Наукові основи вибору структури та параметрів технологічних систем механічної обробки високоточних деталей

Досвіди виконані на спеціальних установках і стендах, створених на базі шліфувальних верстатів, що реалізують можливості підведення додаткової енергії ультразвукових коливань (УЗК) у зону різання. Для вивчення параметрів якості оброблених поверхонь, а також механізму зношування алмазних кругів використаний профілограф-профілометр, електронні мікроскопи й рентгеноструктурний дифрактометр.

Вимір розмірного зношування кругів виконано важільною скобою (із ціною розподілу 0,002мм), оснащеною твердосплавними вставками. Знімання матеріалу визначене на спеціальному приладі ДП 412 з точністю 0,01мм. Експерименти також проведені на спеціальній установці, створеної на базі внутрішліфувального верстата підвищеної точності моделі 3Е711У. Крім цього був використаний площинно-шліфувальний верстат, де вводилася енергія УЗК. Як джерело УЗК використовувався ультразвуковий генератор УЗГ 2,15. Оброблюваний виріб затискався у спеціальному пристосуванні, виконаному у формі різьбової втулки. Шліфування вироблялося із застосуванням 3%-ного содового розчину.

У розділі 7 представлено промислове впровадження результатів роботи та дані рекомендації з підвищення ефективності технологічних систем механічної обробки високоточних виробів.

На основі запропонованої схеми процесу ухвалення рішення виконана апробація методики синтезу систем обробки високоточних деталей на прикладі виготовлення складальної одиниці «ГП 25.380 - Блок циліндрів», що використовується в приводі генератора насоса літака.

Складальна одиниця ставиться до класу деталей типу диск (D = 611,5 мм, L = 390 мм), збирається із трьох деталей, які обробляються в комплекті після збірання. Блок циліндрів складається з корпусу (маса - 0,174 кг., матеріал - сталь 7ХГ2ВМФ), дев'яти втулок (маса - 0,0185 кг., матеріал - бронза Бр.010С2Н3), пластини (маса - 0,018 кг., матеріал - бронза Бр.010С2Н3). Основною деталлю складального вузла є корпус, а втулка й пластина відіграють роль підшипника ковзання, за рахунок чого зменшується вага агрегату та збільшується його КПД і моторесурс. Заготовкою деталі «Блок циліндрів» є диск 65В ДЕРЖСТАНДАРТ2590-88, LхD= 65х6000 мм.

Для наступного аналізу діючих і модернізованого виробництв використана методика на основі імітаційного моделювання організаційно-технологічної структури виробничої системи. У якості вихідних даних використані: структура і параметри ділянки обробки виробу; параметри устаткування та технологічного процесу; параметри транспортно-накопичувальної системи; виробниче завдання. У результаті моделювання отримані наступні характеристики виробничого процесу: тривалість виконання виробничого завдання - 32876 с.; середнє завантаження виробничої системи - 3% (що відповідає умовам дрібносерійного виробництва); сумарні витрати енергії на реалізацію технологічного процесу - 28000 кДж; сумарна середньостатистична використовувана потужність енергетичних установок - 910 Ват. Всі характеристики наведені в перерахуванні на обробку однієї деталі.

Аналіз виробничої ситуації на заводі «ФЕД» показав, що основними проблемами даного виробництва є нестабільність точності обробки виробу, висока енергоємність і тривалість виробничого процесу. Було вирішено сконцентрувати зусилля в процесі модернізації виробництва на збільшенні рівня його автоматизації і інтенсифікації допоміжних переходів й операцій. Використання методики формування маршрутів обробки поверхонь дозволило виконати аналіз області використання методів обробки високоточних деталей по точності їхнього виготовлення. На основі аналітичного аналізу зроблений висновок про необхідність розбивки процесу обробки на стадії та визначений коефіцієнт уточнення кожного методу. Розглянуто можливість застосування для рішення завдання ієрархічного кластерного аналізу, що дозволило вибрати метод обробки поверхні за 4 кроки послідовної кластеризации безлічі інформаційних об'єктів.

Синтез організаційно-технологічної структури модернізованої ділянки обробки деталі «ГП 25.380 Блок циліндрів» виконаний на основі методики імітаційного моделювання. При цьому виконане перепланування виробничої системи, змінена схема планування виробничого процесу, визначені основні тимчасові й енергетичні показники модернізованої системи обробки деталі «ГП 25.380 Блок циліндрів».

Результати порівняння характеристик діючих і модернізованого виробництв деталі «ГП 25.380 Блок циліндрів» представлені в таблиці 2.

