости ре- режущей пластины. Кроме того, жущего инструмента от режимов резания при положительном угле l возникает задний угол на вспомогательной и зачищающей режущих кромках. Задние углы. При черновой обработке задние углы инструмента задают в пределах 6 – 80°. При толстых срезах, увеличенных передних углах инструмента и 36


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

уменьшенных скоростях резания положительное влияние на прочность режущего лезвия и износостойкость инструмента оказывают округление режущих кромок или заточка небольшой фаски с нулевым задним углом (до 0,2-0,3 мм). Увеличение радиуса режущей кромки благоприятно влияет не только на шероховатость обработанной поверхности, но и на интенсивность изнашивания инструмента в окрестности вершины резца. Уменьшению интенсивности изнашивания на участке зачищающей кромки способствует также создание рациональных углов наклона главной и зачищающей кромок. Переходную и главную режущие кромки целесообразно наклонить под углом 15°.

Термомеханические нагружения. Все параметры, рассмотренные выше, в своей совокупности влияют на термомеханические нагружения. Под этими нагружениями мы подразумеваем совокупность факторов (температура, касательные и нормальные напряжения), возникающих в зоне резания, и непосредственно влияющих на ресурс режущего инструмента. С помощью моделирования процесса резания мы можем детальнее рассмотреть особенности обработки. Механическая обработка является сложным процессом взаимодействия режущей части инструмента и заготовки, заключающимся в упругопластическом деформировании в зоне резания, тепловыделении и изнашивании инструмента. Процесс резания заготовки резцом можно упрощенно представить в виде схемы (рис. 3). Сложное упругонапряженное состояние металла приводит к пластической деформации, а рост ее - к сдвиговым деформациям, которые происходят в зоне стружкообразования АВС. Причем деформации начинаются по плоскости АВ и заканчиваются по плоскости АС, в которой образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки. Принято считать, что сдвиговые деформации происходят по плоскости ОО, которую называют условной плоскостью сдвига или скалывания. Она располагается Рис. 3. Зона деформации при под углом θ ≈ 30 ° . превращении срезаемого слоя в Схема напряженного состояния в объстружку: t - толщина срезаемого еме металла, расположенного при резании на слоя; θ - угол сдвига; γ - передний условной плоскости сдвига, и эпюры изменения касательных и нормальных напряжений угол; α - задний угол вдоль указанной линии изображены на рис. 4. Независимо от свойств обрабатываемого материала, переднего угла γ та (рис. 3), толщины срезаемого слоя и скорости резания, касательные напряжения t вдоль условной плоскости сдвига имеют постоянное значение. Нормальные напряжения σ y , сохраняя постоянство знака, увеличиваются при приближении к лезвию (рис. 4).

37


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Резание сопровождается образованием теплоты. Причинами образования теплоты являются упруго-пластическое деформирование в зоне стружкообразования, трение стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента, трение задних поверхностей лезвия инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки. [3] Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800—1000 С) вызывает структурные превращения в материале, Рис. 4. Схема напряженного состояния на условной плоскости сдвига: из которого он изготовлен, снижение твердости инструмента и потерю его режущих γ - передний угол; δ - угол заострения α t режущего клина; - задний угол, - способностей. [3] толщина срезаемого слоя (глубина Высокое давление и температура ререзания); θ - угол сдвига. зания вызывают адгезионные процессы на контактных поверхностях – схватывание материала инструмента с материалом заготовки под действием атомарных сил. Адгезионные процессы на контактных поверхностях наблюдаются при невысоких скоростях резания. При этом частички инструментального материала вырываются и уносятся сходящей стружкой и обрабатываемой заготовкой. При невысоких скоростях резания изнашивание инструментов из твердых сплавов вызывается именно адгезионными процессами. Более прочная быстрорежущая сталь разрушается от их действия значительно меньше. [4] Исходя из проведенных исследований процесса резания, можно вывести зависимость ресурса режущего инструмента R → f ( σ , τ , K ) от термомеханических нагружений. Получив данную зависимость, можно прогнозировать значения ресурса инструмента и определять условия механической обработки, обеспечивающие оптимальное сочетание производительности и стойкости инструмента. Заключение Алгоритм определения ресурса режущего инструмента, разработанный на базе анализа влияния условий обработки на износ режущего инструмента и на термомеханическое нагружение, позволяет прогнозировать значения ресурса инструмента и определять условия механической обработки, обеспечивающие оптимальное сочетание производительности и стойкости инструмента. Список литературы: 1. Справочник технолога машиностроителя: В 2-х т. Т.1 /Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985, – 656 с.; Т.2. /Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение. 1985, - 496 с. 2. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов: учебное пособие / А. Д. Макаров, В. С. Мухин – Уфа. 1974, – 372 с. 3. Васин С. А., Верещака А. С., Кушнер В. С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. Для техн. вузов – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. – 448 с. 4. Армарего И. Дж. А., Браун Р. Х. Обработка металлов резанием. Пер. с англ. В. А. Пастунова. - М.: Машиностроение, 1977, - 325 с.

38


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ГТД С ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННЫМИ РАЗРУШЕНИЯМИ ВАКУУМНЫХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ Михайлов Д.А., Криволапов А.И., Михайлов А.Н. (ДонНТУ, СМЗ ОАО «Мотор Сич», г. Донецк, г. Снежное, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Abstract. In this work, the investigations related to the determination of the wear process PVD coating the blade surfaces. In this paper we investigate the features of the airfoil surface preparation to the new coating deposition by polishing. Proposed scheme supporting simultaneous polishing of two blade materials, namely PVD coating and the base material the blade - titanium alloy. For applying new PVD coating on the old coating and base material surface - with the same properties , developed recommendations for simultaneous polishing of two reference materials and ensure close roughness on the coating on the base material and the blade. Key words: turbine engine blades, erosion-corrosion fracture PVD coatings, polishing reference coated blades. 1. Введение Лопатки компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) это сложные и дорогостоящие элементы авиационных двигателей (рис. 1), которые имеют целое множество вариантов геометрии в зависимости от номера ступени. Например, для двигателя ТВ3-117 применяются лопатки компрессора двенадцати ступеней. Для повышения стойкости лопаток компрессора широко используются различные вакуумные ионно-плазменные покрытия. Эти покрытия значительно снижают коррозионно-эрозионные разрушения пера лопаток. Можно отметить, что нитрид титановые, нитрид титановые циркониевые или Рис. 1. Лопатка 3-й ступени компрессора ГТД другие покрытия имеют выТВ3-117 сокую микротвердость, коррозионную и эрозионную стойкость по сравнению с параметрами основного материала пера лопатки [1, 2]. Поэтому они позволяют существенно повысить стойкость лопаток компрессора и соответственно всего ГТД. Вместе с тем, в процессе эксплуатации лопаток компрессора ГТД происходит абразивный износ и эрозия, газовая, кислотная и солевая коррозия покрытия, которое в

39


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

процессе эксплуатации лопаток ГТД разрушается (рис. 2). Поэтому для повышения стойкости лопаток компрессора покрытия необходимо восстанавливать. Вместе с тем, следует отметить, что процесс повторного нанесения покрытия имеет определенные особенности, связанные со следующим. Процесс разрушения вакуумного ионно-плазменного покрытия, например нитрид титанового покрытия, имеет неравномерный характер. Возможны следующие случаи разрушения покрытия (рис. 2): – без полного разрушения покрытия по его толщине (рис. 2,а); – с полным разрушением покрытия по его толщине на входной и периферийной кромке (рис. 2,б); – прогрессирующее разрушение покрытия на поверхности пера (рис. 2,б). Здесь обозначено: 1 – перо лопатки, 2 – покрытие пеРис. 2. Особенности разрушения ионно-плазменного пора лопатки, 3 – перекрытия лопатки: ходная зона пера лоа – без полного разрушения покрытия по его толщине, патки между основб – с полным разрушением покрытия по его толщине на ным материалом певходной и периферийной кромке, ра лопатки и покрыв – прогрессирующее разрушение покрытия на поверхтием. Можно отмености пера тить, что в переходной зоне 3 пера лопатки необходимо обеспечивать некоторые особенности обработки, связанные с одновременной полировкой двух материалов пера лопатки. Целью данной работы является подготовка лопатки ГТД с эрозионнокоррозионными разрушениями вакуумных ионно-плазменных покрытий под напыление нового покрытия за счет обеспечения одинаковых параметров шероховатости нитрид титанового покрытия и титанового сплава поверхностей пера в условиях совместного опорного их полирования. Для достижения поставленной цели в данной работе определены следующие задачи: 1. Рассмотреть особенности износа ионно-плазменного покрытия поверхностей пера лопатки. 2. Исследовать особенности подготовки поверхностей пера лопатки к напылению нового покрытия посредством полирования.

40


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

3. Предложить схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки – титанового сплава. 4. Для нанесения нового нитрид титанового покрытия на оставшееся старое покрытие и основной материал поверхности - с одинаковыми свойствами, разработать рекомендации по опорному одновременному полированию двух материалов и обеспечению близких параметров шероховатости на покрытии и на основном материале пера лопатки. Эти задачи решаются в данной работе. 2. Особенности подготовки поверхностей пера лопатки к напылению нового покрытия посредством полирования Следует отметить, что при подготовке пера лопатки, в зоне 3 (рис. 2) необходимо обеспечивать совместную обработку двух различных материалов, имеющих различные физико-механические свойства, а именно нитрид титанового покрытия (микротвердость H 21 … 23 ГПа), располагающегося на поверхностях пера лопатки, и основного материала пера лопатки, изготовленного из титанового сплава, например ВТ 8М (микротвердость H 1,2 … 1,5 ГПа). При этом в случае совместной полировки двух принципиально различных материалов возникают случаи продавливания покрытия и углубления инструмента в основной материал пера лопатки. Это обусловлено тем, что для обработки покрытия необходимы усиленные режимы обработки, а именно удельное давление полирования поверхности с покрытием должно превышать в 1,5 … 2,0 раза по сравнению с обработкой основного материала пера лопатки. При этом для нанесения нового нитрид титанового покрытия необходимо обеспечивать следующее особенности: - для исключения процесса продавливания покрытия и углубления инструмента в основной материал пера лопатки (старое покрытие имеет переменную толщину) необходимы новые схемы совместной обработки двух разнородных материалов; - для обеспечения заданных параметров качества нового покрытия, параметры шероховатости предыдущего покрытия и основного материала пера лопатки должны иметь близкие значения; - для повышения производительности полировки поверхностей лопатки с покрытием режимы обработки должны быть ориентированы на обработку покрытия. 3. Схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки Для одновременной обработки двух разнородных материалов, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки из титанового сплава разработаны две схемы опорного полирования, представленные на рис. 3 и рис. 4. Здесь показаны: обработка поверхности спинки пера лопатки (рис. 3,а и рис. 4,а) и обработка поверхности корыта пера лопатки (рис. 3,б и рис. 4,б). На верхнем рис. 3 или рис. 4 показана схема обработки, а на нижнем – показана схема трассирования инструмента при обработке поверхности. На этих схемах обозначено: 1 – тело пера лопатки (титановый сплав ВТ-8М, 2 – нитрид титановое покрытие, 3 - инструмент – полировальный круг, 4 – эпюр удельного давления прижатия инструмента к поверхности пера лопатки, 5 - траектория трассирования инструмента при обработке пера лопатки. А также, на этих рисунках показано: so – поперечная подача инструмента, s1 - продольная подача инстру-

41


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

мента, vp – скорость резания, R – радиус полировального круга, F(l) – функция распределения удельного давления полировального круга на поверхность пера лопатки, представленная в плоскости, fmax – максимальное удельное давление в эпюре F(l), l – длина контакта полировального круга на поверхности пера лопатки (длина эпюра удельного давления), l0 – длина контакта полировального круга с удаляемым покрытием, l1 – длина контакта полировального круга с основным материалом пера лопатки,  - угол перекоса продольной оси полировального круга относительно касательной к полируемой поверхности пера лопатки.

Рис. 3. Схема опорного полирования двух материалов с ориентированием продольной оси полировального круга по подаче so: а – полирование покрытия спинки, б – полирование покрытия корыта В соответствии со схемами рис. 3 и рис. 4 полировальный круг следует располагать относительно полируемой поверхности пера лопатки таким образом, чтобы 75% эпюра (расстояние от точки А до точки В) распределения удельного давления приходилось на нитрид титановое покрытие, а 25% эпюра (расстояние от точки В до точки С) распределения удельного давления приходилось на взаимодействие инструмента и основного материала пера лопатки. В этом случае основная часть нагрузки концентрируется на нитрид титановом покрытии (более твердом материале в зоне АВ), при этом инструмент как бы опирается на покрытие пера лопатки. Причем меньшая часть нагрузки – с меньшими удельными давлениями действует на основной материал поверхности пера лопатки в зоне ВС. При этом удельное давление, приходящееся на основной материал пера лопатки должно быть примерно в 1,5 … 2 раза меньше, чем удельное дав-

42


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

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

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

43


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

На рис. 4 приведена схема опорного полирования двух материалов с ориентированием продольной оси полировального круга перпендикулярно подаче so и перекосом . Здесь, на рис. 4,а представлена схема полирования покрытия спинки, на рис. 4,б – схема полирования покрытия корыта лопатки. В представленной схеме полирования все позиции и обозначения аналогичны рис. 3. При этом процесс опорного полирования реализуется за счет перекоса оси полировального круга относительно полируемой поверхности лопатки. Представленные схемы обработки позволяют вести подготовку поверхностей пера лопатки состоящих из двух принципиально различных материалов, а именно из титанового сплава и старого нитрид титановые покрытия, к нанесению нового нитрид титанового покрытия. При этом обеспечивать заданные параметры качества обработки пера лопатки ГТД. 4. Заключение Таким образом, выполненные исследования позволили реализовать следующее: 1. В представленной работе рассмотрены особенности износа ионноплазменного покрытия поверхностей пера лопатки. При этом установлено, что при эксплуатации лопатки покрытие изнашивается не равномерно на ее поверхностях. 2. Исследованы особенности подготовки поверхностей пера лопатки имеющих разнородные материалы к напылению нового покрытия посредством полирования. 3. В работе разработаны схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки – титанового сплава. 4. Для нанесения нового нитрид титанового покрытия на оставшееся старое покрытие и основной материал поверхности - с одинаковыми свойствами, разработаны рекомендации по опорному одновременному полированию двух материалов и обеспечению близких параметров шероховатости на покрытии и на основном материале пера лопатки. Список литературы: 1. Богуслаев В.А., Качан А.Я., Долматов А.И., Мозговой В.Ф., Кореневский Е.Я. Технология производства авиационных двигателей. Ч. 1. Основы технологии. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2007. – 518 с. ISBN 966-87-2. 2. Богуслаев В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальская Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. Отделочно-упрочняющая обработка деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с. ISBN 966-7108-91-0. 3. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г., Барботько А.И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов. – Минск: Наука и техника, 1976. - 328 с. 4. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий. – Донецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с. ISBN 966-7907-24-4.

44


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 672.81.02 СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ Лыков А.В., Голубов Н.В., Горобец И.А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. Важнейшими задачами которые должны решаться при технической подготовке производства являются: повышение гибкости производства, сокращение сроков подготовки производства, уменьшение трудоемкости и материалоемкости. Решение этих задач во многом упрощается благодаря использованию технологий быстрого прототипирования. Ключевые слова: подготовка, ускорение, прототипирование, порошок, слой, спекание, обработка. 1. Введение В XXI в. человечество столкнулось парадоксальным фактом: с одной стороны – научно-технический прогресс в сочетании с экологической неграмотностью послужили причиной деградации окружающей среды; с другой стороны – только человек должен стать гарантом охраны природы. Сейчас, когда человек, по определению В.И. Вернадского, превратился в «огромную геологическую силу», мы должны охранять окружающую среду от человека и для человека. Сохране6ние окружающей среды подразумевает необходимость организации высокотехнологичных, гибких производств, которые обеспечивают рациональное использование материальных и человеческих ресурсов. Важным этапом технической подготовки производства в машиностроении является изготовления прототипа изделия. Одним из способов, позволяющим существенно сократить сроки выполнения этого этапа, - это технология быстрого прототипирования, позволяющая объединить преимущества твердотельного моделирования с процессами создания функциональных моделей и оснастки. 2. Основное содержание и результаты работы Идеология ускоренного формообразования изделия (модели, прототипа) RР (Rapid Prototyping) базируется на компьютерном автоматизированном 3D-САD - проектировании изделия, визуализации и оптимизации его конструкции исходя из требований дизайна и функциональных свойств. Затем происходит трансформация твердотельной модели в совокупность двухмерных послойных моделей и воспроизведение этой совокупности, т. е. материализация как единого целого, как физического твердотельного изделия или его прототипа (рис.1) [1]. Основным различием между технологиями прототипирования является формообразующий материал, а также способ его нанесения. Характеристики основных технологиях, их достоинства и недостатки рассмотрим ниже. Стереолитография (SLA - Stereo Lithography Apparatus) является самым первым и наиболее распространенным методом прототипирования, во многом благодаря достаточно низкой стоимости прототипа. Принцип метода состоит в послойном отверждении жидкого фотополимера лазерным лучом, направляемым сканирующей системой (рис.2). Элеватор находится в емкости с жидкой фотополимерной композицией, и по-

45


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

сле отверждения очередного слоя смещается вниз с шагом 0,025-0,3 мм. Используется достаточно твердый, но хрупкий полупрозрачный материал, подверженный короблению под влиянием атмосферной влаги. Материал легко обрабатывается, склеивается и окрашивается. Качество поверхностей без доводки хорошее [2].

Рис.1. Структура процесса ускоренного формообразования. Технология SLS (Selective Laser Sintering - лазерное спекание порошковых материалов) В SLS технологии в качестве рабочего материала используются порошковый пластик, металл или керамика, близкие по свойствам к конструкционным маркам. На поверхность наносится тонкий слой порошка, который затем спекается лазерным лучом, формируя твердую массу, соответствующую сечению 3D-модели и определяющую геометрию детали (рис.3). SLS это единственная технология, которая может быть применена для изготовления металлических деталей и формообразующих для пластмассового и металлического литья. Прототипы из пластмасс обладают хорошими механическими свойствами, могут быть использованы для создания полнофункциональных изделий [2].

Рис.3. Схема реализации технологии лазерного спекания порошковых материалов

Рис.2. Схема реализации технологии стереолитографии

Технология FDM (Fused Deposition Modeling - послойное наложение расплавленной полимерной нити). Используются нити из АБС, поликарбоната или воска. Свойства используемых пластиков очень близки к конструкционным маркам. Термопластичный моделирующий материал подается через выдавливающую головку с контролируемой температурой, нагреваясь там до полужидкого состояния. Головка наносит материал очень тонкими слоями на неподвижное основание с высочайшей точно-

46


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

стью. Последующие слои ложатся на предыдущие, отвердевают и соединяются друг с другом (рис.4). Технология применяется для получения единичных образцов изделий, по своим функциональным возможностям приближенных к серийным, а также для производства выплавляемых моделей для литья металлов [2]. Технология струйного моделирования (Ink Jet Modelling). Все технологии имеют свои особенности, но функционируют по одному принципу. Головка, содержащая от двух до 96 сопел наносит модельный и поддерживающий материал на плоскость слоя. После нанесения слоя, могут проводится его фотополимеризация и механическое выравнивание. В качестве поддерживающего материала обычно используется воск, а в качестве модельного - широкий спектр материалов, очень близких по свойствам к конструкционным термопластам (рис. 5). Данный метод позволяет получать прозрачные и окрашенные прототипы с различными механическими свойствами - от мягких, резиноподобных до твердых, похожих на пластики [2]. Технология склеивания порошков (binding powder by adhesives). Используются крахмально-целлюлозный порошок и жидкий клей на водяной основе, который поступает из струйной головки и связывает частицы порошка, формируя контур модели. По окончании построения излишки порошка удаляются. Для увеличения прочности модели, имеющиеся пустоты могут быть заполнены жидким воском. Такие технологии позволяют не просто создавать 3D-объекты произвольной формы, но еще и раскрашивать их [2].

Рис.4. Схема реализации технологии послойного наложения расплавленной полимерной нити

Рис.5. Схема реализации технологии струйного моделирования

Технология построение модели путем послойного склеивания ПВХ-пленки (PSL - Plastic Sheet Lamination).Послойное склеивание пленочных материалов, например, полимерной пленки или ламинированной бумаги с последующим формированием («вырезанием») модели с помощью лазерного луча или режущего инструмента. Модельным материалом служит полихлорвиниловая пленка толщиной 0,15 мм. Формирование модели производится путем последовательного склеивания слоев пленки и вырезания контура модели с помощью лезвия, закрепленного на подвижной головке. Модель строится на специальной магнитной подложке, устанавливаемой на подвижной (вверхвниз) платформе. Клеевой состав наносится на всю поверхность слоя пленки, а в те места, где после построения необходимо обеспечить легкое удаление пленки, наносится «антиклей». Т. е. тело модели формируется за счет последовательного склеивания

47


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

пленки, а «пустоты» остаются не склеенными, чтобы обеспечить легкое удаление «лишней» пленки из этих «пустот» в процессе пост-обработки [3]. Перечисленные технологии быстрого прототипирования позволяют: оценивать конструкцию и внешний вид разрабатываемых изделий; проверять собираемость и работоспособность конструкций; проводить аэродинамические и гидравлические испытания; получать металлические детали и пресс-формы литьем по выжигаемым моделям (Quick Cast-технология); изготавливать оснастку для опытных образцов и малых серий изделий. При реализации технологии лазерного спекания порошковых материалов и использовании в качестве формообразующего материала порошкового материала Laser From (нержавеющая сталь — 60%, бронза — 40%) можно изготавливать долговечные функциональные прототипы деталей, а также формообразующие элементы оснастки для термопластавтоматов со стойкостью не менее 100 000 циклов. Сплав Laser From А6 может подвергаться термообработке с обеспечением твердости до НRС 39. Он предназначен для создания оснастки литья под давлением или термоформовки со стойкостью не менее 1 млн циклов [1]. Достаточно широко используется технология стереолитографии при изготовлении формообразующей оснастки для разных видов литья Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН совместно с МГТУ им. Баумана проводил работы по исследованию возможностей применения пластиковых моделей созданных методом лазерной стереолитографии для изготовления металлических отливок различными способами точного литья. Пластиковые модели из разных видов формообразующих материалов вместе с восковой литниковой системой помещались в керамическую оболочку. После сушки керамики модели выжигалась, а в образовавшуюся полость заливался металл. На рис. 6 представлены отливки на литейном дереве после извлечения из литейных форм (б) и после окончательного удаления остатков керамики (в). Разработанная технология литья по выжигаемым моделям изготовленным методом лазерной стереолитографии обеспечивает получение отливок деталей содержащих элементы, размеры которых меньше 1 мм [4]. Этим же институтом Совместно с Ярцевским заводом двигателей и фирмой "Полис Систем" была выполнены работы Рис.6:а — Компьютерная модель по созданию оснастки для изготовления трехмерного объекта, б — пластиковые крышек автомобильного стартера. копии объекта и отливки извлеченные Компьютерные модели формообиз формы на литниковой системе, в — разующих элементов оснастки были соотливка после окончательной очистки зданы по чертежам разработчиков . Из-

48


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

готовленные методом лазерной стереолитографии пластиковые детали использовались для изготовления земляных литейных форм. Чтобы сократить время изготовления и расход ФПК на установке лазерной стереолитографии были выращены оболочки моделей, которые затем заполнялись эпоксидной смолой. По отзывам специалистов завода пластиковые модели выдержали 1000 циклов формовки при температуре 100°С без видимых признаков износа. Применение лазерной стереолитографии позволило существенно сократить срок изготовления формообразующей оснастки и снизить их себестоимость в 2 раза. При этом 3/4 времени ушло на создание трехмерных компьютерных моделей по бумажным чертежам из-за отсутствия на заводе возможностей для трехмерного компьютерного моделирования. На рис.11 показаны элементы оснастки изготовленные методом лазерной стереолитографии. [4]. 3. Заключение. Технологии быстрого прототипирования заняли прочное место практически во всех областях материального производства в индустриально развитых странах. Прогресс в промышленности этих стран не в последнюю очередь обусловлен стремительным развитием RP-технологий. Однако, уже очевидно, что для отечественной промышленности задача скорейшего освоения RP-технологий, а именно всей цепочки от CADданных до отливки и станка с ЧПУ, является стратегически важной. Список литературы: 1. Витязев Ю.Б., Самусь А.В. Прототипирование – «ускоритель» подготовки производства // Оборудование и инструмент для профессионалов. 2006 г. №6. С.40-42. 2. Зорин С.Ф. Обзор технологий быстрого прототипирования // http://www.espotec.ru/art_prot.htm. 3. http://rp-salon.ru/main/proto.html. 4. А.В.Евсеев, В.С.Камаев, Е.В.Коцюба, М А.Марков, М.М.Новиков, В.Я.Панченко. Оперативное формирование трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии // Современные лазерно-информационные и лазерные технологии. Сборник трудов ИПЛИТ РАН. Под ред. чл.-корр.РАН В.Я.Панченко и проф. В.С.Голубова. М.: Интерконтакт Наука. 2005. —304 с С. 26-39.

49


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9: 658.5 МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОНКОМ ТОЧЕНИИ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ Лыхманюк Е.О., Ивченко Т.Г.,(кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. С использованием методов геометрического программирования осуществлена многокритериальная оптимизация режимов тонкого точения закаленных сталей на основе мультипликативной свертки критериев максимальной производительности и минимальной себестоимости. Выполнен сравнительный анализ оптимальных по различным критериям режимов резания. Ключевые слова: точение, сталь, оптимизация, производительность, себестоимость. Перспективным направлением повышения эффективности механической обработки является использование современных сверхтвердых инструментальных материалов (СТМ) на финишных операциях, в том числе на операциях тонкого точения. В связи с этим, представленная работа, посвященная оптимизации режимов тонкого точения закаленных сталей, весьма актуальна. В настоящее время основной тенденцией оптимизации режимов резания является решение многокритериальных задач, обеспечивающих одновременное улучшение параметров обработки по различным критериям [1]. Одним из вариантов многокритериальной оптимизации является использование мультипликативной свертки критериев, позволяющих различные критерии оптимизации привести к единому критерию, обеспечивающему наилучшее сочетание каждого из них. Применение метода геометрического программирования (МГП) к задачам многокритериальной оптимизации на основе мультипликативной свертки критериев себестоимости и производительности в работах [2, 3] позволило получить аналитическое решение для определения оптимальных режимов резания при черновом и чистовом точении. Сравнительный анализ оптимальных режимов тонкого точения закаленных сталей и чугунов по критериям минимальной себестоимости и максимальной производительности выполнен в работах [4, 5]. Представляет интерес дальнейшее развитие методики многокритериальной оптимизации режимов тонкого точения, обеспечивающей наилучшее сочетание критериев максимальной производительности и минимальной себестоимости Цель представляемой работы – с использованием мультипликативной свертки критериев себестоимости и производительности определить оптимальные режимы резания при тонком точении закаленных сталей. В качестве критерия оптимизации принимается переменная часть себестоимости обработки, зависящая от режимов резания, отнесенная к производительности обработки, выраженной площадью обработанной поверхности: Ñ   At o  At ñt o / T  Au t o T nS ,

(1)

где А - себестоимость станкоминуты; Аи – стоимость одного периода стойкости инструмента T; to- основное время обработки; tc - время смены инструмента; T - стойкость инструмента, S – подача; n – частота вращения детали.

50


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Целевая функция, с учетом известных соотношений основного времени обработки и стойкости инструмента с режимами резания имеет вид: C  V 2 S 2  MV kV 1S k S 1 ,

(2)

где M  t c  Au At x m CT ; k V  1 m  1 ; k S  y m  1 ; А - себестоимость станко - минуты, Аи – стоимость одного периода стойкости инструмента; tc - время смены инструмента; CТ – коэффициент и x, y, m – показатели, характеризующие степень влияния глубины t, подачи S и стойкости T на скорость V. Ограничение по шероховатости при оптимизации режимов тонкого точения с использованием МГП представляется в виде: C1 S y r  1 ,

(3)

где C1  C R t x r r n r Ra . Оптимальные подача Sо2 и скорость резания Vо2 определяются в результате решения системы линейных уравнений: V W W01  V  2 S  2 ;  V W W02  MV kV 1S k S 1 , W11

где V W   1 W01  W01 M W02  W02 C1

(4)

– специальная функция; W01, W01, W11 - ко-

эффициенты весомостей, определяемые из системы линейных уравнений:

W01  1  2m; W02  2m;

W01  W02  1;  2W01  kV  1W02  0;

W11 

 2W01  k S  1W02  y r W11  0.

1  2m yv  2m  y r my r

.

(5)

В результате решения системы (4) и подстановки рассчитанных значений коэффициентов весомостей W01, W01, W11, определяются оптимальные подача Sо и скорость резания Vо:

S o  Ra C R t

xr nr 1 y r

r

 2m ; Vo    1  2m M

m

  S o y v . 

(6)

Для сравнения представлены результаты расчетов оптимальных подачи Sо1 и скорости резания Vо1 для критерия минимальной себестоимости, а также оптимальных подачи Sо2 и скорости резания Vо2 для критерия максимальной производительности [5]:

 S o 2  Ra

 1y CRt x r n 

S o1  Ra C R t

xr nr 1 y r

r

r

r

r

 m ; Vo1    1  m M

m

 y  S o1 v .  y

; Vo 2  CV KV T m t x v S o 2v .

(7) (8)

В результате сравнительного анализа зависимостей оптимальных подач и скоро51


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

стей резания от условий обработки, определяемых по различным критериям – минимальной себестоимости (7) и максимальной производительности (8) установлено: оптимальная подача не зависит от выбора критерия оптимальности и определяется ограничением по шероховатости; оптимальная по мультипликативной свертке критериев скорость резания, превышает скорость резания, оптимальную по критерию минимальной себестоимости (коэффициент превышения – К1), но ниже скорости резания, оптимальной по критерию максимальной производительности (коэффициент понижения К2): m

m

  V V 2mT  2(1  m)   ; K 2  o   K1  o    . Vo2  1  2mt c  Au A Vo1  1  2m  

(9)

Основные закономерности протекания процесса резания при тонком точении закаленных сталей (НRС 54 - 58), описывающие зависимости стойкости режущего инструмента Т и шероховатости обработанной поверхности Ra от скорости резания V, подачи S и глубины резания t выражаются следующим образом [6]:

T

25,4  10 4 K M V

2, 44 0,72 0,67

t

S

; Ra  24,7t 0,10 S 1,3 r 0,42 ,

(9)

где KM – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемых материалов (KM = l для стали 20Х9П). Расчеты оптимальных по мультипликативной свертке критериев режимов резания выполнены для следующих условий: резцы из композита 10 (гексанита - Р) -, радиус при вершине r = 0,8мм; глубина резания t = 0,5мм; шероховатость поверхности Ra = 1,25мкм; стоимость станкоминуты А = 5коп/мин; стоимость 1 периода стойкости инструмента Аи = 500 коп/период; время смены инструмента tc = 5мин). Оптимальные режимы резания: подача Sо = 0,1мм/об; скорость резания Vо = 105м/мин. Оптимальные скорости резания по критерию максимальной производительности - Vо1 = 116м/мин; по критерию минимальной себестоимости - Vо2 = 98м/мин. График изменения целевой функции (2) от скорости резания целесообразно представить в относительном виде, что позволяет выполнять сравнительный анализ различных целевых функций рис. 1): K C

V 2 S 2  MV kV 1S k S 1 Vo  2 S o  2  MVo kV 1S o k S 1

.

(10)

Для сравнения на рис. 1 представлена также относительная целевая функция себестоимости обработки [5]: Рис. 1. Графики зависимости относительных целевых функций от скорости резания

K C1

52

V 1S 1  MV kV S k S Vo11S o11  MVo1kV S o1k S

.

(11)


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Из представленных графиков следует, что минимальные значения целевых функций имеют место при оптимальных режимах резания, но для критерия себестоимости оптимальная скорость резания ниже, чем для мультипликативной свертки критериев. Графики зависимости оптимальных значений подачи Sо от шероховатости обработанной поверхности Ra и скорости резания Vо от подачи Sо (рис.1) регламентируют оптимальные режимы тонкого точения для различных условий обработки. Оптимальные скорости резания Vо предРис. 1. Влияние параметра шероховатости Ra на оптиставлены для различмальную подачу Sо для различных радиусов при вершине r ных критериев: мака); симальной произвоподачи Sо на оптимальную по различным критериям скодительности – 1, мирость резания V - б) нимальной себестоимости - 2, мультипликативной свертки критериев себестоимости и производительности - 3. Оптимальная по мультипликативной свертке критериев скорость резания, превышает скорость резания, оптимальную по критерию минимальной себестоимости, но ниже скорости резания, оптимальной по критерию максимальной производительности. В результате себестоимость повышается в 1,1 раза, а производительность снижается в 1,2 раза. Однако, в этом случае выполняется наилучшее одновременное сочетание себестоимости и производительности обработки, обеспечивающее минимальную себестоимость обработки единицы площади поверхности детали. Таким образом, с использованием метода геометрического программирования осуществлена многокритериальная оптимизация режимов тонкого точения закаленных сталей на основе мультипликативной свертки критериев максимальной производительности и минимальной себестоимости. Выполнен сравнительный анализ оптимальных по различным критериям режимов резания и целевых функций. Список литературы: 1. Оптимизация и управление процессом резания: / О.С. Кроль, Г.Л. Хмеловский. – К.: УМК ВО, 1991. – 140с. 2. Ивченко Т.Г. Использование мультипликативных критериев при оптимизации режимов резания // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць.. – Краматорськ, ДДМА. Вип.30, 2012. - С.325-330. 3. Ивченко Т.Г. Многокритериальная оптимизация режимов резания на основе мультипликативной свертки критериев / K.O Король, Т.Г.Ивченко // ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2012, № 13. - С.124-128. 4. Івченко Т.Г. Двохкритеріальна оптимізація режимів різання під час обробки чавунів інструментами з надтвердих матеріалів / Т.Г. Івченко, Є.В. Полякова // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2011. Вып. 41. – С.152-158. 5. Ивченко Т.Г. Повышение эффективности тон53


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

кого точения закаленных сталей за счет оптимизации режимов резания / Т.Г. Ивченко, Е.О. Лыхманюк // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2014. Вып. (50). – С.107-112. 6. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: [Справочник] / В.П. Жедь, Г.В. Боровский, Я.А. Музыкант, Г.М. Ипполитов. — М.: Машиностроение, 1987. - 320с.

54


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.9.06 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАСТОЛЬНО СВЕРЛИЛЬНОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА НА БАЗЕ КОНТРОЛЕРА ТB6560HQT С ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ Махоткин М.В., Гусев В.В. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк,) Тел./Факс: +38 (066) 3086754; E-mail:msmo@fimm.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье приведен настольно сверлильно-фрезерный станок на базе контролера ТB6560HQT с шаговыми двигателями и данные исследования по точности линейных перемещений , и математическая обработка экспериментальных данных. Ключевые слова: Учебные комплексы, настольно сверлильно-фрезерный станок технические характеристики станка, исследование, анализ. 1. Введение В лабораториях учебных заведений СНГ в подавляющем большинстве использовалось оборудование (в том числе, с ЧПУ) производственного назначения, занимающее большие площади и затрат на обслуживание, не отвечающее дидактическим требованиям современных обучающих технологий и не обеспечивающее должного уровня решения учебно-методических задач [1]. Эффективным средством решения возникших проблем являются настольные учебные станки с компьютерными системами ЧПУ, требующие малых затрат энергии, гибко реализующие все требующиеся функции устройств ЧПУ, позволяющие значительно повысить эффективность управления и учебного процесса. Станки содержат механическую часть; электрооборудование и электронику; систему управления следящими приводами [1]. Применение комплексов позволяет: получать представления о возможностях станков и режущих инструментов; изучать схемы и физику процессов резания различных материалов; получать представления о технологии обработки конструкционных материалов; изучить работу резцов, осевых инструментов и фрез; научиться программировать обработку деталей на станках с ЧПУ и др. [1]. В настоящее время не существует нормативных документов регламентирующих требования к учебным стендам, комплексам и станкам. Эти требования приходится, вырабатывают в процессе создания стендов с компьютерным управлением. Важнейшими из них являются точность и качество создаваемых комплексов [2]. Проблема повышения эффективности обработки на металлорежущих станках с ЧПУ всегда была одной из главных в машиностроении. Необходимость повышения точности (производительности) процесса резания выдвигает на первый план задачу повышения качества управления процессом резания. Одним из таких является вопрос, что рассматривает управление параметрами приводов металлорежущего станка, обеспечивают необходимое качество, высокую производительность и минимальные затраты на обработку деталей машин [2]. Повышение технического уровня современного металлообрабатывающего оборудования выдвигает все возрастающие требования к приводам станков. При всех возможностях современной электроники преобладающее влияние на точность и производительность оказывает механическая система станка и сопровождающие его работу процессы резания, трения, силовых и тепловых деформаций, и др. [2].

55


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Цель работы и задачи исследования. Построить действующую физическую модель станка с ЧПУ для учебных целей, провести исследование и анализ точности линейных перемещений стола. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие основные задания: 1. Построить реальную физическую модель станка с ЧПУ. 2. На реальной модели настольно сверлильно-фрезерного станка провести исследование на точность перемещений стола. 3. Математическая обработка экспериментальных данных на ЭВМ. 2. Основное содержание и результаты работы. За основу самого корпуса станка был избран инструментальный микроскоп, общий вид которого представлен на рисунке 1. Настольный вертикальный сверлильнофрезерного станок имеет 3 подвижные оси, каждая из осей имеет свой привод. В качестве привода был выбраны шаговые двигатель, т.к они обладают рядом преимуществ. Управления этими двигателями осуществляются через блок управления CNC приводами (в нашем случае ТB6560HQT), который питается от источника постоянного тока. Блок управления приводами имеет 3 канала управления и соответственно предназначены для управления 3-мя шаговыми двигателями, а также может обеспечивать управление, как в режиме полного шага, так и в режиме дробления шага 1/2, 1/8, 1/16 шага. В полно шаговом режиме один импульс шагового двигателя проворачивает ротор 0.72 ° , что соответствует перемещению стола 0,02мм. Собранный станок, в ходе выполнения дипломного проекта, предназначен для выполнения разнообразных фрезерных и сверлильных работ. Может применяться в небольших мастерских и в учебных лабораториях. Техническая характеристика станка представлена в таблице 1.

Рисунок 1 – Общий вид настольного вертикального сверлильно-фрезерного станка с системой управления Mach3 Управление станком осуществляется непосредственно персональным компьютером, на котором установлено специализированное программное обеспечение (в нашем случае Mach3) через блок управления приводами (через LPT - порт, СОМ – портUSB-порт).

56


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Виртуальный пульт управления системой ЧПУ Mach3 которая изображена на рисунке 2 представляет собой CAM-систему, включающий модуль автоматизированного задания технологических параметров обработки (CAM-модулей) и модуль управлением станком (CNC-модуль) [3]. CNC-модуль предназначен для составления и редактирования текста управляющей программы в международном коде программирования станков с ЧПУ (CNC-коде). Для ручного управления исполнительными органами станка, а также для запуска управляющей программы и отслеживания технологических параметров процесса обработки в CNC-модуль включен виртуальный пульт управления станком [3].

