Развитие технологии машиностроения. Ix. направления развития технологии машиностроения в xxi веке Основные направления развития технологии машиностроения

Термин «Технология » (от греч. techne - искусство, мастерство, умение) означает совокупность методов обработки, изготовления, изменение состояния, свойств, формы, сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. Задачей технологии как науки является выявление физических, химических, механических и других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.

Термин «процесс » (от лат. procesius - продвижение) означает действие, направленное на достижение результата. В нашем случае имеются в виду достижения результата в машиностроительной промышленности.

Машиностроение - комплекс отраслей промышленности, изготовляющих орудия труда для народного хозяйства, транспортные средства, а также предметы потребления и оборонную продукцию. Машиностроение является материальной основой технического перевооружения всего народного хозяйства нашей страны.

Задачами технологии машиностроения остаются снижение себестоимости и повышение производительности обработки при высоком качестве изделий. Причем технологический процесс должен строиться с учетом автоматического саморегулирования, поскольку с автоматизацией технологических процессов человек должен быть отстранен не только от непосредственного осуществления, но и от управления производственным процессом изготовления изделий. Эти функции передаются ЭВМ, а человеку остается только следить за их работой. Но для этого необходимо всесторонне изучить все связи и закономерности процесса изготовления изделия.

Понятие «технология» применимо практически ко всем отраслям народного хозяйства, в которых можно выделить не только способы, методы приема труда, но и установить, что собой представляют средства и предметы труда, как их лучше использовать и легче установить между ними взаимосвязи.

Необходимость разработки новых технологий особенно остро ощущается в тех производствах, где старые методы во многом уже исчерпали себя, и совершенствование традиционных методов не может существенно улучшить экономические показатели. Создание новых технологий обусловливается также ограниченностью трудовых и топливно-сырьевых ресурсов. Новые технологии должны обеспечивать снижение затрат на единицу конечной продукции, причем чем ограниченнее ресурсы, тем в большей мере совершенствование технологии должно быть направлено на их экономию.

В последние годы происходит постепенный переход от традиционных технологических методов обработки к более прогрессивным физическим, химическим и биологическим методам. Совокупность методов и приемов изготовления машин, выработанных в течение длительного времени и используемых в определенной области производства, составляет технологию этой области. В связи с этим появились понятия: технология литья, обработки давлением, сварки, механической обработки, сборки и др.

Однако под технологией машиностроения принято понимать научную дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки деталей и сборки машин, которая также затрагивает вопросы выбора заготовок, методы их изготовления и т. д.

Сложность процесса и физической природы явлений, связанных с механической обработкой, вызывает трудность изучения всего комплекса вопросов в пределах одной технологической дисциплины и обусловливает образование нескольких специализированных дисциплин. Таких как учение о резании металлов, проектирование и расчет металлорежущего оборудования, инструмента и т. д. Вопросы, характерные для технологии специализированных отраслей машиностроения, изучают специальные дисциплины, например, такие как: технология автотракторостроения, технология двигателестроения, технология станкостроения, технология дорожного и строительного машиностроения, технология инструментального производства и др.

В курсе «Технологии машиностроения» изучают, в частности, вопросы взаимодействия станка, приспособления, режущего инструмента и обрабатываемой заготовки, пути построения наиболее рациональных, т. е. наиболее производительных и экономичных технологических процессов обработки деталей машин, включая выбор оборудования и технологической оснастки, пути и методы рационального построения технологических процессов сборки машин. Таким образом, научная дисциплина изучает основы и методы производства машин, которые используют в различных отраслях машиностроения.

В процессе изучения механической обработки деталей возникает множество вопросов, связанных с необходимостью выполнения заданных технологических требований, с эксплуатацией сложного оборудования, режущего и измерительного инструмента, оснастки и др. Эти обстоятельства объясняют необходимость прямой взаимосвязи «Технологии машиностроения» с другими науками.

Технология машиностроения тесно связана со всеми фундаментальными, прикладными науками и с производством, поэтому необходимо использовать весь арсенал научных и практических данных, которые имеются в нашем распоряжении на сегодняшний день. Научно-технический процесс позволяет решать не только технологические, но и экономические, а также социальные задачи. К экономическим задачам, в первую очередь, относятся экономия всех видов ресурсов (материалов, топлива, энергии, труда) и снижение себестоимости продукции; к социальным задачам - повышение доли творческого труда в общем его объеме. Как экономические, так и социальные задачи решают путем разработки и внедрения новых технологий.

В настоящее время возрастает роль научно-технического прогресса в технологии. Своеобразие нынешнего этапа состоит в том, что нужно одновременно проводить трудо-, фондо- и материалосберегающую политику. Это возможно только при переходе к новым технологиям, при которых одновременно обеспечивается рост производительности труда, повышение фондоотдачи и сокращение материалоемкости, в частности за счет применения более эффективного инструмента, расширения использования методов горячего и холодного объемного деформирования, сварки, штамповки, поверхностного упрочнения деталей, порошковой металлургии и др. Принципиально изменяет технологию металлообработки внедрение станков с числовым программным управлением, обрабатывающих центров и гибких автоматизированных производств. Органической частью технологического оборудования для обработки металлов и конструкционных материалов все чаще становятся управляющие ЭВМ.