Розрахунок економічної ефективності впровадження результатів і рекомендацій дослідження на ДП ХМЗ «ФЕД» виконаний для комплексу деталей виробів авіаційної техніки, обробка яких переведена з універсального устаткування на прогресивне устаткування з ЧПУ 5-го покоління. Сумарний економічний ефект у розмірі 1,349 млн.грн досягнутий за рахунок зниження трудомісткості виготовлення деталей і витрат на оплату праці, зниження витрат на експлуатацію устаткування, зниження витрат на оснащення та інструмент.

У додатку представлені таблиці допоміжного характеру, що є частиною інформаційного забезпечення методик проектування, деякі результати практичного використання проектних процедур, а також акти впровадження результатів дисертаційної роботи.

Таблиця 2. Порівняльні характеристики базових і модернізованого технологічних процесів виготовлення «ГП 25.380 Блок циліндрів»

Висновки

Виконаний при проведенні дисертаційних досліджень комплекс теоретичних і прикладних розробок, висунуті наукові положення, прогнозовані і впроваджені в промислових умовах технології механічної обробки і реалізуюче їх металорізальне устаткування склали базу вперше сформульованих наукових основ створення високоефективних процесів формоутворення і формотворних систем (верстатів, інструментів, засобів технологічного оснащення і виміру), що забезпечує рішення важливої і актуальної науково-технічної проблеми - підвищення ефективності механічної обробки високоточних деталей за рахунок спрямованого вибору структури і параметрів технологічного впливу при формоутворенні на основі оцінок прийнятих технологічних рішень об'єктивними критеріями, що характеризують об'єкт обробки, технологічний процес і устаткування.

Запропонована і теоретично обґрунтована система об'єктивних критеріїв оцінки технологічних рішень, якими є приведені довжина обробки Lпр (обсяг роботи формоутворення), інтенсивність технологічного впливу при формоутворення Wпр (енергетична характеристика процесу) і час Тпр (продуктивність обробки), що характеризують об'єкт обробки, технологічний процес формоутворення і формотворне устаткування і що дозволяють здійснювати синтез і аналіз технологічних систем механічної обробки в точному машинобудуванні і технологічне прогнозування в металообробці.

У результаті виконаних теоретичних досліджень, створення розрахункових методик і алгоритмів, підготовки відповідної інформаційної бази розроблена перша складова методології технологічного приведення - параметричне приведення систем механічної обробки до єдиних порівнянних умов, що базується на теорії подібності і розмірностей, що враховує параметри процесу різання, геометрію ріжучого клина, кількість ріжучих клинів (зубів) інструмента або ймовірність зміни геометрії ріжучих клинів і нестаціонарність їхнього розподілу по поверхні інструмента (при шліфуванні), кінематику формоутворення, шорсткість обробленої поверхні, характеристики оброблюваного матеріалу і матеріалу інструмента.

Другою складовою методології технологічного приведення систем механічної обробки до єдиних порівнянних умов є структурне приведення, що базується на виявленні характеру взаємодії при формоутворенні елементарних поверхонь і відповідних різальних інструментів, що може бути паралельним, послідовним і паралельно-послідовним, що викликає, у свою чергу, зміну методики розрахунку приведених характеристик технологічних систем: довжини переміщення ріжучих крайок інструментів Lпр, інтенсивності (енергії) формоутворення Wпр і часу обробки Тпр.

Методологія синтезу структури і параметрів систем механічної обробки, розроблена на базі теорії технологічного приведення, пов'язана з необхідністю введення ряду обмежень, що накладаються послідовністю обробки кожної поверхні, питаннями технологічної спадковості, взаємозв'язками між поверхнями в групі, розмірами, просторовим розташуванням. Процес синтезу можна представити у вигляді алгоритму, у якому поетапно формулюється вихідне завдання в термінах теорії технологічного приведення, уводяться вихідні дані на проектування, виконуються розрахункові процедури, проектування елементів структури технологічного переходу, розрахунок припусків на обробку, параметрична оптимізація і т.д.

На основі теорії технологічного приведення розроблені методологія і розрахунковий апарат технологічного аналізу, що спрямований на встановлення резервів підвищення техніко-економічної ефективності підрозділів машинобудівного виробництва з метою їхньої реалізації при модернізації або реконструкції і базується на порівнянні структурно-параметричних характеристик діючих систем механічної обробки і синтезованих варіантів, які є еталонами.

Загальний напрямок установлення і реалізації резервів технологічних систем механічної обробки може бути виявлене при експрес-аналізі, що складається в порівнянні приведених структурно-параметричних характеристик підрозділів діючого виробництва та статистичної інформації, отриманої при аналізі аналогічних виробництв.