Рисунок 2 – Виртуальный пульт управления системой ЧПУ Mach3 Таблица 1. Технические характеристики станка Наибольший диаметр сверления, мм

8

Наибольший диаметр торцевого фрезерования, мм

16

Размеры стола, мм: ширина

250

длина

250

Поперечный ход стола, мм

50

Продольный ход стола, мм

150

Число скоростей шпинделя

2

Пределы частот вращения шпинделя, об/мин Число подач шпинделя

1500 1

Габаритные размеры станка (LxBxH), мм Масса станка, кг

300x300x300 20

57


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Целью эксперимента является анализ точности перемещений стола сконструированного станка. По осям Х,Yперемещение осуществлялось на максимальное расстояние для каждой оси со скорость перемещения 50,100,200,300 мм/мин с возвратом в исходную точку. В качестве случайной величины принята линейная погрешность позиционирования стола в исходном положение (мкм), которая измерялась с помощью закрепленного неподвижно на станине станка микрометра часового типа 2МИГ с ценой деления 1 мкм (см. рис. 1). Погрешность измерения в соответствии с ГОСТ 969682составляет 0,5мкм.Число повторов при определении погрешности позиционирования для каждой скорости перемещения принималась 100., т.е. объем выборки для каждой экспериментальной точки соответствовал 100.По этой выборке находили: оценку мате¿ ¿ матического ожидания (МО - Математическим ожиданием( m x ¿ , дисперсию ( D x ¿ , ¿ ¿ ¿ среднеквадратичное отклонение ( σ x ), асимметрию ( a x ¿ , эксцесс ( e x ¿ [4,5,6].Результат расчетов приведены в таблицах 2,3. Считаем, что разброс экспериментальных данных вызван только случайными погрешностями, а грубых и систематических ошибок нет. Таблица 2 - Числовые параметры выборочного распределения по оси Х для скорости 300 для скорости 200 мм/мин для скорости 100 мм/мин мм/мин Параметр ЗначеПараметр ЗначеПараметр Значение ние ние ¿ ¿ ¿ mx m m -0.042 -0.014 0.014 x x ¿ ¿ ¿ Dx D D 0.347 0.06 0.125 x x ¿ ¿ ¿ σx σ σ 0.589 0.245 0.363 x x ¿ ¿ ¿ ax a a 0.960 0.853 0.725 x x ¿ ¿ ¿ ex e e -1.092 -0.925 1.613 x x Таблица 3 - Числовые параметры выборочного распределения по оси Y для скорости для скорости 200 для скорости 100 для скорости 50 300 мм/мин мм/мин мм/мин мм/мин Параметр ¿

my

¿

Dy ¿

σy ¿

ay

¿

ey

Значение 0.034 1.4 29 1.1 95 0.6 99 1.410

Параметр

Значение 0.066

Параметр

Dx

¿

1.707

Dx

σx

¿

1.307

¿

0.683

ax

¿

mx

ax

¿

ex

Значение 0.069 1.307

Параметр

σx

¿

1.143

¿

0.893

ax

¿

mx ¿

¿

ex

1.472

0.931

¿

mx

Значение -0.07

Dx

¿

1.306

σx

¿

1.143

¿

0.884

¿

ex

0.944

Оценка однородности дисперсий для различных скоростей перемещений станка при перемещении по разным координатам определялась по критерию Кохрана [7]. Рас-

58


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

четы показали, что гипотеза постоянства рассеивания погрешности позиционирования при различных скоростях перемещений принимается, так как в нашем случае G>G t . Оценка однородности средних отклонений при различных скоростях перемещений производилась с помощью критерия Крамера при доверительной вероятности 0,95.Результаты расчета показали, что гипотеза однородностисредних отклонений принимается, т.е. значение средних отклонений носит случайный характер. Таким образом полученные числовые параметры выборочных распределений по осям Х,Y не существенно отличаются и их можно их отнести к единой генеральной совокупности. Результаты расчета параметров распределений погрешностей позиционирования по осям X, Y приведены в таблице 4. Таблица 4. Среднее арифметическое значение числовых параметров по осям Х,У Среднее арифметичеДля оси Х Для Оси У ское значение ¿ m -0.017 -0.019 D

¿

σ

¿

a

¿

e

¿

0.177

1.437

0.399

1.197

0.846

0.789

-0.134

-1.189

Оценку существенности различия между двумя дисперсиями погрешностей позиционирования по оcям X и Y определяли с помощью критерия F .Оценка существенности различия между двумя дисперсиям заключается в сравнении расчетного значения F ,с табличным значением F t [7]. Вычисленное значения F > F t ,то есть гипотеза верна дисперсия существенно отличаются. При определении существенности различия между двумя средними арифметическими отклонениями вычисляют по критерию t k . Получив значение критерия t k определяют вероятность P (t k ) =0,05 [7]. Результаты расчета показали, что гипотеза равенства средних арифметических погрешностей позиционирования по координатам X и Y не отвергается. Таким образом, погрешность позиционирования по координатам X и Y не зависит от скоростей перемещения стола станка, а определяется величиной перемещения стола при подаче управляющего импульса на шаговый двигатель (0,02 мм). Многочисленные исследования, проведенные в разных областях механической обработки, подчиняются чаще закону нормального распределения. Нормальное распределение образуется в том случае, когда действует большое количество независимых или слабо зависимых случайных величин. Подчиненность закону нормального распределения проявляется тем точнее, чем больше случайных величин действует одновременно. Основное условие формирования нормального распределения заключается в том, чтобы среди случайных погрешностей отсутствовали доминирующие факторы[4,5,6]. Проверка гипотезы случайности выборки при эксперименте на настроенном станке производится методом последовательных разностей. Для этого нужно определить разность между соседними членами ( a 1 ),рассчитать несмещенную оценку дис2 персии генеральной совокупности ( с ¿ , определить критерий τ , определить критиче-

59


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

скую область критерия τ q и проверить выполнение условия τ > τ q [7].Результаты расчетов сведем в таблицу 5.Произведенные выборки можно считать случайными т.к выполняется условие τ > τ q .Гистограммы и эмпирические функции нормального распределения погрешностей позиционирования по координатам X и Y приведены на рисунке 3. Таблица 5 - Результат выполнения программы Для выборки по оси Х Для выборки по оси Y с

0.497

1.004

τ

0.843

0.839

τ

0.834

0.834

а) б) Рисунок 3 - Эмпирическая и экспериментальная функции распределения погрешностей позиционирования по осям X (а) и Y (б) Оценки качества функционирования объекта производится путем определения доверительного интервала по формуле (1). t

σ σ >m >− t √n √n

(1)

где m - среднее арифметическое значение, σ - дисперсия,. Для выборки по оси Х доверительный интервал равен 0 ,061>− 0,017>− 0 ,095 . Для выборки по оси Y доверительный интервал равен 0,224>− 0,019>− 0,262 . Среднее арифметическое значение попадает в вычисленные пределы, следуют сделать вывод, что гипотеза принимается. Следовательно, настройки станка соответствует заданному качеству. 3. Заключение Для настольно сверлильно-фрезерного станка с ЧПУ спроектированного и изго-

60


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

товленного на базе инструментального микроскопа для учебных целей были проведены исследование на точность перемещения стола в двух координатах Х,Y. В ходе обработки экспериментальных данных установлено, точность позиционирования стола не зависит от скорости его перемещения и определяется величиной перемещения при подаче на шаговый двигатель одного управляющего импульса. Разброс положений стола определяется длиной ходового винта и его жесткостью. В дальнейшем предполагается определение погрешности обработки криволинейных поверхностей. Список литературы: 1. Сверлильно-фрезерный станок с компьютерной СЧПУ/ П.Г. Мазеин, В.С. Столяров, С.В. Шереметьев и др. – Челябинск: ЮУрГУ,2001. – 80 с. 2. Балакшин Б.С. Необходимость оборудования программных станков системами адаптивного управления / Б.С. Балакшин // Станки и инструмент. - 1973. - №3.- С. 4-6. 3. Mach3 Version 3.x Macro Programmers Reference Manual - 2010, 120 с. 4. Гмурман В.Е. теория вероятности и математическая статистика – М., Высш. Шк., 2003. – 479с. 5. Иглин С.П. Теория вероятностей и математическая статистика на базе MATLAB. Издательство НТУ "ХПИ", 2006, Харьков, Украина, 612 с. 6. Вайнтштейн И.И., Кустицкая Т.А. Методы математической статистики и их реализации в среде MathCad. Красноярск-2010. 88с. 7. Колкер Я.Д. Математический анализ точности механической обработки деталей. Издательство "Техника", Киев-1976, 200с.

61


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.78 О ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ В ОБЛАСТИ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Михайлов А.Н.1, д-р техн. наук, проф., Цыркин А.Т. 2, к.т.н., Петров М.Г.2, инженер, Головятинская О.В.3, студент (1 кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина 2 Луганский филиал кафедры ТМ ДонНТУ, г. Луганск, Украина 3 УГХТУ, г. Днепропетровск, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье изложены результаты работ, направленных на совершенствование качества детонационных покрытий, включающие разработку конструкции установки и ее узлов, получение материалов для напыления из отходов производства и нанесение функционально-ориентированных покрытий, обладающих улучшенными свойствами. Ключевые слова: детонационное напыление, установка детонационного напыления, технологические приемы, порошковые материалы, функционально-ориентированные покрытия. 1. Введение Развитие техники ведет к ужесточению условий работы машин – непрерывно растут скорости, нагрузки, эксплуатационные и температурные зоны, повышаются требования к долговечности и надежности работы машин. Нередко срок службы машины определяется износом трущихся поверхностей сопряженных деталей. Задача повышения эксплутационной долговечности деталей машин и механизмов может решаться нанесением износостойких покрытий. Одним из перспективных способов защиты от износа является детонационное напыление покрытий (ДНП). К его преимуществам следует отнести высокую прочность сцепления покрытия с подложкой, высокую плотность нанесенного слоя, возможность напыления широкого спектра порошковых материалов на разнообразные подложки без изменения свойств материала основы. Высокие эксплуатационные свойства детонационных покрытий позволяют радикально повышать ресурс работы узлов и механизмов, применять для изготовления деталей более дешевые материалы, восстанавливать изношенные детали. Метод детонационного напыления был разработан в США в 1955 году. В СССР работы по созданию детонационного оборудования начались в 60-е годы. В ИПМ АН УССР, институте электросварки им. Е.О. Патона, Луганском машиностроительном институте, НИАТ г. Москва, ЦНИИ "Прометей", Институте гидродинамики им. Лаврентьева СО АН СССР, АНИТИМ г. Барнаул и других были построены установки лабораторного и исследовательского характера. Большой вклад в разработку оборудования и технологии нанесения детонационных покрытий внесли Г.В. Самсонов, А.И. Зверев, В.В. Гавриленко, Т.А. Гавриленко, В.Н. Гольдфайн, Ю.А. Харламов, С.С. Бартенев, Ю.П. Федько, В.Х. Кадыров, Е.А. Астахов, И.М. Галеев, В.С. Клименко, М.X. Шоршоров и другие. В начале 80-тых годов ЦНИИ "Прометей" совместно с ЦКБ "Ленинская кузница" г. Киев был разработан автоматизированный детонационный комплекс АДК "Прометей", который серийно выпускался заводом "Пирс" г. Выборг. Детонационные покрытия начали широко применять в различных

62


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

узлах и деталях судового и авиационного машиностроения (дейдвудные уплотнения валов кораблей, уплотнения запорной арматуры, подшипниковые узлы насосов и компрессоров, лопатки, крышки опор авиационных газотурбинных двигателей), что позволило резко увеличить ресурс их работы. На кафедре ТМ ДонНТУ работы в области детонационного напыления ведутся по трем направлениям: усовершенствование технологии и оборудования; разработка материалов, отвечающих требованиям технологии напыления; повышение износостойкости пары трения за счет функционально-ориентированных покрытий. В данной статье изложены результаты некоторых выполненных работ. 2. Усовершенствование установки детонационного напыления Сущность процесса ДНП заключается в импульсном нагреве и разгоне частиц напыляемого порошкового материала высокоскоростным и высокотемпературным потоком продуктов детонации, образующимся с заданной цикличностью в стволе установки детонационного напыления порошков (УДНП) в результате сгорания смеси рабочих газов [1, 2]. Детонационный метод использует энергию взрыва газовых смесей и является циклическим процессом, обладает высокой удельной мощностью и значительным упрощением преобразования энергии в полезную работу. УДНП выглядит как пушка–распылитель, имеющая камеру сгорания и ствол. Канал ствола диаметром 15÷20 мм и длиной 1500÷2000 мм выполняется цилиндрическим, выходной участок ствола сменный и может иметь заданную форму выходного отверстия, оптимизирующую формирование единичного участка напыления на подложке детали. Конструктивная реализация УДНП направлена на обеспечение режимом работы с образованием взрывных выбросов газопорошковой смеси при высоких значениях температуры, скорости и скорострельности. Как правило, УДГНП выполняется в виде автоматизированной технологической установки и располагается в изолированном боксе, и имеет следующие основные части: ствол с порошковым питателем, источники рабочих газов (ацетилен, кислород, азот) и узлы их подачи, система зажигания рабочей смеси, система охлаждения ствола, манипулятор, блок дистанционного управления, расположенный вне бокса. В лаборатории кафедры ТМ ДонНТУ УДГН выполнена в камерном исполнении. Внешний вид УДНП DEPLA-5 показан на рис. 1. Факторами, от которых зависит качество покрытия, как и при других термокинетических процессах (сварка давлением, горячая штамповка порошковых материалов), являются температура и давление порошкового материала в зоне формирования покрытия. Эти факторы определяются различными составляющими, в том числе: конструктивными особенностями стола установки; составом взрывчатой смеси газов; глубиной загрузки порошка; степенью заполнения взрывчатой смесью газов ствола; величиной единичной дозы порошкового материала; дистанцией напыления; гранулометрическим, весовым и химическим составом дозы порошка; технологическими Рис. 1. УДНП DEPLA-5 приемами нанесения покрытия.

63


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В процессе выполненных исследований разработано ряд усовершенствований конструкции пушки и ее отдельных узлов, в результате чего была создана оригинальная конструкция детонационной пушки, обеспечивающая высокие энергетические характеристики детонационного процесса. Пушка оснащена двумя дозаторами подачи порошковых материалов и программной системой управления, позволяющей управлять технологическими приемами и технологическим циклом процесса нанесения покрытия. В целом, это даёт возможность формировать покрытия с заданными свойствами, а также создавать градиентные и функционально-ориентированные покрытия. 3. Получение порошков для напыления из отходов производства Важными факторами получения качественных покрытий являются характеристики дисперсности порошкового материала, парусность частиц, зависящая от их формы и однородность гранулометрического состава. Серийно выпускаемые порошки, применяемые для изготовления изделий методами порошковой металлургии, как правило, не удовлетворяют требованиям технологии детонационного напыления. Кроме того, получение металлических и неметаллических порошков связано со значительными энергетическими и временными затратами, что обусловливает их высокую стоимость [3]. Все это, наряду с недостаточно отработанной технологией напыления, сдерживает широкое распространение методов получения покрытий. Повышению технико-экономических показателей эффективности процессов детонационного напыления, расширению областей его применения можно содействовать получением порошков из мелкодисперсных отходов: стружки, шлифовальных шламов, шлаков и др. [4]. Такие отходы содержат большое количество ценных металлов и являются экономически рациональным источником получения порошковых материалов. Использование при нанесении детонационных покрытий порошков, полученных из отходов производства, расширяет диапазон физико-механических свойств покрытий и снижает затраты на приобретение исходных материалов. Технология получения порошковых материалов из отходов производства позволяет варьировать свойства получаемых порошковых материалов. Порошки могут иметь более широкий спектр физико-механических характеристик, включая химический и гранулометрический состава. Важным аспектом, обеспечивающим высокую технико-экономическую целесообразность использования таких порошков, является возможность организации их производства на небольших предприятиях в местах образования отходов. С участием ряда авторов данной работы выполнен ряд исследований по разработке технологии получения порошков из отходов для ГТН, пригодных как для детонационного напыления, так и изготовления деталей методами порошковой металлургии [5-8]. Выбор технологических процессов определялся видом отходов и свойствами основного материала, содержащегося в отходах. Материалы, применяемые для напыления, можно разделить на группы в зависимости от требований к свойствам покрытий и условий напыления. К первой группе относятся пластичные металлы (Cu, А1, Ti, Fе, Mo) и их сплавы (бронзы, латуни, А1-Сu-Fе, Ni-А1). Во вторую группу можно включить легированные стали и чугуны. Третью группу составляют непластичные материалы, имеющие высокую твердость и температуру плавления (твердые сплавы, оксиды и смеси на их основе). Разработана технология получения порошков из: отходов меди и бронзы БрАЖ9-4; шлифовальных шлама чугуна прокатных валков и стали 40Х10С2М; шлака

64


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

плавки вторичного алюминия. Порошок бронзы БрАЖ9-4 получали из стружки [5]. Технология переработки состояла из операций: предварительное дробление в шаровой мельнице; измельчение в ножевой дробилке; отсеивание фракции с размерами частиц менее 63 мкм; отжиг в среде восстановительного газа, для снятия наклепа и восстановления оксидов. В результате был получен порошок, свойства которого приведены в табл. 1. Таблица 1 Физико-технологические свойства порошка Плотность Насыпная Плотность Форма частиц частиц, плотность, утряски, г/см3 г/см3 г/см3 7,28 2,11 2,91 Осколочная и округлая Полученный порошок напыляли на УДНП DEPLA-3 Луганского филиала кафедры ТМ ДонНТУ. Глубину загрузки порошка принимали 800 мм, дистанцию напыления 150 мм. Покрытие наносили на кольцевые заготовки из стали 20 с размерами: 48х38х50 мм. Толщина нанесенного слоя составляла 600±15мкм. Визуальный контроль внешнего вида образцов показал отсутствие внешних дефектов – сколов, вздутий, отслоений, трещин, раковин. Механическим соскобом было установлено, что покрытие имеет хорошее сцепление с основой. Для определения пористости покрытия на заготовку наносили разделительный слой, наносили покрытие, которое затем отделяли от основы. Как было установлено методом гидростатического взвешивания (ГОСТ 18898-89 «Изделия порошковые. Методы определения плотности, содержания масла и пористости»), пористость покрытия составляла 1÷2%. Определялась прочность покрытия. Она составила 278 МПа, что значительно выше прочности алюминиевой бронзы в покрытии, полученным плазменным напылением, при испытании на растяжение, но несколько ниже прочности литой бронзы в деформированном состоянии. Технология получения порошка меди из лома медных проводников тока, состоит из операций: наводораживающий отжиг при температуре 700÷750С, дробление на волокна, аэросепарация для удаления остатков изоляции, измельчение очищенных волокон в порошок в мельнице, восстановительный отжиг в той же среде при температуре 350÷400С, рассев на фракции. В водородосодержащей среде восстанавливаются оксиды меди, изоляция разлагается и обугливается, а медь становится хрупкой в результате развития водородной болезни». После отжига и дробления частицы изоляции легко отделяются от поверхности волокон, и удаляются аэросепарацией. Очищенные волокна длиной 0,5÷30 мм размалывают в порошок и отжигают в защитно-восстановительной среде для снятия наклепа. Регулируя время обработки волокон в мельнице можно получить порошок с различным размером частиц. Недостаток порошка, полученного по данной технологии, заключается в высоком содержании водорода. Для снижения содержания водорода в полученном порошковом материале его отжигали в вакууме при температуре 350÷370С и давлении 10-1 Па. При таких характеристиках отжига происходит удаление водорода из частиц порошка и снятие в них напряжений. Повышение температуры выше указанной приводит к спеканию частиц порошка и образованию губки, которую необходимо

65


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

размалывать. При более низких температурах не обеспечивается интенсивное удаление водорода. Качество дегазации порошка снижается при давлении менее 10-1 Па. После отжига отсеивали порошок с размерами частиц менее 0,045 мм и определяли их форму по ГОСТ 25849-83. Установлено, что форма частиц осколочная, часть округлая. Покрытия из полученного медного порошка наносили на УДНП DEPLA-3 Луганского филиала кафедры ТМ ДонНТУ. Глубину загрузки порошка принимали 600 мм, дистанцию напыления 150 мм. Толщина нанесенного слоя составляла 400±15мкм. При визуальном осмотре дефекты в покрытии не наблюдаются. Механический соскоб показал хорошее сцепление покрытия с основой. Шлифовальные шламы, образующиеся при изготовлении деталей из легированных сталей и чугунов, содержат дорогие легирующие элементы такие, как хром, молибден, кремний, никель, вольфрам и являются ценным сырьем для получения новых видов продукции. В работе [9] описана технология получения порошков для газотермического напыления из отходов шлифования отбеленного слоя чугунных прокатных валков производства Лутугинского научно-производственного валкового комбината, а в статье [7] приведены результаты исследования свойств этих порошков. Химический состав включений в чугун: 2,9÷3,1% C; 1,1÷1,3% Cr; 3÷4% Ni. Технологический процесс переработки шламов в порошки, состоял из следующих операций: – сушка шламов при температуре 413÷423 К в течение 2-х часов; – измельчение высушенной массы в шаровой мельнице; – циклонная очистка шламов от пылевидных фракций; – рассев шламов на комплекте вибросит; – магнитная сепарация шламов (удаление абразивных частиц); – размагничивание металлических порошков. Порошки на 75÷85 мас.% состоят из частиц дисперсностью 100 и менее мкм. Такие порошки, без повторного измельчения, после дополнительной обработки, можно использовать для изготовления деталей методами порошковой металлургии. Так как для напыления рекомендуется использовать порошки с размерами частиц менее 50 мкм и минимальным разбросом размеров [1], то для получения качественного покрытия их дополнительно измельчали и рассеивали. Как показали металлографические исследования, металлические частицы в порошках дисперсностью  50 мкм имеют форму микропластин и микростружек толщиной 10÷15 мкм с рваными краями и зазубринами с различным отношением длины к ширине. Длина частиц составляет 40÷60 мкм, ширина – 20÷40 мкм. Фактор формы (ГОСТ 25849-83), рассчитанный по соотношению lmax/lmin равен 3. Согласно ГОСТ 25849-83, частицы такой формы относят к группе с угловатой формой с наличием острых углов и плоских граней. Известно [1, 2], что образование покрытий при детонационном напылении, наряду с другими факторами, зависит от формы частиц порошка и происходит за счет сцепления развитых поверхностей напыляемых частиц. Поэтому можно предположить, что пластинчатая форма частиц полученного порошка обеспечит получение качественного покрытия. Порошки фракции  50 мкм содержат частицы со структурой мартенсита и вторичного цементита, аналогичной структуре высокоуглеродистых заэвтектоидных сталей. Следовательно, концентрация углерода в порошках со структурой мартенсита и вторичного цементита не превышает 2,0 мас.%. Снижение содержания углерода в порошке по сравнению с его содержанием в чугуне приведет к повышению

66


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

пластичности и обеспечит получение детонационным напылением качественного покрытия с высокой прочностью, твердостью и износостойкостью. Разработана технология получения порошка из шлифовального шлама стали 40Х10С2М, образовавшегося при шлифовании автомобильных клапанов [10]. Проведены работы по усовершенствованию технологии, обеспечивающей получения порошка со свойствами, удовлетворяющими требованиям технологии напыления. Шлифовальный шлам стали 40Х10С2М содержит 70% металла, 10% неметаллических фракций (продуктов разрушения абразивного инструмента при шлифовании) и 20% смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Более 10÷15% шлама – конгломераты, которые представляют собой окисленные металлические и неметаллические частицы, сцементированные СОЖ. Металлическая часть шлифовального шлама состоит из стружки различных форм: тонкой вьюнообразной, вытянутой, изогнутой (саблевидной) и в виде осколочных частиц. Средние размеры стружки следующие: вьюнообразной – толщина 0,015÷0,110 мм, длина 0,5÷2,5 мм; вытянутой – толщина 0,006÷0,025 мм, длина 0,05÷0,2 мм, осколочных частиц – 0,015÷0,110 мм. Известный технологический процесс получения порошка включает обработку шлифовального шлама стали 40Х10С2М в шаровой мельнице при температуре 60÷80ºС в течение 1 ч с применением моющих средств; флотацию; промывку горячей водой; сушку; магнитную сепарацию и отжиг в восстановительной среде. Такой порошок содержит около 80% частиц с размерами более 50 мкм, что не позволяет его использовать для напыления. Порошок, удовлетворяющий требованиям технологии напыления был получен по технологии состоящей из операций: обработка шлама в шаровой мельнице при температуре 60÷80ºС в течение 2 ч с применением моющих средств; отстаивание; сушка; измельчение в шаровой мельнице – 3,0 ч, отсев фракции менее 50 мкм, отжиг в среде синтез – газа при температуре 930÷970ºС, магнитная сепарация. При первичной обработке происходит разрушение конгломератов, частичное удаление СОЖ и масляных загрязнений, измельчение стружки. Отстаивание и сушка приводит к удалению масса и воды. Обработка сухого и очищенного от СОЖ шлака в шаровой мельнице увеличивает содержание в порошке мелких частиц, что не только обеспечивает требуемый гранулометрический состав порошка, но и приводит к улучшает условия восстановления оксидов при отжиге порошка в восстановительной среде. Наличие в составе обрабатываемого продукта мелких абразивных частиц, представляющих собой продукт разрушения шлифовальных кругов, оказывают положительное влияние на скорость и качество процесса измельчения, усиливая истирание, стимулирует получение мелких частиц округлой формы. При отжиге удаляются остатки масла и восстанавливаются некоторые оксиды, а последующая магнитная сепарация обеспечивает удаление значительной части неметаллических включений. Химический состав порошка приведен в табл. 2. Таблица 2 Химический состав порошка из шлама стали 40Х10С2М, % Нерастворимый в С Mo Cr Si Fe соляной кислоте осадок 0,73÷0,81 9,4÷9,6 2,1÷2,17 0,41÷0, 55 остальное 2,3÷3,3 Порошок состоит из частиц осколочной и овальной формы. Насыпная плотность порошка – 2,17 г/см3. Ведутся исследования по разработке технологических процессов

67


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

получения порошков для детонационного напыления из отходов шлаков и стружки сталей Р6М5, ШХ15, твердых сплавов. 4. Повышение износостойкости пары трения за счет функциональноориентированных покрытий Широкое применение детонационных покрытий в настоящее время сдерживается тем, что многие узлы и детали, применяемые в таких отраслях промышленности как нефтегазодобывающая, химическая, металлургия, авиация, судостроение, работают при высоких уровнях нагрузок, которые значительно превышают предельно допустимые для типовых детонационных покрытий. При этом они, как правило, одновременно подвергаются неблагоприятному воздействию окружающей среды (высокая температура, коррозионная среда, абразивное и эрозионное воздействие). Для повышения стойкости детонационных покрытий работающих в тяжелых условиях необходимо повышение их эксплуатационных характеристик, сочетание высоких значений различных свойств (прочность сцепления, износостойкость, коррозионная стойкость и т.д.). Эффективным способом решения этой задачи является формирование на поверхности детали функционально-ориентированного покрытия из материалов с различными трибологическими и физико-механическими свойствами [11]. Импульсный характер процесса ДНП и возможность управления составляющими параметрами единичных циклов (вариабельность процесса) в процессе напыления порошкового материала позволяет формировать ориентированно расположенные участки покрытия с различными трибологическими и физико-механическими свойствами, например, с помощью использования экранов. Экран располагается в зоне истечения частиц порошкового материала с продуктами детонации между открытым торцом ствола УДГНП и напыляемой деталью. Обеспечение качественных характеристик поверхностного слоя детали может решаться за счет нанесения отельных участков функционально-ориентированных покрытий (ФОП). Преимущество ФОП, состоящих из отдельных участков на внешней поверхности детали, нанесенных на эту поверхность из материалов различных по своим характеристикам, заключается, прежде всего, в возможности управления триботехническими характеристиками поверхностного слоя детали путем оптимизации и трансформации характеристик отдельных участков этой поверхности. Разработка и использование ФОП для повышения износостойкости пары трения, за счет оптимизации характеристик материалов и соотношения площади и формы отдельных участков покрытия, должны учитывать влияние участков этого покрытия на работоспособность детали в целом. Напыляемый слой может состоять, как минимум, из двух видов материалов – износостойкого, имеющего высокую твердость, и антифрикционного, имеющего низкий коэффициент трения скольжения. В качестве износостойких материалов возможно применение твердых сплавов и других композитов с высокой твердостью, антифрикционных – материалов на основе цветных металлов и полимеров. Особенности полученных покрытий для пары трения и их функциональность заключаются в следующем: если преимущественно площадь покрытия состоит из износостойкого материала, то покрытие износостойкое, а антифрикционный материал исполняет роль смазки, если большую часть площади покрытия составляет антифрикционный материал, то покрытие антифрикционное, а износостойкий материал

68


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ограничивает износ. Условной границей может служить отношение площадей мягкой (Fм) и твердой (Fт) фаз: при отношении Fм/Fт > 1 покрытие будет иметь антифрикционные свойства, Fм/Fт < 1 – износостойкие. Изменение составов напыляемых материалов, формы и соотношения геометрических параметров участков покрытия позволяет наносить функциональноориентированные участки покрытия с различным комплексом триботехнических свойств. Кроме того, при подаче в зону трения жидкой смазки наличие участков с различными триботехническими свойствами обеспечивает возможность влияния на образование в зоне трения разделительной пленки, состоящей из смазочного материала и продуктов износа антифрикционного материала, имеющего меньшую износостойкость, чем более твердый износостойкий материал, что также позволяет управлять триботехническими свойства покрытия. Выбор состава напыляемых материалов, формы и соотношения площадей участков из твердой и мягкой фаз определяются конкретными условиями работы пары трения. Углубленное рассмотрение этих вопросов является предметом дальнейших исследований для обеспечения эффективного решения конкретных технологических задач. Для апробации идеи были изготовлены образцы с функциональноориентированным покрытием и исследованы его свойства [11]. В качестве износостойкого материала был выбран твердый сплав ВК 15 ГОСТ 3882-74, обладающий высокой твердостью и износостойкостью [12], а для получения антифрикционного – порошок полиамида ПА-6 (мерканит), имеющего высокие антифрикционные свойства. Покрытие наносили на УДНП DEPLA-3 Луганского филиала кафедры ТМ ДонНТУ на образцы из стали Ст 3 ГОСТ 380-94 длиной 50 мм. Толщина покрытия после круглого шлифования составляла 0,8 мм, а диаметр образцов с покрытием  47,8 мм. При проведении экспериментов изменяли ширину слоев твердой и мягкой фаз, при сохранении суммарная ширин единичного слоя состоящего из твердой и мягкой фаз, которая составляла 10 мм, и угол наклона слоев к поверхности трения. Контроль внешнего вида покрытия показал, что внешние дефекты – сколы, вздутия, отслоения, трещины, раковины, отсутствуют. Поверхность твердого сплава имеет высокую чистоту, заметных задиров и других повреждений, несмотря на подачу в зону трения абразивных частиц, не наблюдается. На поверхности полимерных вставок и вкладышей наблюдаются следы местных повреждений, имеющие локальный характер. Ускоренные испытания по схеме – цилиндрический образец с напыленным слоем – вкладыш из стали 45 (ГОСТ 1050-74) с твердостью 42÷45 HRC показали, что при одинаковых условиях испытания, функционально-ориентированное покрытие, обеспечивает повышение износостойкости трущихся пар по сравнению с покрытием, состоящим из одного твердого материала. Также установлено, что износостойкость пары трения с функционально-ориентированным покрытием зависит от соотношения площадей твердого и мягкого слоев и угла наклона слоев: в условиях эксперимента с увеличением площади занятой полимером стойкость против износа растет, а затем снижается. Очевидно, что увеличение площади занятой полимером улучшает качество смазывания трущихся поверхностей, а при дальнейшем увеличении этой площади уменьшается площадь твердого сплава, что приводит к повышению износа. Влияние угла возможно связано с транспортировкой продуктов износа и частиц абразивного порошка из зоны трения. Наилучшие результаты получены на образцах имеющих соотношение площадей 0,18 Fм/Fт и угол наклона 60о.

69


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

5. Выводы Спроектирована и построена оригинальная конструкция установки детонационного напыления порошков в камерном исполнении. Разработана технология получения порошков бронзы, меди, композиционных материалов из шлифовальных шламов чугуна и стали для детонационного напыления из отходов производства. За счет изготовления порошковых материалов из отходов производства, существенно снижена их себестоимость. С целью повышения эффективности детонационного напыления разработана технология нанесения функционально-ориентированных покрытий, состоящих из поверхностных слоев чередующих материалов с различными свойствами. Список литературы: 1. Бартенев С.С., Федько Ю.П., Григоров А.И. Детонационные покрытия в машиностроении. – Л.: Машиностроение, 1982. – 216 с. 2. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. – М.: Машиностроение, 1985. – 240 с. 3. Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. Т1. Производство металлических порошков. Москва. МИСИС. 2001. – 368 с. 4. Борисов Ю.С. Порошки для газотермического напыления из отходов металлообработки: основы производства и перспективы применения / Ю. С. Борисов, В.В. Кудинов – Порошковая металлургия, 1989. – № 10. – С. 25-30. 5. Михайлов А.Н. Получение порошков для детонационно-газового нанесения покрытий из отходов производства / А.Н. Михайлов, М.Г. Петров, В.В. Головятинская, Д.В. Белошапка // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наук. праць. – Донецк: ДонНТУ – Вип. 1, 2 (44), 2012 р. – С. 160-165. 6. Цыркин А.Т. Получение порошка из шлака плавки вторичных алюминиевых сплавов для детонационного напыления / А.Т. Цыркин, А.Н. Михайлов, А.М. Петров, В.В. Головятинская, М.Г. Петров // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наук. праць. – Донецк: ДонНТУ – Вип. 3 (49), 2014 р. – С. 216-221. 7. Михайлов А.Н. Порошки из отходов шлифования белого чугуна / А.Н. Михайлов, М.Г. Петров, А.В. Шевченко, А.Т. Цыркин., В.В. Головятинская // Стратегія збалансованого використання економічного, технологічного та ресурсного потенціалу країни: Зб. наук. праць міжнародної науково-практичної Інтернетконференції 4-5 червня 2015 р. (ПДАТУ м. Кам’янець-Подільський) – Тернопіль: Крок, 2015. – С. 71-76. 8. Михайлов А.Н. Порошки для детонационного напыления из отходов производства / А. Н. Михайлов, А.Т. Цыркин, А.М. Петров, В.В. Головятинская, М.Г. Петров //Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наук. праць. – Донецк: ДонНТУ – Вип. 1 (51) – Донецк, ДонНТУ, 2015. – С. 112-117. (Электронный вариант). 9. Харламов Ю.А. Порошки для газотермического напыления из отходов производства прокатных валков / Ю.А. Харламов, Н.А. Будагьянц, А.В. Шевченко, С.А. Юдицкий – Автоматическая сварка, 2001. – № 10. – С. 25-30. 10. Рябичева Л.А. Технология получения порошка из шлифовального шлама стали 40Х10С2М и его технологические свойства / Л.А. Рябичева, А.Т. Цыркин, Н.В. Белошицкий // Металлообработка, 2007. – № 1. – С. 34-37. 11. Михайлов А.Н. Исследование особенностей функциональноориентированных детонационно-газовых покрытий / А. Н. Михайлов А.Н., А.М. Петров, В.В. Головятинская, М.Г. Петров // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародний зб. наук. праць. – Донецк: ДонНТУ – Вип. 1,2 (45), 2013 р. – С. 181-156.

70


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.794 НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД Михайлов Д.А., Михайлова Е.А., Рапацкий Е.В., Михайлов А.Н. (кафедра ТМ, кафедра ГЗТЛ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел./Факс: +38 (095) 0739343; E-mail: arasamogon@mail.ru Аннотация. В статье приведены данные связанные с особенностями эксплуатации лопаток компрессора ГТД. А также разработана системная модель процесса преобразования свойств лопаток компрессора при эксплуатации. В работе представлена классификация основных эксплуатационных воздействий на лопатки компрессора ГТД и разработана гипотетическая схема взаимодействия частиц пыли при износе элементов пера лопатки компрессора. Приведена схема взаимодействия пыли и частиц аэродинамического потока воздуха с лопатками компрессора. Ключевые слова: газотурбинный двигатель, лопатки компрессора, особенности эксплуатации, классификация эксплуатационных функций. 1. Введение Лопатки компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) являются главными элементами авиационных двигателей. Общее количество лопаток в ГТД составляет 2500 … 3500 штук, при этом структурная надежность всего двигателя определяется вероятностью безотказной работы каждой лопатки, в том числе и лопаток компрессора. В процессе эксплуатации лопаток компрессора на них действует целый ряд эксплуатационных функций, вызывающих разрушения элементов лопатки [1 … 5]. При этом наибольшее влияние на ресурс ГТД оказывают эрозионно-коррозионные воздействия, возникающие в процессе эксплуатации двигателя и вызывающие обычно неравномерные разрушения элементов лопатки. Поэтому в данной работе проведены исследования, связанные с эксплуатационными особенностями лопаток компрессора ГТД и направленные на дальнейшее повышение их ресурса. Целью данной работу является определение основных особенностей эксплуатации лопаток компрессора ГТД и классификация их эксплуатационных функций для последующей разработки методов повышения их ресурса. В работе планируется решить следующие задачи: определить основные особенности эксплуатации лопаток компрессора, выполнить классификацию эксплуатационных функций лопаток компрессора и выявить действие основных эксплуатационных функций на функциональные элементы лопатки компрессора ГТД. При эксплуатации двигателей вертолетов на лопатки компрессора действует целый ряд эксплуатационных воздействий различного характера, действие которых можно моделировать потоками материи MW, энергии EW и информации IW (рис. 1). На рис. 1 представлена модель процесса преобразования свойств лопаток компрессора ГТД при эксплуатации. Здесь показано: V – вход, процесс начала эксплуатации лопатки, W – выход, процесс завершения эксплуатации лопатки. Процесс преобразования свойств лопатки при эксплуатации происходит из-за действия эксплуатационных воздействий материального MW, энергетического EW и информационного IW характеров. Начальные и конечные свойства лопатки можно представлять следующими векторами:

71


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 1. Модель процесса преобразования свойств лопаток компрессора при эксплуатации щихся в процессе ее эксплуатации.

, ; где vi – i-е начальное свойство лопатки компрессора; wj – j-е конечное свойство лопатки компрессора; n – общее количество начальных свойств лопатки компрессора, которые образованы до ее эксплуатации; n – общее количество конечных свойств лопатки компрессора, образую-

2. Классификация эксплуатационных функций В процессе эксплуатации вертолетных двигателей на лопатки компрессора действует целый ряд эксплуатационных воздействий, которые можно структурировать. На рис. 2 представлена классификация основных эксплуатационных воздействий на лопатки компрессора.