В машиностроении увеличиваются объемы применения в машинах и приборах деталей, изготовленных методом порошковой металлургии. Все большую роль в производстве играют лазерный луч, магнитное поле, ультразвук и другие способы воздействия на материал изделия. С помощью лазерной технологии с большой производительностью и точностью можно обрабатывать различные по химическому составу и твердости материалы. На станках с программным управлением, в которых роль традиционного резца выполняет электрическая искра, можно обрабатывать детали любой конфигурации, при этом не нужны слесарно-доводочные операции.

Внедрение новых технологий в производство приводит к революционным изменениям в экономике страны. Поэтому технология машиностроения становится ключевой составляющей научно-технического прогресса. Развитие технологии любого производства основывается на комплексной механизации и автоматизации, обеспечивающих рост производительности труда и снижение себестоимости продукции. Основными направлениями развития технологии в машиностроении являются:

Создание принципиально новых технологических процессов изготовления деталей, узлов и агрегатов, обеспечивающих экономию различных видов ресурсов (материальных, энергетических, трудовых и финансовых);

Комплексная автоматизация и механизация производства на основе разработки и освоения новых видов высокопроизводительного технологического оборудования;

Совершенствование систем управления технологическими процессами на основе программно-целевого метода.

Повышение требований к качеству и технологичности продукции обусловливает необходимость изменения парка технологического оборудования.

Важнейшим критерием эффективности технологии являются минимальные затраты времени и материальных ресурсов при заданном качестве продукции. Решению этой задачи способствует информационная технология, являющаяся техническим средством, которое позволяет извлекать новые знания из растущего информационного потока в области технологии машиностроения. Информационная технология - методы, системы и средства, используемые для хранения и обработки информации с помощью компьютера. Ни одну крупную проблему нельзя решить без переработки значительного объема информации. Информационными ресурсами являются библиотеки, банки данных и знания каждого отдельного специалиста. В настоящее время в мире создано около 3500 баз данных, к которым разрешен диалоговый доступ. В них хранится примерно 150 млн документов. Базы данных связаны между собой и с миллионами пользователей. Они постоянно расширяются и обновляются. В целом ежегодный мировой информационный поток составляет примерно 10 млн названий, что в пересчете на одного специалиста составляет 1500 страниц в день. Проанализировать такой объем информации очень сложно даже с применением ЭВМ. Так как информацию можно хранить, перерабатывать и передавать, то должны быть носитель, передатчик и получатель информации. Часто употребляют термин «данные», но он не является синонимом информации. Данные - это величины, факты, т. е. они являются сырьем для создания информации, полученной в результате обработки данных.

Информация - процесс обучения и анализа данных, которые человек превращает в знания.

Человек отбирает ценную для себя информацию. Проблема определения ценности информации в настоящее время является наиболее актуальной. Значимость информации часто оценивается специалистом интуитивно, на основании собственного интеллекта, опыта и полученных данных. Компьютер стал основным источником информации, поэтому необходимо уделять внимание совершенствованию форм и методов работы с информационными технологиями, при этом следует учитывать, что компьютер решает скорее расчетную информационную, нежели интеллектуальную задачу.

Цель заставляет человека думать, а информационная технология позволяет значительно сократить затраты труда на информационный поиск и способствует более правильному принятию специалистом окончательного решения.

Технология машиностроения в той или иной степени использует достижения науки и техники и развивается вместе с ними. Отсюда технология машиностроения определяется как отрасль науки, занимающаяся изучением связей и закономерностей процесса изготовления машин, задачами которой являются: повышение качества, снижение себестоимости изделий и повышение производительности труда на базе достижений науки и техники. При этом конечной целью развития технологии машиностроения является автоматическое саморегулирование процессов изготовления изделий автоматически, без участия человека. Для решения этой задачи необходимо досконально знать все технологические процессы изготовления машин и уметь управлять ими.

2. Основные понятия и положения

Технология машиностроения как наука прошла в своем развитии через несколько этапов.

Первый этап , охватывающий период XIX -начало XX в., был ознаменован первыми работами по обобщению накопленного производственного опыта в области металлообработки. Это киига И. А. Двигубского «Начальные основания технологии как краткое описание работ на заводах и фабриках производимых», труд И. А. Тиме «Основы машиностроения» (1885), трехтомник А.П.Гаврилен- ко «Технология металлов» (1861), обобщающий опыт развития технологии металлообработки (долгие годы был основным курсом, используя который, училось несколько поколений русских инженеров).

Второй этап , совпадающий с завершением периода восстановления и началом реконструкции промышленности России (до 1930 г.), характеризуется накоплением отечественного и зарубежного опыта производства машин. В технических журналах, каталогах и брошюрах этого времени публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования, оснастки и инструментов. Издаются первые руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны.

Третий этап относится к периоду 1930 - 1991 гт. и определяется продолжением накопления, обобщения и систематизации производственного опыта, началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов и формированием технологии машиностроения как науки в связи с опубликованием в 1933 - 1935 гг. первых систематизированных научных трудов ученых А.П.Соколовского, А И. Каширина, В. М. Кована и АБ.Яхина.