Розроблено прикладні основи автоматизованих систем синтезу і аналізу структурно-параметричних характеристик технологічних систем механічної обробки, що базуються на запропонованих алгоритмах комплексних і локальних САПР, методологічну і інформаційну основу яких склали результати виконаних досліджень і організована інформаційна база.

Створення принципів гарантованої технології механічної обробки, характерної при виготовленні високоточних деталей, базується на технологічному прогнозуванні, метою якого є визначення на перспективу змін структурно-параметричних характеристик технологічних процесів і реалізуючих їхніх устаткувань і засобів оснащення, які формуються на основі аналізу структури і параметрів об'єкта обробки, а також адекватних змін витрат на виробництво.

Розроблена методика технологічного прогнозування розвитку ДП ХМЗ «ФЕД» дозволила ефективно підійти до виробітку перспективного плану розвитку сложноструктурного промислового підприємства, до складання щорічних бізнес-планів модернізації виробництва і комплектації сучасним металорізальним устаткуванням, інструментом і вимірювальною технікою.

Підвищення техніко-економічної ефективності технологічних систем механічної обробки забезпечується, зокрема, при використанні в проектуванні технологічних маршрутів методики, розробленої на основі кластерного аналізу. Основним напрямком рішення завдання прийняте поступове наближення до параметра якості через коефіцієнт уточнення, що у реальному виробництві пов'язаний зі станом конкретної технологічної системи і може бути визначений статистичними методами кореляційного аналізу по зміні досліджуваного параметра якості.

Результати всіх складових комплексу виконаних теоретичних і експериментальних досліджень реалізовані в розроблених в роботі нових технологічних рішеннях, методиках проектування і організації технологічних процесів механічної обробки, у комплексі сучасного металорізального і вимірювального устаткування, скомплектованому відповідно до виконаного технологічного прогнозу, системі його експлуатації і кваліфікаційного забезпечення, регламентованої рекомендаціями дисертації. Більшість розробок впроваджена у виробництво, що забезпечило сумарний фактичний економічний ефект у розмірі 1,349 млн. грн.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Фадеев В.А. Механика резания материалов. Том 1. (монография) /Под. ред. Новикова Ф.В., Якимова А.В. - Одесса, 2002. - 579 с.

2. Фадеев В.А. Резание материалов лезвийным инструментом. Том 3. (монография) /Под ред. Новикова Ф.В., Якимова А.В. - Одесса, 2003. - 545 с.

3. Фадеев В.А. Синтез технологических систем механической обработки (Монография). - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2007. - 192 с.

4. Фадеев В.А. Рельеф алмазного шлифовального круга //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 1997. - Вып. 51. - С. 229-233.

5. Беззубенко Н.В., Фадеев В.А., Гуцаленко Ю.Г. О многоуровневом электроэнергетическом воздействии в зоне алмазно-искрового шлифования //Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сборник научных трудов ХГПУ. - Харьков: ХГПУ, 1998. - Вып. 6. - С.224-226.

6. Фадеев В.А., Набока Е.В. Комбинированное алмазно-искровое шлифование с наложением ультразвука //Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: ХГПУ. - 1998. - С. 288-291.

7. Фадеев В.А. Повышение эффективности внутреннего алмазно-искрового шлифования твердых сплавов //Вестник Инженерной Академии Украины. - Харьков. -2000. - С. 25-28.

8. Фадеев В.А. Научный подход к выбору оптимальных способов и условий финишной обработки агрегатов авиационной техники //Авиационно-космическая техника и технология. Труды Государственного аэрокосмического университета им. Жуковского "ХАИ". - Харьков. - 2000 Вып. 14. - С. 36-40.

9. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Теоретический анализ процесса стабилизации режущего рельефа алмазного круга //Вестник Инженерной Академии Украины. - Киев. - 2001. - № 3. - С. 562-568.

10. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Режущая способность алмазных кругов при внутреннем шлифовании твердосплавных изделий //Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2002. - С. 277-281.

11. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Управление упругими перемещениями при финишной обработке //Вісник Національного техніческого університета «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ». - 2002. - № 19. - С. 153-159.

12. Фадеев В.А. Проблемы повышения эффективности механической обработки деталей авиационной техники на финишных операциях //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2002. - Вып. 63. - С. 180-183.

13. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Функциональные связи производительности обработки и величины упругого перемещения при шлифовании //Вестник Харьковского государственного технического университета сельского хозяйства. - Харьков: ХГТУСХ. - 2002. - Вып. 10. - С. 88-94.

14. Фадеев В.А., Кучеренко Е.И. Прикладные аспекты интеллектуализации производств машиностроения //Автоматизированные системы управления и приборы автоматики - Харьков. - 2002. - Вып. 120. - С. 123-127.

15. Фадеев В.А. Повышение эффективности финишной механической обработки //Технологические системы - 2003. - № 1(17). - С. 25-27.