Рис. 2. Классификация основных эксплуатационных воздействий на лопатки компрессора ГТД

72


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Эти воздействия можно разделить следующим образом: - температурные воздействия, - коррозионные воздействия, - эрозионные воздействия, - воздействия от инородных тел, - эксплуатационные силы. Здесь можно отметить, что в своей совокупности все эти воздействия вызывают комплексные разрушения лопаток компрессора. При этом катастрофический износ вызывают эрозионные разрушения лопаток, возникающие из-за эрозионного износа пера лопатки компрессора. Поэтому далее будут рассмотрены более детально эти вопросы. 3. Особенности эксплуатации лопаток компрессора Для вертолетов характерны полеты на небольшой высоте, сравнительно длительная работа вблизи поверхности земли, взлет и посадка с естественных площадок [2], имеющих песчанистую и пылевую почву. В этих условиях, в вертолетные двигатели может поступать воздух с частицами песка, пыли и других абразивных частиц, поднимающихся как в результате естественной запыленности воздуха вблизи земли, так и вследствие того, что потоки воздуха, идущие от несущего винта поднимают с поверхности земли твердые частицы, создающие вокруг самолета облако с увеличенной концентрацией частиц песка и пыли. Кроме того, в ряде случаев в регионах, где имеется вулканические процессы, работа вертолетов происходит в условиях с увеличенной концентрации вулканического пепла в воздухе вокруг них. При висении вертолета концентрация пыли и других частиц в воздухе может достигать несколько грамм в кубическом метре около земли и до 1 г/м3 вблизи входов в двигатели. Более типична концентрация на входе в двигатели около 0,2 … 0,3 г/м3. При этом в воздух могут подниматься как мелкие частицы, так и достаточно крупные размерами до 200 … 400 мкм [2]. Все это вызывает значительные эрозионные разрушения элементов ГТД, в том числе и лопаток компрессора. Анализируя процесс эрозионного разрушения лопаток компрессора можно отметить, что их износ в основном происходит по входной кромке и поверхности корыта (рис. 3). На рис. 3 представлены основные элементы пера лопатки компрессора, а именно следуРис. 3. Основные элементы пера лопатки ющие: входная и выходная кромки, кокомпрессора рыто пера лопатки, спинка пера лопатки и тело пера лопатки (на рис. 3 не обозначено). Поверхности пера лопатки являются рабочими, к ним предъявляют высокие требования по точности геометрических параметров, шероховатости поверхностей и физико-механическим свойствам. Можно отметить, что величина износа элементов пера лопатки обычно увеличивается от полки к периферии пера. Это объясняется тем, что в компрессоре происходит постепенное сепарирование частиц пыли и песка к периферии по тракту компрессора, а также из-за увеличения скорости относительного движения частиц по высоте пера лопатки компрессора (рис. 4). На рис. 4 цифрами обозначены следующие позиции: 1 – пе-

73


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ро лопатки компрессора, 2 – полка лопатки, 3 – замок лопатки (трапециидальный). Здесь можно отметить, что при постоянной частоте вращения ротора компрессора  линейная скорость по высоте пера лопатки изменяется в соответствии с эпюром, представленным на рис. 4. В результате соответственно увеличивается и скорость относительного соударения пыли и частиц песка. А также следует отметить, что в первой ступени износ пера наблюдается по всей высоте, а в последующих ступенях из-за сепарирования пыли и песка он смещается к периферии пера лопатки. В результате концентрации пыли и песка в аэродинамическом потоке у периферии пера лопатки в последних ступенях их износ может быть в несколько раз выше, чем на входе в компрессор. Однако этот износ может в каждом конкретном случае может иметь свои особенности. Можно отметить, что эрозионный износ пера лопатки начинается на входной кромке пера лопатки, которая в Рис. 4. Эпюр ско- процессе износа из-за действия аэродинамического потока ростей точек, распо- теряет свою форму на величину A. А также износ пера лоложенных по высоте патки происходит по поверхности корыта пера лопатки пера лопатки ком- (рис. 5). При этом форма пера лопатки 1 преобразуется в прессора форму 2. Причем величина износа слоя пера корыта лопатки по ее ширине имеет переменную величину D ≠ const = f (x, z), которая зависит от угла соударения частиц ≠ const. При этом угол соударения частиц с лопаткой изменяется по ширине и высоте пера и зависит от формы корыта пера лопатки и траектории относительного движения частиц. На рис. 5 представлена гипотетическая схема взаимодействия частиц пыли при износе элементов пера лопатки компрессора. Можно отметить, что спинка пера лопатки почти не изнашивается [2]. При этом при значительном износе поверхности корыта пера лопатки у задней кромки она отгибается, образуя заусенец 3 на спинке (рис. 5). Общий вид заусенца по задней кромке пера лопатки представлен на рис. 6. Следует отметить, что величина износа, как передней кромки, так и корыта в процессе эксплуатации увеличивается прямо пропорционально суммарному количеству прошедших частиц пыли и песка независимо от их концентрации в воздухе. Размер частиц кварцевой пыли существенно влияет на величину износа. Чем крупнее частицы пыли, тем интенсивнее износ [1, 2]. Рис. 5. Гипотетическая На рис. 7 представлена схема взаимодействия схема взаимодействия частиц пыли и частиц аэродинамического потока воздуха с пыли при износе элементов лопатками компрессора. Здесь показано следующее: пера лопатки компрессора позиции 1 и 2 - соседние лопатки компрессора; v1 направление движения потока воздуха по тракту дви-

74


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

гателя; v2 – поперечная скорость относительного движения частицы пыли или песка; v – суммарная скорость относительного движения частиц пыли и песка по траекториям относительного движения частиц; – линейная скорость поперечного движения лопатки; a, b, c, d – траектории относительного движения частиц разных размеров;  - угол соударения частиц пыли и песка с поверхностью корыта пера лопатки ( ≠ const из-за формы корыта пера лопатки). Можно отметить, что траектории относиРис. 6. Общий вид заусенца по тельного движения частиц пыли и песка a (рис. задней кромке пера лопатки 7) почти не отклоняются от теоретических значений [2], при этом с уменьшением размера частиц до размеров 10 … 15 мкм траектории b, c, d начинают отклоняться и тем больше, чем меньше частицы. Это обусловлено особенностями аэродинамического потока воздуха в тракте компрессора вертолетного двигателя. Интенсивность эрозионного изнашивания элементов пера лопатки зависит от целого комплекса параметров: - состава потока газов, паров и жидкости; - формы, состава, структуры и материала частиц пыли и песка аэродинамического потока; - скорости относительного движения частиц и поверхности пера лопатки компрессора; - угла соударения частиц с поверхностью пера лопатки; - материала пера лопатки. Наибольший износ поверхности корыта пера лопатки обычно наблюдается при углах соударения = 50 … 60°, а для = 90° и = 20 … 25° он почти в 2 раза меньше [2]. Изменение угла соударения частиц и поверхРис. 7. Схема взаимодействия пыности является основной причиной различной глубины износа корыта пера лопатки по ее ли и частиц аэродинамического поширине и высоте. Это связано с тем, что по тока воздуха с лопатками компрессоширине пера лопатки форма корыта пера в ра направлении x (рис. 7) имеет переменные параметры, а также перо лопатки по высоте в направлении z имеет закрутку на определенный угол, что также влияет на изменение угла соударения частиц с поверхностью. 4. Заключение Таким образом, выполненные исследования позволили установить, что износ лопатки компрессора имеет определенные особенности, а именно:

75


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

- входная кромка (зона около входной кромки) имеет переменный износ, увеличивающийся от полки лопатки к периферии пера лопатки, величина которого может изменяться до 2-х раз; - выходная кромка (зона около выходной кромки) имеет переменный износ, увеличивающийся от полки лопатки к периферии пера лопатки, величина которого может изменяться до 1,5 раз; - периферийная кромка (зона около периферии корыта пера) имеет переменный износ, уменьшающийся от входной к выходной кромке, величина которого может изменяться до 1,3 … 1,5 раз; - поверхность корыта пера лопатки имеет переменный износ, изменяющийся по поверхности до 2-х раз; - поверхность спинки пера лопатки практически не изнашивается и имеет сравнительно незначительный износ. Список литературы: 1. Демин Ф.И., Проничев Н.Д., Шитарев И.Л. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей. Учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 2002. – 328 с. ISBN 5-217-03119-0. 2. Вертолетные газотурбинные двигатели / В.А. Григорьев, В.А. Зрелов, Ю.М. Игнаткин и др.; под оющ. ред. В.А. Григорьева и Б.А. Пономарева. -М.: Машиностроение, 2007. – 491 с. ISBN 5-217-03362-2. 3. Абраимов Н.В., Елисеев Ю.С. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001. – 622 с. ISBN 5-89594-066-8. 4. Богуслаев В.А., Качан А.Я., Долматов А.И., Мозговой В.Ф., Кореневский Е.Я. Технология производства авиационных двигателей. Ч. 1. Основы технологии. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2007. – 518 с. ISBN 966-87-2. 5. Богуслаев В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальская Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. Отделочно-упрочняющая обработка деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с. ISBN 966-7108-91-0.

76


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПАТРОННОГО ПРОИЗВОДСТВА Николаев А.В., Чернышев Е.А. (ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. В статье приведен анализ технологических особенностей производства патронов с бронебойными сердечниками, а так же цельнометаллических снайперских пуль. Рассмотрен химический состав материалов, применяемых для изготовления бронебойных сердечников и зависящие от него физические свойства. Так же приведено сравнение с зарубежными аналогами. Ключевые слова: сердечник, патрон, холодная поперечно-винтовая прокатка, ЧПУ, твердость, прокаливаемость,бронепробитие. 1.Введение Опыт Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. показал необходимость массового изготовления патронов. В одной из своих речей, И. В. Сталин сообщил, что только в 1944 г. Советский Союз произвел 7 миллиардов 400 миллионов патронов. Изготовление патронов производилось на так называемом раздельном оборудовании, при этом технологический процесс разбивается на ряд элементарных операций, и производство организуется в виде системы достаточно простых однопозиционных машин, выполняющих операцию в процессе выстоя поворотного стола или конвейера. Загрузка заготовки и съем детали совмещается по времени с выполнением операции. В послевоенное время под руководством Л.Н. Кошкина были разработаны роторные и роторно-конвейерные автоматические линии, совмещающие транспортные и технологические движения для всех типов технологических операций, что позволило организовать непрерывный цикл изготовления патронов и их элементов с производительностью до 1000 шт./мин. Роторные линии имеют достаточно сложную конструкцию, что не может не сказаться на надежности работы этих линий. Следует также отметить, что точность изготовления и сборки элементов патронов на роторных линиях ниже, чем на раздельном оборудовании. Постоянно ведущиеся в к.20 - н.21 веков локальные войны и конфликты, терроризм, разделение оружия на боевое, полицейское, служебное и гражданское существенно изменили ситуацию на рынке боеприпасов. Вместо концепции как можно меньшей номенклатуры патронов при максимально возможном их количестве, появилась тенденция к изготовлению широкой номенклатуры патронов - по калибрам, типоразмерам и разновидностям в пределах типоразмера при сравнительно небольшой программе выпуска. При ведении действий с применением стрелкового оружия возобладала тенденция к решению боевых задач с применением оптимального набора боеприпасов для каждого случая с минимальным их расходом. В связи с этим вновь появились производства на базе раздельного оборудования, позволяющие гибко и быстро реагировать на потребности рынка боеприпасов и выпускать более высококачественные патроны. Появилось оборудование, ранее не использовавшееся в патронном производстве: станы для прокатки сердечников, станки с ЧПУ для изготовления пуль. Их применение рассматривается далее. 2.Технологические особенности изготовления бронебойных сердечников. На большинстве патронных заводов бронебойные сердечники изготавливают из

77


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

шлифованной прутковой стали (серебрянки) на токарных прутковых автоматах, что требует значительного количества оборудования. Более производительным методом является получение сердечников методом холодной поперечно-винтовой прокатки, при котором один из валков выполняется профильным, а второй - гладким (рис. 1). За один оборот валков формируется одна заготовка, при этом достигается производительность ~ 1 шт/с.

Рис. 1. Схема холодной поперечно-винтовой прокатки сердечника 1 - профильный валок; 2 - гладкий валок; 3 и 4 - опорные поверхности Винтовой выступ (реборда) на профильном валке возрастает, начиная с нуля до конечной величины. Заготовка, перемещаясь вдоль валка, окончательно формируется и отделяется от последующей, неокончательно сформированной заготовки. При этом должны выполняться условия: - обжатие за один оборот заготовки не должно превышать допускаемых величин; - отношение ширины перемычки к ее диаметру не должно превышать единицы; - число циклов обжатия (число оборотов) заготовки должно быть минимально достаточным, в противном случае в осевой зоне заготовки образуется рыхлость. Величина предельно допустимой величины обжатия за оборот валка определяется по формуле:

где d3 - диаметр заготовки, мм; nΣ - число оборотов заготовки. Dв - диаметр валка. Бронебойное действие сердечников обеспечивается за счет их высокой твердости - не менее 63 НRС.Поэтому, как правило, их изготавливают из высококачественных инструментальных углеродистых сталей У10а и У12а, химический состав которых показан в таблице 1.

78


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица 1

Рассмотрим химический состав стали, используемой за рубежом (табл. 2). Таблица 2

Инструментальные углеродистые стали достаточно дешевы, но обладают рядом существенных технологических недостатков: - низкой пластичностью, что затрудняет их изготовление методами пластической деформации; - высокой склонностью к обезуглероживанию при нагреве без защитных сред; - высокой вероятностью образования трещин, что требует трудоемкого визуального контроля каждого сердечника. Кроме того, вследствие хрупкости закаленных сердечников при ударе пули по преграде под углом они часто ломаются при внедрении в преграду.Вследствие этих причин иногда используют для сердечников углеродистую качественную конструкционную сталь 65Г, имеющую следующий химический состав: Таблица 3

Однако сталь 65Г не решает всех проблем. Марганец повышает ее прокаливае-

79


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

мость, но ухудшает штампуемость, которая во многом зависит от структуры стали. За счет повышенного содержания марганца в процессе деформации возникают внутренние остаточные напряжения. Кроме того, эта сталь склонна к росту зерна при нагреве и к обезуглероживанию. В ЦКИБ СОО были проведены исследования сердечников пуль патронов 7Н25 и 7Н31, изготовленных из малоуглеродистых легированных сталей 20Х, 35Х, 40Х. Таблица 4

Эти стали обладают высокой пластичностью, что позволяет получать методами пластической деформации высокоточные детали с минимальным количеством технологических переходов. Твердость сердечников обеспечивается за счет поверхностного упрочнения методом цементации с последующей закалкой. Это позволяет получать на поверхности твердый (свыше 60 НRС) слой и вязкую сердцевину, способную гасить волны интерференции при ударе о преграду.В качестве примера на рис 2 показано распределение твердости от поверхности вглубь для стали 35Х.

Рис. 2. Расстояние от поверхности, мм Толщина цементированного слоя в сердечнике из стали 20Х составляет около 1,5 мм и представляет собой мартенсит и карбиды цементного типа. По визуальной оценке содержание углерода в поверхностном слое составляет около 1,2 %. Карбидная фаза располагается по бывшим границам аустенитных зерен и представляет собой разорванную и коагулированную цементную сетку. Матричная структура сердцевины сердечников представляет собой бейнит пластичной формы, что указывает на сквоз-

80


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

нуюпрокаливаемость.При стрельбе на бронепробитие патронами 7Н25 из пистолета ПМ на дальности 10 м сердечники из стали 20Х, 35Х и У10А пробили плиту из стали ст. 3 толщиной 5 мм. 3.Изготовление цельнометаллических снайперских пуль Точеные цельнометаллические снайперские пули изготавливаются на высокоточных токарных станках. При этом необходимо придерживаться следующих принципов: 1) Исходной заготовкой должен быть калиброванный пруток или штучная заготовка из калиброванного прутка. Еще лучше, если заготовки будут отшлифованы на бесцентрово-шлифовальном станке. Равномерный и одинаковый на всех заготовках припуск по диаметру обеспечит постоянство усилия резания, а значит, стабильность выполнения размеров деталей. 2) Заготовки должны иметь припуск по ведущим пояскам - иначе совпадение оси симметрии ведущих поясков и остальных поверхностей никогда не будет достигнуто. 3) За одну установку важно обрабатывать все поверхности на цилиндрической части пули, оживало и носик пули. Очень важной для снайперских пуль является высокая чистота обработки, поэтому желательны станки, обеспечивающие постоянную скорость резания при изменении диаметра обработки. Особенно это относится к обработке оживальной части.Наиболее подходящим оборудованием для изготовления точеных пуль являются токарно-прутковые станки с ЧПУ. Рассмотрим в качестве примера техпроцесс изготовления пули калибра12,7 мм из бронзы БрАЖ 9-4 на таком станке (Рис. 3). Заготовкой служит пруток диаметром 16 мм.

81


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 3. Техпроцесс изготовления пули калибра 12,7 мм на станке с ЧПУ На первом переходе подрезается торец прутка, затем производится черновая и чистовая обточка оживала, черновая и чистовая обработка цилиндрической части ∅13,01-0,02 мм пули. Обработка производиться резцом с круглой пластиной. После этого фасонными резцами протачиваются канавки диаметрами 12,7-0,1 и 12,6-0,1 мм. Тем же резцом с круглой пластиной за 2 прохода формируется задний конус и отрезным резцом отрезается деталь. Выводы: рассмотрены физические свойства материалов, применяемых для изготовления бронебойных сердечников, их химический состав, а так же приведено сравнение отечественных и зарубежных аналогов. После сравнения различных материалов для изготовления сердечников было выявлено, что хотя инструментальные углеродистые стали достаточно дешевы, но они обладают рядом существенных технологических недостатков. Вследствие этих недостатков иногда для изготовления сердечников используется сталь 60Г. Так же выявлено что лучшей технологичностью при изготовлении обладают малоуглеродистые легированные стали 20Х, 35Х, 40Х, обладающие высокой пластичностью, что позволяет сократить количество технологических переходов. Список литературы:1. Пистолетные и снайперские патроны. Гранатометные выстрелы. Учебное пособие. - Тула: Инфра, 2008. - 120 стр. 2. Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация производственных процессов на базе роторных линий. – М.: Машиностроение, 1972. – 351 с. 3. Автоматические роторные линии / И.А. Клусов, Н.В. Волков, В.И. Золотухин и др. – М.: Машиностроение, 1987. – 288 с. 4. Прейс В.В. Технологические роторные машины: вчера, сегодня, завтра. – М.: Машиностроение, 1986. – 128 с. 5. Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. – М.: Машиностроение, 1982. – 334 с.

82


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ ПОЛОСТЕЙ МАТРИЦ ПРЕСС-ФОРМ Николаенко В.И. (ФИММ, кафедра ТМ, гр. ИТМ-13м, ДонНТУ г. Донецк, ДНР) Тел.: +380955272291, E-mail: vlaad-nikolaenko@yandex.ua Аннотация. В данной работе была разработана методика повышения производительности обработки полостей матриц пресс-форм, позволившая сократилось время обработки полости матрицы и повысить объемную выемку слоя материала в 5 раз с обеспечением заданной шероховатости обрабатываемой поверхности, а также с обеспечением стойкости режущего инструмента, гарантирующей выполнение полного цикла фрезерной обработки полости матрицы без его замены. Ключевые слова: пресс-форма, матрица, производительность, фрезерование, режим резания, стратегия обработки 1. Введение В настоящее время в машиностроении все большую актуальность приобретает вопрос повышения производительности обработки полостей пресс-форм, в виду существенного расширения номенклатуры изделий, изготавливаемых, в том числе, из полимерных материалов. Полимеры в отдельных случаях более выгодны в финансовом плане и более высокотехнологичны, чем изделия из стали, алюминия и т.д. На данный момент не все предприятия имеют станочный парк, оснащенный станками с ЧПУ, поэтому важность приобретает комплексный универсальный подход к повышению производительности и сокращению времени обработки полостей пресс-форм. Существует немало параметров, влияющих на результат сокращения времени обработки, важно учесть их влияние, подтвердить взаимосвязь между ними. В отношении повышения производительности и сокращения времени обработки важно именно оптимальное соотношение параметров и составляющих, среди которых режим резания, СОТС, траектории движения инструмента, стратегия обработки и негативные факторы - в виде вибронагруженности, повышенного износа режущего инструмента и вариантов борьбы с ними. Целью данного исследования является разработка методики повышения производительности обработки полостей матриц пресс-форм. 2. Основное содержание и результаты работы Изображение матрицы пресс-формы из стали 40Х, рассматриваемой в исследованиях, представлено на рисунке 1. Область применения: массовое производство, где большое значение имеет время изготовления изделия (время производственного цикла), а при штучном производстве, если требуется высокий удельный съём металла Q (см3/мин). Требования к станку: высокая жёсткость, высокая мощность, ЧПУ, жёсткое крепление детали. Повышение производительности обработки полостей штампов зависит многих составляющих, в том числе и негативных факторов, влияющих на высокопроизводительный процесс.

83


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 1.Чертеж матрицы для формовки шестерен Непрерывное врезание фрезы. Непрерывное врезание фрезы является одним из методов выхода на оптимизированную производительность. Следует отметить, что ширина прохода (ширина обрабатываемого материала) остается неизменной на протяжении всего процесса обработки. Наиболее часто при изготовлении моделей, штампов и пресс форм фреза движется вокруг формы, придавая последней различные особенности. Подобный результат должен достигаться с помощью перемещения фрезы по запрограммированному радиусу, а не ряда прямолинейных проходов. Фреза должна непрерывно взаимодействовать с заготовкой. Зачастую, используют прямолинейные проходы, но это не очень хорошая ситуация, потому что подобные действия нагружают и разгружают шпиндель, инициируют вибрацию, сокращают срок службы инструмента и значительно снижают общую производительность станка. 84


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Когда торцовое фрезерование с круговой подачей используется для начала обработки компонента, и фреза перемещается по определенному радиусу при достижении угловых частей заготовки, мы можем получить тонкую стружку на выходе, сохранить уровень врезания постоянным (даже по углам) и обеспечить устойчивость.[4] Высокопроизводительная обработка (High performance machining, НРМ): стратегия обработки, при которой достигается очень высокий удельный съём металла. Типичным для данного метода является то, что радиальная глубина резания (ае) равна диаметру фрезы (Dc), а осевая глубина резания (ap) равна Dc или превышает его в полтора раза, в зависимости от материала заготовки. При НРМ достигается чрезвычайно высокий удельный съём металла за счет значительно большей (по сравнению с обычной) толщины снимаемой стружки. Характеристики инструмента: специально разработанные инструменты с формирующей канавкой для стружки, торец фрезы с радиусом или фаской при вершине 45°, специальная плавная стружечная канавка и покрытие. В данном случае, при обработке матрицы из стали 40Х, режущим инструментом [5] из материала HSS [6], использовании универсального оборудования, более рациональной стратегией, по сравнению с другими стратегиями (табл.1) является высокопроизводительное фрезерование (НРМ).

Глубина резания Радиальная ае Осевая ар Подача (Vf) Обороты шпинделя (n) Объем снимаемого материала (Q) Сила резания (F)

Микрообработка

Высокопроизводительная обработка

Высокоскоростная обработка

Общая обработка

Характеристика различных стратегий обработки Стратегии обработки\характеристика

Обработка на высоких подачах

Таблица 1

ae~Dc ae<Dc ap=40%Dc ap~Dc

ae~Dc ae=0.5Dc ae<Dc ap~Dc ap<Dc ap<Dc

++ ++ ++ ++

+++ +++ +++ ++++

++++ +++++ +++++ +

+++++ +++ +++ +++

+ +++++ +++++ +

Потребляемая мощность ++ + ++++ ++ + Высокое значение +++, ++++, +++++, нормальное значение ++, низкое значение + В программной среде MathCAD был разработан алгоритм, при котором появилась возможность сократить время расчёта параметров при оптимизировании процесса фрезерования для различных стратегиях обработки. В программу были внесены формулы для расчета следующих параметров: 1) стойкость режущего инструмента (Т, мин);

85


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

2) скорость резания (V, м\мин); 3) объем снимаемого слоя материала (Q, см.куб. в мин); 4) общее время обработка (to. мин); 5) силы резания (Pz, Н); 6) шероховатость обработанной поверхности (Rz). Для выявления более производительной для данного конкретного случая была проведена сравнительная характеристика 3-х стратегий обработки (табл.2). Таблица 2

Стратегия обработки Общая обработка Высокопроизводительная обработка Обработка на высоких подачах

Сравнение стратегий обработки Q, см. sz, B, V, to, куб. в мм\зуб мм м\мин мин мин 0,04 5 50 13,0 41,5

T, мин

Pz, Н

Rz, мкм

46

941

37

0,04

20

63

65,3

8,3

15

3762

35

0,1

5

50

32,7

13,3

6

1819

176

На основании полученных данных, можно сделать вывод, что наиболее производительной, обеспечивающей минимальное время обработки полости матрицы, заданную шероховатость обрабатываемой поверхности и необходимую стойкость инструмента для завершения полного цикла обработки изделия без его замены, является стратегия высокопроизводительного фрезерования. 3. Заключение. Исследования позволили решить актуальную научнотехническую задачу повышения производительности обработки полостей матриц пресс-форм. При этом сократилось время обработки полости матрицы пресс-формы и повысилась объемная выемка слоя материала в 5 раз с обеспечением заданной шероховатости обрабатываемой поверхности, а также с обеспечением стойкости режущего инструмента, гарантирующей выполнение полного цикла фрезерной обработки полости матрицы без его замены. Список литературы: 1. Сайт онлайн журнала «Твердый сплав» [электронный ресурс]. — Режим доступа: http://tverdysplav.ru/frezerovanie-osnovnye-strategii/ 2. Сайт корпорации «Sandvik-Coromant» [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.sandvik.coromant.com/ru-ru/pages/default.aspx 3. Режущий инструмент в производстве штампов и пресс-форм. Краткое справочное руководство. ISCAR IMC Group. 4. Сайт компании «Seco» [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.secotools.com/ru 5. Кожевников Д. В., Гречишников В. А., Кирсанов С. В., Кокарев В. И., Схиртладзе А. Г. Под редакцией С. В. Кирсанова. Режущий инструмент: Учебник для вузов- 2-е изд. доп. – М.: Машиностроение, 2005. – 528 с: ил. 6. Терновой Ю.Ф., Канюк В.И., Терехов В.Н. Справочник по инструментальным сталям. 2-е издание – Х.: «Металлика», 2009. – 242 с.

86


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ Польченко В.В., Васильев Е.В.

(кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк)

Ремонт и восстановление деталей машин обеспечивает экономию высококачественных материалов, топлива, энергетических и трудовых ресурсов, рациональное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Кроме того, для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5…8 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых. В тоже время ресурс восстановленных деталей по сравнению с новыми деталями во многих случаях остается низким и не всегда отвечает требованиям практики. Поэтому одной из основных задач ремонтной отрасли является разработка и внедрение в производство прогрессивных методов восстановления деталей машин, обеспечивающих высокое качество, работоспособность и минимальную себестоимость. Работоспособность и ресурс работы машин непосредственно связаны с качеством поверхностного слоя деталей, которое характеризуется геометрическими и физико-механическими параметрами. От качества поверхностного слоя зависят эксплуатационные свойства деталей машин: сопротивление усталости, износостойкость, коррозионная стойкость, контактная усталость и др. [1, 2]. В связи с интенсификацией эксплуатационных процессов, увеличения скоростей рабочих органов, повышением рабочих температур и давлений качество поверхностного слоя деталей машин значительно возрастает. С этой точки зрения поверхность деталей машин должна быть достаточно твердой, должна иметь сжимающие остаточные напряжения, мелкодисперсную структуру, сглаженную форму микронеровностей с большой площадью опорной поверхности. С помощью широко применяемых финишных методов обработки (шлифование, полирование, хонингование, притирка), создаются необходимые размеры и геометрическая форма с заданной точностью, но не всегда обеспечивается оптимальное качество поверхностного слоя. Устранение недостатков финишных методов обработки во многих случаях достигается применением поверхностно-пластического деформирования (ППД) шариковыми или роликовыми обкатниками. Обработка, основанная на ППД, имеет по сравнению с лезвийной и абразивной ряд преимуществ: сохраняется целостность волокон металла и образуется текстура (мелкозернистая структура) поверхностного слоя; отсутствует шаржирование обрабатываемой поверхности абразивом, отсутствуют термические дефекты; за один рабочий ход достигается минимальная шероховатость (Rа 0,1…Rа 0.05 и ниже); создаются благоприятная для контакта и смазывания поверхностей форма микронеровностей, благоприятные сжимающие остаточные напряжения; повышается микротвердость поверхности. Указанные преимущества ППД обеспечивают повышение износостойкости, сопротивление усталости, контактной выносливости и других эксплуатационных свойств на 20-50 процентов, а иногда, при условии выбора рационального метода и оптимальных режимов обработки, в 2…3 раза. Анализ существующих технологий восстановления основных деталей двигателей, проведенный авторами на ремонтных предприятиях и мастерских области показал, что методы ППД при ремонте деталей применяются недостаточно широко. В результате анализа существующих технологий восстановления деталей двигателей грузовых автомобилей и возможностей ППД разработаны новые технологии (таблица), обеспечи87


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

вающие повышение эксплуатационных свойств деталей. Таблица 1. Рекомендуемые технологии восстановления некоторых деталей двигателей Деталь Поверхность Рекомендуемая технология восстановления Поршневой Наружная поРаздача- шлифование – алмазное палец верхность выглаживание Толкатель Наружная поШлифование – хромирование (жеклапана верхность лезнение) – шлифование – алмазное выглаживание Сфера Зачистка – наплавка – шлифование – профильное алмазное выглаживание Клапаны Стержень Шлифование – железнение – шлифование - обкатывание Гильза цилиндров Внутренняя поРастачивание - виброобкатывание верхность Шатун Отверстие нижХонингование – железнение – расней головки тачивание - алмазное выглаживание Коленчатый вал Коренные и шаШлифование – наплавка – шлифотунные шейки вание - алмазное выглаживание РаспределительКулачки Струйно-корундовая обработка – ный вал наплавка – шлифование – алмазное выглаживание Опорные шейки Шлифование – наплавка - шлифование – алмазное выглаживание Простота способов ППД позволяет внедрять их на ремонтных предприятиях с различной технологической оснащенностью и традициями. Этапы проектирования технологического процесса для выбранного способа ППД выполняют в следующей последовательности: - выбирают оборудование в зависимости от конструкции, размеров детали и величины производственной программы; - выбирают конструкцию и геометрию деформирующего инструмента (шарик, ролик, алмазный выглаживатель); - определяют припуск на обработку z по формуле z = K(Rz исх -Rz), где - Rz исх – высота исходных микронеровностей; Rz – требуемая высота микронеровностей после обработки; K – принимать в пределах 1,1 – 1,5 в зависимости от твердости материала, меньшие значения для твердых (закаленных) сталей, а большие для мягких, пластичных сталей; -назначают режимы обработки и определяют технико-экономические показатели. Список литературы: 1. Качество машин: Справочник: в 2 т. Т.2/А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, А.М. Дальский и др.-М.: Машиностроение, 1995. – 430 с.: ил. 2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1985, 496 с., ил. 3. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М., «Машиностроение», 1978. 152 с.

88


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗУБЬЕВ ВТУЛОК МУФТ С ГЕОМЕТРИЕЙ, ПРИБЛИЖЕННОЙ К ГРУППОВОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ Рапацкий Е. В., Грубка Р. М. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. В работе приведена методика определения параметров для настройки зубофрезерного станка, при нарезании зубьев с геометрией, приближенной к групповой пространственной. Методика заключается в установлении взаимосвязи между геометрией режущей кромки инструмента, геометрией боковой поверхности зубьев и кинематикой относительных движений инструмента и заготовки. Исходными данными при определении этих параметров являются координаты точек, принадлежащие боковой поверхности зуба втулки зубчатой муфты с групповой пространственной геометрией. Ключевые слова: зубчатая муфта, инструмент, заготовка, групповая пространственная геометрия, экспериментальная модель. 1. Введение Зубчатые муфты, благодаря таким их достоинствам, как высокая нагрузочная способность и способность к компенсации погрешностей, возникающих при монтаже валов [1, 2], широко используют для соединения валов агрегатов различных машин. Эксплуатационные показатели зубчатых муфт, при наличии погрешностей монтажа валов, зависят от различных конструктивных факторов, в том числе и от геометрии боковой поверхности зубьев втулки. Соединение втулки и обоймы с прямолинейными образующими зубьев способно компенсировать суммарные погрешности монтажа валов до 30´. Соединение обоймы с прямолинейной образующей и втулки с криволинейной образующей зубьев способно компенсировать суммарные погрешности монтажа валов до 45´. Наиболее современными способами повышения эксплуатационных характеристик зубчатых муфт является реализация пространственного соединения зубьев обоймы с прямолинейной образующей и зубьев втулки с пространственной геометрией, способного компенсировать погрешности монтажа валов до 3° [3, 4, 5, 6, 7]. Основные способы нарезания зубчатых венцов цилиндрических зубчатых колес с прямолинейной или криволинейной образующей широко описаны в литературе [8, 9]. Все они основаны на смещении инструмента, либо в радиальном, либо в тангенциальном направлениях относительно заготовки и осуществляются на существующем серийном оборудовании стандартным режущим инструментом. Структура любой пространственной геометрии зубьев, существенно отличается от структуры зубьев с прямолинейной или криволинейной образующей, так как предполагает непрерывное изменение толщины зуба, как по его длине, так и по его высоте [4, 5, 6, 7]. А разработка любой новой пространственной геометрии зубьев влечет за собой необходимость в разработке простых и эффективных способов формообразования зубьев, в том числе и на существующем серийном оборудовании с применением по возможности стандартного режущего инструмента. Для реализации данных способов на практике необходимо разработка методик по определению параметров для настройки зуборезного станка. Поэтому актуальной задачей является установление взаимосвязи между геометрией зуба втулки с групповой пространственной геометрией, геометрией режущей кромки инструмента и траекторией относительного перемещения инструмен-

89


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

та и заготовки в процессе нарезания зубчатого венца с геометрией, приближенной к групповой пространственной. Целью работы является разработка методики определения параметров для настройки зубофрезерного станка при нарезании зубьев втулок зубчатых муфт с геометрией, приближенной к групповой пространственной. 3. Основное содержание и результаты работы Групповая геометрия, является усовершенствованной формой пространственной геометрии, полученной кинематическим методом [3, 4]. Которая обеспечивала линейный контакт и равномерное распределение нагрузки между зубьями, но, хорошо работала, только в условиях, для которых она проектировалась и изготавливалась. То есть для одного конечного (номинального) угла перекоса. А при незначительном отклонении от него между зубьями возникал точечный краевой контакт, при контактировании всего двух пар зубьев в диаметрально противоположных контактных зонах. Сущность групповой пространственной геометрии заключается в том, что боковая поверхность зубьев втулки выполняется из участков, геометрия каждого из которых соответствует одному из углов перекоса зубьев втулки относительно зубьев обоймы, входящих в пределы интервала компенсации. То есть на боковой поверхности зуба втулки реализуется специальная геометрия – групповая пространственная геометрия [6]. При этом боковая поверхность зуба втулки делится на две части (рис. 1), что связано с особенностями относительных движений зубьев, при работе зубчатого зацепления показанными в работах [10]. Контакт зубьев при вращении соединения, возможен только в двух диаметрально расположенных координатных четвертях. Вследствие чего целесообразно разделение активной боковой поверхности зуба втулки на две ча- Рис. 1. Структура зуба втулки с сти, в том числе и с точки зрения изготовления групповой пространственной групповой пространственной геометрии. На каждой модификацией из этих частей нарезается пространственная геометрия в соответствии с системой уравнений (1). i

  2  2 i  y2ij  y1 j  2 A1ij rb cos i sin ;  2  z2ij  A2ij  ( x1 j cos i  y1 j sin i ) sin i ;   A1ij  cos( i   j  c ) ctg ( i   j  c )   j  ;    rb cos i tg i 2 ; A2 ij   sin( i   j  c )   i  0, n; j  0, m,  x2 ij  x1 j  2 A1ij rb cos i sin 2

;

(1)

90


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

где x2 ij , y 2 ij , z 2 ij – координаты точки на боковой поверхности зуба втулки; x1 j , y1 j , z1 j – координаты точки на боковой поверхности зуба обоймы;

 i – текущее значение угла поворота контактирующей пары зубьев;  j – угол развернутости эвольвенты;  c – угол смещения начала эвольвенты;  i – текущее значение угла перекоса зубьев, соответствующее углу поворота, входящее в интервал значений   н ; к  ;

n – углов, на которые разбивается интервал, применяется для расчета, а в общем случае характер изменения угла перекоса соединения носит непрерывный характер; m – количество углов развернутости эвольвенты, для расчетов принимаются значения углов в интервале от 10° до 40° через каждые 2–5°, в зависимости от требуемой точности. Текущий угол поворота определяется по формуле: 50    i i  , (2) 180n где 50 – коэф., определяющий ширину зоны контактирования зубьев. Текущий угол перекоса, соответствующий углу поворота соединения, определяется по формуле:   н   i , i  к  к (3) n где  н и  к – соответственной начальный и конечный углы перекоса соединений из интервала компенсации. Зубчатая муфта с групповой пространственной геометрией работает следующим образом. При повороте соединения в условиях перекоса зуб втулки совершает пространственное движение относительно зуба обоймы. Между зубьями в пределах контактной зоны, возникает линейный контакт. Реализация данного зубчатого соединения позволяет за счет применения групповой пространственной геометрии компенсировать угол перекоса, входящий в интервал значений н ; к  , что приводит к получению линейного контакта зубьев в соединении и выравниванию зазоров и нагрузки между зубьями вне зависимости от значения угла перекоса соединения, входящего в заданный интервал значений. Все это позволяет увеличить возможность применения пространственной геометрии зубьев и снизить количество нарезаемых геометрий зубьев зубчатых муфт. Исходя из особенностей структуры групповой пространственной геометрии, для ее получения необходима разработка нового технологического способа на основе метода копирования, а также разработка нового технологического оснащения для его реализации. При этом в ряде случаев для менее ответственных зубчатых муфт возможно получение зубчатых венцов с геометрией приближенной к групповой пространственной. Причем в этом случае обработка может вестись стандартным зуборезным инструментом на существующем технологическом оборудовании. Для получения геометрии приближенной к групповой пространственной, необходимо определить параметры для настройки зуборезного станка. А именно, для формообразования зубчатого венца с проектируемой поверхностью, требуется рассчитать угол наклона заготовки (т.к. фреза будет установлена в положение для нарезания пря-

91


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

мозубого венца) и смещение исходного эвольвентного профиля в радиальном направлении (для получения заданной толщины зуба в плоскости его симметрии). Схематично относительное положение и траектория перемещения инструмента и заготовки изображено на рис. 2. Изменяя величину межосевого расстояния между инструментом и заготовкой за счет постоянства геометрических параметров режущей кромки инструмента можно подобрать практически любое значение координаты х2 зуба втулки на заданном радиусе у2. Исходя из чего величина изменения межосевого расстояния, или смещения эвольвенты в радиальном направлении, будет определятся из выражения (4). (4) k r  yr  y 2 , где yr - расчетное значение координаты точки А принадлежащей нарезаемой в процессе обработки не модифицированных зубьев эвольвенте, соответствующее получению на боковой поверхности нарезаемого зуба втулки точки А с Рис. 2. Траектория перемещекоординатами х2 и у2. На рис. 3 изображено положения профиля ния инструмента в относительзуба втулки в пространстве и положение эволь- ном движении: а) первый рабовенты без изменения и с изменением межосевого чий ход; б) второй рабочий ход расстояния между инструментом и заготовкой. Точка А с координатами х2,у2 принадлежит профилю зуба втулки, а точка А с координатами х2 , yr принадлежит нарезаемому эвольвентному профилю. Для получения на боковой поверхности зуба втулки точки А с координатами х2,у2 необходимо изменить межосевое расстояние между инструментом и заготовкой на величину kr . физический смысл данного действия заключается в снятии с боковой поверхности зуба втулки большего припуска, чем при нарезании эвольвентных зубьев с прямолинейной образующей. Для определения yr необходимо выполнить следующие действия: 1. Определить координаты пересечения Рис. 3. Схема для расчета веконтактной линии принадлежащей боковой поличины изменения межосевого верхности зуба втулки с плоскостью парал- расстояния между инструментом и лельной плоскости проекций х2Оу2. То есть заготовкой определить значение координат точки А. 2. Подобрать параметр  (угол развернутости эвольвенты) эвольвенты по зави-

92


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

симости: (5) x1  rb sin(   c )   cos(   c ). Подбор угла  выполняется по программе, блок-схема которой показана на рис. 4. 3. Рассчитать координату yr по зависимости: (6) yr  rb (cos(   c )   cos(   c )). Выполнив все вышеперечисленные действия и подставив полученные значения y 2 и yr в формулу (4), определим значение необходимого смещения эвольвенты в радиальном направлении для каждой контактной линии по сечению. Но, с целью получения наиболее приближенной геометрии, выбираем рациональную величину смещения эвольвенты в радиальном направлении, которая принадлежит найденному интервалу kr   kmin ; kmax  значений и равную: k r  0,16850 мм. Рис. 4. Блок-схема программы Определения угла наклона заготовки в продля подбора угла  цессе ее обработки, можно произвести при помощи метода наименьших квадратов (МНК) на основании теоретических сведений о геометрии зуба с групповой пространственной геометрией [табл. 6.19, 7]. Для большей наглядности, значения координат точек боковой поверхности зуба втулки, были определены для шестого интервала углов компенсации перекоса в соединении. Исходными данными для дальнейших расчетов являются координаты (x, z) точек, фиксированных на линии пересечения боковой поверхности зуба с концентрической цилиндрической окружностью радиусом r  37,5 мм (т.е. с радиусом делительной окружности). Суть метода заключается в аппроксимации полученных данных линейными зависимостями z=ax+b по методу наименьших квадратов, получив тем самым системы из двух линейных уравнений для нахождения параметров а и b, при которых функция (7) принимает наименьшее значение. 2

n

F (a, b)  zi   axi  b  

(7)

i 1

Таким образом, решение задачи сводится к нахождению экстремума функции двух переменных, благодаря чему можно получить значение рационального угла наклона оси заготовки. Составляем и решаем система из двух уравнений с двумя неизвестными. Находим частные производные функции (7) по переменным а и b и приравниваем их к нулю.  n  F (a, b) 2 ( zi  (ax i  b)) x i  0  a  0  i 1  n    F (a, b)  0 2 ( z  (ax  b))  0 i i    b i 1

93


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

n n n n  n 2  n 2 a  xi  b  xi   xi zi a  xi  b  xi   xi zi  i 1  i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 (8)    n n n  n  n a  xi   b   zi a  xi  nb   zi . i 1 i 1 i 1  i 1  i 1 Решаем полученную систему уравнений любым методом (например, методом подстановки или методом Крамера) и получаем формулы для нахождения коэффициентов по МНК. n n n  n x z  x   i i i  zi  i 1 i 1 i 1 a  n n  n  xi2  ( xi ) 2  (9)  i 1 i 1  n n  zi  a  xi  b  i 1 i 1  n Подставляя численные значения в данную систему, получим линейную зависимость вида: z  ax  b  12,3587 x  23,9534 , откуда arctg (a)  arctg (12,3587)  4, 6260 , что и является углом наклона боковой поверхности зуба втулки в плоскости xOz. Результатами проведенных косвенных измерений толщины зуба втулки (полученной при помощи компьютерных средств твердотельного моделирования) с геометрией приближенной к групповой пространственной, являются фактически полученные координаты пересечения боковой поверхности рассматриваемого зуба, с концентрическими цилиндрическими поверхностями радиусами 35,5; 36,5; 37,5; 38,5 и 39,5 мм. Проведем сравнения полученных экспериментальным путем данных с соответствующими данными теоретических исследований. Для чего, определим теоретические значения координат точек на боковой поверхности зуба с групповой пространственной геометрией [7], полученных при помощи ряда систем уравнений (10), задаваясь значениями радиусов – 35,5; 36,5; 37,5; 38,5; 39,5; и значениями координаты z2ij – 0,0; 0,5; 1,0; …, 6,0. 2

    2 2   50  k    50  k   50  k 2 к  (к н )k  R   cos  c  sin( c )  2cos  c  ctg   c  sin sin   2 , 180 2  180    180     rb   (10) (  (к н )k) cos(к  (к н )k)tg к  2   50  k  sin  c    180    50  k 50 k  z2   sin  c  cos( c ) cos  cos  c   sin( c ) sin  sin(к  (к н )k)  . 180 180  rb  

  50  k    50  k   50  k 2 к  (к н )k   c  ctg   c   cos sin  sin  c   cos( c )  2cos   180 2  180    180    

В результате расчетов, было выполнено сравнение координат, определяющих толщину зуба для зубьев втулок с теоретической групповой пространственной и экспериментально полученной геометрией. По численным данным работы, можно сделать вывод,

94


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

что максимальное значение относительной погрешности между значениями толщин зубьев с теоретической групповой пространственной геометрией и экспериментально полученной геометрией не превышает 8%. 4. Заключение В представленной работе разработана методика определения параметров для настройки зубофрезерного станка, при нарезании зубьев с геометрией, приближенной к групповой пространственной. Для чего, основываясь на результатах исследования теоретических данных о формообразовании зубьев с групповой пространственной геометрией, были рассчитаны данные, позволяющие определить траектории относительных движений инструмента и заготовки в процессе нарезания зубчатого венца и как следствие определены параметры для настройки зубофрезерного станка при обработке: изменение межосевого расстояния, угол наклона заготовки. Полученные зависимости позволили определять величину отклонения нарезаемого профиля от теоретически точной групповой пространственной геометрии. По результатам сравнения численных данных, полученных в процессе расчетов, можно сделать вывод, что максимальное значение относительной погрешности между значениями толщины зубьев с теоретической групповой пространственной геометрией и экспериментально полученной геометрией, не превышает погрешности, допустимой при проведении инженерных расчетов. Список литературы: 1. Айрапетов Э. Л., Миржаджанов Д. Б. Зубчатые соединительные муфты.- М.:Наука, 1991.- 250 с. 2. Ряхновский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам. – Л.: Политехника, 1991. – 384 с. 3. Михайлов А.Н. Разработка методов повышения несущей и компенсирующей способности зубчатых муфт: автреф. дис. на соискание науч. степени канд. техн. наук: спец. 05.02.02 — «Машиноведение и детали машин» / А.Н. Михайлов. — Харьков, 1986. — 25с. 4. Михайлов А.Н. Основы синтеза геометрии внутренних пространственных зацеплений с равным числом внутренних и наружных зубьев / А.Н. Михайлов, С.А. Рыбина, Д.В. Перов, Т. Оливер // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. — Донецк, Донец. гос. техн. ун-т., 2000. — Вып. 10. — С. 149—161. 5. Грубка Р.М. Синтез структуры групповой пространственной геометрии зубьев втулок зубчатых муфт / Р.М. Грубка, А.Н. Михайлов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. — Донецк: Донец. нац. техн. ун-т, 2004. — Вып. 27. — С. 71-75. 6. Пат. № 68689 України, F16D3/18. Зубчаста муфта: О.М. Михайлов, Р.М. Грубка (Україна). — № 2003098808; Заявл. 29.09.2003; Опубл. 16.08.2004, Бюл. № 8. — 4 с. 7. Грубка Р.М. Технологічне забезпечення формоутворення зубців втулок муфт із просторовою геометрією, що компенсує змінні похибки монтажу валів: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.02.08 – «Технологія машинобудування» / Р.М. Грубка. — Донецьк, 2010. — 22с. 8. Производство зубчатых колес: Справочник / С.Н. Калашников, А.С. Калашников, Г.И. Коган и др.; под общ. ред. Б.А. Тайца. — 3—е изд., перераб. и допол. — М.: Машиностроение, 1990. — 464 с. 9. Тайц Б.А. Производство зубчатых колес / Б.А. Тайц — М.: «Машиностроение», 1975. — 512 с. 10. Грубка Р.М. Кинематико-геометрический анализ движений элементов зубьев зубчатых муфт в условиях перекоса осей валов / Р.М. Грубка, Е.А. Буленков // Практика и перспективы развития институционного партнерства: Материалы третьего Международного научнопрактического семинара в г. Таганроге 4-6 июня 2002 г. В 2 кн. – Таганрог: ТРТУ, 2002. – Кн. 2. – С.53-57.