На этом этапе русскими учеными и инженерами были разработаны основополагающие принципы построения технологических процессов и заложены основные теоретические положения технологии машиностроения:

типизация технологических процессов (А.П.Соколовский, М.С.Красильщиков, Ф.С Демьянюк и др.);

теория базирования заготовок при обработке, измерении и сборке (А.П.Соколовский, А.П.Знаменский, А.И.Каширин, В. М. Кован, А.Б.Яхин и др.);

методы расчета припусков на обработку (В. М. Кован, А. П. Соколовский, Б.С.Балакшин, А.И.Каширин и др.);

жесткость технологической системы (К. В. Вотинов, А П. Соколовский);

расчетно-аналитический метод определения первичных погрешностей обработки заготовок (А П. Соколовский, Б. С. Балакшин, В.С.Корсаков, А.Б.Яхин и др.);

методы исследования точности обработки на станках с применением математической статистики и теории вероятностей (АА.Зыков, А.Б.Яхин).

Четвертый этап , охватывающий годы Великой Отечественной войны и послевоенного развития (1941 - 1970), - период наиболее интенсивного развития технологии машиностроения, разработки новых технологических идей и формирования научных основ технологической науки. Глубокому научному анализу, теоретической проработке и практической проверке подверглись принципы дифференциации и концентрации операций, методов поточного производства в условиях серийного и крупносерийного изготовления военной техники, методы скоростной обработки металлов, применение переналаживаемой технологической оснастки и ряд других технических новинок.

В эти годы формируется современная теория точности обработки заготовок и подробно разрабатывается расчетно-аналитический метод определения погрешностей обработки и их суммирования; совершенствуются методы математической статистики для анализа точности процессов механической обработки и сборки, работы оборудования и инструмента (Н.А.Бородачев, А.И.Яхин и др.). Начаты работы по анализу микрорельефа обработанной поверхности при использовании абразивного инструмента (Ю. В.Линник, И.В.Дунин-Барковский и др.). Получили дальнейшее развитие работы по созданию ученья о жесткости технологической системы и ее влиянии на точность и производительность механической обработки с широким внедрением методов расчета жесткости в конструкторские и технологические расчеты при проектировании станков и инструментов.

В это время проводятся теоретические и экспериментальные исследования качества обработанной поверхности (наклепа, шероховатости, остаточных напряжений) и их влияния на эксплуатационные свойства деталей машин (П. Е. Дьяченко, А. И. Исаев, А.Н.Каширин, И.В.Крачельский, А.А.Маталин, А.В.Под- зей, Э. В. Рыжов, А. М. Сулима и др.). Формируется новое научное направление - изучение технологической наследственности (А.М.Дальский, А. А.Маталин, П. И.Яшерицын).

Большое внимание в этот период стало обращаться на проблему организации поточных и автоматизированных технологических процессов обработки заготовок в серийном и массовом производстве. Групповой метод технологии и организации производства был разработан и внедрен в производство С.П.Митрофановым; В. В. Бойцовым и Ф.С. Демьянюком созданы теоретические основы поточно-автоматизированного производства на базе типизации технологических процессов и классификации обрабатываемых деталей; подробно разрабатывается построение структур технологических операций (В.М.Кован, В.С.Корсаков, Д. В.Чарнко).

Путем обобщения и систематизации материалов по технологии сборки В. С. Корсаковым и М. П.Новиковым разрабатываются научные основы сборки деталей. В производстве начинают находить широкое применение методы объемной и чистовой обработки пластическим деформированием, электрофизической и электрохимической обработки.

Пятый этап (с 1970 г. по настоящее время) характеризуется широким использованием достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических и практических задач технологии машиностроения. В качестве теоретической основы ее новых направлений или аппарата для решения практических технологических вопросов принимаются различные разделы математической науки (теория графов, множеств и т.д.), теоретической механики, физики, химии, теории пластичности, металловедения, кристаллографии и многих других наук. Это существенно повышает общий теоретический уровень технологии машиностроения и ее практические возможности.

В практике машиностроения имеют место широкое применение вычислительной техники при проектировании технологических процессов и моделировании процессов механической обработки; автоматизация программирования процессов обработки на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).

Большое внимание в 1990-е гг. уделялось вопросам рационального использования робототехники при автоматизации технологических процессов и создании гибких автоматизированных производственных систем на основе использования ЭВМ, автоматизации межоперационного транспортирования и накопления деталей, активного и пассивного контроля деталей на поточно-автоматизированных линиях.

Бурное развитие машиностроения и научно-исследовательских работ в последние десятилетия привело к созданию новых специализированных дисциплин: «Технология автомобилестроения», «Технология автотракторостроения», «Технология станкостроения» и др. Дальнейшая работа по формированию «Технологии машиностроения» как науки привела к делению дисциплины на два самостоятельных курса: «Основы технологии машиностроения» и «Специальная часть технологии машиностроения». В первом курсе излагаются вопросы, общие для всех отраслей машиностроения, во втором - вопросы, специфические для данной отрасли машиностроения, касающиеся главным образом обработки основных заготовок деталей и сборки машин.