16. Фадеев В.А. Теоретическое обоснование взаимосвязи точности, шероховатости и производительности при механической обработке //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. - Краматорськ: ДДМА. - Вип. 14. - 2003. - С. 134-140.

17. Фадеев В.А. Условия эффективного использования упругих свойств технологической системы при финишной механической обработке агрегатов авиационной техники //Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2003. - Вып. 1. - С. 277-281.

18. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Математическая модель погрешности обработки при шлифовании по жесткой схеме //Вестник Харьковского государственного технического университета сельского хозяйства. - Харьков: ХГТУСХ. - 2003. - Вып. 18. - С. 15-21.

19. Фадеев В.А. О балансе перемещений в технологической системе при механической обработке //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2003. - Вып. 65. - С. 166-174.

20. Фадеев В.А. Математическое моделирование процесса формирования параметров точности и шероховатости при финишной обработке //Вестник Инженерной Академии Украины. - Киев. - 2004. - № 4. - С. 183-189.

21. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Упрощенный расчет и анализ параметров точности механической обработки //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2004. - Вып. 67. - С. 9-18.

22. Фадеев В.А., Кучеренко Е.И. Об автоматизации процессов принятия решений в производственных системах машиностроительного предприятия //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2004. - Вып. 67. - С. 187-195.

23. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Физическая сущность формирования шероховатости и точности поверхности при алмазно-абразивной обработке //Вестник Харьковского государственного технического университета сельского хозяйства. - Харьков: ХГТУСХ. - 2004. - Вып. 26. - С. 16-21.

24. Фадеев В.А., Кучеренко Е.И., Бодянский Е.В. Об интеллектуальных технологиях в задачах компьютерной диагностики высокоавтоматизированных производств // Вопросы проектирования и производства летательных аппаратов - Харьков: ХАИ. - 2004. - Вып. 37. - С. 49-59.

25. Фадеев В.А., Кучеренко Е.И., Удовенко С.Г. Принятие решений в задачах автоматизации проектирования сложных объектов // Вопросы проектирования и производства летательных аппаратов - Харьков: ХАИ. - 2004. - Вып. 39. - С. 11-20.

26. Фадеев В.А., Новиков Ф.В. Повышение эффективности финишной абразивной обработки //Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2005. - Вып. 1. - С. 22-28.

27. Фадеев В.А., Набока Е.В. Условия снижения температуры резания при глубинном алмазном шлифовании //Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2006. - Вып. 1. - С. 513-517.

28. Фадеев В.А., Тимофеев Ю.В., Степанов М.С. Применение р-теоремы для оценки энергетических параметров процесса обработки //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2006. - Вып. 71. - С. 129-132.

29. Фадеев В.А., Тимофеев Ю.В., Степанов М.С. Сравнительный анализ энергопотребления при механической обработке //Вісник Національного техніческого університета «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ». - 2006. - № 11. - С. 111-122.

30. Фадеев В.А., Тимофеев Ю.В., Степанов М.С. Энергетические критерии процесса обработки //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2007. - Вып. 72. - С. 14-18.

31. Фадеев В.А., Тимофеев Ю.В., Степанов М.С. Сравнительный анализ энергии резания при использовании различных схем шлифования //Вісник Національного техніческого університета «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ». - 2007. - № 12. - С. 81-86.

32. Фадеев В.А., Набока Е.В. Наследственность при управлении качеством технологических процессов //Вестник Харьковского государственного технического университета сельского хозяйства. - Харьков: ХГТУСХ. - 2007. - Вып. 61. - С. 217-221.

33. Фадеев В.А., Лосев А.В. Отделочно-зачистные технологии в производстве летательных аппаратов и в машиностроении //Авиационно-космическая техника и технология. Труды Государственного аэрокосмического университета им. Жуковского "ХАИ". - Харьков. - 2007. - Вып. 4. - С. 6-12.

34. Фадеев В.А., Тимофеев Ю.В., Степанов М.С. Оценка технологического процесса механической обработки при помощи критериев подобия //Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2007. - Вып. 2. - С. 219-223.

35. Фадеев В.А., Тимофеев Ю.В., Степанов М.С. Проблемы и тенденции развития современного точного машиностроения //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2007. - Вып. 73. - С. 311-316.

36. Фадеев В.А., Тимофеев Ю.В., Пермяков А.А. Методология технологического прогнозирования в точном машиностроении //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2008. - Вып. 74. - С. 212-218.

37. Фадеев В.А., Набока Е.В. Анализ процесса управления параметрами качества // Вісник Національного техніческого університета «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ». - 2008. - № 4. - С. 58-63.

Размещено на Allbest.ru