95


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕДУКТОРОВ МЕХАТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Голенков Е.А., Горобец И.А. (ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. Приведены основные методы и приведена технология ремонта элементов редукторов. Обосновывается необходимость восстановления редукторов мехатронных изделий. Ключевые слова: редуктор, газотермические покрытий, деформирование, полимерные материалы. 1. Введение Современные темпы развития экономики ставят серьезные требования к функциональным возможностям технологического оборудования, которое используется на промышленных предприятиях. Это, в свою очередь, привело к созданию мехатронного оборудования, отличающегося высокой сложностью как механической части, так и приводов (как правило электрических), и систем управления. Одними из эксплуатационных требований к используемому на предприятиях оборудованию, является его максимально длительная безотказная работа, ремонтопригодность. С другой стороны, современный уровень развития компьютерного моделирования и расчетов проектируемых узлов и изделий, привело к тотальному управлению жизненным циклом изделия (ЖЦИ), включая и необходимость плановых текущих и капитальных ремонтов. Для решения последнего, производители, зачастую, прибегают к уловкам блочной замены узлов и сборочных единиц, потерявших необходимые функциональные возможности, что является удобным и быстрым способом ремонта изделия, но отнюдь, не дешевым. Примечательно, что в заменяемых блоках лишь один или несколько элементов (как правило специально рассчитанных на определенный срок службы) являются утратившими функциональность. В связи с этим, задача ремонтов и восстановления механической части мехатронного оборудования, в настоящее время является актуальной. 2. Основное содержание и результаты работы При эксплуатации изделия подвергаются различным внешним воздействиям, под влиянием которых происходит отказ изделия, в результате чего механизм не может обеспечить требуемые технические характеристики и, как следствие, дальнейшее использование становится невозможным. Часто, результатом длительной эксплуатации является износ рабочих поверхностей изделия, что требует полной или частичной замены элементов механизма. В ряде случаев изготовление изношенных деталей целиком является нерациональным, в связи с высокой стоимостью материалов и трудностью обработки. Поэтому для реализации ремонтов изделия применяют различные способы восстановления и поверхностного упрочнения. Технология ремонта редукторов мехатронных изделий имеет свои особенности и трудности. Изготовление новых редукторов обычно производится сериями, что позволяет применять при производстве их специальные высокопроизводительные приспособления и инструмент, обеспечивающие высокую точность обработки деталей и сводящие к минимуму слесарные пригоночные работы при сборке узлов и редуктора. Однако, при ремонте редукторов, вследствие большого их разнообразия, применение дорогостоящих приспособлений и инструмента часто экономически не оправдывается,

96


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

поэтому удельный вес слесарных пригоночных работ является большим, чем при изготовлении и сборке новых изделий. Второй особенностью ремонтного производства является выборочная замена изношенных в процессе эксплуатации изделия деталей на новые, либо восстановленные. В настоящее время, в производственных условиях разработаны и реализованы десятки различных способов восстановления деталей, рис.1. Выбор наиболее приемлемого способа состоит в техническом, экономическом и организационном анализах требований к восстановленным деталям с учетом условий работы их в сопряжениях, производственной программы, оснащенности предприятий, обеспеченности материалами, энергией, рабочей силой и других конкретных мероприятий [1, 2]. Изношенная деталь ремонтного фонда на пути своего превращения годную деталь в результате технологических воздействий на неё исполнителей и средств ремонта, проходит следующие стадии: исходная заготовка, ремонтная заготовка, восстановленная деталь. В результате чистки от эксплуатационных загрязнений и работ по определению технического состояния ремонтного фонда выявляют детали которые имеют устранимые повреждения и подлежат восстановлению. Такие детали являются исходными заготовками, которые собирают в группы с одинаковыми сочетаниями Рис.1. Способы восстановления устраняемых повреждений и в виде пардеталей тий направляют на соответствующие участки восстановления. Таким образом, исходная заготовка - это очищенная деталь ремонтного фонда с устранимыми повреждениями. Исходная заготовка в общем случае превращается в ремонтную заготовку путем создания припусков на восстанавливаемых поверхностях и нанесения швов на трещины, а ремонтная заготовка в деталь - в результате химико-термической и механической обработки. Предварительная механическая обработка придает правильную геометрическую форму восстанавливаемым элементам перед нанесением покрытий. К способам создания припусков под механическую обработку ремонтной заготовки относятся различные виды наплавок, напыления, нанесения гальванических покрытий, объемного пластического деформирования. Ряд деталей машин допускают восстановление под ремонтные размеры их шеек, от-

97


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

верстий и плоскостных элементов. В таком случае ремонтные заготовки получаются из исходных заготовок без нанесения или перемещения материала. Если возможность использования ремонтных размеров исчерпана, то ремонтную заготовку создают путем нанесения восстановительного покрытия или установкой и закреплением датчиков или перемещением материала заготовки. Необходимая износостойкость восстанавливаемых поверхностей достигается выбором их материала, условий его нанесения, а также последующей термической, химико-термической и механической обработкой. Вид и свойства поверх костного слоя должны быть совместимы со способом его обработки. На стадии создания ремонтной заготовки в основном формируются материал и структура рабочих поверхностей детали, что определяет ее послеремонтную надежность. Технологические операции указанных типов выполняются на ремонтном предприятии, рис.2, однако число освоенных видов операций каждого типа зависит от мощности и технического уровня отдельного ремонтного предприятия [3]. 3. Заключение Восстановление деталей машин обеспечивает экономию высококачественного металла, топлива, энергетических и трудовых ресурсов, а также рациональное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5-8 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых деталей. Однако ресурс восстановленных деталей по сравнению с новыми деталями во многих случаях остается низким. Но в настоящее время разработаны и применяются новые прогрессивные методы восстановления изношенных деталей, когда ресурс восстановленных деталей, не меньше, чем у новых деталей. Список литературы: 1. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. – 2-е изд. Испр. и доп./ А.И.Акулов, В.П.Алехин, С.И.Ермаков и др./ Под ред.А.И. Акулова. – М.: Машиностроение, 2003.-560с. ISBN 5217-03130-1.2. Молодык Н. В., Зенкин А. С. Восстановление деталей машин / Н. В. Молодык, А. С. Зенкин. – М.: Машиностроение, Рис.2. Схема технологического 1989. – 480 с.: ил. – (Справочники для рабочих). – ISBN 5-217-00422-3. 3. Пантелеенко процесса восстановления деталей Ф. И. Восстановление деталей машин / Ф. И. Пантелеенко. – М.: Машиностроение, 2003. – 672 с.

98


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Щербов И.Л., Джура Г.С., (кафедра радиотехники и защиты информации, ИГЗД ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) В современных условиях использование информационных технологий в процессах государственного управления, управления бизнесом, производственными процессами, удовлетворение потребностей граждан на обеспечение свободного доступа к информации способствует развитию информационных, телекоммуникационных и информационно-телекоммуникационных систем (ИТС). Постановка задачи. Развитие инфраструктуры ИТС позволяет сократить расстояния между взаимодействующими субъектами, уменьшить время на обмен информацией и, как следствие, позволяет ускорить процесс принятия управленческих решений. Рассредоточенное расположение субъектов, связанных общими целями и задачами требует оптимального проектирования и эффективного управления информационной безопасностью в ИТС. Для решения задачи по защите информации в ИТС ее следует рассматривать как сложную систему, включающую значительное количество взаимосвязанных информационных и телекоммуникационных систем. При решении данной задачи возникает ряд проблем, наиболее сложными из которых являются: - координация действий между отдельными составляющими, которые принадлежат разным владельцам; - влияние внешних и внутренних деструктивных факторов; - ограниченные финансовые возможности. В представленной работе на примере выбора программных и программноаппаратных средств защиты информации с целью обеспечения безопасности ИТС организации от DoS/DDoS-атак предложен вариант принятия решения на организацию защиты исходя из критериев, установленных в техническом задании, а именно: достижение необходимого уровня защиты информации с ограниченным доступом при минимальных затратах и допустимом уровне ограничений видов информационной деятельности. Пути решения задачи. Причины возникновения DDoS-атак можно подразделить на следующие: -Конкуренция; -Мошенничество; -Развлечение либо забава. Наиболее распространенных сценариев DDoS-атак два: запросы от большого количества ботов напрямую к атакуемому ресурсу (сценарий 1 на рис. 1) или запросы от ботов, усиленные с использованием публично доступных серверов с уязвимым программным обеспечением (сценарий 2А на рис. 1). В первом случае злоумышленники превращают множество компьютеров в удаленно контролируемые «зомби» (боты), которые затем одновременно по команде хозяина ботнета отправляют на интернет-ресурс жертвы какие-либо запросы (осуществляют «распределенную атаку»). Иногда вместо ботнета используется завербованная хакерами группа пользователей, снабженная спе99


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

циальными программами для осуществления DDoS-атаки. При втором сценарии, то есть при усиленной атаке, вместо ботов также могут быть использованы арендованные в дата-центре серверы (сценарий 2Б на рис. 1), а для усиления, как правило, применяются публичные серверы с уязвимым ПО. В данный момент распространены два варианта усиления - через серверы системы доменных имен (DNS) или серверы синхронизации времени (NTP). Усиление атаки производится за счет подмены обратных IP-адресов и отправки на сервер короткого запроса, который требует гораздо более объемного ответа. Полученный ответ отсылается на подменный IP-адрес, принадлежащий жертве. Сценарии проведения DDoS-атак изображены на рис. 1.

Рис. 1. Возможные сценарии DDoS-атак В первом квартале 2015 года, как и в четвертом квартале 2014, наиболее популярным методом DDoS-атаки стал SYN-DDoS. Атаки типа TCP-DDoS уступили второе место HTTP.

Рис. 2. Наиболее популярные типы DDoS - атак в 2014- 2015 годах 100


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Количество охваченных стран, число и мощность DDoS-атак растет с каждым годом. Традиционно больше всего атак приходится на ресурсы из США и Китая, так как в этих странах дешевый хостинг и в них расположены многие ресурсы. Защита от DDoS-атак предусматривает 2 направления: (защита от DDoS-атак, направленных за пределы сети, защита от внешних DDoS-атак). В данной работе были рассмотрены следующие программно и программноаппаратные средства защиты: 4. CDN-сервис «Сloud Flare» 5. Программно-аппаратный продукт «Kaspersky DDoS Prevention» 6. Программный продукт Cisco Security Agent 4.5 7. Программно-аппаратный продукт «Периметр» Выбор программных и программно-аппаратных средств защиты - это динамичный, циклический процесс, который должен учитывать задачи, возникающие в соответствии с этапами жизненного цикла ИТС. На рисунке 3 представлена исследуемая информационная система.

Рисунок 3 - Структура исследуемой ИТС Угрозы для информационной безопасности ИТС, которые могут быть реализованы с использованием протоколов межсетевого взаимодействия и их влияние на свойства информации представлены в таблице 1.

101


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица 1. Угрозы для информационной безопасности ИТС

№ пп 1 2 3

Угрозы

Целостность

Доступность

c1

i1

a1

s1

p1

c2

i2

a2

s2

p2

c3

i3

a3

s3

p3

Конфиденциальность

DDoS-атака Сканирование сети Автоматический подбор паролей

Наблюдаемость, управляемость

Весовой коэффициент

Определение уровня опасности угрозы необходимо проводить экспертным методом или эмпирическим путем, на основании опыта эксплуатации подобных систем, путем привлечения специалистов структурных подразделений в интересах которых будет эксплуатироваться ИТС. Оценка должна состоять из величин ожидаемых убытков от потери информации каждой из свойств (конфиденциальности, целостности или доступности) или от потери управляемости ИТС в результате реализации угрозы. Для оценки угрозы рекомендуется вводить несколько дискретных ступеней (градаций). Определения уровня опасности угрозы (threat) для свойств информации, циркулирующей в ИТС осуществляем по формуле:

T 

c

k

 ik  a k  s k   pk {с k +i k +a k } 4 T= ∑ pj , 3

(1)

Где, ck - угрозы, влияющие на конфиденциальность информации, ik - угрозы, влияющие на целостность, ak - на доступность, sk - угрозы, влияющие на наблюдательность информации, численно определяется по пяти бальной шкале, pk - весовой коэффициент, определяет стоимость конкретного средства защиты относительно всех возможных средств защиты, которые могут быть применены при построении комплексной системы защиты информации. Данные, приведенные в таблице были взяты на основании полученных экспертных оценок и анализа документации выбранных продуктов. Вероятность отражения угрозы программными и программно-аппаратными средствами защиты приведена в таблице 2. Таким образом используя предложенный алгоритм для анализа ожидаемой защищенности ИТС от возможных угроз для рассматриваемых средств защиты для каждой точки соприкосновения ИТС с телекоммуникационной сетью, мы определяем программные и программно-аппаратные средства защиты, которые отвечают определенным требованиям: достижение необходимого уровня защиты информации с ограниченным доступом при минимальных затратах и допустимого уровня ограничений видов информационной деятельности (ИД) и будут использованы при построении комплексной системы защиты информации.

102


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица 2. Вероятность отражения угрозы средствами защиты CDN«Kaspersk «Cisco сервис y DDoS Security «CloudFlare» Prevention» Agent 4.5»

Угрозы п DDoS-атака Сканирование сети Автоматический подбор паролей

«Периметр»

0,7

0,96

0,8

0,9

0,59

0,97

0,89

0,51

0,75

0,6

0,91

0,93

Исходя из функций, которые выполняют программные и программноаппаратные средства защиты, а также из уровня опасности угрозы для свойств информации, обрабатываемой на отдельном сервере (АРМ), мы можем вычислить ожидаемую защищенность ИТС от возможных угроз конкретным средством защиты:

Q

где

zk

c

k

 ik  a k  s k   pk  z k 4 ,

(1)

- вероятный процент отражения k угрозы определенным средством защи-

ты. В следующей таблице представлены результаты, полученные в результате расчета эффективности использования для одного из средств защиты. Таблица 3. Исходные данные для расчета эффективности использования CDNсервиса «CloudFlare»

ck

ik

ak

sk

pk

zk

Cервер

0

0

0,75

0,75

0,2

0,7

Cервер

0

0

0,5

0,5

0,2

0,7

Cервер

0

0

0,25

0,25

0,2

0,7

АРМ 1 АРМ 2

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

1 2 3

Таким образом используя предложенный алгоритм для анализа ожидаемой защищенности ИТС от возможных угроз для рассматриваемых средств защиты для каждой точки соприкосновения ИТС с телекоммуникационной сетью, мы определяем программные и программно-аппаратные средства защиты, которые отвечают определенным требованиям: достижение необходимого уровня защиты информации с ограниченным доступом при минимальных затратах и допустимого уровня ограничений видов информационной деятельности (ИД) и будут использованы при построении комплекс103


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ной системы защиты информации. Используя полученные экспертные оценки по определению уровня опасности угрозы для серверов и автоматизированных рабочих мест; имеющиеся статистические данные вероятности защиты рассмотренных программных и программно-аппаратных средств защиты от DDoS-атак, а также стоимость рассматриваемого средства защиты, получим относительную эффективность применения данного средства. Таблица 4. Результаты анализа целесообразности применяемого средства защиты № 1 2 3 4

Средства защиты «CloudFlare» «Kaspersky DDoS Prevention» «Cisco Security Agent 4.5» «Периметр»

Результаты анализа 0.105 0.216 0.12 0.203

Выводы В ходе работы были проанализированы внешние угрозы для информационнотелекоммуникационной системы предприятия на примере DDos-атак. Рассмотрены основные причины их возникновения, классификация и статистика зафиксированных случаев проведения. Рассмотрены методы и средства защиты ИТС предприятия от внешних воздействий. Проведен анализ следующих программных и программно-аппаратных средств защиты: CDN-сервис Cloud Flare, программно-аппаратный продукт «Kaspersky DDoS Prevention», программный продукт «Cisco Security Agent 4.5» и программно-аппаратный продукт «Периметр». Рассмотрены достоинства и недостатки данных средств защиты. Предложен алгоритм принятия решения по выбору наиболее эффективных средств защиты информационно-телекоммуникационной системы предприятия от внешних угроз и проведен математический расчет. Список литературы: 1. Воропаева, В. Я., Управление информационной безопасностью информационно-телекоммуникационных систем на основе модели «plan-do-checkact»/ 2. В. Я. Воропаева, И. Л. Щербов, Е. Д. Хаустова // Научные работы-Донецк: ДонНТУ. Серия: Вычислительная техника и автоматизация. Выпуск 25. - Донецк, ДонНТУ, 2013. С 104-110. 3. Аноприенко, А. Я. Особенности моделирования и оценки эффективности работы сетевой инфраструктуры/ 4. А. Я. Аноприенко, С. Н. Джон, С. В. Рычка// Научные работы - Донецк: ДонНТУ, 2002. Серия: «Вычислительная техника и автоматизация». Выпуск 38 - С. 205 – 210. 5. ITU-T X.80 5. Security architecture for systems providing end-to-end communications. 6. ISO/IEC 27005. Information technology - Security techniques - Information security risk management. 7. Воропаева, В. Я. Адаптирование информационнотелекоммуникационных систем к внешним воздействиям /, В. Я. Воропаева, И.Л. Щербов// Научные работы Донецк: ДонНТУ. Серия: Вычислительная техника и автоматизация. Выпуск 23 (201). - Донецк, ДонНТУ, 2012. - С 83-88.

104


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УМЕНЬШЕНИЕ РЕСУРСОЕМКОСТИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА Олейник И. М., Буленков Е. А. (кафедра ТМ, ООВПО «Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР) Современные машиностроительные предприятия активно применяют различные САПР на всех этапах жизненного цикла изделий [1]. На этапе технической подготовки производства применяются CAD системы, позволяющие создавать и редактировать чертежи и трехмерные модели деталей и сборочных единиц. Крупные заводы могут себе позволить купить и использовать такие известные и распространенные пакеты как КОМПАС, SolidWorks, Catia и др., однако для небольших фирм такие программные продукты не по карману. К тому же, данные программные продукты обладают зачастую избыточной функциональностью, которая в большинстве случаев не используется. Таким образом, возникает противоречие, - для разработки конструкторской документации необходима САПР, но финансовых ресурсов на ее приобретение и желания переплачивать за неиспользуемые функции нет. Решением данной проблемы могут быть облачные CAD системы, не требующие больших материальных затрат на их приобретение и позволяющие решать широкий круг задач, связанных с проектированием изделий машиностроения. Одним из облачных решений для создания чертежей, трехмерных моделей деталей и сборочных единиц является программный продукт компании Оnshape (https://www.onshape.com). Оnshape является современной CAD системой, объединяющей в себе преимущества полноценного конструкторского редактора и облачных технологий [2]. Данная программа открывается в любом современном браузере и не требует инсталляции, что позволяет экономить время и средства на приобретении современных компьютеров для конструкторов. Расположение файлов в облачном хранилище дает возможность одновременной работы нескольких конструкторов над одной деталью, позволяет конструкторам работать за пределами предприятия, а значит руководство предприятия может привлекать для конструкторской подготовки производства высококлассных специалистов, проживающих вдали от завода. Оnshape не требует дополнительных PDM приложений, так как имеет встроенный механизм контроля версий файлов. Кроме того, Оnshape имеет приложения для мобильных устройств, так что работать с чертежами и моделями теперь можно даже в дороге. Программа имеет возможность создания бесплатной учетной записи для ознакомления. Сразу после регистрации пользователь попадает в свой рабочий кабинет, где имеет доступ ко всем своим файлам (рис. 1). В программе реализована возможность предпросмотра файлов при наведении на них курсора. Бесплатный тарифный план дает возможность создавать до 10 персональных файлов и иметь 5 гигабайт дискового пространства. Платные планы таких ограничений лишены. Оnshape позволяет выполнять все операции, доступные в современных конструкторских программах. На рис. 2 показана операция выталкивания ранее созданного эскиза. Размерные параметры настраиваются в появляющемся окне. Единицами измерения могут быть дюймы, миллиметры, сантиметры. Единицы измерения настраиваются для всей программы отдельно. Расположение окон и внешний вид программы классический и характерен для всех программ данного класса. Слева от рабочей области располагается дерево построения модели, сверху – инструментальные панели, снизу – вкладки для

105


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

переключения в модуль сборки и оформления чертежей (включается при необходимости).

Рис. 1. Рабочий кабинет Оnshape.

Рис. 2. Рабочее окно Оnshape. Процесс проектирования в Оnshape аналогичен тому, как это происходит в других известных программах. Сначала выбирается одна из плоскостей, на которой создается

106


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

эскиз. Путем выдавливания, вращения или каких-либо кинематических операций получается трехмерная модель, которая в дальнейшем дорабатывается добавлением фасок, скруглений, отверстий и других элементов (рис. 3).

Рис. 3. Модель крышки в Оnshape. В программе Оnshape реализованы различные способы отображения моделей, как и в любом аналогичном графическом редакторе (рис. 4).

Рис. 4. Отображение детали в Оnshape.

107


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Ввиду того, что Оnshape – облачное приложение, файлы хранятся в облачном хранилище. Программа сохраняет все версии файла, поэтому в любой момент времени можно вернуться к любой предыдущей версии и работать с ней (рис. 5).

Рис. 5. Работа с различными версиями файла в Оnshape. Для работы со сборками, в Оnshape реализованы все необходимые команды, позволяющие задать любые сопряжения (рис. 6).

Рис. 6. Сборка в Оnshape.

108


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Таким образом, современные облачные приложения позволяют решать все необходимые задачи конструкторской подготовки производства без необходимости приобретения дорогостоящих программ и современных компьютеров. Данные программы запускаются в любом современном браузере и не требуют инсталляции. Расположение файлов в облачном хранилище дает возможность одновременной работы нескольких конструкторов над одной деталью, позволяет конструкторам работать за пределами предприятия, а значит, руководство предприятия может привлекать для конструкторской подготовки производства высококлассных специалистов, проживающих вдали от завода. Типичный представитель данных программ, – Оnshape, не требует дополнительных PDM приложений, так как имеет встроенный механизм контроля версий файлов. Кроме того, Оnshape имеет приложения для мобильных устройств. Список литературы: 1. САПР технологических процессов : учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. И. Кондаков. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 272 с. 2. BENEFITS // Загл. с титул. экрана.Режим доступа https://www.onshape.com/benefits. – (28.09.2015). 3. Maxey, Kyle Onshape Gets Serious // engineering.com.Режим доступа http://www.engineering.com/DesignSoftware/DesignSoftwareArticles/ArticleID/10609/Onsh ape-Gets-Serious.aspx. – (28.09.2015).

109


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭРЛИФТА Глушко А. С. (каф. ЭМС, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Разнообразие условий практического применения эрлифтов во многих отраслях промышленности вызвало потребность в разработке нескольких методов их расчета. В данной статье приведены результаты анализа существующих математических моделей рабочего процесса эрлифта, обоснована потребность в усовершенствовании методов расчета газожидкостных подъемников. Для характеристики движения двухфазных потоков в вертикальных трубах используют осредненные во времени и пространстве параметры. Используемые осредненные параметры обычно разделяют на расходные и истинные [1]. Основными расходными параметрами двухфазного потока являются: М ж и М г массовые расходы жидкости и газа; Qж и Qг - объемные расходы жидкости и газа;  ж и  г - средние скорости жидкости и газа; х - массовое расходное газосодержание потока;  - объемное расходное газосодержание потока;   - средняя расходная плотность потока. Истинные параметры двухфазного потока:  - истинное объемное газосодержание; wг - истинная скорость газа; wж - истинная скорость жидкости; wотн - относительная скорость фаз;  с - истинная плотность смеси. Математическое моделирование и количественный анализ рабочего процесса эрлифта базируется на использовании фундаментальных уравнений сохранения – массы и количества движения. В настоящее время создание единой теоретической модели для нескольких структур газожидкостной смеси не представляется возможным из-за сложности процессов. Простейшей моделью газожидкостного потока в трубе является гомогенная, введенная Г. Лоренцом. В данной модели относительная скорость газа и жидкости принимается равной нулю, смесь рассматривается как однофазная жидкость, обладающая соответствующими реальному потоку средними свойствами, и движение смеси описывается уравнениями однофазной среды. В соответствии с гомогенной моделью:    (1)    ; г  ж  г ; с   ж . 1   с К сожалению, лишь в редких случаях гомогенная модель дает результаты, достаточно близкие к реальным. Поэтому для практических расчетов эту модель используют лишь в качестве грубого приближения. Модель раздельного течения основана на использовании уравнений неразрывности движения и энергии отдельно для каждой фазы. Получение такого решения не представляется возможным и реализация модели раздельного течения сводится к эмпирическому (или полуэмпирическому) получению критериального уравнения для определения истинного газосодержания

    , Frc , Re c , We,  ,  , ... , где Frc - критерий Фруда; Re c - критерий Рейнольдса; We - критерий Вебера;

110

(2)


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 - относительная плотность;  - относительная динамическая вязкость. При этом далеко не все критерии, входящие в вышеприведенное уравнение оказывают существенное влияние на величину  . Более универсальной является модель, аналитически учитывающая взаимное скольжение газа и жидкости, названная Г. Уоллисом моделью дрейфа. Данная модель представляет собой модель раздельного течения, в которой исследуется не движение отдельных частиц, а их относительное движение. Теория потока дрейфа широко используется при исследовании пузырьковых, снарядных и дисперсных течений газожидкостных систем. В общем виде уравнение потока дрейфа имеет вид:



г , С1  г   ж    *

(3)

где С1 - коэффициент, как правило, принимают С1  1,2 ;  * - скорость потока дрейфа;

 *  C 2 n ,

(4)

здесь  n - скорость подъема одиночного пузырька газа в жидкости; С 2 - коэффициент, характеризующий взаимодействие пузырьков между собой или стенками трубопровода. Преимуществом модели потока дрейфа является то, что результаты расчета достаточно хорошо согласуются не только с данными для движения газожидкостоного потока, но и для непроточного барботажного слоя (  ж = 0). Наиболее часто используется гомогенная модель Г. Лоренца, в которой уравнение подачи эрлифта выглядит следующим образом:

1

Qэ  1 q

p0 p0  gh / 2

h   aэ

1 2

 p0 1  1  q   , p0  gh / 2   

(5)

где aэ - коэффициент сопротивления подъемной трубы эрлифта; h - геометрическое погружение смесителя; p0 - атмосферное давление;  - плотность транспортируемой среды; g - ускорение свободного падения. Н. М. Герсеванов предложил вести расчет эрлифта по энергии, затрачиваемой на преодолении сопротивления движению пузырьков газа в жидкой среде. Предложенная методика расчета не учитывала изменение форм движения смеси в подъемной трубе эрлифта при различных режимах работы, поэтому результаты газожидкостных подъемников, работающих при больших перепадах давлений, имели значительное отклонение от практических замеров. Метод расчета эрлифта, к авторам которого отнесены академик А. П. Германом и профессора П. П. Агрунов и В. Г. Гейер, основан на применении безразмерных характеристик. Используя уравнение Д. Бернулли для сжимаемой однородной жидкости, получены зависимости, позволяющие применять данные испытаний эрлифтов для анализа внутренний явлений в трубе эрлифта. Наиболее ценным выводом является то, что

111


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ученые указали на существование безразмерных характеристик эрлифта, главным из которых является относительное погружение эрлифта   h / H  h  ( H - высота подъема эрлифта). Относительное погружение определяет для данного диаметра подъемной трубы D расход воздуха Qв и подачу эрлифта Qэ , что широко использовалось в дальнейшем и в других работах. Наибольшее распространение получила методика профессора В. Г. Гейера, во многом базировавшаяся на выполненных им ранее исследованиях [2]. В основу расчета положен баланс мощностей потока жидкости и газа в подъемнике при принятой относительной скорости фаз, равной 0,3 м/с. Основное уравнение, полученное ученым, имеет вид: h  23q  log  1  H  10  , (6) Qэ  0,125D 2.5 5 q h  2 D q  1 4  0,022H  h   23  log  1 h Dв  10  где Dв - диаметр выходного торца подъемной трубы; q - удельный расход воздуха. Обозначив выражение под корнем, умноженное на 0,125, через коэффициент подачи C , уравнение примет вид Q э  C  D 2 .5 . (7) Расход воздуха вычисляется по выражению Qв  q  Qэ , (8) Значения коэффициента подачи эрлифта и удельного расхода воздуха определяются по эмпирическим зависимостям C  f   и q  f   . Правомерность разработанной методики подтверждена многими эффективно работающими эрлифтными установками. Многочисленные теоретические и экспериментальные работы ученых школы профессора В. Г. Гейера позволили развить метод расчета эрлифта в оптимальном режиме работы (при максимальном КПД). К недостаткам разработанной математической модели эрлифта следует отнести принятую гомогенную физическую модель и постоянство значений коэффициентов сопротивления  в оптимальном режиме работы эрлифта для всех реализуемых в подъемнике структур двухфазных потоков. Различные структуры водовоздушных смесей определяются режимами работы газожидкостных подъемников. Однако существующие методики количественной оценки гидродинамических параметров газожидкостных потоков в подъемнике требуют уточнения, что влечет за собой необходимость разработки адекватных физических и математических моделей рабочего процесса эрлифта, следовательно, требуется разработка аналитической методики построения характеристик газожидкостных подъемников, отражающих достоверно происходящие физические процессы. Список литературы: 1. Папаяни Ф. А., Козыряцкий Л. Н., Пащенко В. С., Кононенко А. П. Энциклопедия эрлифтов. М.: Информсвязиздат, 1995. – 592 с. 2. Эрлифтные установки: Учебное пособие/ Гейер В. Г., Козыряцкий Л. Н., Пащенко В.С., Антонов Я. К. – Донецк: ДПИ, 1982. – 64 с.

112


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 674.05 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ТОКАРНЫХ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРОВ Дуленко Н.Д., Грудева Л.Н., Шаповалова Н.Н. (ДонВПМУ, г. Донецк) E-mail: donvpmu.67@bk.ru Аннотация. В статье систематизированы и описаны современные пути и тенденции расширения технологических возможностей металлообрабатывающего оборудования токарной группы. Отмечены преимущества и достоинства различных видов дополнительных устройств и технических решений, которые применяются в токарных обрабатывающих центрах. Ключевые слова: токарный обрабатывающий центр, револьверная головка, шпиндель, многоосевая обработка. Введение Технологические возможности металлообрабатывающего оборудования, с точки зрения реализации обработки резанием, определяются возможностями формообразующей системы станка. В настоящее время стало возможным создавать многофункциональные токарные обрабатывающие центры с расширенными технологическими возможностями за счет дополнительной комплектации их специальными устройствами или применения иных технических решений. Систематизируем основные направления расширения технологических возможностей токарных станков и обрабатывающих центров, применяемые ведущими станкостроительными фирмами. Пути и тенденции расширения технологических возможностей токарных обрабатывающих центров 1. Установка на современных токарных обрабатывающих центрах револьверного инструментодержателя (головки) с автономным приводом вращения инструмента с использованием третьей программируемой координаты С (оси вращения шпинделя). Примером могут служить автоматические головки SAUTER (Германия), отличающиеся повышенной жесткостью и надежностью [1]. Это позволяет выполнять на токарном обрабатывающем центре такие операции, как сверление, фрезерование, нарезание резьбы метчиком. Выполнение всех этих операций в комплексе на одном станке позволяет значительно сократить машинное время изготовления детали (рис. 1). Данный путь расширения технологических возможностей реализуется, например, в токарном обрабатывающем центре GEMINIS GT7 G4 (Производитель: фирма Goratu, Испания). Этот станок относится к тяжелой серии и используется в тяжелом машиностроении, где требуется эффективная обработка крупных, тяжелых деталей, для металлургической промышленности, кораблестроения, энергетики, нефтегазовой отрасли (Рис. 2). На суппорте станка могут быть установлены различные автоматические револьверные головки, а также специальные решения, существенно расширяющие возможности станка: приводные блоки для сверления и фрезерования; специальная фрезерная головка с вертикальным перемещением (ось Y) для контурного фрезерования; шлифовальный шпиндель для финишной обработки валов [1].

113


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Приводы подач могут быть установлены непосредственно на суппортах; на одном станке возможна установка нескольких, независимо перемещающихся суппортов,. Так же примером могут служить токарные обрабатывающие центры HYUNDAI – KIA MACYINE (SKT 15) оснащенные револьверным инструментодержателем (головкой), в котором вращающийся инструмент можно устанавливать в любую позицию как для осевой, так и для радиальной обработки.

Рис. 1. Автоматическая револьверная головка SAUTER [1]

Рис. 2. Обработка крупногабаритной детали, установленной в люнетах, на станке GEMINIS GT7 G4 [1] 2. Установка одного или нескольких дополнительных шпинделей. На токарных станках, в зависимости от предполагаемых задач, могут быть установлены специальные инструментальные решения для глубокого растачивания, фрезерования, шлифования и других технологических операций (рис. 3, 4).

114


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 3. Дополнительное шлифовальное устройство [1]

Рис. 4. Дополнительное фрезерное устройство [1]

Примером реализации этого пути является многофункциональный токарнофрезерный обрабатывающий центр пятого поколения Super NTX фирмы Nakamura. Шпиндели станка конструктивно выполнены по типу электрошпинделей, т.е. ротор электродвигателя является единым целым с телом шпинделя. Управляемый поворот шпинделей в сочетании с эффективным тормозом позволяет выполнять высококачественную контурную фрезерную обработку [2]. Обработку деталей можно осуществлять одновременно в двух шпинделях либо раздельно – как на двух разных станках, либо вместе – в этом случае второй шпиндель используется в режиме дополнительной управляемой опоры. Для силового фрезерования и сверления используется инструментальный шпиндель с широкими возможностями перемещений и поворота относительно детали в шпинделе или противошпинделе. Функция контролируемого поворота шпинделя вокруг оси позволяет гибко использовать в нем не только фрезерный, но и токарный инструмент (в том числе с внутренней подачей СОЖ). Этот же путь реализован в виде дополнительного шпинделя, установленного в моделях LS и LMS токарного обрабатывающего центра HYUNDAI – KIA MACYINE (SKT 15), координаты перемещения которого определяются осью В. Скорость вращения дополнительного шпинделя может достигать 6000 об/мин. Быстрая подача по оси В составляет до 30 м/мин [3]. По завершении операций точения происходит синхронизация дополнительного шпинделя с главным для приема заготовки и обработки заднего торца. 3. Выполнение на станках операций многоосевой обработке детали за один установ. Важной тенденцией в повышении производительности и точности обработки на токарных обрабатывающих центрах является сокращение количества переустановок заготовки. Например, концепция обрабатывающего центра Super NTX воплощает формулу «три в одном»: функциональные возможности двух токарных и фрезерного станков сочетаются в одной технологической машине [4], что позволяет, осуществляя одновременное 11-осевое управление, высокопроизводительно выполнять комплексную обработку деталей с одной установки (рис. 5).

115


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 5. Варианты движения инструментов и заготовки на обрабатывающем центре Super NTX: [4] 1 – левая револьверная головка; 2 – шпиндель; 3 – инструментальный шпиндель; 4 – противошпиндель; 5 – правая револьверная головка Это существенно сокращает цикл обработки и повышает точность обработки (уменьшается число переустановок детали, а, следовательно, снижается погрешность обработки). Примером реализации указанного пути может служить последнее достижение в долгой истории разработки токарных обрабатывающих центров известными в Германии станкостроительными фирмами Индекс и Трауб – токарный станок современной технологии модели INDEX G400, выполняющий операции 5-осевой обработки [5]. В своей простейшей конфигурации станок оснащен осями Х и Z только для обычной токарной обработки. В сочетании с приводными инструментами или фрезерным шпинделем и осями С, Y и В станком G400 может осуществляться интерполяция до 5 осей для обработки большинства запрашиваемых видов геометрии заготовок. 4. Модульный принцип построения современных токарных обрабатывающих центров. Модульный принцип дает возможность изготавливать станки на заказ для специальных задач, таких, как, например, экономичное производство деталей типа вала или деталей из прутковых заготовок. Для более крупных деталей полная обработка за один установ более важна, т.к. не только сокращается время обработки, но улучшается и точность, поскольку уменьшается количество зажимов в патроне и отпадает необходимость в дополнительной ориентации и зажимных приспособлениях. Например, станок INDEX G400 в своем полном оснащении представляет собой комбинацию высокопроизводительного токарного станка и обрабатывающего центра. В то же время он может функционировать также как «двойной станок», поскольку две заготовки могут обрабатываться одновременно со всеми возможностями пятикоординатной обработки [5]. 5. Оснащение токарных обрабатывающих центров автоматическими измерительными устройствами, интегрированными в систему ЧПУ. Токарные обрабатывающие центры могут оснащаться дополнительными устройствами измерения инструмента и детали, что сокращает время на переналадку и повышает качество обработки (рис. 6).