Совершенствование современного машиностроительного производства тесно связано с развитием технологии как науки. Велика роль технологии в интенсификации производства, повышении его рентабельности, улучшении качества выпускаемой продукции. Развитие и внедрение прогрессивных технологий характеризуется быстрой окупаемостью. Можно выделить следующие направления развития технологии на современном этапе:

1. Разработка научных основ технологии машиностроения (ТМ).

2. Разработка теории и методик построения высокопроизводительных операций и процессов обработки и сборки.

3. Разработка и внедрение методов малоотходной, малоэнергоёмкой и упрочняющей технологии.

4. Технологическое обеспечение надежности изделий.

5. Повышение уровня технологичности конструкции изделия.

6. Автоматизация и механизация механо-сборочного производства (использование промышленных роботов, роторных и конвеерных линий, станков с ЧПУ и т.д.).

7. Разработка методов типизации ТП, групповой обработки и сборки.

8. Совершенствование технологической оснастки, автоматизация сборки.

9. Применение методов автоматизированного проектирования технологических процессов обработки и сборки.

10. Разработка САПР ТМ.

Большой удельный вес машиностроения среди других отраслей промышленности делает его значимым в масштабе народного хозяйства страны. В условиях гибкого рыночно ориентированного производства проблема совершенствования машиностроения, повышения его эффективности приобретает первостепенное значение. Решение этой проблемы должно осуществляться на всех этапах производственного процесса изготовления изделия с целью повышения производительности труда, качества изделий, снижения их материалоемкости, внедрения ресурсосберегающих технологий и др.

4.1 Снижение металлоемкости и повышение коэффициента

использования материала изделий

Снижение металлоемкости изделий может быть достигнуто уменьшением запасов прочности деталей путем оптимизации конструкции с использованием вычислительной техники, повышением прочности и износостойкости материала деталей.

Более 40 % массы всех машин мира приходится на чугунные детали и узлы. Высокая износостойкость, циклическая вязкость, теплоустойчивость, технологичность литья и механической обработки, и другие физико-механические свойства часто делают чугун незаменимым материалом в машиностроении. И в будущем будут создаваться новые виды чугунов, легированных хромом, никелем, медью, титаном, молибденом и другими элементами, которые значительно повышают физико-механические свойства чугуна.

Будут создаваться новые высокопрочные стали, например, безуглеродистые, мартенситностареющие стали, легированные титаном, алюминием, хромом, кобальтом, молибденом и другими элементами, жаропрочные аустенитные стали и др. Новые стали должны быть технологичны. Для повышения качества сталей получит более широкое применение в металлургии вакуумирование при выплавке, вакуумно-дуговая и электронно-лучевая плавка, электрошлаковое литье и другие прогрессивные металлургические процессы. Будет улучшаться также качество проката и расширяться сортамент профильного проката с нестабильностью по обрабатываемости до 5 %.

Широкое применение в машиностроении получат композиционные материалы, которые представляют собой сочетание высокопрочных волокон из углерода, бора, стекла, вольфрама и других металлов и сплавов с материалом матрицы (смола, алюминий, титан, жаропрочные сплавы и др.)

Представителем композиционных материалов является стеклотекстолит, который применяется в электротехнической промышленности. Композиционный материал, получаемый прессованием в вакууме бористого волокна в алюминиевой матрице, используемый в самолето- и автомобилестроении снижает вес на 25…40 % и расход горючего на 20…30 %. В ракетостроении используются композиционные материалы, обладающие высокой прочностью, виброустойчивостью и теплостойкостью.

В конструкционных материалах машиностроения доля использования черных металлов будет сокращаться за счет увеличения использования неметаллических материалов, что позволит снизить металлоемкость машин, уменьшить энергозатраты на их производство и повысить срок службы. В передовых индустриальных странах (США, Япония и др.) доля неметаллических материалов в машинах составляет 20…25 %. В Японии изготовлен автомобильный двигатель внутреннего сгорания из керамических деталей.

Для снижения стоимости машин необходимо рациональное использование материалов, т.е. повышение коэффициента использования материала (КИМ). Повышение КИМ достигается максимально возможным приближением формы и размеров заготовки к форме и размерам окончательно обработанной детали. Желательно использовать более точные заготовки, но при этом необходимо учитывать технологичность их получения и экономическую целесообразность.

В будущем будет расширяться производство таких литых заготовок: литье в кокиль, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям, литье по растворяемым и газифицируемым моделям и др. Эти методы обеспечивают получение заготовок с точностью 12…11-й квалитет и шероховатостью поверхностей R a = 2,5…1,25 мкм. У таких заготовок обрабатываются на металлорежущих станках только посадочные поверхности.

Будут совершенствоваться способы получения рациональных заготовок давлением: штамповка с калибровкой на ГКМ, холодная высадка на автоматах, прокатка на поперечно-винтовых и специальных станах, получение малогабаритных заготовок на деталепрокатных станах непосредственно на машиностроительном заводе, прокатка периодических профилей, штамповка выдавливанием как в горячем, так и в холодном состоянии материала заготовок и другие способы.

Холодной объемной штамповке принадлежит будущее, так как этим способом получаются заготовки с высокими физико-механическими свойствами благодаря холодному течению материала в штампе. Точность размеров соответствует 11-му…12-му квалитету, шероховатость поверхностей Ra = 2,5…5 мкм.