116


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 6. Автоматическое устройство измерения детали [1] В токарных обрабатывающих центрах, в зависимости от комплектации, возможен выбор современных систем управления всемирно известных производителей: SIEMENS 840 D, FAGOR 8065, FANUC 31i. Выводы Таким образом, современное станкостроение характеризуется изготовлением многофункциональных токарных станков с существенно расширенными технологическими возможностями. Так как машиностроительное производство характеризуется огромным разнообразием технологических процессов, оборудования, оснастки; большим объемом ежегодного обновления физически неизношенных технологических средств; невысокой гибкостью производства; ограниченностью средств на приобретение и содержание большого парка оборудования для обеспечения каждого вида выполняемых работ, особенно у малых предприятий, то токарные обрабатывающие центры различной комплектации – это один из способов удовлетворения постоянно растущих потребностей производства в высокоэффективном оборудовании в обозримом будущем. Использование токарных обрабатывающих центров с дополнительным оснащением позволяет поднять токарную обработку на новый уровень надежности, удобства, точности и производительности. Список литературы: 1. Токарный обрабатывающий центр GEMINIS GHT7 G4. – Режим доступа: http://deg.ru/catalog/id1637. 2. Станки с ЧПУ: устройство, программирование, инструментальное обеспечение и оснастка: Учеб. пособие / А.А. Жолобов, Ж.А. Мрочек, А.В. Аверченков, М.В. Терехов – 2-е изд., стер. – М.:ФЛИНТА, 2014. – 355 с. 3. Токарные металлообрабатывающие центры HYUNDAI – KIA MACYINE: точность и производительность // Мир техники и технологий. – 2007. - № 4 (65). – С. 18-19. 4. Технологические особенности обработки на многоцелевых станках с ЧПУ типа обрабатывающего центра. – Режим доступа: http://studme.org/36420/tovarovedenie/ tehnologicheskie_ osobennosti_ obrabotki_ mnogotselevyh_ stankah_ chpu_ tipa_ obrabatyvayuschego_ tsentra. 5. Один станок, один технологический установ – готовая деталь заказчику. Получение готовой детали на одном станке // Металлообработка и станкостроение. – 2009. – № 7-8. – С. 14-23.

117


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 669.02/.09: 658.58 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ РАБОТОСПОСОБНОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ МНЛЗ Сидоров В.А., Ошовская Е.В, Ерошенко А.В. (каф. МОЗЧМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Аннотация.: Приведены основные этапы построения имитационной модели для изучения работоспособного состояния гидравлических летучих ножниц машины непрерывного литья заготовок. Даны выражения для определения площади отрезанного поперечного сечения заготовки в зависимости от хода ножа и представлен график изменения усилия резания, рассчитанного на основе выведенных зависимостей. Ключевые слова: гидравлические летучие ножницы, МНЛЗ, заготовка, площадь поперечного сечения, усилие резания, имитационная модель, работоспособность. Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. Повышение сложности современных технологических систем требует обеспечения работоспособного состояния элементов механизма, предполагая возможность бесперебойной работы машины. Одной из таких систем является машина непрерывного литья заготовки - остановка любого механизма вызывает прекращение серии разливки, что приводит к простоям технологической линии и потерям производства. Изучение причин произошедших отказов, в данном случае, является неэффективным, так как позволяет реагировать на случившиеся события, а не предвидеть развитие неисправности, начиная с ранней стадии. Наиболее актуальным решение данной проблемы является для быстродействующих механизмов с гидравлическим приводом, например, летучих ножниц порезки заготовки. Определение действительных границ работоспособного состояния данного механизма предлагается осуществить путём имитационного моделирования с учётом динамики взаимодействия рабочего органа и отклонений в работе приводной части при появлении повреждений. Анализ исследований и публикаций. Процесс порезки непрерывнолитой заготовки сортовых МНЛЗ имеет несколько принципиально различных аспекта: процесс разрезания слитка квадратного сечения нагретого до температуры 1000…1200 0С и динамические явления в приводной части привода. Третьим фактором является техническое состояние ножей и элементов механизма. Процесс резания рассмотрен в работах [1, 2], динамика гидравлического привода исследовалась в работах [3, 4], возможные неисправности механизмов с гидравлическим приводом изучались в работах [5, 6], а гидравлических летучих ножниц, в частности, в работах [7, 8]. Проведенные исследования и полученные данные позволяют использовать известные закономерности при построении имитационной модели для выявления особенностей проявления неисправностей и определении границ работоспособного состояния для разработки автоматизированной системы диагностического контроля. Постановка задачи. Целью работы является построение имитационной модели для изучения работоспособного состояния гидравлических летучих ножниц и моделирования признаков проявления неисправностей. Изложение материала и результаты. Построение имитационной модели включает пять этапов: - математическое описание процесса резания;

118


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

- определение параметров гидравлического привода; - выявление характерных неисправностей; - построение диагностической матрицы; - адаптация к реальным условиям эксплуатации. Этап 1. Основными параметрами, описывающими процесс резания непрерывнолитой заготовки, выступают усилие и время резания. Усилие резания определяется временным напряжением вр материала заготовки и площадью поперечного сечения Fз. Временное напряжение вр зависит марки стали и от температуры заготовки и имеет вариации в процессе формирования непрерывно-литого слитка. По данным термографирования, полученным в производственных условиях, известно, что температура заготовки на крайних ручьях МНЛЗ составляет 970…900 оС, а температура заготовки центральных ручьев повышена до 1010…1040 оС. Особенностью процесса резания является отсутствие периода скалывания из-за высокой температуры заготовки. Геометрия заготовки и используемый в ножницах с шевронными ножами принцип резания определяет характер изменения площади разрезаемого сечения. Расчётные схемы к определению площади отрезанного поперечного сечения квадратной заготовки приведены на рисунке 1. Начало координат располагается в центре заготовки. Длина стороны заготовки равна a. Длина половины диагонали заготовки –

b

a 2 2 . Полная площадь заготовки – Fз  a . В виду симметрии относительно 2

оси Y достаточно рассмотреть половину поперечного сечения и нижнего ножа. Тогда, заготовка будет представлена треугольником AED.

а б Рисунок 1 – Расчётные схемы к определению площади отрезанного поперечного сечения заготовки: а) начальная стадия; б) заключительная стадия Ход ножа (внедрение в заготовку) h отсчитывается от точки А и изменяется в диапазоне 0…2b. Текущее положение ножа относительно начала координат (т.О) определяется по формуле S = h – b и изменяется от –b до b. Уравнение, описывающее положение режущей кромки ножа:

119


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

y = S + x∙tgβ ,

(1)

где β – угол наклона кромки ножа относительно горизонтали: β = 90 – α/2, где α – угол между боковыми кромками ножа. Уравнение, описывающее положение нижнего ребра заготовки: y = –b + x.

(2)

Уравнение, описывающее положение верхнего ребра заготовки: y = b – x.

(3)

Ход ножа, при котором происходит переход на верхнее ребро заготовки, соответствует прохождению точки D с координатами (b;0) и определяется из выражения (1): h = b∙(1 – tgβ). До указанного положения ножа поперечное сечение, отрезанной заготовки, представляет собой треугольник АВС (рисунок 1а) с вершинами т. А(0; –b); т. B(0; S); т. C(x1; y1). Точка C является точкой пересечения линии кромки ножа и линии нижнего ребра заготовки. Тогда, её координаты определяются из условия равенства выражений (1) и (2) x1 = (S + b) / (1 – tgβ) ; y1 = –b + x1 . Длины сторон треугольника АВС выражаются через координаты вершин. А именно,

AB  a1  h ; AC  a 2  x12   y1  b  ; BC  a3  x12   y1  S  . 2

2

Тогда, площадь треугольника F1 

p  p  a1  p  a 2  p  a3  ,

где р – полупериметр треугольника p = 0,5(a1+a2+a3) . Площадь отрезанной заготовки Fз  2F1 . При дальнейшем продвижении ножа поперечное сечение, отрезанной ножом заготовки, представляет собой трапецию АВСD (рисунок 1б). Координаты вершин трапеции следующие: т. А(0; –b); т. B(0; S); т. C(x1; y1); т. D(b; 0). Точка C представляет со-

120


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

бой точку пересечения линии кромки ножа и линии верхнего ребра заготовки, тогда её координаты определяются из условия равенства выражений (1) и (3): x1 = (b – S) / (1 + tgβ) ;

y1 = b – x1 .

Оставшаяся часть поперечного сечения представляет собой треугольник ВСЕ, в котором т. Е имеет координаты (0; b). Длины сторон треугольника ВСЕ определяются через координаты вершин

BE  a1  2  b  h ; BC  a 3  x12   y1  S  ; CE  a 2  x12   y1  b  . 2

2

Площадь треугольника F2 

p  p  a1  p  a 2  p  a3  ,

где р – полупериметр треугольника p = 0,5(a1+a2+a3) . Тогда, площадь отрезанной заготовки Fз  F  2F2 . На рисунке 2 приведен график изменения отрезаемой площади поперечного сечения заготовки 180×180 мм в процессе резания, а на рисунке 3 – соответствующий ей график изменения усилия резания для условий исправного состояния летучих ножниц.

Рисунок 2 – Изменение площади перерезаемого сечения заготовки

Рисунок 3 – График изменения усилия резания

Следует отметить, что одним из параметров модели выступает время реза, которое связано с техническим состоянием механизма резания ножниц и рабочими характеристиками гидропривода. Время реза не может быть слишком малым – при этом будет наблюдаться ускоренный износ ножей. При большом времени реза будет проходить дополнительный нагрев ножей и налипание металла, приводя к снижению качества разрезаемой заготовки. Этап 2. Выбор влияющих параметров привода ножниц. Исходя из существую-

121


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

щей схемы гидравлического привода, такими параметрами выступают расход Q и давление рабочей жидкости p, определяющие время резания. Этап 3. Потеря работоспособности ножниц связана с отказами механизма резания и отказами привода. Основными видами отказов механизма резания являются износ и затупление ножей. Проявление неисправностей гидравлического привода может быть представлено: - снижением расхода рабочей жидкости и увеличением времени срабатывания; - возникновением колебаний давления в гидравлической линии; - возникновением внутренних утечек; - увеличением давления на гидроцилиндре при рабочем ходе; - увеличением давления на гидроцилиндре при холостом ходе. Кроме того, дополнительным фактором выступает тепловое воздействие окружающей среды, вызванное близким расположением к нагретой заготовке и сезонными колебаниями температуры, что приводит к неравномерному нагреву гидроцилиндра ножниц и изменению текущего технического состояния. Этап 4. Связь параметров процесса резания, параметров гидропривода, температуры и неисправностей, возникающих в приводе и механизме резания ножниц, представляется в виде диагностической матрицы. Матрица позволяет выделить значения параметров, определяющих границы работоспособного состояния ножниц. Этап 5. Заключительный этап разработки имитационной модели состоит в ее адаптации к реальным производственным условиям. Данная процедура проводится на основании полученных при реализации технологического процесса фактических значений параметров и данных осмотров и технического диагностирования. Таким образом, разработка и применение имитационной модели позволит перейти к прогнозированию изменения технического состояния элементов летучих ножниц МНЛЗ и оценке его влияния на качество разрезаемой заготовки. Список литературы. 1. Королев, А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов / А.А. Королев. – М.: Металлургия, 1985. - 376 с. 2. Бойко, Ю.П. Конструирование машин для металлургических процессов / Ю.П. Бойко, О.С. Ануфриенко, Н.Я. Подоляк. – Орск: ОГТИ (филиал ОГУ), 2007. – 261 с. 3. Гамынин, Н.С. Динамика быстродействующего гидравлического привода / Н.С. Гамынин, Ю.К. Жданов, А.Л. Климашин. – М.: Машиностроение, 1979. – 80 с. 4. Попов, Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов / Д.Н. Попов. – М.: Изд-во им. Н.Э. Баумана, 2002. – 320 с. 5. Алексеева, Т.В. Техническая диагностика гидравлических приводов. / Т.В. Алексеева. – М.: Машиностроение, 1989. - 256 с. 6. Свешников, В.К. Станочные гидроприводы / В.К. Свешников. – М.: Машиностроение, 2004. - 512 с. 7. Схиртладзе, А.Г. Гидравлические и пневматические системы / А.Г. Схиртладзе, В.И. Иванов, В.Н. Кареев. – М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003. – 544 с. 8. Сидоров, В.А. Повышение безотказности гидравлических летучих ножниц / Сидоров В.А., Ошовская Е.В., Ерошенко А.В. // Наукові праці ДонНТУ. Серія: Гірничоелектромеханічна. – Вип.1, 2014. - С. 200 – 210.

122


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ – ОСОБЕННОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ Закиров А.А. Феник Л.Н. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В статье приведены общие сведения о двигателе внутреннего сгорания, типы двигателей внутреннего сгорания, устройство двигателя, принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания. Ключевые слова: двс, горючая смесь, механическая работа, такты работы, поршень, цилиндр, клапан. Введение Двигатель внутреннего сгорания — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует энергию теплового расширения быстро сгорающей смеси горючего с воздухом в достаточно малом объёме. Конструкция и работа ДВС По конструкции двигатели, использующие энергию быстрого сгорания горючей смеси в закрытом объёме можно разделить на несколько групп: 1.Поршневые двигатели — камера сгорания располагается в цилиндре, тепловая энергия превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма. 2.Газовая турбина — преобразование энергии осуществляется за счёт истечения высокоэнергетичной газовой струи и вращения ротора с клиновидными лопатками. 3.Жидкостный ракетный двигатель и воздушно-реактивный двигатель преобразуют энергию сгорающего топлива непосредственно в энергию реактивной газовой струи. 4.Роторно-поршневые двигатели — в них преобразование энергии осуществляется за счет вращения рабочими газами ротора специального профиля (двигатель Ванкеля). 5.Двигатели с воспламенением горючей смеси от сильного сжатия (дизельные ) ДВС классифицируют: а) По назначению — на транспортные, стационарные и специальные. б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты). в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор) и внутреннее (в цилиндре ДВС). г) По объему рабочих полостей и весогабаритным характеристикам — легкие, средние, тяжелые, специальные. Помимо приведенных выше общих для всех ДВС критериев классификации существуют критерии, по которым классифицируются отдельные типы двигателей. Так, поршневые двигатели классифицируют по количеству и расположению цилиндров, по количеству и расположению коленчатых и распределительных валов, по типу охлаждения, по наличию или отсутствию крейцкопфа, наддува (и по типу наддува), по способу смесеобразования и по типу зажигания, по количеству карбюраторов, по типу газораспределительного механизма. Конструктивно поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления). Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кри-

123


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

вошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов. Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Самостоятельную часть топливной системы составляет система впрыска горючего. Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливновоздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси за счёт резкого повышения температуры в цилиндре при быстром сжатии воздуха. Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Как правило, смазка наиболее ответственных узлов двигателя выполняется принудительной. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе. Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания. Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность. Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия. В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород. Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей. Наибольшее распространение в народном хозяйстве получили четырёхтактные двигатели. Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Для повышения технических характеристик двигателя во впускной системе может использоваться несколько впускных клапанов. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных

124


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания, которое представляет собой свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Состояние деталей поршневой системы определяется компрессией – давлением, которое развивается в камере сгорания в такте сжатия. Компрессию проверяют специальным прибором. Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется не случайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания, которая отвечает за поджигание топливной смеси в камере сгорания. Роль «поджигателя» выполняет устройство, которое называется «свеча». Она имеет два электрода, между которыми проскакивает искра при подаче на них высокого напряжения. В системе зажигания предусматривается возможность изменения момента появления искры, т.е. устанавливать раннее или позднее зажигание. Это необходимо для учёта качества горючего и режима работы двигателя. . После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии. Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси. После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. Поскольку поршни в цилиндре совершают возвратно-поступательное движение, возникают моменты, когда движения нет (ВМТ,НМТ) отсутствует. Чтобы его продолжить, необходим толчок. Для этой цели на коленчатый вал, преобразующий возвратнопоступательное движение во вращательное, устанавливается маховое колесо, которое под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов. Заключение Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск. Список литературы:1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель_внутреннего_сгорания 2. http://systemsauto.ru/engine/internal_combustion_engine.html. 3. http://autoustroistvo.ru/dvigatel-dvs/rabota-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya-taktidvigatelya/

125


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

О ПРИМЕНЕНИИ МНОГОРЕЗЦОВЫХ СТАНКОВ Лыхманюк Я.В., Коваленко В.И. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua 1. Введение Исходным этапом работы по определению элементов технологических процессов является разработка много инструментальной наладки при обработке деталей на оборудовании определенного типа. По степени автоматизации необходимо различать токарные автоматы и токарные полуавтоматы. На первых автоматизированы все элементы рабочего процесса, а именно: установка детали, пуск станка, быстрый подвод детали, выключение рабочего хода, процесс обработки, выключение главного движения, быстрый отвод суппортов, снятие детали. На полуавтоматах установка и снятие детали производятся вручную, все остальные элементы рабочего процесса автоматизированы. При выборе режимов резания наиболее существенной является характеристика станков по кинематике механизма подач. Направление подачи у передних суппортов обычно продольное, у задних и боковых - большей частью поперечное. На многорезцовых станках обрабатываются детали следующих типов. Валы обрабатываются в центрах (желательно вращающихся, особенно при обработке твердым сплавом). Зажим осуществляется поводковыми планшайбами или самозажимными патронами (но не хомутиками). Детали со шлицевыми или шпоночными отверстиями обрабатываются на шлицевых или шпоночных оправках (деталь надевается с натягом для запрессовки) или на консольных разжимных оправках (деталь надевается с небольшим зазором). Детали с гладкими отверстиями обрабатываются на оправках с самозажимными роликами или с внутренними кулачками либо на одно роликовых оправках (для отверстий, диаметр которых менее 30 -40 мм; при прерывистом резании; при обдирке). Тонкостенные детали при обработке закрепляются в патроне или на оправке (крепление, по возможности, пневматическое или гидравлическое). 2. Основное содержание и результаты работы 2.1. Последовательность расчета наладки и режимов резания [1, 2]. Выбор типа резцов и их распределение по суппортам производится следующим образом. Каждый резец для упрощения наладки должен устанавливаться только на один размер (например, на диаметр или длину, а не на тот и другой размер одновременно). Приводим некоторые указания по выбору типа резцов и распределения их по суппортам в зависимости от рода обрабатываемой поверхности. 1) Обработка цилиндрических поверхностей, кроме поверхностей, имеющих длину обработки меньше диаметра, обрабатываемых также и фасонными резцами, производится проходными резцами. Резцы для обработки цилиндрических поверхностей обычно устанавливаются на продольный (передний) суппорт. Возможно протачивание на проход с одного установа двумя резцами, делящими между собой припуск; первый из резцов - обдирочный, второй - получистовой. При этом желательно, чтобы обдирочный резец к моменту врезания чистового резца уже закончил свою работу, что, однако, удлиняет время обработки. Обработка длинных бесступенчатых поверхностей производится так: предварительное точение на многорезцовых станках; окончательное точение на однорезцовых

126


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

станках резцами из твердых сплавов. Обработка несколькими резцами возможна, несмотря на получающиеся ступени при обработке под последующую чистовую обточку или шлифование, если к обрабатываемой поверхности не предъявляются особые требования по шероховатости. При обработке коротких деталей на оправке можно установить две детали, из которых одна обрабатывается начерно, а другая одновременно начисто (после первой обработки оправку устанавливают на станок в перевернутом виде). 2) При точении торцов, канавок, фасок обработка выполняется соответственно резцами: проходными, фасочными, канавочными - последние инструменты обычно устанавливаются на поперечном заднем суппорте. 3) Обработка конических поверхностей при длинной образующей может производиться проходным резцом при помощи верхнего суппорта, а при его отсутствии - по копиру с помощью переднего суппорта. 4) Обработка фасонных поверхностей при ширине резания до 20 мм производится большей частью фасонным резцом с заднего суппорта; при большей ширине возможна также обработка проходным резцом. Передний суппорт работает по копиру при помощи специальной линейки, при этом работают по копиру все резцы суппорта. Если требуется, чтобы часть резцов получила подачу вдоль оси, то это достигается применением специального приспособления. Задний суппорт обычно без особых приспособлений по копиру не работает. 2.2. Выбор типа и количества резцов [2]. При точении стали твердыми сплавами на многорезцовом станке рекомендуется ряд мероприятий по предупреждению и устранению вибраций. Приводим некоторые из них. Для инструментов переднего суппорта при точении стальных деталей твердыми сплавами рекомендуются следующие мероприятия: вылет резца не больше его высоты; принимать главный угол в плане равным 60 - 80 и даже 90°; применять резцы с двойной передней гранью; производить смену затупленных резцов не одновременно; уменьшить количество резцов; не применять утопающих центров; не допускать продолжительной работы без подачи. Для инструментов заднего суппорта рекомендуется не допускать большой ширины врезания; устанавливать резцы точно по оси; располагать нагруженные резцы ближе к передней бабке, более жесткой; применять тангенциальные фасонные резцы. Если перечисленные мероприятия недостаточны, то для устранения вибраций необходимы специальные эксперименты по отработке режимов резания. Общие указания по выбору количества инструментов сводятся к следующему. 1) С увеличением числа резцов (с уменьшением длины резания) увеличивается удельная величина потерь от врезания. Поэтому есть предельное число резцов, которое не должно быть превышено. 2) Число резцов ограничивается максимальной силой подачи, допускаемой прочностью механизма подач. 3) Если лимитирующим является мощность электродвигателя, то следует снижать скорости резания и частично число резцов, если это технологически допустимо. 2.3. Выбор технологически допускаемых подач. Рекомендуемые величины подач на многорезцовых станках лимитируются следующими явлениями: вибрацией изделия, резца, нежесткостью изделия, заеданием резца, проворачиванием изделия, вырыванием изделия из центров. При отсутствии этих явлений рекомендуемые подачи могут быть увеличены. Кроме того, при значительном

127


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

увеличении подач по сравнению с рекомендуемыми обычно увеличивается количество подналадок по точности и чистоте обработки и в конечном счете производительность обработки может не увеличиться. При обеспечении надлежащей стабильности наладки по качественным показателям (точность обработки и шероховатость поверхности) подачи могут быть увеличены. В большинстве случаев на многорезцовых работах шероховатость поверхности не лимитирует выбора подач и операцию стремятся выполнить в один проход (на одном станке); лишь при повышенных требованиях к шероховатости поверхности работа производится в два прохода. Точность обработки и шероховатость поверхности фасонными и другими резцами, установленными на заднем суппорте, обеспечиваются так называемыми «зачистными» оборотами шпинделя без подачи заднего суппорта. Из подач, рекомендуемых для отдельных резцов заднего суппорта, принимается наименьшая, которая и является подачей для данного суппорта. Увеличение подач особо эффективно в области небольших подач, так как при их увеличении скорость резания снижается мало. 2.4. Корректировка наладки по числу оборотов шпинделя за ход суппортов. Обозначим цифрами 1 и 2 индексы, соответствующие продольному и поперечному суппортам соответственно. Число оборотов шпинделя, необходимое для работы каждого из суппортов, определится как: n1 = l1 / s1; (1) и n2 = l2 / s2; 2) где l1, l2 и s1, s2 – длина хода и подача соответствующего суппорта. Для уменьшения продолжительности операции следует добиваться уменьшения числа оборотов за ход плим лимитирующего суппорта. Поэтому поступают так: обработку наиболее длинных участков производят несколькими последовательно установленными резцами, часть обработки переносят на другие суппорты или на другие операции. В итоге желательно добиваться одинакового числа оборотов за ход суппортов. Такое технологическое выравнивание числа оборотов на ход суппортов, однако, не всегда может быть достигнуто. Если после корректировки наладки числа оборотов шпинделя на ход суппортов все же остаются разными, то необходимо уравнять эти числа оборотов за счет снижения подачи нелимитирующего суппорта. При этом подача s лимитирующего суппорта (индекс лим) остается без изменения, подача нелимитирующего суппорта (индекс нелим) определяется по формуле: sнелим = l нелим / nлим . (3) 3. Заключение Выравнивание чисел оборотов за ход суппортов за счет снижения подач нелимитирующих суппортов выгодно, однако, только при черновой обработке стальных деталей, так как только в этом случае ms > (1/) (ms - показатель степени в зависимости vT = Cv / sms . В остальных случаях оно либо вовсе неэффективно, либо очень мало эффективно. Список литературы: 1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. Под ред. А.М. Дальского. - М.: Машиностроение -1, 2001. - 944 с. 2. Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев, С.Г. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1987. – 846 с.

128


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Надточий А. Е., магистр (каф. ЭМС, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Известные преимущества гидравлических и пневматических элементов и систем обусловили их широкое использование практически во всех областях промышленности. Основной и неотъемлемой частью гидравлических систем является гидравлическая аппаратура, характеристики которой, в значительной мере, определяют их технический уровень, работоспособность и надежность. Основным конструктивным элементом гидроаппаратуры является запорнорегулирующий элемент. Из всего многообразия гидравлической аппаратуры наибольшее распространение получили гидроаппараты с запорно-регулирующим элементом в виде прецизионной пары плунжер-гильза (золотниковые распределители). Они отличаются небольшой массой, компактностью и простотой управления. Но, как и у всех устройств, у таких гидрораспределителей есть недостатки. К ним можно отнести невозможность работы при давлениях более 32 МПа, значительные утечки рабочей жидкости, возрастающие с увеличением срока эксплуатации распределителя. Однако самым существенным недостатком является склонность запорно-регулирующего элемента к облитерации, то есть явлению постепенного заращивания узких щелей поляризованными молекулами жидкости, что приводит к постепенному увеличению усилия сдвига золотника. Для устранения этого недостатка в мировой и отечественной практике создания гидроаппаратуры определилась тенденция использования гидроаппаратов с вибрационной линеаризацией. Запорно-регулирующие элементы таких гидроаппаратов осуществляют осциллирующее движение с большой частотой и малой амплитудой, устраняя, таким образом, силу сухого трения, которая примерно постоянна по величине и меняет свой знак при изменении знака скорости относительного перемещения трущихся частей. Такие гидроаппараты применяются в высокодинамических и высокоточных следящих гидроагрегатах, значительно улучшая характеристики последних. Существует несколько способов придания осциллирующего движения запорнорегулирующим элементам аппаратуры. Так в некоторых конструкциях распределителей продольные колебания золотника обеспечиваются эксцентриком, который приводится в движение дополнительным двигателем. В гидроаппаратах с пропорциональным электрическим управлением для повышения их чувствительности рекомендуется на входной электрический сигнал накладывать осциллирующий сигнал с частотой 150– 200 Гц и с амплитудой 50–100 мА. Этот сигнал возбуждает осциллирующее движение запорно-регулирующего элемента и сужает петлю гистерезиса электромагнита. В этом случае удается реализовать даже симметричные колебания исполнительного устройства с малой амплитудой без неравновесных остановок. Практика применения для привода золотников электромагнитов переменного тока показала, что частотное возбуждение электромагнита действует на золотник так же, как преднамеренно вводимая вибрация. В результате силы трения в подобном золотнике снижаются, хотя амплитуда колебания плунжера вследствие высокой частоты практически близка к нулевой. Все вышеперечисленные способы требуют дополнительных затрат энергии на осуществление колебательных движений золотников. Однако есть способ, при котором это не требуется. Известно, что при работе насоса объемного принципа действия, в системе гидропривода возникают высокочастотные пульсации давления рабочей жидкости, одной из основных причин которых является частота, которая образуется рабочи-

129


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ми поршнями насоса, действующими на жидкость. Предлагается использовать такие пульсации для образования осциллирующего движения запорно-регулирующих элементов, выполненных в виде золотника, с небольшой амплитудой и большой частотой. Для этого в гидроаппаратах создается дополнительная управляющая полость под торцом золотника, в которую через интерференционный преобразователь пульсаций давления, который работает в режиме усилителя, подводится давление питания. Одна из возможных конструкций интерференционного преобразователя представлена на рис. 1. В цилиндрическом корпусе 1 (емкостной элемент) размещен внутренний патрубок 2 (инерционный элемент), диаметр которого меньше диаметра входного патрубка 3. Патрубок 3 соединяет гидравлический вибрационный контур с магистралью питания (источники пульсаций давления рабочей жидкости), а

Рис. 1. Схема гидравлического вибрационного контура: 1 – цилиндрический корпус; 2 – внутренний патрубок; 3 – входной патрубок; 4 – выходной патрубок патрубок 4 – с камерой управления гидроаппарата. Емкостный и инерционный элементы реализуют шунтирующий резонансный контур. Пульсации давления рабочей жидкости поступают в емкость через патрубки 3 и 2. Вследствие сдвига фаз пульсирующего потока рабочей жидкости и собственной частоты резонатора, происходит усиление пульсаций давления, которое поступает в камеры управления гидроаппарата и его запорно-регулирующий элемент осуществляет осциллирующее возвратнопоступательное движение с частотой и амплитудой, которая определяется массой запорно-регулирующего элемента и жесткостью его возвратных пружин. Установлено, что наибольшее влияние на значение коэффициента усиления гидравлического вибрационного контура имеют размеры внутреннего патрубка: уменьшение его диаметра и увеличение длины приводит к повышению коэффициента усиления, что соответствует физике процесса, который происходит в гидравлическом вибрационном контуре. Наиболее эффективной областью применения таких гидроаппаратов являются гидроприводы мобильных машин, в которых управление регулирующей и распределительной гидроаппаратурой осуществляется механическим или механогидравлическим способом. Частота пульсаций давления на выходе объемной гидромашины, используемой в таких приводах, лежит в пределах 120-300 Гц, то есть частоты, с которой происходит вибрационная линеаризация гидроаппаратов. Подводя итог вышесказанному можно сделать следующий вывод: устойчивой тенденцией улучшения динамических характеристик выпускаемой гидроаппаратуры является реализация способа вибрационной линеаризации, которую наиболее целесообразно осуществлять при помощи гидравлических вибрационных контуров с частотой от 50 до 300 Гц, при небольшом (0,1–0,5 мм) положительном перекрытии золотника.

130


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

СИНТЕЗ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВТУЛОК ЗУБЧАТЫХ МУФТ НА БАЗЕ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Рапацкий Е. В., Ищенко А. Л. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. В статье приведена методика и результаты структурного синтеза новых конструкций втулок зубчатых муфт на базе морфологического анализа. С помощью данного системного метода, проанализированы все возможные варианты внедрения дополнительных конструктивных элементов в саму конструкцию втулки зубчатой муфты и адекватность их применения. По результатам исследования, отобраны наиболее оптимальные, по теоретическим сведениям, элементы и внедрены в конструкцию втулок для дальнейшего практического исследования с применением САМ систем. Ключевые слова: структура, анализ, систематизация, морфологический признак, синтез. 1. Введение Известно, что повышение долговечности машин даже в незначительной степени ведет к большой экономии металла, уменьшению затрат на производство запасных частей, сокращению объема числа ремонтов, а следовательно, увеличению фактически работающих машин. Конструкторские методы повышения долговечности основываются на уточнении расчетов усилий и напряжений [1 – 3], действующих в деталях, и применении деталей и узлов, имеющих большую работоспособность, чего, например, можно достигнуть посредством изменения жесткости и податливости сопряженных деталей. Один из вариантов, регулировки этих параметров, осуществляется внедрением в конструкцию обода втулки зубчатой муфты дополнительных конструкторских элементов. Объективность которых, на теоретическом этапе проектирования, определяется – методом морфологический анализ, являющимся одним из самых сильных системных методов поиска новых технических решений. Его эффективность объясняется снижением элемента случайности и исключением пропуска какого-либо из вариантов. Однако он имеет один принципиальный недостаток – отсутствие четких правил отбора наиболее предпочтительных вариантов сочетаний, поэтому требует глубоких знаний рассматриваемой задачи, а также развитого воображения и продолжительных затрат времени. Перечисленные недостатки перекрываются основным достоинством метода – значительным расширением информации и числа вариантов во всем их многообразии. 2. Основное содержание и результаты работы Существенное влияние на равномерность распределения нагрузки между зубьями оказывает конструкция обода втулки, которая обеспечивает увеличение податливости зубьев. Зубья муфты имеют определенную податливость. При приложении нагрузки первая пара или первые пары зубьев деформируются, что приводит к перераспределению зазоров между всеми зубьями (зазоры уменьшаются). Если деформация первой пары зубьев больше или равна зазора во второй паре, то она вступает в контакт. При дальнейшем росте нагрузки все большее количество зубьев вступает в контакт и в работу. Последней парой, вступившей в контакт, будет та, у которой зазор равен или меньше деформации пары зубьев первой вступившей в работу.

131


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Итак, управляя оптимальной конструкции обода зубчатого венца втулки, можно изменять его перемещения, что позволит сделать зуб более податливым, а значит увеличить количество пар зубьев, принимающих участие в работе муфты [4 – 6]. Наиболее актуальным способом поиска нужной конфигурации, как раз и является рассматриваемый метод морфологического анализа, который достаточно успешно применяется для поиска решений ряда новых инженерных задач самого различного характера в областях, где структура поставленных вопросов хорошо знакомы пользователям и они имеют представление о практической осуществимости тех или иных решений [7-8]. Таким образом, наилучшие результаты он может дать при исследовании ограниченных областей поиска, а не при исследовании плохо изученных, неопределенных или нечетко сформулированных задач. Согласно иерархии основных типов творческих задач [9], приведенных в табл.1, он эффективен для задач первого и второго типов. К этим задачам относятся изобретения первого и второго уровней сложности [10]. Таблица 1 – Иерархия основных типов творческих задач и их сущность Уро вень сло жности типа 1 2 3 4 5

Характеристика задач данного типа

Решаемая задача может быть скомпонована из готовых элементов и блоков Требуется преобразование набора готовых элементов и блоков по известным принципам Нет полного набора готовых элементов и блоков, но существуют аналогичные, из которых путем изменения параметров можно получить недостающие Не существует аналогичных элементов и блоков, но известны принципы их построения Не известны ни элементы, ни принципы их построения, что характерно для принципиально новых решений

Метод морфологического анализа имеет структуру, состоящую из следующих пяти основных этапов: 1 – постановка задачи, выбор объекта морфологического исследования; 2 – выбор морфологических признаков (исходных данных в виде важнейших характеристик объекта и его параметров, от которых зависит достижение постепенной цели); 3 – выявление возможных вариантов каждого признака и составление матрицы; 4 – определение полного числа вариантов, раскрытие возможных вариантов, в виде математических комбинаций исходных элементов, отсеивание нереальных и тавтологических вариантов; 5 – отбор наиболее перспективных решений. Решение задачи. Согласно иерархии основных типов творческих задач [9] (табл.1), данную задачу можно отнести к первому типу и второму уровню сложности [10] (оптимизация конструктивных и геометрических параметров устройств, режимов технологических процессов, состава компонентов или ингредиентов вещей и смесей).

132


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Объект – конструктивный элемент обода втулки зубчатой муфты. Постановка задачи – изменение податливости обода втулки зубчатой муфты за счет внедрения дополнительных конструктивных элементов. Морфологические признаки (n = 3): А – выточка во впадине зуба; Б – отверстие в ободе втулки; В – канавка на торце обода. Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологическому признаку и составление морфологической матрицы (табл. 3): А1 – треугольная выточка во впадине зубьев; А2 – прямоугольная выточка во впадине зубьев; А3 – выточка во впадине зубьев в виде равнобедренной трапеции; А4 – цилиндрическая выточка во впадине зубьев; Б1 – отверстие в ободе под впадиной зуба; Б2 – отверстие в ободе под зубом; В1 – прямоугольная канавка на ободе; В2 – канавка на ободе в виде буквы «∑»; В3 – канавка на ободе в виде параллелограмма; В4 – канавка на ободе в виде равнобедренной трапеции; В5 – цилиндрическая канавка на ободе; В6 – треугольная канавка на ободе. Для исключения возможных концентраторов напряжения, все острые углы имеют соответствующие радиусы скруглений. Таблица 2 – Варианты морфологических признаков дополнительных элементов и их конструктивное исполнение ВариКонструктивное Вариант Конструктивное ант исполнение исполнение

А1

В1

А2

В2

133


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Продолжение таблицы 2 1 2

3

А3

В3

А4

В4

Б1

В5

Б2

В6

134

4


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Таблица 3 – Морфологическая матрица возможных дополнительных конструктивных элементов для обода втулки зубчатой муфты Признаки и их варианты Характеристика морфологических признаков Выточки: А1 – треугольная выточка во впадине зубьев; А2 – прямоугольная выточка во впадине зубьев; А3 – выточка во впадине зубьев в виде равнобедренной трапеции; А4 – цилиндрическая выточка во впадине зубьев; Отверстия: Б1 – отверстие в ободе под впадиной зуба; Б2 – отверстие в ободе под зубом; Канавки: В1 – прямоугольная канавка на ободе; В2 – канавка на ободе в виде буквы «∑»; В3 – канавка на ободе в виде параллелограмма; В4 – канавка на ободе в виде равнобедренной трапеции; В5 – цилиндрическая канавка на ободе; В6 – треугольная канавка на ободе. Определение полного числа вариантов решений и оценка их функциональной значимости. Число условных вариантов сочетания элементов: N = 4 ∙ 2 ∙ 6 = 48 Однако некоторые варианты не являются целесообразными. Так, выполнение выточек во впадине между зубьями и отверстия под впадиной, слишком сильно ослабит конструкцию обода, что может привести к разрыву. Отбросив данные варианты, получим оставшиеся: 48 – (4 ∙ 6) = 24. Но, с учетом того, что выполнение отверстий под зубом, можно совместить с выполнением канавок, к оставшемуся числу прибавим еще 6 вариантов. Итого, число всех возможных совокупных адекватных вариантов, составляет 30. Обособленное исполнение возможных конструктивных признаков в данной работе не рассматривается, но, теоретически может иметь определенные преимущества, что будет учтено и рассмотрено в процессе выполнения последующей научной деятельности. Выбор наиболее перспективных решений. По первому критерию, с учетом концентраторов напряжений, целесообразными можно признать варианты решений 3 и 4. По второму критерию – варианты 1 (в совокупности с третьим критерием) и 2 (с первым). По третьему критерию – варианты 1, 4 и 5.

135


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Наиболее оптимальный по принятым критериям вариант, можно будет определить только при помощи компьютерных средств методом твердотельного моделирования с последующим наложением конечно-элементной сетки и динамических нагрузок. 3.Заключение Применение морфологического анализа не всегда позволяет выделить оптимальный вариант в конкретном исполнении. Наглядно подтверждена возможность ошибочных посылок при стремлении максимально сократить число анализируемых комбинаций, зависимость от индивидуальных творческих способностей пользователя. Однако метод обеспечил возможность вплотную приблизиться к рациональным и оптимальным вариантам, сделал закономерным их влияние. Поэтому даже при огромном количестве вариантов метод является не на 100% гарантирующим, а лишь повышающим вероятность выявления нового технического решения. Учитывая большие возможности метода по облегчению поиска новых технических решений, целесообразно его применять более широко. В процессе выполнения последующей научной деятельности, рассмотренный метод позволит выявлять наиболее существенные, эффективные и даже необычные пути решения поставленной задачи. Принятые оптимальные варианты, будут проходить проверку и расчет в среде компьютерного твердотельного моделирования, что позволит с максимальной точностью гарантировать целесообразность внесенных конструктивных изменений. Список литературы: 1. Онищенко В.П. Прогнозирование формы профилей зубьев зубчатых передач в результате их износа // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Межд. сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 1998. – Вып. 5. – С. 155–163. 2. Заблонский К.И. Зубчатые передачи. Распределение нагрузки в зацеплении. – Киев: Техника, 1977. – 208 с. 3. Устиненко В.Л. Напряженное состояние цилиндрических прямозубых колес. – М.: Машиностроение, 1972. – 92с. 4. Айрапетов Э.Л. Совершенствование методов расчета на прочность зубчатых передач // Вестник машиностроения. – 1993. – №7. – С.5–14. 5. Семенча П.В. Распределение напряжений по длине бочкообразных зубьев / П.В. Семенча, Ю.А. Зислин, Н.Б. Шубина // Вестник машиностроения. – 1970. – № 12. – С. 22–23. 6. Айрапетов Э.Л. Роль кромочного контакта в обеспечении контактной прочности зубчатых колес / Э.Л. Айрапетов, Э.Д. Браун, Н.В. Чичинадзе, И.А. Копф, В.В. Корнилов // МиТОМ. – 2002. – №9. – с. 36–38. 7. Джонс Дж. К. Методы проектирования. – М.: Мир, 1986. – 326 с. 8. Настасенко В.А. Морфологический анализ – метод синтеза тысячи изобретений. – К.: Техника, 1994. – 44 с. 9. Воронин Е. И., Вермишев Ю. Х., Машков В. В. Опыт эксплуатации и перспективы развития автоматизированного развития радиоэлектроники // Автоматизация проектирования в радиоэлектронике. 1984. – Вып. 29. – С. 3–11. 10. Чус А. В., Данченко В. Н. Основы технического творчества. – К.: Вища шк., 1983. – 184 с.

136


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 678.057 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗОНЫ ЗАГРУЗКИ ЭКСТРУДЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ Самоздра С.А., Остапенко М.А. (кафедра МАХП, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел. +38 (062) 3010784, E-mail: ost@dgtu.donetsk.ua Аннотация: Разработана математическая модель загрузочной зоны экструдера, позволяющая обосновать частоту вращения шнека, при которой, при заданных размерах шнека и давлениях на границе зон загрузки и плавления, обеспечивается требуемая производительность. В отличие от известных моделей угол, между скоростью точек на поверхности шнека и скоростью перемещения материала относительно корпуса определяется с учетом соотношения между давлениями материала на входе и на выходе зоны загрузки.. Ключевые слова: экструдер; загрузка; моделирование; давление; производительность. 1. Введение Производство труб с покрытием внешней поверхности полимерной защитной пленкой, является одним из важнейших инновационных направлений промышленного развития Донбасса. Совмещение процессов производства пленки и нанесения ее на трубы позволяет сделать производство труб непрерывным, легко контролируемым и дает возможность использования вторичных полимерных материалов. Схема технологической линии для производства пленки экструзией и нанесения ее на трубы показана на рисунке 1. Цилиндрический корпус 1 экструдера условно разделяют по длине на три зоны: 1-я зона загрузки; 2-я зона плавления; 3-я зона гомогенизации. Перерабатываемый полимерный материал подается из бункера 2 в зону загрузки сырья и шнеком 3 продвигается вдоль корпуса. При этом по мере продвижения материал уплотняется [1, 2]. В зоне пластификации материал плавится в местах контакта с поверхностью корпуса за счет теплопередачи от нагретых стенок, а также теплоты, возникающей при трении гранул полимера о шнек и стенки корпуса. Нагрев стенок корпуса осуществляется электрическими кольцевыми нагревателями сопротивления 4. Регулирование температуры по длине цилиндра осуществляется воздухом, который подается вентиляторами 5 внутрь съемных защитных ограждений 6 корпуса, а участок цилиндра вблизи загрузочного отверстия охлаждается водой, которая проходит по каналам корпуса. Вращательное движение шнеку сообщается приводом, состоящим из электродвигателя и двухступенчатого редуктора. Регулирование частоты вращения шнека осуществляется путем изменения частоты вращения ротора электродвигателя с использованием преобразователя частоты. Сетка 7 или пакет из нескольких сеток, устанавливается на выходе материала из корпуса и создает сопротивление, необходимое для повышения давления в зонах пластификации и гомогенизации. В начале 3-й зоны гомогенизации материал состоит из твердых и расплавленных частиц. К концу 3-й зоны сырье становится полностью гомогенной расплавленной массой. На выходе из экструдера расплав полимера через переходное устройство 8 поступает на плоскощелевую головку 9 и продавливается сквозь неё с охлаждением. На выходе из плоскощелевой головки 9 пленка огибает направляющий ролик 10 и роликом 11 прижимается к поверхности трубы 12, которая вращается и перемещается на роликовом конвейере 13.

137


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рисунок 1 - Схема технологической линии для производства пленки экструзией и нанесения ее на трубы Пленка должна иметь гладкую сплошную поверхность без пузырей, полос, гофр, включений и других дефектов, что во многом зависит от характера движения исходного сырья в зоне загрузки [3]. Конструкция зоны загрузки, производительность и распределение давления по ее длине должны обеспечить полноту заполнения рабочего пространства и устойчивость процесса продвижения материала. В связи с этим, моделирование зоны загрузки и обоснование рациональных режимов работы экструдера является актуальной задачей, имеющей важное теоретическое и практическое значение. Целью настоящей работы является установление взаимосвязи между конструктивными, кинематическими, технологическими и силовыми параметрами загрузочной зоны экструдера, позволяющей обоснование рациональных режимов. В работе решаются следующие задачи: устанавливаются кинематические закономерности движения материала в зоне загрузки и определяется производительность; определяется закон распределения давления в материале по длине зоны загрузки; определяется частота вращения шнека, при которой при заданных геометрических размерах шнека и заданных давлениях на входе и выходе зоны загрузки обеспечивается заданная производительность. 2. Основное содержание и результаты работы Используем, предложенное Радченко Л.Б. [4] допущение, что в пределах зоны загрузки физические величины, характеризующие свойства материала, являются постоянными. Кроме того, принимаются следующие допущения: 1. Каналы шнека в зоне загрузки полностью заполняются материалом. 2. Полимерный материал в зоне загрузки движется как цельная пробка при отсутствии взаимного перемещения гранул материала. 3. В зоне загрузки коэффициент бокового давления материала во всех направлениях одинаков, т.е. давление материала на стенки корпуса равно давлению материала на элементы шнека. 4. Скорость движения материала постоянна, то есть силы инерции отсутствуют и задача решается в квазистатической постановке. 5. Силы тяжести материала не учитываются.

138


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Схема к моделированию зоны загрузки экструдера показана на рисунке 2. Кинематические зависимости движения материала в зоне загрузки. Максимальная линейная скорость точек на внешней поверхности шнека определяется по формуле (1) v1    D  n / 60 , м/с, где D - диаметр шнека, м; n - частота вращения шнека, об/мин; Обозначим максимальную скорость проскальзывания пробки полимера относительно поверхности винтовой нарезки шнека - v2 . Скорость перемещения гранул полимера относительно корпуса - v3 равна геометрической сумме скоростей v1 и v2 .

t

+ dFk

x

v2 v4 v1

dFn D

b

l

dFtr

v3

h

dFv

dZ

dFR o

l X

Z Рисунок 2 – Схема к моделированию зоны загрузки экструдера.

Скорости v2 и v3 определяются по теореме синусов из треугольника АВС на рисунке 3. sin  sin  ; v3  v1  . (2) sin(   ) sin(   ) Осевая скорость v4 перемещения материала равна проекции скорости v3 на ось v2  v1 

шнека. v4  v1 

sin   sin  , sin(   )

где  - угол наклона винта шнека;  - угол между скоростями v1 и v3 .

139

(3)


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Угол  определяется по формуле  t  ,   D 

  arctg 

(4)

где t - шаг винта шнека.

Рисунок 3 – К определению скоростей v2 , v3 и v4 . Производительность модуля загрузки. Производительность модуля загрузки определяется по формуле Q   n  v4  Sk , (5) где  n - насыпная плотность гранул полиэтилена; S k - расчетная площадь поперечного сечения канала при движении материала вдоль оси корпуса. Площадь S k (на рисунке 4 не заштрихована) определяется по формуле  x 2 Sk   D 2   D  2  h   h  , (6) 4 tg где X - ширина нарезки винта шнека; h - высота винтовой нарезки шнека.

x tg

h

h

x

x tg

D -2h

D

Рисунок 4 – К определению площади поперечного сечения канала шнека

140


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

С учетом формул (1), (3) и (6) формула (5) принимает вид Q  n 

  D  n  60

x  sin   sin  2    D 2  D  2  h   h  .  tg  sin     4

(7)

Распределения давления по длине зоны загрузки. Для определения угла  , знание которого необходимо для проведения расчетов по формуле (7), установим закон распределения давления по длине зоны загрузки. Для этого определим силы, действующие на гранулы полимера в зоне загрузки. Выделим бесконечно малый элемент загрузки dz (рис.2). Координатные оси направим таким образом: 1. Ось ОХ - перпендикулярно направлению нарезки винта шнека; 2. Ось ОZ - параллельно направлению нарезки винта; 3. Ось Ol - влоль оси корпуса и шнека. На выделенный элемент действуют следующие бесконечно малые силы: 1. dFk - сила трения материала о стенки корпуса, которая направлена в сторону противоположную скорости v3 ; 2. dFv - сила трения материала о стенки внутренней поверхности шнека, которая направлена в сторону противоположную скорости v2 ; 3. dFn - сила нормального давления толкающего витка; 4. dFtr - сила трения, вызванная силой dFn , т.е. dFtr  dFn  f 2 , (8) где f 2 - коэффициент трения гранул полимера по материалу шнека (коэффициент внешнего трения). Для определения силы dFn спроектируем силу dFk на ось ОХ. dFn  dFk  sin     . (9) С учетом (9) выражение (8) принимает вид dFtr  dFk  f 2  sin     . (10) Результирующая сила dFR определяется как сумма проекций всех сил на ось OZ. dFR  dFk  cos     dFv  dFtr . С учетом выражения (10) находим, что dFR  dFk  cos     f 2  sin      dFv . (11) С учетом допущения 3 о том, что давление материала на стенки корпуса равно давлению материала на элементы шнека можно записать: dFk  p  dS k  f1 ; dFv  p  dSv  f 2 , (12) где p - давление материала на стенку корпуса и поверхность шнека, имеющую диаметр (D-2h); f1 - коэффициент трения гранул полимера, находящегося в межвитковом пространстве относительно гранул полимера, находящегося в продольных пазах на внутренней поверхности корпуса (коэффициент внутреннего трения); dS k - поверхность трения бесконечно малого элемента о стенку корпуса;

141


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

dSv - поверхность трения бесконечно малого элемента о стенки внутренней поверхности шнека. dS k    D  dl ; dSv    D  2  h   dl , (13) где dl - длина бесконечно малого элемента вдоль оси шнека. (14) dFR  b  h  dp , где b  t  e   cos  - ширина канала шнека; dp - приращение давления. С учетом выражений (12), (13) и (14) выражение (11) преобразуется в следующее дифференциальное уравнение dp   D  f1  f D  2  h     cos     f 2  sin      2  (15)  dl. p bh f1 D   После интегрирования получаем следующее выражение   D  f1  f D  2  h   ln p   cos     f 2  sin      2    l  ln C , bh f1 D   где С – константа интегрирования, которая определяется из начального условия: при l  0, p  p0 , где p0 - давление в начале зоны загрузки; C  p0 . После преобразований приходим к следующему выражению, которое описывает распределение давления в материале по длине зоны загрузки   D  f1  f D  2  h    (16) p  p0  exp  cos     f 2  sin      2    l . f1 D     bh Радченко Л.Б. предлагает определять величину угла  из условия, что выражение в квадратных скобках в формуле (16) равно нулю, мотивируя это тем, что в начале зоны загрузки повышение давления незначительно [4]. По нашему мнению эта мотивация является не убедительной, так как не понятно как при таком допущении проводить расчеты по формуле (16). Кроме того, при таком допущении угол  не зависит от давлений в начале зоны загрузки и на границе зон загрузки и плавления, что противоречит физическому смыслу. В связи с этим, нами предлагается величину угла  определять из граничного условия, что при l  L , где L - длина зоны загрузки, p  p1 2 , где p1 2 - давление на границе зоны загрузки и зоны плавления.   D  f1  f D  2  h    (17) p1 2  p0  exp  cos     f 2  sin      2    L . f1 D     bh После преобразований выражения (17) приходим к следующему тригонометрическому уравнению относительно угла  p b  h  ln 1 2 f D  2  h  p0 cos     f 2  sin      2   . (18) f1 D   D  f1  L При решении уравнения (18) введем вспомогательную константу А и вспомогательный угол  следующим образом: 1  A  sin  ; f 2  A  cos  . (19) Возведя в квадрат и сложив левые и правые части выражений (19), определяем вспомогательные величины А и  :

142


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

A  1  f 22 ;   arcsin

1

. 1  f 22 С учетом выражений (19) и (20) решение уравнения (18) имеет вид  p1 2    b  h  ln   f D  2  h  1 p0    1 2   .   arcsin    arcsin     2 f D   D  f  L   1  f 22 1  f 1 1  2     

(20)

(21)

Давление в начале зоны загрузки p0 принимается равным давлению гранул полиэтилена в выпускном отверстии загрузочного бункера, которое определяется по формуле, предложенной Рогинским Г.А. [5]   g Rk p0  n , (22) f1  j где  n - насыпная плотность гранул полиэтилена; g - ускорение при свободном падении; R - гидравлический радиус выпускного отверстия бункера; k - коэффициент, зависящий от режима работы бункера (для не полностью опорожняемых бункеров k  1,5 ); f1 - коэффициент внутреннего трения материала; j - коэффициент подвижности материала. Рогинский Г.А. рекомендует при расчетах принимать среднее значение величины f1  j , которое для сыпучих материалов составляет 0,18. 3. Заключение Разработана математическая модель зоны загрузки экструдера, включающая выражения (4), (7), (17), (21), (22), отличающаяся от известной модели, предложенной Радченко Л.Б. тем, что давление в начале зоны загрузки принимается равным давлению материала в выпускном отверстии загрузочного бункера. Кроме того, отличие от известной модели заключается также в том, что величина угла между максимальной линейной скоростью точек на внешней поверхности шнека и скоростью перемещения гранул материала относительно корпуса определяется с учетом соотношения между давлениями материала на входе и на выходе из зоны загрузки. Предложенная модель позволяет проанализировать влияние различных факторов на распределение давления по длине зоны загрузки и на производительность. На основании этого анализа может быть обоснована длина зоны загрузки и частота вращения шнека, при которой, при заданных геометрических размерах рабочих органов и заданном давлении на границе зоны загрузки и зоны плавления, обеспечивается заданная производительность. Список литературы: 1. Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением. М.: Химия, 1974. – 271 с., ил. 2. Техника переработки пластмасс/Под ред. Н.И. Басова и В. Броя. - Совместное издание СССР и ГДР (Издательство «Дейтчер Ферлаг Фюр Грундштоффиндустри», г. Лейпциг). М.: Химия, 1985.–528 с., ил. 3. Проблемы выявления и устранения возможных дефектов в процессе получения изделий из термопластов: учебное пособие /А.Н. Садова, Т.Р. Дебердеев, О.Н. Кузнецова, О.В. Стоянов. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – 123 с., ил. 4. Радченко Л.Б. Переробка термопластів методом екструзії. К.: ІЗМН, 1999. – 220 с., и . 5. Рогинский Г.А. Дозирование сыпучих материалов. М.: Химия, 1978. – 174 с., ил.

143


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ВЫГРУЗКИ ИЗВЕСТИ ИЗ ШАХТНОЙ ОБЖИГОВОЙ ПЕЧИ Храпач А.В. (каф. МОЗЧМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Известь, как известно, широко используется в качестве флюса в металлургическом производстве с целью удаления из чугуна и стали серы и фосфора. В настоящее время ее получают путем обжига известняка в барабанных вращающихся печах и печах шахтного типа. Благодаря ряду преимуществ, в последние годы предпочтение отдают шахтным обжиговым печам. Их устойчивая, т.е. в заданном технологическом режиме, работа во многом определяется надежностью и техническими возможностями системы выгрузки обожженной извести. Сотрудниками кафедры МОЗЧМ Донецкого национального технического университета при участии автора доклада на основе результатов анализа достоинств и недостатков известных систем [1 - 4] предложено устройство для разгрузки шахтной обжиговой печи, снабженное столом, совершающим плоскопараллельное движение относительно ее корпуса. Устройство (рис. 1) включает под 1, установленный с

Рисунок 1 – Кинематическая схема разработанной системы выгрузки шахтной печи зазором относительно шахты 2 на тела качения 3, размещенные в углублениях опорных кронштейнов 4, равномерно закрепленных по периметру на внутренней цилиндрической поверхности приемного бункера 5, примыкающего снизу к шахте печи и снабженного шиберной задвижкой 6. Над центральной частью пода 1 в зазоре между ним и нижним торцом шахты 2 находится конический колпак 7, жестко связанный с корпусом печи, к которому прикреплены ножи 8 с регулируемым углом атаки, равномерно рассредоточенные по периметру над верхней плоскостью пода 1. В нижней опорной поверхности пода выполнены два цилиндрических отверстия, в которых установлены с возможностью относительного вращения пальцы 9 и 10, каждый из которых жестко закреплен соответственно на зубчатых колесах 11 и 12, горизонтально установленных на вертикальных осях 13 и 14. Пальцы 9 и 10 смещены в одном и том же направлении на одинаковое расстояние от вертикальных осей 13, 14 зубчатых колес 11, 12. Оба этих колеса имеют одинаковые размеры и синхронизированы между собой размещенной на одной линии их центров приводной шестерней 15, посредством кониче-

144


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ской передачи 16 связанной с мотор-редуктором 17, закрепленном на наружной поверхности приемного бункера 5. Подшипниковые опоры всех зубчатых колес размещены на опорной раме 18, установленной на несущие стойки 19. Проверку правильности технических решений, заложенных в конструкцию новой системы выгрузки сыпучего материала из шахтной обжиговой печи, выполнили на ее физической модели, изготовленной в масштабе 1: 10 (фото на рис. 2) с соблюдением

Рисунок 2 – Физическая модель разработанной системы выгрузки шахтной обжиговой печи геометрического, кинематического и динамического подобий, а также равенств критериев Ньютона, Фруда и Струхаля Ne = Pн /(ρнvн2Lн2)= Pм / (ρм v2м L2м ); Fr = vн2 /(g Lн) = v2м /(g Lм); St = (vн tн)/Lн = (vм tм)/Lм . В этих выражениях: P – характерная действующая сила; ρ - плотность сыпучей среды; v - скорость движения потоков сыпучего материала; L - характерный линейный размер; g - ускорение силы тяжести; t – время. C учетом того, что масштабные множители плотности, линейных размеров и скорости соответственно равнялись аρ= 1; аl = 10; аv= аl 0,5 = 3,16, значение масштабного множителя сил составляло: аF = аρ аl 2 аv2 = 1. 10 2 . 3,16 2 = 1000. В ходе лабораторного эксперимента для регистрации в режиме реального времени энергосиловых параметров функционирования привода системы использовали контрольно-измерительный комплекс, включающий специально изготовленный тензорезисторный преобразователь, четырехканальный усилитель переменного тока УТЧ – 1 и IBM-компьютер с установленной на его шине платой L - 154 12-разрядного многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) фирмы L-CARD. Структурная схема контрольно-измерительного комплекса приведена на рис. 3.

145


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рисунок 3 - Структурная схема контрольно-измерительного комплекса Тензорезисторный преобразователь для контроля крутящего момента, преодолеваемого приводом (рис.4), выполнен с использованием фольговых датчиков с сопротивлением 200 Ом, соединенных по мостовой схеме.

Рисунок 4 – Характерный вид сигнала, регистрировавшегося при контроле момента сопротивления, преодолеваемого приводом модели системы выгрузки Используя измеренные значения крутящих моментов, развиваемых при функционировании модели системы выгрузки извести из обжиговой печи, на основании рассчитанного масштабного множителя силы аF оценили возможные нагрузки на рабочие органы промышленного образца разгрузочного механизма, внедрение которого в производство позволит повысить равномерность выдачи материала, благодаря возможности ее реализации в непрерывном режиме с одновременным сбросом извести всеми ножами по периметру подвижного пода. Список литературы: 1. Монастырев А.В., Александров А.В. Печи для производства извести. Справочник. – М.: Металлургия, 1979. – 232 с. 2. Табунщиков Н.П. Производство извести. – М.: Химия, 1974. – 240 с. 3. Монастырев А.В. Производство извести. – М.: Высшая школа, 1978. – 225 с. 4. Производство извести и сатурационного газа на сахарных заводах / Н.П. Табунщиков, Э.Т. Аксенов, Р.Я. Гуревич, Л.Д. Шевцов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 176 с.

146


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОЛОМОК РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА РЕСУРС ПРИВОДА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА Шабаев О.Е., Бридун И.И., Зинченко П.П. (каф. ГМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) В процессе эксплуатации проходческого комбайна возникают случайные поломки резцов, которые приводят к изменению схемы набора резцов на коронке, схемы стружкообразования и в результате – вектора внешнего возмущения, приложенного к исполнительному органу. Это может привести к существенным отклонениям показателей технического уровня комбайна от соответствующих значений, приведенных в его технической характеристике. Поэтому необходимы исследования влияния поломок режущего инструмента на основные показатели технического уровня – производительность и ресурс. В случае выявления существенного влияния необходимо обоснование диагностируемого параметра, а также его предельного значения, при котором дальнейшая эксплуатация комбайна должна быть прекращена до устранения неисправности. Объектом исследования принят проходческий комбайн КПД, оснащенный двумя поперечно-осевыми коронками диаметром 1000 мм. При исследовании была использована разработанная авторами математическая модель рабочего процесса проходческого комбайна, с учетом возможной поломки резца. В ходе моделирования были приняты следующие условия эксплуатации комбайна: забой состоит из 3-х пластов одинаковые по долям объема: порода кровли со средневзвешенной контактной прочностью p к  400 МПа, угольная прослойка сопротивляемостью резанию 250 Н/мм, порода почвы с p к  800 МПа. Взято 3 варианта сечения выработки в проходке по техническим характеристикам комбайна – 11; 16 и 25 м2. На рис. 1 приведено изменение толщины среза на отдельных резцах за один оборот коронки в режиме бокового реза (а) и вертикальной зарубки (б) без учета динамики движения исполнительного органа. Очевидно, поломка резца №5 более существенно скажется на формировании вектора внешнего возмущения в режиме бокового реза, а резца №9 – вертикальной зарубки, следовательно, предусматриваем оба возможных варианта. Поэтому в качестве параметров технического состояния приняты схемы набора: с полным комплектом резцов; без резца №5 (более существенно нагружен при боковом резе); без резца №7 (одинаково нагружен при боковом резе и зарубке); без резца №9 (более существенно нагружен при зарубке).

Рисунок 1 – Толщина стружки на резцах коронки при боковом резе (а) и вертикальной зарубке (б) Параметры режимов разрушения забоя коронками: шаг фрезерования H , глубина зарубки В, скорости вращения  и подачи Vп существенно влияют на нагружен-

147


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ность исполнительного органа. Поэтому при планировании вычислительного эксперимента задавались различные значения H и В (с учетом конструкции исполнительного органа), а значения скоростей подбирались на основе рекомендаций работы [1]. Результаты моделирования показали что, выход резца из строя приводит к значительному росту динамичности нагрузок (в качестве примера реализация момента для бокового реза приведена на рис. 2), причем в первую очередь за счет увеличения неравномерности низкочастотной составляющей нагрузки (частота вращения коронки).

Рисунок 2 – Изменение момента в трансмиссии, приведенного к исполнительному органу, при боковом резе с полным комплектом резцов (а) и без 5-го резца (б) Проходческий комбайн с аксиальной коронкой, имеет большое число режимов разрушения забоя (см. рис. 3). Но при образовании нагруженности трансмиссии имеют значение наиболее интенсивные режимы. К таким режимам относятся боковой рез и вертикальная зарубка.

Рисунок 3– Схема обработки забоя Длительность этих режимов, при объемных долях разрушаемых платов d1 , d 2 и d 3 с контактными прочностями pк1 , pк 2 и pк 3 , разрушение і–го пласта можно определить:

148


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

60( S ч  2 Lк H ч )d i , i  1..3; (1) Н iVп.брi 60 H ч d i при вертикальной зарубке t взi  , i  1..3, (2) Vп.взi где S ч , H ч - площадь сечения и высота выработки; Lк - длина коронки; Vп.брi , при боковом резе t брi 

Vп.взi - скорость подачи коронки при боковом резе и вертикальной зарубке по і–му пласту; Н i - шаг фрезерования і–го пласта. Накопленная повреждаемость на 1 м проходки выработки M max M max   3  m m (3) НП L  t брi  M f брi ( M )dM  t взi  M f взi ( M )dM  ,  2B i 1  0 0  где  , M - угловая скорость и крутящий момент рассматриваемого элемента трансмиссии; M max - значение крутящего момента, рассматриваемого элемента трансмиссии; m - показатель степени кривой усталости для рассматриваемого элемента; f брi (M ) f взi (M ) , - плотности вероятности крутящего момента в режимах бокового реза и вертикальной зарубки по і–му пласту. Снижение ресурса элементов трансмиссии определим путем сравнения накопленных повреждаемостей с полным и частичным наличием режущего инструмента: НП L1  НП L 1 T  100 , (4) НП L1 где НП L , НП L - накопленные повреждаемости соответственно при работе с полным комплектом резцов и с поломанным резцом соответственно. На основе результатов расчетов накопленных повреждаемостей за цикл обработки забоя можно сделать выводы: а) работа с поломанными резцами приводить к существенному снижению ресурса элементов трансмиссии исполнительного органа комбайна – на величину до 60-70% для валов и зубчатых колес, до 22-25% для подшипников; б) влияние поломки резца на ресурс элементов трансмиссии зависит от положения резца на коронке согласно схеме набора: для резцов №5 и №7 эффект существенный, тогда как поломка резца №9 приводит к снижению ресурса не более чем на 1012% в) площадь сечения забоя не оказывает существенного влияния на относительное снижение ресурса. При этом для существующих проходческих комбайнов поломка резца не может быть выявлена до остановки машины, поэтому необходима разработка средств технической диагностики технического состояния режущего инструмента без остановки комбайна. Список литературы: 1. Адаптивная оптимизация цикла обработки и параметров режима разрушения забоя проходческим комбайном избирательного действия по критерию темпа проходки / О.Е. Шабаев, А.К. Семенченко, Н.В. Хиценко // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: междунар. сб. науч. тр. – Донецк, 2010. – Вып. 39. – С.210-219.

149


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УДК 621.9.06 АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ИЗНОСА СВЯЗКИ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ Шароварская М.В., Гусев В.В., Моисеев Д.А. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (066) 3086754; E-mail:msmo@fimm/dgtu.donetsk.uamailto:tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация: в статье рассмотрена методика определения интенсивности изнашивания связки шлифовального круга под воздействием на нее потока абразивных частиц. Приведены графики зависимости изнашивания, от скорости потока абразивных частиц и от угла атаки. Проанализировано влияние этих параметров на интенсивность изнашивания. Ключевые слова: изнашивание, шлифование, абразивные частицы, связка. 1. Введение На данный момент, одним из основных видов финишной обработки керамических материалов является шлифование. Так как процесс обработки производится путем непосредственного контакта двух поверхностей, то и качество шлифования напрямую зависит от характеристики и состояния этих поверхностей. Если характеристика абразивного инструмента зависят от его вида, то состояние его рабочей поверхности меняется в процессе эксплуатации. При шлифовании имеет место процесс износа, который происходит путем истирания, скола зерен и вырыва их из связки. Одновременно с износом зерен, также наблюдается процесс износа связки. Износ зерен происходит быстрее, чем износ связки, что приводит к затуплению абразивного инструмента и увеличению силы резания. Если механизм износа алмазных зерен хорошо известен [1], то износ связки описан не достаточно подробно. Целью данной работы является разработка модели износа связки шлифовального круга под воздействием шлама, действующего на связку при шлифовании. 2. Основное содержание и результаты работы Существует несколько классификаций видов изнашивания, охватывающих практически все его разновидности. Однако наиболее распространенными видами изнашивания являются абразивное, адгезионное, усталостное, кавитационное, коррозионное и эрозионное [2]. В процессе шлифования шлам, полученный во время обработки, взаимодействует с рабочей поверхностью круга, что и является причиной изнашивания связки. Это явление относится к эрозионному изнашиванию – изнашиванию поверхностей твердых тел потоком частиц [3]. Наиболее подробно рассмотрен данный механизм у Крагельского И. В. [2]. Для оценки износа он предлагает рассчитывать интенсивность изнашивания. В условиях пластического контакта Крагельский предлагает следующую формулу : 3

1,75 ρS ρr4 1+k ' ∙ f v 0 sin α 0 I= ∙ ∙ 2 ' e0 1− k ∙ f √c σ T

(

7 2

)(

ctg α0 − f ),

где I – интенсивность изнашивания при пластическом контакте;

150

(1)


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ρS и ρr – плотности изношенного материала и изнашивающих частиц соответственно; e0 – параметр кривой фрикционной усталости, по величине близко к значению относительного удлинении при разрыве; '

k=2

HB σT ;

f – коэффициент трения; v0 – скорость частиц; α0 – угол атаки; c – коэффициент формы частицы (для сферы c≈3); σT – предел текучести изнашиваемого материала. Данное соотношение (1) позволяет проанализировать влияние свойств материалов и условий работы на износ. Скорость частиц v0 влияет на износ в степени большей 0,5 (t +1 )+2 двух, при пластическом контакте I v 0 . Для оценки зависимости износа от скорости частиц и угла атаки в частных условиях, возьмем за основу теорию предложенную Крагельским. Скорость частиц определяется скоростями двух движений – движения круга и потока абразивных частиц, поступающих вместе с СОТС. Эти скорости составляют (2535) м/с и 3 л/мин = 0,021 м/с (при площади сечения трубки для подачи СОТС 40 мм2) соответственно. Если сопоставить эти две величины, то очевидно, что определяющее влияние на скорость частиц оказывает движение круга. Поэтому при расчетах будем считать, что скорость движения частиц равна скорости движения круга, т. е. v0 = 25÷35 м/с. Величина угла атаки α0 также, не является определенной и изменяется в пределах 5÷15º. Для оценки влияния скорости частиц на интенсивность изнашивая, принимаем: v0 = 25÷35 м/с; α0 = 10º. Тогда, используя данные полученные из расчетов интенсивности износа по формуле (1), построим график, который показывает зависимость интенсивности изнашивания от изменения скорости круга. Как видно из представленного на рис. 1 графика, с увеличением скорости круга, увеличивается и интенсивность износа связки.

Рис. 1. График зависимости интенсивности изнашивания связки от скорости абразивных частиц

151


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для оценки влияния угла атаки частиц на интенсивность изнашивания, принимаем: v0 = 30 м/с; α0 = 5÷15º. Проанализировав график, представленный на рис. 2, делаем вывод, что влияние угла атаки абразивных частиц на интенсивность износа связки описывается параболической зависимостью.

Рис. 2. График зависимости интенсивности изнашивания связки от угла атаки частиц Для того, что бы оценить правильность и полноценность расчета износа круга, по приведенной выше методике, приведем данные экспериментальных исследований и сравним полученные результаты. Экспериментальные исследования проводились применительно к двум обрабатываемым образцам, изготовленным из разных материалов – ситалл АС-370 и керамика Al2O3 (Гп). Линейный износ круга L( ) измеряли с помощью специального стационарного приспособления в шести фиксированных точках по периферии и в трех точках вдоль образующей круга с точностью 0,001мм. Измерение диаметра шлифовальных кругов менее 50 мм в процессе его работы производили микрометрами с погрешностью ±0,004мм. Удельный расход алмазного инструмента определяли согласно ГОСТ 1618170 и методики, приведенной в работе [1]. При проведении исследований в каждой экспериментальной точке число повторных измерений было не менее трех. С целью устранения влияния ширины образцов на полученные результаты для сопоставления обрабатываемости различных видов керамики силы резания приводились к единице ширины образца, т.е. определялись погонные значения сил резания при плоском врезном шлифовании периферией круга [3]. По мере удаления материала припуска происходит изменение состояния рабочей поверхности ШК. В результате различных видов износа происходит изменение параметров распределения Вейбулла характеризующих разновысотность зерен на рабочей поверхности круга, которые приведены в таблице 1 [4]. Плотность распределения алмазных зерен по высоте приобретает левостороннюю

152


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

асимметрию (=1,58; ()=0,01 и =84; ()=10). С износом ШК уменьшается высота рабочего слоя (R) с 75мкм до 35 мкм ((R)=2) и среднее число алмазных зерен на единице рабочей (nз) поверхности с 21шт/мм2до 17шт/мм2 ((nз)=1,5) [3]. Таблица 1 - Изменения параметров рабочей поверхности круга 1А1 200х20х32 АС6-4-М2-01-125/100 при плоском врезном шлифовании периферией круга ситаллов и керамики с режимами резания: Vк=24м/с; V=6м/мин; t=0,1мм. Объем Обрабаматетываемый № риала, материал см3/мм Al2O3 (Гп) K1c=4,2 МПам0,5, HV=14,9 ГПа АС-370 K1c=2,1 МПам0,5, HV=8 ГПа

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6

0 0,2 0,7 1,2 2,2 0 1,5 3,2 4,9 5,8 6,6

Удельные силы резания, Н/мм PH

PT

4,1 4,54 5,3 6,1 8,6 4 6,4 7,2 7,4 7,8 8,65

2 2,27 3,15 4,1 5,3 1,2 1,6 1,9 2,15 2,25 2,35

Глубина РПК ∆R, мкм 60 45 35 35 35 70 37 40 40 40 35

Линейный износ ∆L, мкм 0 30 51 65 108 0 31 81 107 125 143

Плотность зерен n3, шт/мм2 20 17,7 15,8 16,4 16,5 20,5 15 15,8 16,4 16,5 16,8

Параметры закона распределения Вейбула δ

λ

χ2

2,07 1,73 1,69 1,65 1,61 2,1 2,09 2,01 1,86 1,71 1,58

1220 217 234 192 130 1648 835 513 227 190 84

4,14 7,17 7,1 3,9 1,68 8,68 5,2 5,35 3,01 2,1 2,89

Используя данные, приведенные в табл. 1, построим графики зависимости величины линейного износа и глубины РПК от объема снятого материала при обработке Al2O3 и ситалла АС-370. Из рисунка 4 видно, что в начале высота выступления зерен из связки R уменьшается, но в некоторый момент времени величина R стабилизируется и становится неизменной. Это говорит о том, что износ зерен и связки одинаковый, поэтому, при стабильном значении R, можно посчитать интенсивность износа связки. Как видно из графиков, после стабилизации высоты выступания зерен, интенсивность изнашивания связки становится постоянной.

Рис. 3. График зависимости величины линейного износа от объема снятого материала при обработке Al2O3 (1) и ситалла АС-370 (2)

Рис. 4. График зависимости глубины РПК от объема снятого материала при обработке Al2O3 (1) и ситалла АС-370 (2)

153


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3 πD ∆ L V св 4 I= = , V мат V мат

(2)

где Vсв – объем изношенной связки; Vмат – объем снятого материала; D – диаметр шлифовального круга; ∆L – линейный износ. Используя формулу (2) получили: I Al

2

O3

= 0,018 ;

I AC − 370 = 0,0099 .

Результаты, полученные по формуле (2) отражают изменение интенсивности изнашивания связки, которое связанно с изменение плотности обрабатываемых образцов 3 3 ( ρAl O (ГП )= 3,97 кг /см ; ρАС − 370= 2,65 кг/ см ), что определяется и зависимостью 1. Сравним значения интенсивности изнашивания, полученные экспериментальным методом и теоретически рассчитанные по формуле (1). Величина интенсивности изнашивания рассчитанная теоретическим методом является минимум на 2 порядка меньшей, чем полученная по результатам проведенных экспериментов, для обоих обрабатываемых образцов. Это означает, что в процессе работы шлифовального круга, имеет место не только эрозионный износ, а также и другие виды износа. 2

3

3. Заключение Проанализировав приведенные выше графики, можно сделать вывод, что при увеличении скорости круга, интенсивность изнашивания связки растет. Аналогичный вывод можно сделать и из второго графика – при увеличении угла атаки, интенсивность изнашивания связки так же увеличивается. Так как данная методика расчета износа связки не учитывает многих характеристик используемых материалов, в дальнейшем планируется продолжение исследования данного вопроса, с использованием иных методик оценки изнашивания связки алмазных шлифовальных кругов, также изучение других видов изнашивания, в частности – абразивного. Список литературы: 1. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. – М.: Машиностроение,1977. – 263с. 2. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М., «Машиностроение», 1977, 526 с.. 3. Крагельский И. В., Михин Н. М. Узлы трения машин: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987 – 280 с., ил – (Основы проектирования машин). 4. Гусев В.В., Медведев А.Л., Савельев В.В. Закономерности изменения эксплуатационных характеристик рабочей поверхности алмазного круга при шлифовании керамики.

154


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ОСНОВЕ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗОН ЗУБЬЕВ Васильев Е.В., Лахин А.М. (ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua Аннотация. В работе выполнен анализ основных эксплуатационных свойств зубчатых колес и рассмотрены способы повышения износостойкости зубьев и снижения шума в работе зубчатых передач. Предложен вариант отделочной обработки зубьев на основе нанесения многослойных покрытий, позволяющий обеспечить равномерность износа зубьев по функциональным зонам. Ключевые слова: зубчатые передачи, износ, шум. Из всех видов силовых передач, зубчатые получили наиболее широкое применение. Это обусловлено их преимуществами, в числе который малые габариты и масса, высокая нагрузочная способность, высокий КПД и прочие. Вместе с тем к зубчатым колесам предъявляется ряд требований к точности и качеству рабочих поверхностей зубьев, которые обуславливают требуемые эксплуатационные свойства зубчатых передач. Достижение заданных параметров качества рабочих поверхностей и точности зубчатых колес происходит на заключительных, отелочных операциях обработки зубьев. Поэтому совершенствование данных операций является главной задачей при решении вопросов повышения качества и эксплуатационных свойств зубчатых колес. Среди требований, определяющих эксплуатационные свойства зубчатых колес, наиболее важными являются требования к износостойкости зубьев и уровню шума при работе зубчатой передачи. Первые требования определяют долговечность зубчатых колес, а вторые - условия работы и уровень комфорта в зоне работы зубчатой передачи. Поэтому основной целью данной работы является разработка методов направленных на повышение износостойкости зубьев и снижение уровня шума зубчатой передачи за счет совершенствования методов отделочной обработки с учетом функциональной направленности технологических воздействий. Основное содержание работы. Износ зубьев зубчатых колес обусловлен трением контактных поверхностей зубьев, действием контактных напряжений вызывающих выкрашивание с рабочих поверхностей, заеданием в результате попадания посторонних частиц в зону зацепления, и пластической деформацией отдельных зубьев. Как правило, износ зубьев в период приработки носит упорядоченный характер и является необходимым условием достижения требуемых характеристик работы зубчатой передачи. В данный период исправляются погрешности окружного шага зубьев, исправляется огранка зубьев, профиль зуба приобретает форму более близкую к номинальному, с поверхности удаляются дефекты механической обработки и т.д. Для удаления продуктов износа после приработки требуется обязательная замена смазочного материала зубчатой передачи. Дальнейший износ, кроме механического, как правило, не является упорядоченным, и вызван главным образом изменениями в условиях работы зубчатой передачи, в частности: циклическими изменениями нагрузки на зубья, погрешностями расположения осей зубчатых колес, попаданием посторонних частиц в зону зацепления и т.п. Обычно для снижения или предотвращения износа вследствие указанных причин требуется рациональный выбор метода термической обработки с учетом условий эксплуатации, и тщательная очистка смазочного материала. Неизбежным является механический износ зубьев, вызванный трением контакт155


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ных поверхностей зубьев, причем скорости взаимного скольжения профилей зубьев починяются некоторым закономерностям. В процессе зацепления, в зоне контакта сопряженной пары зубьев [1] вектор скорости в зацеплении складывается из суммы нормальной и тангенциальной составляющих:    v  v n  v . Поскольку необходимым условием зацепления является равенство нормальных составляющих скоростей шестерни и колеса [1], очевидно, что касательные составляющие скоростей шестерни и колеса будут непрерывно изменяться вдоль линии зацепления в процессе работы зубчатой передачи. Это вызывает помимо перекатывания (качения), проскальзывание профилей сопряженных зубьев, скорость которого определяется разностью касательных составляющих скоростей в точке контакта.