Будет увеличиваться производство заготовок комбинированными методами для изготовления крупных и сложных корпусов паровых турбин низкого давления, редукторов, станин крупных прессов, станков и др. Такие заготовки разделяют на отдельные простые элементы, которые отливают, штампуют, вырезают газовой резкой или другими методами, обрабатывают по сопрягаемым поверхностям и соединяют сваркой в одну крупную и сложную заготовку. Иногда предварительно обработанные резанием заготовки устанавливают в форму и заливают раствором металла, получая заготовки средних размеров. Это позволяет изготавливать отдельные элементы конструкции из материалов с заданными свойствами. Применение литосварных, штампосварных, предварительно обработанных элементов и залитых в одной форме заготовок позволяет снизить трудоемкость механической обработки на 20…40 % и уменьшить расход металла на 30 %.

Получит дальнейшее развитие порошковая металлургия для изготовления заготовок различных составов со специальными свойствами. Технология получения заготовок этим методом включает следующие основные этапы: подготовку порошков исходных материалов (распыление жидких расплавов в инертной среде аргона с последующим остыванием), прессование заготовки из подготовленной шихты в пресс-формах; термическую обработку, обеспечивающую окончательные физико-механические свойства материала. При необходимости для уменьшения пористости детали, изготовленные из порошков, пропитывают медью.

Достоинством порошковой металлургии является возможность изготовления заготовок из тугоплавких материалов, псевдосплавов (медь-вольфрам, железо-графит), пористых материалов для подшипников скольжения. Метод порошковой металлургии позволяет изготовить заготовки, требующие только отделочной механической обработки. Так, зубчатое колесо сателлита редуктора автомобиля, полученное порошковой металлургией, обеспечивает зубчатое зацепление по 7-й степени точности и посадочный внутренний диаметр по 7-му квалитету. Быстрорежущие стали, полученные из порошков, мелкозернистые, не имеют карбидной ликвации, их стойкость при резании повышается в 1,5…2 раза.

Выбор оптимального варианта изготовления исходной заготовки целесообразно выполнять на ЭВМ на основе системного анализа и критериев по массе заготовки, трудоемкости, себестоимости, комплексным и другим критериям, характеризующим весь производственный цикл изготовления детали.

4.2 Интенсификация процессов резания материалов

Создание современной конкурентоспособной машиностроительной продукции требует широкого применения новых наукоемких технологий механической и физико-технической обработки материалов, обеспечивающих многократное повышение производительности труда, качества, точности и экономичности изготовления деталей и машин.

На долю процесса механической обработки приходится свыше 40 % общей трудоемкости изготовления машин, 80 % деталей машин подвергаются механической обработке. В общей структуре оборудования металлорежущие станки составляют 98 % (78 % – для лезвийной и 20 % – для абразивной обработки) и только 2 % – для электрохимической, электрофизической, ультразвуковой обработки и их комбинаций.

По мере совершенствования машин объем механической обработки будет увеличиваться – таков прогноз Международной организации технологов-машиностроителей. При этом основное внимание будет уделяться финишной механической обработке.

Основные направления интенсификации процессов резания:

• 
  создание новых способов обработки с минимальной асимметрией нагрузок и усилий резания;
• 
  создание новых систем адаптивного управления процессом резания;
• 
  повышение скорости резания;
• 
  оптимизация режимов обработки;
• 
  форсирование режимов резания за счет применения новых инструментальных материалов;
• 
  резание с введением дополнительной энергии в зону обработки;
• 
  создание новых смазочно-охлаждающих технологических средств и др.

Будет возрастать доля сверхскоростного резания, позволяющее повысить скорость и подачу в несколько раз, например, при фрезеровании достигнуты скорость резания 100 м/с и подача 1400 мм/мин. Как известно, с увеличением скорости резания уменьшается коэффициент трения на передней грани поверхности инструмента, что способствует уменьшению напряжения резания и дополнительному увеличению производительности, уменьшению количества тепла, уходящего в обрабатываемую деталь.

Для сверхскоростного резания будут создаваться станки, работающие со скоростями резания порядка 10000 м/мин. Для высокоскоростного шлифования уже освоено производство шлифовальных станков, работающих со скоростью шлифования 300 м/с; проектируются станки для шлифования со скоростью 600 м/с. Повышение скорости резания при токарной обработке может быть достигнуто за счет дополнительного вращения резца.

Станки для высокоскоростного резания должны обладать высокой жесткостью и точностью, быстровращающиеся шпиндели балансируются с высокой точностью и располагаются при вращении на магнитных, гидравлических и газовых опорах. Подвижные каретки и салазки, с целью облегчения, изготавливают из титана и композиционных материалов, что позволяет получить подачи до 25 м/мин и более.

Будут создаваться новые модификации инструментальных материалов – титано-танталовые, высококобальтовые, безвольфрамовые, минералокерамические, дисперсионные твердые сплавы и др. Для повышения стойкости режущих инструментов широко будет использоваться покрытие рабочих поверхностей нитридом титана, окисью алюминия, алмазом, кубическим нитридом бора.