Рис. 1. К определению скорости взаимного скольжения профилей в зубчатом зацеплении: а) график изменения скорости взаимного скольжения; б) скорости в начале зацепления; в) скорости в конце зацепления. Следствием взаимного скольжения является механический износ зубьев вдоль его профиля. Причем характер износа по высоте зуба, при постоянных свойствах материала зубчатых колес неравномерен и в целом соответствует графику скорости взаимного скольжения (рис. 1, а) [2]. При этом наибольший износ возникает в зонах у ножки и у головки зуба. Это приводит к значительному отклонению реального профиля зуба от номинального и ухудшению характеристик работы зубчатой передачи. Величина износа в каждой точке профиля зуба зависит от геометрических параметров и шероховатости зубьев, свойств материала зубьев в зоне контакта, силы зацепления и величины касательной составляющей скорости взаимного скольжения, и определяется согласно выражению [2]:  1  12 1   22  1  2 vск h1,2  2, 25 I h1,2 Pn   n1,2 zп1,2t1,2 ,  E2  1   2 v1,2  E1 где Ih – интенсивность износа: m

m2

m

m4

3 1   H      RT    100  Ih  k     .      HB   hсм   Q    1  Данный параметр зависит от физико-механических свойств материала зубчатых колес и характеристик смазочного материала. При этом существует возможность обес-

156


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

печения непрерывного изменения свойств поверхностного слоя у профиля зуба технологическими методами. В работе [3] рассмотрены варианты обеспечения непрерывно изменяющихся свойств поверхности рабочего профиля зуба, из которых наиболее эффективным является нанесение многослойных износостойких покрытий по зонам рабочего профиля зуба. Основным требованием является обеспечение наибольшей микротвердости в зонах у головки и ножки зуба, и плавное его уменьшение к полюсной линии. Это достигается последовательным нанесением нескольких слоев покрытий на поверхности зубьев (рис.1). Первый слой (слой 1, рис. 2) наносится на всю поверхность зубьев, и служит для предотвращения усталостного выкрашивания зубьев, а также для обеспечения требуемой прочности адгезионной связи последующих слоев покрытия. Толщина данного слоя составляет 2-4 мкм. Следующий слой (слой 2, рис.2) наносится на первый, но не по всей поверхности зуба, а по участкам у вершины и впадины зуба, где скорость взаимного скольжения наибольшая. Основным требованием к покрытию данного слоя является наибольшая износостойкость, и низкий коэффициент трения Толщина этого слоя наибольшая и должна составлять 8-10 мкм.

Рис.2. Нанесение многослойных покрытий на поверхности зубьев Последующие слои (слои 3 и 4, рис.2) имеют толщину 6-8 мкм и 4-6 мкм соответственно, и наносятся на участки ближе к полюсной линии и обеспечивают ступенчатое уменьшение износостойкости и коэффициента трения. Последовательное уменьшение толщины слоев 2-4 необходимо для компенсации повышенного износа профиля зуба на участках с наибольшей скоростью взаимного скольжения, что позволяет обеспечить минимальное искажение формы профиля зуба в течении всего срока эксплуатации. Использование данного способа нанесения покрытия позволяет увеличить ресурс зубчатых колес и обеспечить равномерный износ зуба по его высоте. Уровень шума зубчатых передач повышается с увеличением скорости, и зависит от точности зубчатого зацепления, жесткости элементов зубчатой передачи, состава и вязкости смазочного материала. Основным источником шума являются удары зубьев в следствии разности шага ведущего и ведомого колес, и их окружной скоростью. Причинами, способствующими повышения уровня шума могут быть повышенные погрешности установки заготовок при нарезании зубчатых колес, вызывающие неудовлетворительную форму пятна контакта между сопряженными зубьями, а также погрешности в кинематической цепи привода подачи зуборезного станка, вызывающие погрешности шага. Наиболее благоприятна с точки зрения уровня шума, непрерывная форма пятна контакта, распределенная в центре рабочей поверхности зуба и не выходящая к ее краям. Среди основных способов снижения уровня шума работы зубчатой передачи от-

157


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

метим конструкторские и технологические. Конструкторские способы основаны на совершенствовании формы зуба, ужесточение требований к точности зубчатых колес, а также применение виброустойчивых материалов при изготовлении зубчатых колес. Применение бочкообразной формы зуба (продольная модификация) позволяет уменьшить влияние перекоса осей зубчатых колес и погрешностей угла наклона зубьев, при этом обеспечивается благоприятное пятно контакта в зацеплении, исключает кромочный контакт и улучшается демпфирующее действие смазочного материала. Фланкирование профилей зубьев позволяет компенсировать погрешности при изготовлении и монтаже зубчатых колес, а также уменьшить влияние вибрации вследствие упругих деформаций зубьев при их работе под нагрузкой. Технологические способы снижения шума направленны на исправления погрешностей формы зуба путем применения дополнительной отделочной обработки. Применение зубошевингования позволяет повысить плавность зацепления за счет исправления огранки зубьев, сглаживания микронеровностей и удаления следов и остатков предыдущей обработки. Также эффективным способом снижения шума работы зубчатой передачи является притирка зубьев, прикатка с эталонным колесом и искусственная приработка пары зубчатых колес. Однако применение после данных операций термической обработки вызывает температурные деформации, снижающие степень точности на 1-2 класса, что неизбежно повышает уровень шума зубчатой операции. Для уменьшения шума после термообработки наиболее эффективно зубошлифование, однако данная обработка является весьма трудоемкой и дорогостоящей. Большая производительность и низкая себестоимость обработки достигается при использовании зубохонингования или зубопритирки. В результате данных видов обработки происходит снятие тонкого припуска за счет действия абразивных зерен инструмента (зубчатого хона или зубчатого колеса на которое наносится абразивная паста). Кроме этого повышенному уровню шума способствует недостаточная точность баз используемых при отделочной зубообработке, которые могут привести к искажению формы зуба и нарушению плавности работы зубчатой передачи. Поэтому после термической операции обязательным этапом является чистовая обработка баз, используемых при отделочной обработке зубьев. Выводы. Таким образом в работе выполнен анализ основных эксплуатационных характеристик зубчатых колес. Рассмотрены причины износа зубьев а также предложен способ обработки, позволяющий значительно снизить механический износ и увеличить ресурс зубчатой передачи. Также рассмотрены причины и выполнен анализ конструкторских и технологических способов снижения шума при работе зубчатых передач. Список литературы: 1. Кудрявцев В.Н. Зубчатые передачи. - М.: «Машгис», 1957. – 263 с. 2. Когаев В.П. Прочность и износостойкость деталей машин. Учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов / В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. – М.: Высш. школа, 1991. – 319 с. ISBN 5-06-001905-5. 3. Михайлов А.Н., Лахин А.М., Соосар В.А. Синтез технологического обеспечения производства зубчатых колес на базе функционально-ориентированного похода. Известия Тульского Государственного университета. Технические науки. Выпуск 8. Изд.-во: ТулГТУ, Тула, 2013. – С. 28-36.

158


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЧИСТКИ ПОДЗЕНЫХ ЕМКОСТЕЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ Гокун В. В. (каф. ЭМС, г. Донецк, Украина) Для повышения эффективности работы водоотливной установки шахты необходимо своевременно производить очистку водосборных емкостей. Очистка водосборников от шлама позволит увеличить ресурс работоспособности водоотливной установки в целом, посредством увеличения ресурса быстро изнашиваемых деталей, для которых работа на чистой воде является первоочередной необходимостью. В настоящее время работы по очистке водосборных емкостей в основном выполняется рабочими вручную. Результаты исследований, выполненных в ДонНТУ [1] и подтвержденных практикой успешного внедрения на шахтах, позволяют сделать вывод, что наиболее приемлемым способом удаления плотного вязкого и увлажненного материала (шлама) из отстойников и водосборников является гидравлический способ чистки, отличающийся надежностью, простотой и высокой производительностью. Фактически возможны различные схемы гидравлической чистки емкостей: при помощи эрлифтов различной конструкции, углесосов, шламовых насосов и гидроэлеваторов. Рассмотрим гидроэлеваторную чистку подземных емкостей. Основной агрегат гидроэлеваторной чистки — это гидроэлеватор. Этот аппарат не имеет движущихся и вращающихся частей, прост в изготовлении, имеет небольшую массу и габариты. Эти качества при низких капитальных и эксплуатационных затратах и высокой подаче обеспечивают надежную и долговечную работу в сложных и стесненных подземных условиях: под завалом, в затопленном или загазованном пространстве. Основным недостатком в работе гидроэлеватора является низкий КПД (10 – 15%), но при этом имеет очень широкое и довольно успешное применение. Добиться увеличения эффективности гидродинамической очистки подземных емкостей можно несколькими способами, а именно: применение перемычек в водосборнике, для концентрирования шлама в конкретном месте (место расположение инструмента очистки); применение наиболее подходящей и эффективной схемы гидроэлеваторной установки; улучшение характеристик самого гидроэлеватора (импульсная подача рабочей жидкости, многосопловые гидроэлеваторы, нетрадиционные сечения камеры смешения и конструкции сопла и т.д.); смешанная очистка водосборников (механическая совместно с гидромеханизированной). Также существуют схемы, предотвращающие заиливания водосборников. Они возможны путем применения самосмывающихся водосборников. Это также создает предпосылки для сокращения их рабочего объема почти на 30%, т.е. на величину допустимого заиливания [2]. Применение вертикальных водосборных емкостей вместо горизонтальных, позволяет значительно уменьшить трудозатраты при эксплуатации водосборника. Следует сказать, что в данном случае наиболее рациональным и эффективным является применение схемы эрлифтной установки с эжектором. Численное моделирование рабочего процесса гидроэлеватора выполняется при помощи программы FlowVision. Программа позволяет наглядно посмотреть какие процессы происходят в гидроэлеваторе. FlowVision предоставляет возможность провести большое количество испытаний без особых затрат (нет необходимости изготавливать опытный образец или стенд). Для проведения эксперимента по увеличению характеристик гидроэлеватора, были взяты расчетные данные гидроэлеваторной установки из

159


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

примера, приведенного в книге «Гидроэлеваторы на угольных шахтах» авторов Н. Н. Безуглова, Л. Н. Безугловой, А. Я. Горчакова[3]. В ходе эксперимента создана модель внутренней полости гидроэлеватора которая заполняется жидкостью в программе КОМПАС, файл сохраняется в формате STL для экспорта в FlowVision. В FlowVision задаются параметры уже рассчитанного гидроэлеватора и снимаются данные (давление, скорость, концентрация и т.д.). Таким образом у нас получается математическая модель реально работающего гидроэлеватора, для дальнейшего проведения эксперимента изменяем конструктивный элемент гидроэлеватора (сечение смесителя, сопла; количество всасывающих патрубков, сопел; угол конусности диффузора, конфузора; длина смесителя, всасывающей трубы; формы сопел и т.д.), просчитываем в FlowVision и сравниваем с математической моделью реального образца. В конце эксперимента приводим анализ между реальным и подвергнутым изменениями струйного насоса. Сделать вывод, появился ли положительный эффект после проведения эксперимента и если да, то разработать рекомендации по повышению эффективности применения гидроэлеваторов при чистке шахтных подземных емкостей. Вывод. Применение гидромеханизированного способа очистки водоотливных емкостей рационально с технической и экономической точек зрения. Это позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс очистки тем самым уменьшить число обслуживающего персонала. Список литературы: 1. Энциклопедия эрлифтов / Папаяни Ф.А., Кононенко А.П., Козыряцкий Л.Н. и др. – Донецк, Москва: Информсвязьиздат, 1995. 2. Комплексный поход к решению проблемы нормализации работы водоотливного хозяйства шахт и охраны гидросферы по компоненту Взвешенные вещества/ Научное издание «Проблемы экологии» (ДонНТУ) / Матлак Е. С., Заика Т. И., Заика А. И. 3. Гидроэлеваторы на угольных шахтах / Безуглов Н. Н., Безуглова Л. Н., Горчаков А. Я. – Москва: Недра, 1985

160


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.923 СВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ВЕЛИЧИНАМИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ Махоткин Д.В., Полтавец В.В. (Кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк) E-mail: vvardon@mail.ru Аннотация. В статье описана взаимосвязь показателей качества обработанной поверхности с регулируемыми величинами при шлифовании и влияние режимов обработки на микрогеометрию шлифованной поверхности. Отмечены показатели, пригодные для формирования задающей функции для системы автоматического регулирования. Ключевые слова: шлифование, регулируемая величина, шероховатость, микропрофиль. 1. Введение При управлении технологическим процессом шлифования в качестве выходных или регулируемых величин могут быть приняты или отдельные технологические параметры (усилия резания, мощность, затрачиваемая на шлифование, скорость съема металла и т.д.), или их определенные сочетания, или некоторые обобщенные параметры (коэффициент толщины срезаемой стружки, мгновенный параметр резания и т.п.) [1]. В качестве регулируемой величины процесса должен приниматься такой параметр, который наиболее полно отражает качественные показатели процесса обработки. Однако выбор выходной величины представляет собой не простую технологическую задачу с однозначным решением, а сложную, комплексную. При этом должен приниматься во внимание целый ряд технологических, конструктивных, экономических и других факторов. Конструкторы и технологи, связанные с автоматизацией шлифовальных станков, прежде чем решить вопрос о возможности использования того или иного параметра для оптимизации процесса шлифования и использования его в качестве регулируемой величины, должны получить соответствующую информацию [2]. Немаловажную роль для осуществления обоснованного выбора играет доступность численной оценки или измерения регулируемого параметра. Хотя в литературе и имеются некоторые рекомендации по выбору регулируемой величины при автоматизации процесса шлифования, однако в целом эти вопросы остаются еще недостаточно исследованными. Эта задача не может быть решена в общем виде: для каждого конкретного процесса шлифования будут иметь место свои частные решения и оптимальными будут свои регулируемые параметры [1]. Известно, что качество шлифованных деталей оценивается целым рядом показателей: точность основных размеров, точность геометрии детали, шероховатость поверхности, микроструктура поверхности, стоимость обработки и др. Очевидно, найти взаимосвязи какой-то регулируемой величины со всеми показателями качества не представляется возможным. Как правило, принимают во внимание или основные показатели качества технологического процесса, или те, которые наиболее трудно обеспечить в процессе управления. Приняв во внимание лишь один или несколько показателей качества, уже можно установить их связь с той или иной регулируемой величиной, а на этой основе и обосновать алгоритм управления процессом шлифования [2]. Учитывая, в первую очередь, сложность обеспечения требуемых значений, примем в качестве важнейшего показателя качества обработанной поверхности отклонения её микропрофиля и рассмотрим характер взаимосвязей этого показателя с регулируемыми величинами при шлифовании. Выделим математические описания таких взаимо-

161


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

связей, пригодные для использования в системе автоматического регулирования. 2. Взаимосвязь показателей микропрофиля с параметрами шлифования Между некоторыми показателями качества шлифования и регулируемыми величинами существуют лишь случайные, вероятностные взаимосвязи, не позволяющие установить детерминированные законы управления таким процессом. В частности, отклонение размеров деталей, обрабатываемых на плоскошлифовальных станках, работающих по упорам, носит вероятностный характер по причине воздействия на технологический процесс ряда случайных возмущений [3]. Соответственно, для использования в системе автоматического регулирования необходима детерминированная зависимость между показателем качества и регулируемой величиной. Для большинства технологических процессов шлифования можно установить однозначные функциональные зависимости шероховатости от режимов шлифования. Известно, что при прочих равных условиях высота микронеровностей обработанной поверхности Rz определяется скоростью съема метала Vд в радиальном направлении [1]. На рис. 1, а кривая 1 представляет зависимость Rz = f (Vд) применительно к шлифованию колец подшипников, кривая 2 – экспериментальную зависимость Rz = f (Vд), полученную при шлифовании отверстий колец подшипника. Эта зависимость аналитически может быть представлена в виде степенной функции [4]: Rz = 5,9∙ .

Рис. 1 Зависимость шероховатости шлифованной поверхности от скорости съема металла (а), скорости круга (б), удельной радиальной силы (в), скорости детали (г) [3]

162


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Аналогичные функциональные взаимосвязи существуют и между шероховатостью поверхности и линейными скоростями шлифовального круга Vк и детали Vдет. Экспериментально установленная зависимость величины среднеарифметического отклонения профиля Ra от Vк приведена на рис. 1, б для нормальных (кривая 1) и пористых шлифовальных кругов (кривая 2). На том же рис 1, б (кривая 3) приведена зависимость между значением среднеарифметического отклонения профиля Ra от Vк, полученная в лаборатории фирмы «Цинциннати» [3]. Видно, что эта зависимость однозначна и носит примерно степенной характер. Таким образом, зависимости Ra = f (Vк) являются степенными вида: Ra =с1∙ , где n = 0,7-0,8 – показатель степени. На рис. 1, г представлены зависимости Ra от скорости вращения изделия Vдет, а на рис. 1, в приведена зависимость Ra от удельной радиальной силы Fуд (нормальная cоставляющая силы резания, отнесенная к ширине шлифования). Зависимость Ra = f (Fуд) может быть представлена аналитически в виде функции: Ra = 0,96∙ . Из приведенных данных следует, что шероховатостью шлифуемой поверхности можно управлять, принимая соответственно за регулируемые величины скорости Vдет или Vк. Стабилизируя величину нормальной составляющей силы резания (если она принята за регулируемую величину), можно соответственно стабилизировать и шероховатость обработанной поверхности детали на шлифовальном станке [1]. В основу прогнозирования геометрических параметров обработанной шлифованием поверхности положен следующий принцип. Если известно число вершин зерен, формирующих микропрофиль поверхности, геометрия вершин этих зерен и их распределение по высоте и длине профиля, то при совмещении контуров вершин зерен можно получить очертания неровностей обработанной поверхности. Влияние всех основных факторов абразивной обработки на формирование шероховатости поверхности можно объяснить изменением либо числа вершин зерен, формирующих микропрофиль поверхности, либо геометрических характеристик вершин этих зерен, либо закона распределения вершин зерен по высоте профиля [5]. На основе этого подхода в работе [6] было получено следующее уравнение для расчета наибольшей высоты Rmax неровностей профиля плоском шлифовании периферией круга:

где ρ – среднее значение радиуса округления вершин зерен рабочей поверхности шлифовального круга; tФ – фактическая глубина шлифования; kв – расчетный коэффициент, учитывающий размах колебаний рабочей поверхности круга относительно обрабатываемой поверхности; mф/m0 – отношение фактического числа к максимально возможному числу абразивных зерен на рассматриваемой площади поверхности шлифовального круга; Vк, Vдет – соответственно скорости перемещений рабочей поверхности шлифовального круга и обрабатываемой поверхности в процессе обработки; Н – величина, учитывающая многократное взаимодействие рассматриваемого участка поверхности заготовки с шлифовальным кругом; q – параметр, учитывающий многовершинность единичного абразивного зерна; N – зернистость шлифовального круга; V – объемное содержание зерен в круге; Fc(tф) – доля вершин зерен, находящихся на глубине от 0 до tф рабочей поверхности круга (начало отсчета –поверхность, проведенная через вершины наиболее выступающих зерен); δ – высота металлических навалов, образующихся по краям шлифовочных царапин от вершин абразивных зерен. 163


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Остальные параметры шероховатости определяются на основе разработанной математической модели профиля шероховатой поверхности, учитывающей индивидуальные особенности процессов шлифования (форму зоны контакта шлифовального круга с заготовкой, кинематику перемещений инструмента относительно заготовки, распределения по высоте и длине профиля его впадин – шлифовочных царапин от вершин абразивных зерен, радиус округления вершин абразивных зерен). В соответствии с этой математической моделью между параметрами шероховатости существуют следующие соотношения [6]:

где Ra, Rz, S, Sm, tp – параметры шероховатости поверхности, предусмотренные ГОСТ 278973; Rp, Rv – высота выступов и глубина впадин профиля. Степень uн и глубину hc наклепа поверхностного слоя в условиях бесприжогового шлифования (когда доминирует силовой фактор над температурным) можно определить по следующим формулам [6]:

где b*, kh – расчетные коэффициенты пропорциональности; σти – предел текучести материала поверхностного слоя заготовки, сформированного до операции шлифования; σви – истинный предел прочности материала поверхностного слоя; Θmax – максимальная температура в зоне контакта круга с заготовкой; Тн – температура начала структурно-фазовых превращений в обрабатываемом материале; аz – среднее значение глубины внедрения вершины абразивного зерна в обрабатываемый материал при шлифовании. 3. Заключение Приведенные зависимости дают возможность осуществить целенаправленный выбор условий шлифования, которые позволят обеспечить требуемые параметры микропрофиля. За счет установления связей между шероховатостью и обуславливающими её факторами возможно сформировать подходящие по точности алгоритмы автоматического корректирования микрогеометрии поверхности, а на их базе создать системы автоматического регулирования процесса шлифования в реальном масштабе времени. Список литературы: 1. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием / В.Н. Михелькевич. – М: Машиностроение, 1975. – 304 с. 2. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке / Ю.К. Новоселов. – Севастополь: СевНТУ, 2012. – 304 с. 3. Широков А.В. К вопросу о прогнозировании и обеспечении параметров шероховатости шлифованной поверхности / А.В. Широков, А.П. Осипов // Известия вузов. Машиностроение. – 2007. – № 6. – С. 76-88. 4. Лурье Г.Б. Прогрессивные методы шлифования / Г.Б. Лурье. – Л: Машиностроение, 1973. – 150 с. 5. Горленко О.А. Методы управления процессом формирования качества поверхности при механической обработке заготовок деталей машин / О.А. Горленко, С.Г. Бишутин // Технологическое управление качеством поверхности деталей. – Киев: АТМ Украины, 1998. – С. 51-60. 6. Бишутин С.Г. Прогнозирование и обеспечение параметров шероховатости шлифованной поверхности на основе моделирования процессов правки круга и обработки / C.Г. Бишутин. – Брянск, 1998. – 172 с

164


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.923 ПРЕДПОСЫЛКИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ Шахова И.Ю., Байков А.В. (гр. ИТМ-15м, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Аннотация. Приведены результаты изменения распределения вершин абразивных зерен по высоте рабочей поверхности шлифовального круга в зоне контакта для инструмента на эластичных связках и предложен метод обеспечения шероховатости обработанной поверхности за счет воздействия на связку круга. Ключевые слова: шлифование, шероховатость, связка, модуль упругости. 1. Введение Тенденции развития современной технологии обработки материалов предполагают концентрацию технологических операций, увеличение плотности и интенсивности воздействия на предмет обработки. Это требует разработки новых схем технологического воздействия, совершенствование оборудования и применяемого инструмента. Традиционные технологические процессы обработки поверхностей деталей шлифованием характеризуются общностью технологических факторов: кинематической схемой обработки, оборудованием, оснасткой, схемой базирования. Достижение требуемого качества обработанной поверхности обеспечивается преимущественно за счет варьирования характеристик шлифовального инструмента, в первую очередь зернистости. С целью обеспечения комбинированной обработки, т.е. совмещения операций черновой и чистовой обработки при шлифовании, предлагаются различные конструкции шлифовальных кругов. В конструкции инструмента, предложенной в [1], корпус шлифовального круга несет крупнозернистый абразивный слой и подвижные элементы с мелкозернистым абразивным слоем, которые посредством гидроцилиндра и распорного кольца перемещаются в радиальном направлении. В [2] предлагается инструмент на органической связке с абразивом основной зернистости для удаления припуска и введенными в состав связки эластичными элементами, которые вступают в работу за счет собственной упругости по мере удаления припуска и перехода в режим выхаживания. Предлагаемый способ комбинированного шлифования [3] предусматривает сначала обработку крупнозернистой абразивной поверхностью, а затем мелкозернистой, которую на ходу вводят в зону обработки путем радиального перемещения кольцеобразного режущего элемента. Предлагаемые решения концентрации технологических операций предварительного и окончательного шлифования существенно усложняют конструкцию шлифовальных кругов, что сказывается на стабильности и надежности технологического процесса. Поэтому для управления характеристиками шлифовального инструмента необходимо искать новые технические решения. 2. Основное содержание и результаты работы Среди характеристик шлифовального инструмента наиболее существенное влияние на параметры шероховатости оказывает зернистость абразива. Для шлифовального инструмента на эластичном полимерном связующем не менее важную роль играет модуль упругости связки [4]. Вследствие упругих свойств полимерной связки абразивные зерна под действием усилий резания перемещаются от статического положения в направлении нормальной составляющей силы резания, увеличивая количество одновременно работающих алмазных зерен и уменьшая разновысотность режущих профи-

165


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

лей. Для описания характера распределения вершин режущих зерен в зоне контакта с обрабатываемым материалом необходимо знать закономерности поведения абразивного зерна, закрепленного в упругом основании, под нагрузкой. Задача решалась с использованием программного комплекса Cosmos Works [5]. Расчеты показали, что величина перемещения алмазного зерна в эластичной связке линейно увеличивается с ростом нагрузки и уменьшается по гиперболической зависимости с увеличением модуля упругости связки. Глубина относительной заделки зерна оказывает на его перемещение незначительное влияние Для расчета шероховатости обработанной поверхности или производительности обработки более удобно оперировать понятием обобщенной податливости связки Ω, определив его как отношение величины погружения зерна в связку Y к нормальной силе P. Зависимость величины податливости от модуля упругости связки E и относительной величины заделки зерна ε представлена на рис. 1. Как видно из графика, податливость, также как и перемещение вершины зерна, существенно зависит от величины модуля упругости связки и практически не зависит от величины относительной заделки зерна. Как показали расчеты, изменение положения вершины алмазного зерна, лежащего в i -м интервале относительно ненагруженного состояния будет: c  hi  g  i  1    1   .   где g   - величина сближения шлифовального инструмента и обрабатываемой поверхности, выраженная в интервалах условного деления поверхностного слоя круга: g - количеРис.1. Зависимость податливости связки ство интервалов,  - ширина интервашлифовального круга от модуля упругости ла, мкм. и величины относительной заделки зерна i – номер интервала, в котором расположены данные зерна (расчет от интервала, в котором расположены наиболее выступающие зерна). Ω - обобщенная податливость связки, мкм/Н. c - коэффициент, получаемый эмпирическим путем; зависит от физикомеханических свойств обрабатываемого материала. Графическая иллюстрация распределения по высоте вершин абразивных зерен для шлифовального круга зернистостью 10 при шлифовании изделий из мрамора для различной величины податливости связки представлены на рис. 2. Как видно из представленных графиков количество активных вершин абразивных зерен, формирующих шероховатость обработанной поверхности, существенно зависит от модуля упругости связки. Известно, что физико-механические характеристики полимерных материалов, используемых в качестве связки для эластичного шлифовального инструмента, суще-

166


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

a) f(x)

b)

0.015

f(x)

0.01

3

0.01

510

510

0

0.015

0

5

10

15

h, мкм

3

0

0

5

10

15

h, мкм

Рис. 2. Характер распределения вершин зерен в контакте с обрабатываемым материалом: a) Ω=20 мкм/Н; b) Ω=5 мкм/Н ственно изменяются в зависимости от температуры полимера. В частности, с увеличением температуры полимера от 20°С до 60°С модуль упругости каучуковых связок и полимеров на основе эпоксидных смол уменьшается в 1,3 – 1,5 раза [6, 7]. Это позволяет управлять процессом обеспечения требуемой шероховатости поверхности изделия за счет влияния температурного фактора на изменения упругих свойств связки. 3. Заключение Шероховатость поверхности, обработанной шлифовальным инструментом на полимерной эластичной связке, определяется характером распределения вершин активных абразивных зерен в зоне контакта. Установлено, что характер распределения вершин зерен зависит главным образом от модуля упругости связки. Оказывая требуемое тепловое воздействие на полимерную связку шлифовального инструмента возможно, за счет изменения значения модуля упругости, получать требуемую величину шероховатости обработанной поверхности. Список литературы: 1. Патент RU № 2153973 C2. Шлифовальный круг / Худобин Л.В., Псигин Ю.В.; заявитель и патентообладатель: Ульяновский государственный технический университет. – опубл. 10.08.2000. 2. Патент на корисну модель UA № 28660 U. Абразивний інструмент / Покладій Г.Г., Філоненко С.Ф., Кобичев О.С., Чернишев О.І., Самойленко О.І. – опубл. 25.12.2007. 3. Патент RU № 2211754 C1. Способ комбинированного шлифования / Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Поляков А.И., Фомин Д.С., Бородин В.В., Кобзев Д.Л.; .; заявитель и патентообладатель: Орловский государственный технический университет. – опубл. 10.08.2003. 4. Щеголев В. А. Эластичные абразивные и алмазные инструменты (теория, конструкции, применение) / В. . Щеголев, М.Е. Уланова - Л. : Машиностроение (Ленинград. отд-ние), 1977. – 179 с. 5. Влияние характеристик эластичного шлифовального инструмента на перемещение алмазных зерен в матрице / А.В. Байков, А.Н. Михайлов, Р.М. Грубка, К.А. Билищук // Материалы двенадцатого международного научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 2-х томах. - Донецьк : ДонНТУ, 2011. - Т. 2. - С. 141–143. 6. Рабинович Э. С. Оценка твердости (относительной деформации) вулканизатов каучуковых связок алмазного инструмента при повышенных температурах / Э.С. Рабинович, Л.Ф. Макарова, И.А. Щиголева // Сверхтвер-

167


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

дые материалы.-1982.-№ 2.- С.62-64. 7. Термоустойчивость пластиков конструкционного назначения / В.М.Василевский, Г.М. Гуняев, Л.П. Кобец.- М.: Химия, 1980. – 240 с.

168


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ ФИНАНСОВОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ Бибик Ю.В. Манеров Г.Н. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк) Постановка проблемы. Эффективное обеспечение финансовой безопасности предприятий на современном этапе развития экономики невозможно без системного подхода к нему. Поэтому актуальным является решение проблем совершенствования механизма управления финансовой безопасностью предприятий в условиях рыночной экономики. Цель статьи состоит в разработке основных направлений совершенствования механизма управления финансовой безопасностью предприятия. В современной экономике существует ряд научных работ, посвященных управлению финансовой безопасностью. Так, Загорельская Т. Ю. считает, что управление финансовой безопасностью предприятия является одновременно и процессом, в ходе которого реализуются соответствующие функции, и системой, которая через организационную систему осуществляет эти функции [1]. Кузенко Т. Б. под управлением финансовой безопасностью понимает систему принципов и методов разработки и реализации управленческих решений, связанных с обеспечением защиты финансовых интересов предприятия от внешних и внутренних угроз по различным направлениям деятельности предприятия [2]. Кириченко О. А. предполагает, что управление финансовой безопасностью – совокупность отношений, реализованных с помощью организационной структуры и функций управления, нормативно-правового и организационно-экономического обеспечения, процессов реагирования на угрозы и наличие модели принятия решений в зависимости от ситуации [3]. Таким образом, основной задачей процесса управления финансовой безопасностью является определение, реагирование или устранение действий угроз, способствующие снижению уровня эффективной деятельности предприятия и нарушению политики безопасности предприятия. К угрозам, как правило, относят: неэффективную финансовую политику предприятия; нехватку финансовых ресурсов предприятия; недостаточный контроль за руководством, оптимизацией активов и пассивов предприятия; высокий уровень конкуренции на рынке; нестабильную ситуацию экономики, вследствие которой можно наблюдать обострение всех этих факторов [4]. В таблице 1 приведена взаимосвязь принципов управления финансовой безопасностью с существующими угрозами ее снижения. Анализ табл. 1 свидетельствует о том, что несоблюдение принципов управления безопасностью значительно ухудшит финансовое положение предприятия и приведет к снижению ее уровня. Поэтому совершенствование механизма управления финансовой безопасностью позволит смягчить или избежать действия данных угроз. При невыполнении принципов обеспечения финансовой безопасности управление ею может быть неэффективно и повлечь за собой последствия, связанные с ухудшением деятельности, снижением уровня платежеспособности, привлекательности предприятия для инвесторов, ухудшением качества продукции, повышением затрат, уменьшением спроса на продукцию, производимую данным предприятием, снижением финансовой независимости предприятия, возникновение финансового кризиса на предприятии [4].

168


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Таблица 1 – Принципы и угрозы управления финансовой безопасностью на предприятии Принципы Угроза 1 2 Владение необходимой ин- Несоответствие фактически предоставленной инфорформацией мации с реальными действиями влечет за собой негативные последствия. Не предоставление и недостоверность информации о состоянии рынка, уровня конкуренции также снижает финансовую безопасность предприятия Мониторинг за выполнением Несвоевременное осуществление контроля или невыплана по управлению финан- полнение его вообще влечет за собой возможность совой безопасности отклонения от плана, некачественную деятельность сотрудников, повышение затрат Гибкость. Своевременное Возникновение негативных последствий, связанных с выявление факторов нега- невозможностью оперативно реагировать на внешние тивного влияния на финан- и внутренние угрозы совую безопасность Необходимость разработки Спонтанная деятельность может привести к неэффекстратегии обеспечения фи- тивному использованию финансовых ресурсов, а в нансовой безопасности в ви- дальнейшем – их нехватке, или невыполнении зададе программы на перспекти- ний в поставленные сроки ву Необходимость организационного и методического оформления подсистемы финансовой безопасности

Недостаточная квалификация работников, нежелание выполнять своих обязанности, чрезмерная загруженность влияет на качество выполнения работы. Соответствующее распределение финансовых интересов, обязанностей и ответственности между руководителями, подразделениями и персоналом

Механизм управления финансовой безопасностью предприятия – это система организационных, финансовых и правовых средств воздействия, которые имеют целью своевременное выявление, предупреждение, нейтрализацию и ликвидацию угроз финансовой безопасности предприятия [1]. Существующий механизм управления финансовой безопасностью предприятия состоит из следующих элементов: функции управления, методы управления, финансовые инструменты, критерии оценки, повышение уровня финансовой безопасности (см. рис. 1). В условиях рыночной экономики, учитывая финансово-экономический кризис предприятия, нами предлагается уточнение механизма управления (рис. 2).

169


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Механизм управления финансовой безопасностью предприя-

тия Функции управления функции управления финансовой безопасностью предприятия как управляющей системы функции управления финансовой безопасностью предприятия как специализированной системы менеджмента Методы управления

Финансовые инструменты

административные

платежные инструменты

маркетинговые

кредитные инструменты

экономические

депозитные инструменты

социально-психологические

инструменты страхования

математические организационные правовые

Критерии оценки Критерии оценки уровня финансовой безопасности предприятия

Критерии оценки эффективности управления финансовой безопасностью предприятия

Принятие решений по повышению уровня финансовой безопасности

Рисунок 1 – Существующий механизм управления финансовой безопасностью предприятия

170


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Механизм управления финансовой безопасностью предприятия Управленческий персонал

Цели

Функции управления

Задачи

функции управления финансовой безопасностью предприятия как специализированной системы менеджмента функции управления финансовой безопасностью предприятия как управляющей системы

Методы управления

Финансовые инструменты платежные инструменты Информационное обеспечение

административные маркетинговые экономические социальнопсихологические правовые

инструменты страхования кредитные инструменты депозитные инструменты

организационные математические Критерии оценки Критерии оценки уровня финансовой безопасности предприятия

Критерии оценки эффективности управления финансовой безопасностью предприятия

Контроль использования финансовых ресурсов Оценка уровня риска финансовой безопасности Принятие решений по повышению уровня финансовой безопасности Рисунок 2 – Предлагаемый механизм управления финансовой безопасностью предприятия

171


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Предлагаемый механизм управления финансовой безопасностью предприятия содержит элементы, которые позволяют принять оптимальное решение по повышению уровня финансовой безопасности предприятия и будут способствовать его эффективному функционированию. Отличительной чертой предлагаемого механизма является его завершенность, выраженная наличием более полной информационной базы. На наш взгляд, управленческий персонал, функции управления, методы управления, финансовые инструменты, информационное обеспечение являются важными в структуре механизма управления финансовой безопасностью предприятия. Выводы. Таким образом, для гарантии эффективной деятельности любого предприятия, а также его противостояния внешним и внутренним угрозам необходимо в дальнейшем совершенствовать механизм управления финансовой безопасностью с целью рационализации использования финансовых ресурсов. Список литературы: 1. Т.Ю. Загорельская Финансовая безопасность предприятия как объект управления / Загорельская Т.Ю. // Научные труды ДонНТУ. – 2006. – №103-4. – С. 215 – 218. 2. Кузенко Т.Б. Фінансова безпека підприємства: Навч. посібник. / Т.Б. Кузенко, Л.С. Мартюшева, О.В. Грачов, О.Ю. Литовченко. – Харків: Вид. ХНЕУ, 2010. – 304 с. 3. Кириченко О. А. Вдосконалення управління фінансовою безпекою підприємств в умовах фінансової кризи // Финансовые рынки и ценные бумаги. – 2009.– №16. – С. 22 – 28. 4. Кузенко Т.Б. Управление финансовой безопасностью предприятия в соответствии с принципами ее обеспечения / Т.Б. Кузенко, К.А. Усенко // БІЗНЕСІНФОРМ. – 2011. – №2(1). – С. 136 – 138.

172


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

ФИНАНСОВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ – ОСНОВА ЕГО ЭФФЕКТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Бибик Ю.В. Манеров Г.Н. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк) Постановка проблемы. В современных экономических условиях, предприятия функционируют в нестабильной внешней среде, порождающей угрозы его эффективной деятельности и развития. Актуальность исследования обусловлена обеспечением финансовой безопасности субъектов хозяйствования в нестабильной внешней среде рыночной экономики. Целью статьи является раскрытие основных характеристик финансовой безопасности предприятия как подсистемы экономической безопасности. Экономическая безопасность – это состояние защищенности предприятия путем нейтрализации всевозможных внешних и внутренних угроз, которое позволяет ему стабильно функционировать и эффективно развиваться [1]. Одной из главных составляющих экономической безопасности предприятия является финансовая безопасность. Так Горячева К.С. считает, что финансовая безопасность – это такое финансовое состояние, характеризующееся, во-первых, сбалансированностью финансовых инструментов, вовторых, стойкостью к внешним и внутренним угрозам, в-третьих, способностью финансовой системы предприятия обеспечить реализацию его финансовых интересов, целей и задач достаточным объемом финансовых ресурсов, в-четвертых, обеспечивать развитие всей финансовой системы [2]. Реверчук Н.И.говорит о том, что финансовая безопасность предприятия – это защита от возможных финансовых убытков и предупреждение банкротства предприятия, достижение наиболее эффективного использования корпоративных ресурсов. По нашему мнению такое определение является наиболее приемлемым, т.к. в рыночных условиях хозяйствования финансы являются двигателем любой экономической системы [3]. Мунтиян В.И. рассматривает финансовую безопасность предприятия как состояние наиболее эффективного использования корпоративных ресурсов предприятия, выраженное в значениях финансовых показателей прибыльности и рентабельности, качества управления, использования основных и оборотных средств предприятия, структуры его капитала [4]. А. Кириченко, Ю. Ким определяют финансовую безопасность предприятия как финансовое состояние, способное обеспечить предприятию эффективное развитие его деятельности [5]. Исходя из вышесказанного, нами предлагается уточнение понятия финансовой безопасности, сущность которого заключается в следующем: - защите от возможных финансовых убытков; - предупреждении банкротства; - обеспечении достаточной финансовой независимости; - достижении наиболее эффективного использования корпоративных ресурсов. Рассматривая факторную характеристику финансовой безопасности предприятия, необходимо уделить особое внимание следующим моментам: - объектом финансовой безопасности предприятия является финансовая деятельность предприятия, безопасность которой необходимо обеспечить; - субъекты финансовой безопасности представлены руководством предприятия и его персоналом независимо от занимаемых должностей и выполняемых работ; - предмет финансовой безопасности предприятия – деятельность субъектов финансовой безопасности (реализация принципов, функций, конкретных мер по обеспечению финансовой безопасности), которая направлена на соответствующие;

173


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

- основная цель обеспечения финансовой безопасности заключается в непрерывном и постоянном поддержании такого состояния финансовой деятельности предприятия, характеризующегося сбалансированностью и качеством всех финансовых инструментов, технологий и финансовых услуг, устойчивостью к воздействию внутренних и внешних угроз [6Главные функциональные цели финансовой безопасности следующие: обеспечение высоких финансовых результатов деятельности предприятия; обеспечение и поддержка финансовой устойчивости и независимости предприятия; обеспечение технологической независимости и технического потенциала предприятия; достижения высокой конкурентоспособности; обеспечение эффективности финансового менеджмента; обеспечение высокой ликвидности активов предприятия [1 Для обеспечения финансовой безопасности предприятия необходимо осуществить защищенность его финансовых ресурсов от внешних и внутренних угроз. Таким образом, всестороннее изучение угроз, их видов и классификации, приобретают весомое значение в исследовании сущности финансовой безопасности предприятия. Угроза финансовой безопасности предприятия – это имеющийся или потенциально возможный фактор, который создает опасность для реализации финансовых интересов предприятия и не дает возможность эффективно использовать корпоративные ресурсы. На рисунке 1 изображена классификация угроз финансовой безопасности предприятия. Классификация угроз финансовой безопасности предприятия

Факторы внешней среды

Факторы внутренней среды - кадровая составляющая экономической безопасности; - информационная составляющая экономической безопасности; - ресурсная составляющая экономической безопасности; - дефицит оборотного капитала; - умышленные или случайные ошибки в управление финансами предприятия; - недостача финансовых ресурсов; - наличие значительных финансовых обязательств

- развитие рынка капиталов; - открытость внутреннего рынка; - характер финансово-кредитной политики; - социально-экономическая и политическая стабильность; - выкуп долгов предприятия недоброжелательными партнерами; - недобросовестность контрагентов; - экономический кризис

Рисунок 1 – Классификация угроз финансовой безопасности предприятия Из рисунка 1 следует, что вышеприведенные угрозы крайне отрицательно сказываются на финансовой безопасности предприятия. По нашему мнению глобальные потери предприятие понесет при осуществлении следующих угроз: экономический кризис, выкуп долгов предприятия недоброжелательными партнерами, кадровая со174


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

ставляющая экономической безопасности. Для минимизации вероятности реализации данных угроз необходимо разработать концепцию финансовой безопасности. Концепция финансовой безопасности – это определенная совокупность взглядов на обеспечение финансовой безопасности, которая предусматривает комплексное определение угроз и системное понимание путей их устранения. Концепция должна включать пути выявления и устранения угроз, принципы, которые необходимо при этом использовать, совокупность прогнозируемых ситуаций с состоянием финансовой безопасности, инструменты и технологии, необходимые для этого, а также алгоритм обеспечения финансовой безопасности. Выводы. Таким образом, главной составляющей экономической безопасности предприятия является финансовая безопасность. Обеспечение эффективного развития предприятия предполагает разработку концепции финансовой безопасности, которая предусматривает комплексное определение угроз и системное понимание путей их устранения. Список литературы: 1. Васькова Ю.І. Фінансова безпека підприємства – провідна складова економічної безпеки та засіб попередження кризи підприємств / Ю.І. Васькова // Наука й економіка. – 2014. – №1(33). – С. 230 – 234. 2. Горячева К.С. Механізм управління фінансовою безпекою підприємства: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. екон. наук: спец. 08.06.01 «Економіка, організація і у правління підприємствами» / К.С. Горячева. – Київ, 2006. – 16 с. 3. Реверчук Н.Й. Управління економічною безпекою підприємницьких структур: монографія / Реверчук Н.Й. − Львів: ЛБІ НБУ, 2004. −195 с. 4. Мунтіян В. І. Економічна безпека України : монографія / В. І. Мунтіян. – К. : КВІЦ, 1999. – 464 с. 5. Кириченко О.А., Кім Ю.Г. Вплив інфляційних процесів на фінансову безпеку підприємства / О.А.Кириченко, Ю.Г.Кім // Фондовый рынок. – 2009. – №13. – С. 34-40. 6. Є.П. Картузов Визначення фінансової безпеки підприємства: поняття, зміст, значення і функціональні аспекти / Картузов Є.П // Актуальні проблеми економіки. – 2012. – №8(134). – С. 172 – 181.