Перспективно создание принципиально новых композиционных материалов инструментального назначения. Эффективно использование сверхтвердых материалов (СТМ) - монокристаллов алмаза и композитов на основе алмаза и плотных модификаций нитрида бора. По прогнозам будет ежегодное увеличение потребления алмазов на 7…8 %, а кубического нитрида бора - до 15 %.

Сверхтвердые материалы на основе сверхтвердых модификаций нитрида бора, несколько уступая алмазу по твердости, характеризуются высокой термостойкостью, достигающей 1500єС, высоким сопротивлением термическим ударам и циклическим нагрузкам, а так же слабым химическим взаимодействием с железом. Наиболее эффективно применение лезвийного инструмента из нитрида бора при обработке, вместо шлифования, закаленных сталей с твердостью HRC  55, чугунов различной твердости, наплавленных высокопрочных материалов, труднообрабатываемых высоколегированных сталей и сплавов. Резцы из Гексанита–Р (разновидность КНБ) обладают высокой стойкостью и работоспособностью при обработке полигонных (многогранных) поверхностей.

Будут использованы новые принципы модификации материала поверхностного слоя инструмента с улучшением его свойств (твердость, теплостойкость, адгезия к обрабатываемым материалам, коррозионная стойкость, устойчивость против окисления при высоких температурах, прочность при высоких механических и термических нагрузках и т.д.). Например, комбинация ионно-плазменного синтеза с лазерными технологиями и ионной имплантацией позволяет повысить эффективность поверхностных слоев инструмента.

Будут создаваться новые инструменты более совершенные по конструкции и оснащенные инструментальным материалом, обладающим более высокими свойствами (высокая износостойкость, режущая способность, теплостойкость, низкий коэффициент трения и адгезионная способность к обрабатываемому материалу).

Так, для финишной обработки используется полимер-абразивные круги , у которых между двумя металлическими дисками находятся полимер-абразивные эластичные волокна. Такие круги могут быть использованы для полирования, как простых, так и фасонных поверхностей.

Лепестковое шлифование эластичным инструментом используется для финишной обработки фасонных и напыленных поверхностей. Обработка отверстий «флекс-хоном» позволяет обрабатывать не только одноступенчатые цилиндрические отверстия, а и ступенчатые цилиндрические, конические, эллиптические, отверстия с перегибами.

Будет расширяться обработка поверхностно-пластическим деформированием (ППД), особенно алмазное выглаживание, ввиду использования простых рабочих инструментов и оборудования. После обработки ППД снижается шероховатость, повышается твердость и износостойкость поверхности, в поверхностном слое создаются напряжения сжатия- все эти факторы повышают эксплуатационную надежность деталей.

Для интенсификации процессов резания будут более широко использоваться такие методы обработки, как ротационное резание при точении, фрезеровании, растачивании; тангенциальное точение позволяет производить обработку даже без применения смазочно-охлаждающих средств с подачей и скоростью в 3…5 раз больше традиционных методов. Прерывистое шлифование позволяет повысить качество поверхности и производительность обработки.

При обработке труднообрабатываемых материалов и в будущем для более производительного резания будет вводиться дополнительное воздействие для разупрочнения поверхностного слоя: опережающее перед резанием пластическое деформирование твердосплавным роликом; тепловое воздействие на зону резания электроконтактным, инфракрасным, плазменным нагревом; низкотемпературное охлаждение воздухом, газом, эмульсией.

Значительно повышается производительность обработки резанием при наложении на инструмент или заготовку механических, гидравлических или ультразвуковых вибраций. Например, применение метода вибрационного алмазного шлифования прецессирующим (гироскопически стабилизирующим) кругом позволяет получить производительность обработки 5000…6000 мм 3 /мин, что в 2…3 раза выше по сравнению с достигнутой при традиционном шлифовании .

В последние годы существенно расширилась номенклатура смазочных материалов. Более широкое применение при обработке резанием получили масляные СОЖ (МР1…МР5), эмульсолы на основе минеральных масел (Укринол, Аквол), графит, дисульфид молибдена и др. Будет расширяться номенклатура присадок и добавок к маслам, которые не только уменьшают коэффициент трения, но также способствуют восстановлению изношенной поверхности инструмента за счет эффекта избирательного переноса. Такие вещества получили название ревитализаторов, которые могут быть добавлены к любому виду масла. Антифрикционные добавки позволяют уменьшить коэффициент трения с 0,08 до 0,02.

И в будущем будут создаваться новые смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) с более активным действием в зоне резания по всем параметрам функционального назначения (смазывающее, смачивающее, охлаждающее, моющее, режущее и диспергирующее действия). При использовании СОТС следует учитывать, что интенсивное охлаждение поверхности детали при резании приводит, как правило, к образованию внутренних напряжений растяжения, что ухудшает эксплуатационные свойства детали.

Опыт машиностроительных заводов показывает, что рациональное применение СОТС позволяет в 1,5…3 раза повысить стойкость инструмента, на 20…50 % форсировать режимы резания, на 10…40 % повысить производительность труда, уменьшить энергозатраты при механической обработке.