175


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

ФИНАНСОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ – ОСНОВЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ Бедим Л.В. Манеров Г.Н. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк) Современные условия развития региональной экономики требуют кардинально изменить стратегический подход к оценке финансовой устойчивости предприятия. Обобщая методологические и методические принципы определения финансовой устойчивости, в современной научной литературе, концептуально экономическую сущность категории финансовой устойчивости предприятия можно определить как аналитическую интерпретацию общей характеристики финансового состояния предприятия, степени зависимости предприятия от привлеченных источников финансирования, и своевременных расчетов по своим обязательствам. Финансовая устойчивость предприятия является предпосылкой его экономического развития. В связи с обострением финансовых проблем на многих предприятиях региона значительное внимание должно уделяться мониторингу финансовой устойчивости, предусматривающему обеспечение механизма постоянного наблюдения за ее уровнем в условиях финансово-экономического кризисного. Целью системы мониторинга финансовой устойчивости является своевременная аналитикасостояния и причин снижения ее уровня, связанных с ухудшением финансового состояния предприятия, а также разработка и прогнозирование мероприятий по корректировке направлений его финансово-хозяйственной деятельности. Для проведения мониторинга необходимо сформировать группу показателей, дающих в совокупности комплексную характеристику состояния и перспектив стабильности и развития предприятия. Стабильность финансового состояния предприятия в рамках региональной экономики обусловлена в значительной степени его деловой активностью, зависит от широты рынков сбыта продукции, его деловой репутации (имиджа), степени выполнения плана по основным показателям хозяйственной деятельности, уровня эффективности использования ресурсов (капитала) и стабильности экономического роста. Наиболее информативные аналитические выводы формируются в результате сопоставления темпов их изменения. Экономическая стабильность предприятий региона - это повышение эффективности производства, снижение себестоимости продукции, эффективное использование потенциала, имеющихся в распоряжении предприятия, поддержание финансовой устойчивости. Финансовые методы представляют собой совокупность способов, с помощью которых предприятие формирует и расходует денежные фонды, управляет денежными потоками. Финансовые рычаги представляют собой финансовые средства (инструменты), применяемые в финансовых методах для выполнения функций финансового механизма промышленного предприятия и решения определенных финансовых задач. В первую очередь для увеличения дохода и снижения риска, также к финансовым инструментам относятся: первичные финансовые инструменты (договор займа, кредитный договор, договор банковского счета, договор банковского вклада, договор финансовой аренды, договоры поручительства и банковской гарантии). Согласно общетеоретическому подходу, инструмент - это то, с помощью чего осуществляется воздействие на объект, в данном исследовании под объектом понимается деятельность промышленного предприятия, т.е. конкретные способы воздействия,

176


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

анализа, стимулирования деятельности, то есть инструменты реализации функций механизма управления. Под финансовыми инструментами понимается совокупность финансовых рычагов и собственно финансовых инструментов, с помощью которых происходит целенаправленное воздействие на деятельность промышленного предприятия. Сущность и содержание механизма управления финансовой устойчивостью предприятия раскрывается в его функциях, обеспечивающих достижение цели и выполнение комплекса задач данного механизма. Проанализировав труды ученых, посвященные исследованию экономических и финансовых механизмов предприятия, можно выделить следующие основные функции механизма управления финансовой устойчивостью промышленного предприятия: регулирующая, перераспределительная, аккумуляционная, воспроизводящая и контрольная. Эти функции определяются целью, хозяйственной деятельности и объектом, поэтому функции аккумуляции и перераспределения финансовых ресурсов являются функциями, определяемыми сущность механизма финансирования, а функции регулирования (управления) и контроля - функциями, относящимся к механизму распределения, способствующему эффективному достижению общей цели механизма управления финансовой устойчивостью предприятия. Аккумуляционная и перераспределительная функции заключаются в том, что механизм управления финансовой устойчивостью промышленного предприятия способствует рациональному привлечению распределения и использования финансовых ресурсов по инвестиционным проектам, которые в рамках инвестиционного портфеля обеспечивают оптимальный прирост стоимости предприятия, учитывая стратегическую оценку финансовой устойчивости предприятия. Функции привлечения и распределения финансовых ресурсов отражают процесс финансирования, а размещение финансовых ресурсов - процесс инвестирования. Формирование финансовых активов осуществляется посредством привлечения денежных средств за счет собственных доходов, накоплений и капитала, а также различного вида поступлений. При этом эффективность привлечения финансовых активов зависит от операционной оценки финансовой устойчивости предприятия. Обеспечить экономическую стабильность предприятие имеет возможность за счет прибыли, направляемой на расширение производства (реинвестирование), амортизации, от продажи готовой продукции, сверхурочных запасов товарно-материальных ценностей, инкассации дебиторской задолженности, привлечение средств других предприятий и взносов добровольных вкладчиков. Для оценки влияния факторов, отражающих эффективность деятельности на величину экономической стабильности предприятия, применяют следующую модель: Кэ.с. = Р × Ф × Кз × Кс где Кэ.с – коэффициент экономической стабильности; Р - рентабельность реализованной продукции; Ф – фондоотдача; Кз – коэффициент задолженности; Кс – коэффициент самофинансирования (финансовой автономии). Для оценки влияния факторов, отражающих эффективность финансовой деятельности на величину экономической стабильности предприятий можно применять расширенную модель

177


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Кэ.с= Пр × Р × Ф × Кс × Кок × Кда. × Км × Кз × Кл × Кбр, Пр - реинвестированная прибыль; Кок - коэффициент оборота основного капитала; Кда - коэффициент деловой активности; Км - коэффициент маневрирования; Кл - текущий коэффициент ликвидности; Кбр - коэффициент быстрого реагирования. Цель финансовой стабильности предприятий реализуется путем внедрения оперативных, тактических и стратегических механизмов и считается достигнутой, если: достигнуто устранение текущей неплатежеспособности благодаря реализации оперативных мероприятий, то есть сумма планируемого положительного денежного потока по всем видам хозяйственной деятельности должна превышать сумму запланированного отрицательного денежного потока. Таким образом, финансовую устойчивость хозяйствующих субъектов следует рассматривать как комплексную категорию, отражающую уровень финансового состояния и финансовых результатов предприятия, способность выполнять свои обязательства и обеспечивать развитие деятельности при сохранении платежеспособности. Условием жизнеспособности предприятия и основой его стабильности в конкурентной среде является ее финансовая устойчивость. В основе достижения внутренней устойчивости предприятия лежит своевременное и гибкое управление комплексными факторами его деятельности, то есть главная роль в системе антикризисного управления должна принадлежать широкому применению внутренних механизмов финансовой стабильности. С целью преодоления финансовой неустойчивости предприятий и укрепления конкурентоспособности целесообразно использовать комплексный подход к совершенствованию управления финансами, основной направленностью которого является в краткосрочной перспективе - устранение проявлений неплатежеспособности при потере конкурентных преимуществ; в среднесрочной - устранение причин, генерирующих неплатежеспособность и адаптация к условиям деятельности в конкурентной среде; в долгосрочной - обеспечение финансовой устойчивости предприятия к воздействию внешних факторов конкурентной среды. Список литературы: 1.Докиенко Л.Д. Управление финансовой устойчивостью предприятий торговли / Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук. Киев – 2005. 2. Е. В. Мних Экономический анализ: Учебник. - Киев: Центр учебной литературы, 2003. - 412 с. 3. Старостенко Г. Г., Мирко Н. В. Финансовый анализ: Учеб. Пособие. - М .: Центр учебной литературы, 2006. - 224 с. 4. Лахтионов Л.А. Финансовый анализ субъектов хозяйствования: Монография. - М.: КНЭУ, 2001. - 387 с. 5. Ю. С. цал-Цалко Финансовая отчетность предприятий и ее анализ: Учеб.пособие. - М .: ЦУЛ, 2002. - 360 с. 6. Крамаренко Г. О. Финансовый анализ и планирование. - Киев: Центр учебной литературы, 2003. - 224 с. 7. Грачев А. Основы финансовой устойчивости предприятия // Финансовый менеджмент. - 2003.-Ст.4. - С. 15-34. 8. Грачев А. В. Финансовая устойчивость предприятия: анализ, оценка и управление: Учебно-практическое пособие / А. В. Грачева. - М .: Дело и Сервис, 2004. - 192 с.

178


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ МЕХАТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ Горобец И.А., Голенков Е.А., Голубов Н.В. (ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. В статье рассмотрена поддержка жизненного цикла изделия мехатронного оборудования, при помощи CALS-технологий. Проанализирован состав жизненного цикла изделия и общая структура CALS. Ключевые слова: ЖЦИ, CALS, CAD, САМ, PDM. 1. Введение Одной из важных отраслей промышленности Донбасса является горнометаллургический комплекс. В настоящее время в качестве машин и механизмов промышленности используются сложные мехатронные изделия, состоящие из механической, электронной частей и привода. Наиболее тяжелонагруженными мехатронными изделиями, срок межремонтного сервиса которого достигает до 3 месяцев, является горно-шахтное оборудование. Учитывая высокую стоимость мехатронных изделий и трудности нынешнего экономического положения региона, представляется актуальным и экономически целесообразным решение вопроса текущих и капитальных ремонтов изделий горного шахтного сектора. 2. Основное содержание и результаты работы Рассмотрим жизненный цикл изделия (далее ЖЦИ), как совокупность этапов, через которые проходит изделие за время своего существования, рис.1. К ЖЦИ относятся: маркетинговые исследования, составление технического задания, проектирование, технологическая подготовка производства, изготовление, поставка, эксплуатация, ремонт и утилизация объекта [1]. Для обеспечения согласованной работы всех предприятий, участвующих в проектировании, производстве, реализации и эксплуатации сложной техники, в настоящее время используется информационная поддержка этапов ЖЦИ, основанная на CALSтехнологиях. Под аббревиатурой CALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support) понимают непрерывное интегрированное информационное обеспечение участников жизненного цикла изделия данными об изделиях, связанными с ними процессами и средой преимущественно в электронном виде. Прежде всего, CALS — бизнес-стратегия интеграции информационных процессов между участниками жизненного цикла изделия (заказчиков, разработчиков, производителей, поставщиков, эксплуатационных, обслуживающих и ремонтных предприятий, предприятий по утилизации) с целью обеспечить их необходимыми для бизнеса данными об изделии и связанными с ним процессами и средой [1, 2]. Во многих экономически развитых странах мира CALS рассматривается как стратегия выживания в рыночной среде, позволяющая: расширить области деятельности предприятий (рынков сбыта) за счет кооперации с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизацией представления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла; повысить эффективность бизнес-процессов, выполняемых в течение жизненного цикла продукта, за счет информационной интеграции и сокращения затрат на бумажный документооборот;

179


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Рис.1 – Состав ЖЦИ

-

обеспечить заданное качество продукции путем электронного документирования всех выполняемых процессов и процедур; повысить «прозрачность» и управляемость бизнес-процессов за счет лучшей сбалансированности звеньев; повысить конкурентоспособность изделий и услуг; сократить затраты времени; снизить общую стоимость жизненного цикла; снизить затраты на поддержку эксплуатации; получать точную информацию в точное время; улучшить взаимодействия потребителя с поставщиком; снизить объемы незавершенного производства;

180


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

принимать лучшие решения; повысить квалификацию персонала. В контексте современного ведения успешного бизнеса назначением CALSтехнологий является представление необходимой информации в нужное время, в нужном виде, в конкретном месте любому пользователю на всех этапах жизненного цикла изделия. Суть бизнес-концепции CALS состоит в применении принципов и технологий информационной поддержки на всех стадиях ЖЦ продукции, основанного на использовании ИИС, обеспечивающей единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков (производителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. В ИИС информация создается, преобразуется, хранится и передается от одного участника ЖЦ к другому при помощи прикладных программных средств, к которым относятся системы CAD / CAE /CAM, PDM, MRP/ERP, SCM и др., рис.2. Здесь ЖЦ изделия представлен в виде линейки от маркетинговых исследований и до утилизации объекта. Поскольку реализация CALS-технологий подразумевает использование ИТ, включающие компьютерное оборудование и программные средства, то все программные продукты, используемые в CALS-технологиях, можно разделить на две группы: 1. Программные продукты, используемые для создания и преобразования информации об изделиях, производственной среде и производственных процессах, применение которых не зависит от реализации CALS-технологий; 2. Программные продукты, применение которых непосредственно связано с CALSтехнологиями и требованиями соответствующих стандартов. К первой группе относятся программные продукты, традиционно применяемые на предприятиях различных отраслей промышленности и предназначенные для автоматизации различных информационных и производственных процессов и процедур. К этой группе принадлежат следующие программные средства и системы [2, 3, 4]: • подготовки текстовой и табличной документации различного назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д. - офисные системы); • автоматизации инженерных расчетов и эскизного проектирования (САЕсистемы); • автоматизации проектирования и изготовления рабочей конструкторской (проектной) документации (CAD-системы); • автоматизации технологической подготовки производства (САМсистемы); • автоматизации планирования производства и управления процессами изготовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т. д. (системы MRP/ERP); • идентификации и аутентификации информации (средства ЭЦП). Ко второй группе принадлежат программные средства и системы: • управления данными об изделии и его конфигурации (системы PDM Product Data Management); • управления проектами (Project Management); • управления потоками заданий при создании и изменении технической документации (системы WF - Work Flow); • обеспечения информационной поддержки изделий на постпроизводственных стадиях ЖЦ;

-

181


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

• функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнеспроцессов.

Рис. 2. Структура CALS и корреляция этапов жизненного цикла изделий 3. Заключение Таким образом, в контексте ЖЦИ, основными задачами CALS-систем: - структурирование и моделирование данных об изделиях и процессах; - обеспечение эффективного управления и обмена данными между всеми участниками жизненного цикла изделия или процесса; - создание и сопровождение документации, необходимой для поддержки всех этапов жизненного цикла изделий, в том числе и для осуществления ремонта мехатронного изделия, с учетом всей истории создания объекта и технологии его изготовления. Эффективность управления данными подразумевает прежде всего представление информации в форме, обеспечивающей легкость ее восприятия и однозначное ее понимание всеми участниками жизненного цикла изделий. Это требование распространяется на любую документацию, используемую в разных процедурах этапов жизненного цикла. Список литературы: 1. Информационно-вычислительные системы в машиностроении CALS – технологии/ Ю.М.Соломенцев, В.Г.Митрофанов, В.В.Павлов, А.В.Рыбаков – М.: Наука, 2003, 293 с. 2. Горобец И.А., Грищенко И.Н. Классификация и

182


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

критерии выбора автоматизированных систем технической подготовки производства Материалы пятнадцатой научно-практической конференции «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 3-х кн.. - Таганрог. Изд-во ЮФУ. Кн.3 2014 №14–с.47-53. 3. Григоров А.В., Горобец И.А., Лысенко О.Н., Голубов Н.В. Интеграция информационной среды и управление проектными данными предприятий - Материалы тринадцатого научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 3-х кн.. - Таганрог. Уздво ТТИ ЮФУ. Кн.3 2012 №12 –с.72-80. 4. Григоров А.В., Савченко Д.Н., Бороздов А.В., Горобец И.А., Лысенко О.Н. Использование платформы программных средств АСКОН для автоматизации технической подготовки производства /Современные проблемы техносферы и подготовки инженерных кадров // Сборник трудов 3 международного научно-методического семинара в г.Табарка с 06 по 15 октября. Донецк: ДонНТУ, 2011. С.100 – 105.

183


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ ФИНАНСОВОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ Манеров Г.Н., Бедим Л.В. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк) Постановка проблемы. В современных условиях хозяйствования, особенно в условиях финансового кризиса и социально-политической нестабильности перед предприятиями стоит сложная задача обеспечения их устойчивого и эффективного функционирования. Однако не только влияние факторов внешней среды негативно влияет на деятельность предприятий, но и отсутствие эффективного механизма управления финансовой устойчивостью предприятий, который мог бы противостоять постоянным изменениям в условиях хозяйствования. Определение основных составляющих механизма обеспечения финансовой устойчивости предприятия относится к числу наиболее важных и актуальных на сегодняшний день проблем, поскольку недостаточность финансовой устойчивости может привести к неплатежеспособности предприятия, разрушению стратегического потенциала и угрозы его финансовой безопасности. Условием устойчивого развития предприятия в целом является его эффективная хозяйственная деятельность, направленная на обеспечение собственного выживания, стабильности, развития и приближения к намеченным целям. Таким образом, одним из основных факторов устойчивого развития предприятия должен стать механизм, который бы отслеживал выполнение поставленных задач в долгосрочной перспективе. Анализ исследований и публикаций. Совершенствование механизма управления финансовой устойчивостью предприятия отражены в работах отечественных и зарубежных ученых, среди которых следует выделить следующих авторов: В. С. Бугай, С. С. Гринкевич, И. А. Мазуркевич, А. Г. Сокол, О. А. Шенаев и другие. Целью данной статьи является обоснование теоретических основ и направлений оптимизации механизма управления финансовой устойчивостью предприятия. Изложение основного материала. Финансовая устойчивость предприятия является качественной характеристикой его финансового состояния и характеризуется, как способность предприятия эффективно функционировать и развиваться, обеспечивая при этом его платежеспособность и ликвидность. Управление финансовой устойчивостью с применением финансового механизма может достичь необходимого результата только при сочетании целесообразно направленного взаимовлияния всех его элементов. Для этого он должен отвечать следующим требованиям: настрой каждого элемента финансового механизма на его эффективное выполнение; слаженности действий всех элементов финансового механизма, который обеспечивает интересы субъектов финансовых отношений; обратная связь элементов финансового механизма вертикальных и горизонтальных уровней; своевременность реакции элементов финансового механизма высшего уровня на изменения, которые происходят под влиянием элементов низшего уровня. [1]: Механизм управления финансовой устойчивостью предприятия является частью общей системы управления предприятием, от которой зависит конечный результат деятельности хозяйствующего субъекта. Процесс формирования механизма управления финансовой устойчивостью предприятия необходимо начать с характеристики его составляющих, а также определения последовательности определенных этапов. Поскольку механизм строится на основе системного подхода, то правомерным будет выделение таких его составляющих,

184


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

как объекты и субъекты. Итак, первый этап процесса формирования должен включать в себя определение объектов управления; субъектов, которые осуществляли конкретные действия; а также целей, которые преследуют данные субъекты. В нашем случае объектами могут быть деятельность предприятия или его отдельного подразделения, определенный производственный процесс, финансовая деятельность, прибыль, финансовые ресурсы и др. Субъектами могут выступать руководители высшего звена, финансовые менеджеры, финансовые службы и отделы, аналитики по финансовой безопасности и др. Целью является сохранение, обеспечение или достижения определенного уровня финансовой устойчивости предприятия, при котором предприятие получало бы прибыль, было платежеспособным и рентабельным. Целесообразно отметить, что в системе управления финансовой устойчивостью важную роль играет определение главной цели, ведь именно она определяет концепцию развития предприятия, основные направления его деловой активности и служит ориентиром в среде рыночных преобразований [3]. На втором этапе необходимо оценить текущее состояние и уровень финансовой устойчивости, а также выявить и провести анализ факторов, влияющих на объект и на выполнение поставленных задач и целей. Оценка текущего состояния и финансовой устойчивости предприятия осуществляется на основе различных методов финансового анализа (так например, расчет показателей и коэффициентов финансовой устойчивости и сравнение их с базовыми или нормативными значениями и др.). Следующим шагом в формировании механизма управления является определение методов воздействия на указанные ранее факторы. Характерным для этого этапа является применение инструментария управления финансовой устойчивостью, выбор которого зависит от возможностей предприятия, вида его деятельности, финансового состояния, уровня организации контроля и управления на предприятии. Инструментарий управления финансовой устойчивостью предприятия представляет собой совокупность средств, методов, рычагов, способов осуществления управленческого влияния. Следующий этап включает разработку стратегии управления финансовой устойчивостью предприятия, т.е. определение целей, стратегических направлений и перспектив развития предприятия. На этом этапе необходимо согласовать цели разработанной стратегии общей стратегией предприятия. Из многочисленных рисков, сопровождающих деятельность предприятия, выделяют риск снижения финансовой устойчивости. Эта проблема широко освещается в трудах В. И. Плис [5]. Этот риск обусловлено неэффективной структурой капитала (высоким коэффициентом соотношения заемных и собственных средств). Управление риском снижения финансовой устойчивости составляющей общей стратегии управления устойчивостью финансового состояния предприятия. Она заключается в разработке системы мер по проявления и предупреждения негативных последствий риска с целью ликвидации убытков, связанных с ним. Для оценки риска снижения финансовой устойчивости используют расчетноаналитические методы оценки, которые дают количественное представление об этом риске [6]. Следующий этап включает разработку стратегии управления финансовой устойчивостью предприятия, т.е. определение целей, стратегических направлений и перспектив развития предприятия. На этом этапе необходимо согласовать цели разработанной стратегии общей стратегией предприятия.

185


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Предпоследним этапом разработки является реализация стратегии. Для ее реализации руководителям необходимо иметь набор методик и моделей, на основе которых принимать наиболее целесообразные решения. Успех реализации разработанной стратегии предприятия зависит в определенной степени от действующей системы контроля [4]. Механизм управления финансовой устойчивостью предприятия Цель, задачи и функции управления финансовой устойчивостью предприятия Элементы обеспечения

Анализ управления предприятием

Выбор инструментов управления финансовой устойчивостью

Управление риском

Информационноаналитическое обеспечение

Политика управления объемами деятельности Политика управлення активами Политика управлення капиталом Политика управления денежными потоками

Стратегия управления финансовой устойчивостью Методы управления финансовой устойчивостью

Выявление риска Измерение риска Контроль риска Мониторинг риска

Нормативноправовоеобеспечение Программнотехническоеобеспечение Кадровое обеспечение

Регулирование риска

Планирование и прогнозирование результатов управления финансовой устойчивостью предприятия Оценка эффективности управления финансовой устойчивостью предприятия Разработка рекомендаций по повышению эффективности управления финансовой устойчивостью предприятия

Рис. 1. Механизм управления финансовой устойчивостью предприятия

186


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Общим для каждого этапа разработки механизма управления финансовой устойчивостью является использование инструментов управления финансовой устойчивостью предприятия. Следовательно, финансовая устойчивость является качественной характеристикой финансового состояния предприятия и безусловно является одной из основных финансовых составляющих финансовой безопасности, поэтому есть необходимость дальнейшего совершенствования механизма управления финансовой устойчивостью как части общей стратегии управления предприятием. Следовательно, схема механизма управления финансовой устойчивостью предприятия может иметь вид, которая приведена на рис.1. Выводы. Одной из задач на сегодня является обеспечение относительного финансового равновесия предприятия в процессе его развития. Такое равновесие характеризуется высоким уровнем финансовой устойчивости и платежеспособности предприятия, которое обеспечивается созданием рациональной структуры имущества и капитала, эффективными пропорциями в объемах формирования финансовых ресурсов за счет различных источников, достаточным уровнем самофинансирования инвестиционных потребностей. Формирование механизма управления финансовой устойчивостью позволит руководителям использовать его для обеспечения стабильного функционирования и прогнозирования развития предприятия в будущем. Таким образом, при условии реализации механизма управления финансовой устойчивостью предприятия станет возможным достижение долгосрочных целей, как самого предприятия, так и государства, а также стабилизация национальной экономики и повышения уровня конкурентоспособности национальной экономики на мировом рынке. Список литературы: 1. Артус М. М. Финансовый механизм в условиях рыночной экономики / М. М. Артус // Финансы Украины. - 2005. - № 5. - С. 54-59. 2. Скляр Г.П. Механизм обеспечения финансовой устойчивости предприятий потребительской кооперации и его усовершенствования в условиях переходной экономики / Г. П. Скляр, А. А. Педик / Электронный ресурс. - Режим доступа :http://ukrcoop-journal.com.ua. 3. ГринкевичС.С. Экономические основы стратегического управления финансовой устойчивостью предприятия в условиях рыночных преобразований / С. С. Гринкевич, М. А. Михалевич // Вестник НЛТУ Украины. - 2008. - Вып. 18.5. - С. 110-114. 4. Донченко Т.В. Теоретические основы формирования механизма управления финансовой устойчивостью предприятия / Т. В. Донченко / Вестник Хмельницкого национального университета. - 2010. - № 1. - Т. 1. - С. 23-27. 5. Плиса В. И. Управление риском финансовой устойчивости предприятия / В. И. Плиса // Финансы Украины. 2001. - № 1. - С. 67-73. 6. Мисак Н. В. Стратегические аспекты достижения финансовой стойкости предприятия / В. Мисак, А. И. Ященко / Научный вестник. - 2005. - Вып. 15.5. - С. 384-389.

187


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ Криволапов А.И., Михайлов А.Н., Михайлов Д.А. ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С 2-D И 3-D КОМПОНОВКАМИ………………………………………………………………….

3

Самоздра С.А., Остапенко М.А. ПРИБОР, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВНУТРЕННЕГО И ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА, КАК ОБЪЕКТА ПЕРЕРАБОТКИ ЭКСТРУЗИЕЙ………………………………………………………………………

11

ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Антонов А.Ю. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СПОРТИВНОГО ЛУКА СВОИМИ РУКАМИ……………….

15

Безщекий П.Н. Феник Л.Н. ПРОИЗВОДСТВО ШВЕЙНЫХ ИГЛ………………………………………………..

18

Жовтяник А.В., Ивченко Т.Г. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ ПО КРИТЕРИЯМ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И СЕБЕСТОИМОСТИ………….

22

Ивченко Т.Г., Михайлов Д.А, Михайлов А.Н., Толстых С.В. ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНООРИЕНТИРОВАННЫХ СВОЙСТВ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД…………

26

Калайда К. А. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ……………………………………………………………………….

34

Михайлов Д.А., Криволапов А.И., Михайлов А.Н. ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ГТД С ЭРОЗИОННОКОРРОЗИОННЫМИ РАЗРУШЕНИЯМИ ВАКУУМНЫХ ИОННОПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ………………………………………………………

39

Лыков А.В., Голубов Н.В., Горобец И.А. СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ….

45

188


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

Лыхманюк Е.О., Ивченко Т.Г. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОНКОМ ТОЧЕНИИ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ…………………………….

50

Махоткин М.В., Гусев В.В. АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАСТОЛЬНО СВЕРЛИЛЬНОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА НА БАЗЕ КОНТРОЛЕРА ТB6560HQT С ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ…………………………………………………….

55

Михайлов А.Н., Цыркин А.Т., Петров М.Г., Головятинская О.В. О ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ В ОБЛАСТИ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ…………………………………………………………………………..

62

Михайлов Д.А., Михайлова Е.А., Рапацкий Е.В., Михайлов А.Н. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛОПАТОККОМПРЕССОРА ГТД…………………………………………………...

71

Николаев А.В., Чернышев Е.А. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПАТРОННОГО ПРОИЗВОДСТВА………………………………………………….

77

Николаенко В.И. ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ ПОЛОСТЕЙ МАТРИЦ ПРЕСС-ФОРМ……………………………………………………………

83

Польченко В.В., Васильев Е.В. ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ……………………………………………………………………..

87

Рапацкий Е. В., Грубка Р. М. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗУБЬЕВ ВТУЛОК МУФТ С ГЕОМЕТРИЕЙ, ПРИБЛИЖЕННОЙ К ГРУППОВОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ…………………..

89

Голенков Е.А., Горобец И.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕДУКТОРОВ МЕХАТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ………………………………………………………….

96

Щербов И.Л., Джура Г.С. ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ………………………………………………………..

99

189


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Олейник И. М., Буленков Е. А. УМЕНЬШЕНИЕ РЕСУРСОЕМКОСТИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА……………………………………………………………….……

105

Глушко А. С. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭРЛИФТА…………

110

Дуленко Н.Д., Грудева Л.Н., Шаповалова Н.Н. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИТОКАРНЫХ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРОВ………………………………………………….

113

Сидоров В.А., Ошовская Е.В, Ерошенко А.В. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ РАБОТОСПОСОБНОГО СОСТОЯНИЯГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ МНЛЗ……………….

118

Закиров А.А. Феник Л.Н. ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ – ОСОБЕННОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ……………………………………………………………………… 123 Лыхманюк Я.В., Коваленко В.И. О ПРИМЕНЕНИИ МНОГОРЕЗЦОВЫХ СТАНКОВ………………………………

126

Надточий А. Е., ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ…………….

129

Рапацкий Е. В., Ищенко А. Л. СИНТЕЗ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВТУЛОК ЗУБЧАТЫХ МУФТНА БАЗЕ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА……………………………………………….

131

Самоздра С.А., Остапенко М.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗОНЫ ЗАГРУЗКИ ЭКСТРУДЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ………………………………

137

Храпач А.В. ИССЛЕДОВАНИЕ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ВЫГРУЗКИ ИЗВЕСТИ ИЗ ШАХТНОЙ ОБЖИГОВОЙ ПЕЧ……………………………………

144

Шабаев О.Е., Бридун И.И., Зинченко П.П. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОЛОМОК РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА РЕСУРС ПРИВОДА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА…………………………………………………………………………..

147

Шароварская М.В., Гусев В.В., Моисеев Д.А. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ИЗНОСА СВЯЗКИ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ……………………………………………………….

150

190


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Васильев Е.В., Лахин А.М. ПОВЫШЕНИЕ ЭКПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ОСНОВЕ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗОН ЗУБЬЕВ..

155

Гокун В. В. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЧИСТКИ ПОДЗЕНЫХ ЕМКОСТЕЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ…………………………………...

159

Махоткин Д.В., Полтавец В.В. СВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИС РЕГУЛИРУЕМЫМИ ВЕЛИЧИНАМИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ…………………...

161

Шахова И.Ю., Байков А.В. ПРЕДПОСЫЛКИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ……………………………………………………………………...

165

ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ Бибик Ю.В. Манеров Г.Н. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ ФИНАНСОВОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ………………………………………………

168

Бибик Ю.В. Манеров Г.Н. ФИНАНСОВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ – ОСНОВА ЕГО ЭФФЕКТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ………………………………………………..

173

Бедим Л.В. Манеров Г.Н. ФИНАНСОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ – ОСНОВЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ………………………………………………...

176

Горобец И.А., Голенков Е.А., Голубов Н.В ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ МЕХАТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ……………………………………………..

179

Манеров Г.Н., Бедим Л.В. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ ФИНАНСОВОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ………………………………………………………………………...

184

191


УВАЖАЕМЫЕ КОЛЛЕГИ Донецкий национальный технический университет с 2000 года выпускает студенческий научно-технический журнал «Инженер». Этот журнал ориентирован на публикацию научных работ студентов, магистрантов, стажеров, молодых специалистов, делающих первые шаги в научной деятельности. Публикации в журнале позволяют приобрести опыт написания научных статей, познакомится с научной деятельностью своих коллег, концепциями развития различных отраслей промышленности. В то же время ученые кафедр, факультетов, научных организаций могут ознакомиться с научными направлениями молодых ученых, актуальностью их разработок, научным и народнохозяйственным значением публикуемых ими материалов. Содержание рукописей должно отражать современные достижения науки и техники в исследуемой области, содержать актуальность работы, постановку задачи, полученные результаты, их практическое значение, выводы. Материалы должны представлять интерес для широкого круга специалистов. Языки представления рукописей: русский, украинский, английский, французский. Издание журнала планируется с периодичностью 3 … 4 номера в год по мере поступления материалов.

1. 2. 3. 4. 5.

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

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ Для принятия решения о включении рукописи Вашей статьи в сборник необходимо выслать в адрес редакционной коллегии следующее: заявку с указанием раздела тематики журнала и сведения об авторах статьи; рукопись статьи в двух экземплярах (второй экземпляр статьи должен быть подписан всеми авторами); CD-диск с записью текста статьи и материалов (дополнительно все материалы необходимо выслать по E-mail). ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ СТАТЕЙ Статья должна содержать следующие обязательные разделы: аннотация и ключевые слова; введение (описание проблемы, что сделано другими исследователями, задачи работы); основное содержание и результаты работы (изложение основного материала исследований, этапы и методы исследования, полученные результаты); заключение (анализ полученных результатов, направление дальнейших исследований).


ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ СТАТЕЙ 1. Текст рукописи статьи от 3 до 5 полных страниц на белой бумаге формата А4 (210х297 мм) с полями: верхнее и нижнее - 30 мм, левое и правое - 25 мм. Страницы не нумеровать (нумерацию можно выполнить карандашом в нижнем правом углу). Рукопись статьи оформить с применением редактора WinWord (тип файла *.doc) шрифтом Times New Roman размером 12, распечатать в двух экземплярах с высоким качеством печати. 2. Порядок оформления. Материалы должны отвечать следующей структурной схеме: УДК, названии статьи, фамилии и инициалы авторов, сокращенное название группы обучения студента, кафедры, организации, города, страны; текст статьи, список литературы (см. образец оформления материалов). УДК – в левом верхнем углу, не отступая от верхнего поля; следующей строкой НАЗВАНИЕ статьи: печатать прописными (полужирными) буквами, без переносов, центрировать. Через 1 пустую строку строчными буквами – фамилии и инициалы авторов (полужирными), рядом в круглых скобках курсивом, шрифт обычный – название группы обучения студента сокращенное название кафедры, вуза, города, страны (строку центрировать). Через 1 пустую строку – Аннотация и ключевые слова: аннотация на языке изложения статьи, объем до пяти строк, ключевые слова – 4…6 слов. Через 1 пустую строку - материалы статьи (язык изложения – по выбору авторов), межстрочный интервал 1. 3. Графический материал (рисунки, графики, схемы) следует выполнять размерами не менее 60х60 мм внедренными объектами (по ходу материалов). Все позиции, обозначенные на рисунке, должны быть объяснены в тексте. Под каждым рисунком указывается его номер и название, например: Рис. 3. Схема устройства. 4. Формулы и математические знаки должны быть понятны. Формулы должны выполняться в соответствии с редактором формул Microsoft Equation. Формулы нумеруются (справа в круглых скобках, не отступая от правого поля), только в том случае, если на них в тексте имеются ссылки. Формулы выполняются курсивом. Стиль формул для Microsoft Equation: Full - 12 pt, Subscript/Superscript - 10 pt, SubSubscript/Superscript - 8 pt, Symbol - 12 pt, Sub-Symbol - 10 pt. 5. Таблицы должны иметь порядковый номер и название и располагаться после упоминания в тексте. Таблицы отделяются от основного текста пустой строкой. Номер и название таблицы располагать на одной строке, например: Таблица 2. Классификация муфт. 6. Список литературы должен быть приведен в конце статьи, через пустую строку от основного текста в соответствии с образцом. Перечень ссылок должен быть составлен в порядке упоминания в тексте. Ссылки на литературу заключается в квадратные скобки. 7. Текст рукописи статьи требуется записать на CD-диск, который нужно подписать следующим образом: фамилии и инициалы авторов, название статьи. Дополнительно все материалы необходимо выслать по E-mail. 8. Материалы рукописи представляются без изгибов. 9. Материалы, не отвечающие перечисленным требованиям и тематике журнала, а также не оплаченные в срок, опубликованы не будут.


Образец оформления материалов: УДК 621.01(06) ОСНОВЫ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА СБОРОЧНЫХ СИСТЕМ (пустая строка) Иванов И.И., Петров П.П. (гр. ИТМ-14, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) (пустая строка) Аннотация. В статье приведены данные по структурному синтезу сборочных …………………… ………… уравнений описывающих процесс сборки изделий. (курсив, 6 …8 строк) Ключевые слова: структура технологии, синтез, процесс, сборка. (курсив, 5 слов) (пустая строка) 1. Введение Во введении необходимо представить литературный обзор современного состояния вопроса исследования, показать актуальность работы, поставить цель и определить задачи исследований (0,5 … 1,0 страница). (пустая строка 2. Основное содержание и результаты работы Для сборки изделий широко применяются технологические системы [1] ………………….. ………… информационные и другие потоки (рис. 5) могут быть описаны выражением. [4]. (пустая строка) 3. Заключение Таким образом, выполненные исследования позволили реализовать следующее: ……………………………….. отличительной особенностью данной методики. (пустая строка) Список литературы: 1. Ким И.П. Исследование эффективности роторных машин. – К.: КПИ, 1985. – 123 с. 2. Устюгов А.В. Надежность технологических машин. – Донецк: ДонНТУ, 1998. – 425 с. АДРЕС РЕДАКЦИОННОЙ КОЛЛЕГИИ: Редакционная коллегия журнала «Инженер»,. кафедра «Технология машиностроения», ДонНТУ, ул. Артема, 58, г. Донецк, 83001, ДНР. Тел. (+38 062) 305-01-04, (+38 062) 301-08-05; факс - (+38 062) 305-01-04; E-mail: tm@mech.dgtu.donetsk.ua или mntk21@mail.ru http: //http://tm.donntu.org Председатель редакционной коллегии – А.Н. Михайлов, тел. (+38 062) 305-0104. Зам. председателя – А.В. Байков, тел. (+38 062) 301-08-05. Ученый секретарь – Л.И. Голубова, тел. (+38 062) 301-08-05.


Научное издание

ИНЖЕНЕР Студенческий научно-технический журнал

№ 1(19)-2(20)'2015

Технический редактор Л.И. Голубова Издатель: Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», ул. Артема, 58., г. Донецк, 83001, тел.: (+38 062) 305-01-04

Студенческий научно-технический журнал "Инженер"  

Журнал «Инженер» ориентирован на публикацию научных работ студентов, магистрантов, стажеров, аспирантов, молодых специалистов по вопросам: с...

Студенческий научно-технический журнал "Инженер"  

Журнал «Инженер» ориентирован на публикацию научных работ студентов, магистрантов, стажеров, аспирантов, молодых специалистов по вопросам: с...

Advertisement