4.3 Повышение точности и эксплуатационной надежности

изделий

В последний период прошлого века каждое десятилетие точность изделий машиностроения повышалась на один класс по ISO, а шероховатость поверхностей снижалась до 0,001 мкм. По мере совершенствования машин требования по точности и эксплуатационной надежности будут повышаться и будет осуществляться переход от микрометрического к нанометрическому диапазону точности.

В зависимости от предельно достижимой точности все рабочие технологические процессы можно разделить на 3 группы: обычные-с точностью до5 мкм; точные (прецизионные) – с точностью от 10 мкм до 0,5 мкм; чрезвычайно точные (ультра-прецизионные) – с точностью от 1 мкм до 0,05 мкм.

Высокие точности изделий обеспечиваются не только в машиностроении, а и в других отраслях промышленности. Так, маска экрана цветного телевизора, изготовленная из ленты ст. 08Ю толщиной 0,15 ± 0,003 мм, имеет 0,5 млн. отверстий диаметром 0,36 мм с точностью расстояния между центрами 10 мкм.

Для конденсаторов и прокладок в магнитных головках для малогабаритных радио- и звукозаписывающей аппаратуры используют фольгу из алюминия, тантала, берилиевой бронзы толщиной 1…3 мкм. При изготовлении таких лент предъявляются высокие требования к исходному материалу, оборудованию. Изготовление таких лент осуществляется на 20-ти валковых станах высокой жесткости и точности. Контроль толщины таких лент осуществляется просвечиванием или?-радиографами. Стоимость тончайших лент по массе в 20 раз дороже золота. Особенно высокие требования по точности предъявляются к изделиям космической техники.

Для изготовления деталей высокой точности необходимо выбрать наиболее рациональный метод обработки поверхностей, т.е. рабочий процесс. В качестве основных условий реализации рабочих процессов выступают прецизионность оборудования, инструмента, оснастки, системы диагностики и контроля. Все это происходит в рамках основных направлений развития технологии размерной обработки, прежде всего создания новых рабочих процессов, средств технологического обеспечения, новых форм построения технологических процессов. Результаты развития каждого из этих направлений в сочетании с новейшими достижениями науки и смежных областей техники являются естественными истоками высоких технологий.

С повышением точности начали изменяться и сами принципы образования поверхностей изделий – от разделения объемов заготовки (деталь-стружка) до формообразования наращиванием, прибавлением (Rapid Prototyping, имплантация, покрытия).

В таблице 4.1. указанны основные способы обработки и их достижимая точность .

Таблица 4.1 – Достижимая точность и способы обработки

Рабочие процессы, связанные с механической обработкой точных изделий, базируются на чрезвычайно высокой точности характеристик перемещений рабочих органов станка и геометрии инструмента. Металлорежущие станки, все технологическое оборудование и измерительная аппаратура включаются в единую систему управления замкнутым циклом, что в совокупности обеспечивает достижение требуемой точности, скорости и управления циклом позиционирования в системе инструмент-заготовка. При этом элементы оборудования, например, направляющие опоры, измерительные преобразователи перемещений (датчики), измерительная аппаратура и методы сервопозиционирования, системы диагностики должны соответствовать требуемому уровню точности оборудования.

В таблице 4.2 указаны виды технологического оснащения в зависимости от достижимой точности .

Для получения поверхностей более высокой точности(0,01 мкм) будут использоваться ультрапрецизионные станки с электромагнитными сервоприводами, с управлением от мини ЭВМ. Обработка таких поверхностей будет осуществляться свободным абразивом, лазером, электронами, рентгеновскими лучами.

Известно, что срок службы машин всегда ограничен своим ресурсом. Машины выходят из строя из-за причин, связанных с функционированием поверхностных слоев деталей машин и с несовершенством этих слоев. Технологические методы обработки заготовок, непосредственно связанные с проблемой точности, решительно влияют на качество поверхностных слоев и, следовательно, формируют качество всей машины.

Под термином «качество поверхностного слоя» понимают единство трех показателей: шероховатости поверхности, ее волнистости и физико-механичес-ких характеристик слоя (микротвердость, напряжения, структура и др.). Хотя эти показатели рассматривают раздельно, их взаимное влияние очевидно. В зависимости от служебного назначения детали определяющим становится то один, то другой показатель.

Повышенная энергетическая активность поверхностного слоя непосредственно связана с его служебными свойствами, поскольку из-за такой активности поверхность адсорбирует элементы окружающей среды и прежде всего пары воды, газы, жиры, и др. Толщины адсорбированных слоев составляют от нескольких микрометров до их тысячных долей.

Ниже граничного располагается деформированный слой в результате технологического воздействия инструмента на поверхность в ходе предшествующих операций. При этом в поверхностном слое возникают напряжения, отличные от напряжений в сердцевине материала. Возникновению напряжений способствуют также фазовые превращения, местный нагрев. Напряжения весьма существенно влияют на служебные свойства деталей.

Таблица 4.2 – Достижимая точность и технологическое оснащение

Велико влияние износа поверхностных слоев на качество деталей и машин. Если транспортная машина массой 3…5 т теряет в ходе эксплуатации 3…4 кг, а подшипник качения массой 10…14 кг – 20…30 г, то такие изделия полностью утрачивают свою работоспособность. Шпиндели неприцизионных станков массой 10…12 кг уже не могут эксплуатироваться на подшипниках скольжения после изнашивания их поверхности на доли граммов .

Износ деталей машин приводит к понижению их точности, увеличению динамических нагрузок, уменьшению коэффициента полезного действия, сни-жению прочности. Вследствие износа выходит из строя 80% машин. На ремонт машин затрачивают огромные средства, значительная часть которых расходуется на транспортные машины.

Характеристики поверхностных слоев непосредственно связаны с контактной жесткостью, прочностью сопряжений, виброустойчивостью, коррозионной стойкостью, плотностью соединений, теплоотражением, прочностью сцепления с покрытием, сопротивлением обтеканию газами и жидкостями и другими эксплуатационными показателями.

Для повышения эксплуатационной надежности поверхностей деталей будут совершенствоваться традиционные методы обработки: термическая и химико-термическая, обработка поверхностно-пластическим деформированием и др. Для финишной обработки поверхностей более широкое применение получат шлифование алмазными абразивными инструментами, лезвийная обработка алмазными и нитридоборными инструментами вместо шлифования. Установлено, что при лезвийной обработке закаленных сталей резцами из сверхтвердых материалов в поверхностном слое формируются остаточные напряжения сжатия, повышающие износостойкость деталей машин.

В настоящее время научные достижения позволяют на принципиально новых основах конструировать поверхность и приповерхностный слой. Сюда относятся и возможности синтезировать тонкие слои, называемые покрытиями.

По существу процессов формирования все методы получения покрытий на рабочих поверхностях можно разделить на три основные группы.

К первой группе относят химико-термические методы образования покрытий, основанные на твердо-фазовом, жидкостном или газо-фазовом насыщении поверхностей изделия.

Во вторую группу входят методы комплексного формирования покрытий, когда оно образуется в результате химических реакций между парогазовыми смесями и термодиффузионных реакций между конденсатом и материалом изделия.

К третьей группе относятся вакуумно-плазменные методы физического осаждения покрытий. Эти процессы включают вакуумное распыление или испарение тугоплавкого металла, его частичную или полную ионизацию, подачу реакционного газа, химические и плазмохимические реакции, конденсацию покрытия на рабочих поверхностях изделий.

В настоящее время для подшипников скольжения (вкладышей) используются металлофторопластовые ленты с износостойкой рабочей поверхностью. При их изготовлении на ленту из малоуглеродистой стали наносится подслой меди, затем пористая бронза с толщиной слоя 0,3 мм и фторопласт с дисульфидмолибденом. Подшипники, изготовленные из такой ленты, могут работать при ограниченной смазке и даже без смазки.

Для достоверной оценки точности и качества поверхностей деталей необходимы соответствующие средства контроля. В традиционных технологиях в основном используются измерительные инструменты, приборы и устройства, позволяющие контролировать макро- и микрогеометрические характеристики поверхности.

При формировании функциональных свойств изделия возникла необходимость в расширении арсенала средств измерения и контроля за счет физических методов исследований: спектральный, рентгеновский и микрорентгеновский анализ, растровая и просвечивающая электронная микроскопия, методы определения остаточных микро- и макронапряжений, растровая и сканирующая туннельная микроскопия, атомная микроскопия.

В таблице 4.3 указаны основные средства контроля поверхности в зависимости от достижимой точности .

Таблица 4.3 – Достижимая точность и средства контроля поверхности

Для контроля микрогеометрических параметров более высокой точности (0,01 мкм и точнее) используются электромагнитные бесконтактные датчики, лазерная интерференция, оптоволоконная техника, ионные микроанализаторы и др.

Для оценки состояния материала поверхностного слоя деталей высокой точности (0,01 мкм и точнее) используются рентгеновские микроскопы, рентгенографические микроанализаторы, атомные микроскопы, нанометрические контактные измерительные инструменты, дифференциальные интерференционные микроскопы и др.

4.4 Совершенствование традиционных и создание новых

технологий

Совершенствование технологических процессов базируется на органическом сочетании последних достижений в различных областях науки, техники, технологии, информатики, материаловедения и др. Исследование этих достижений обеспечит быстрое получение нового продукта с принципиально иным уровнем функциональных, эстетических и экологических свойств, гарантирующим ему высокую конкурентоспособность на рынке. В рыночных условиях гибкая реакция производства на быстро изменяющиеся требования уже не обеспечивается только лишь повышением производительности или достижением более низкой стоимости продукции, выпускаемой в большинстве случаев малыми партиями. На передний план выходит фактор времени разработки, освоения производства и выхода на рынок нового изделия.

Все целевые рабочие процессы технологии машиностроительного производства можно разделить на 8 видов: деление-дозирование материала, соединение, формообразование, изменение механо-физико-химических свойств материала изделий, размерная обработка, сборка, контроль, диагностика и испытание.

Основными направлениями совершенствования технологий изготовления машин на ближайшее время являются:

– типизация и унификация изделий, технологических процессов и технологических средств оснащения(оборудования, оснастки, инструментов);

– разработка и внедрение новых технологических процессов на основе применения средств автоматизации и вычислительной техники, оборудования, оснащенного микропроцессорными системами управления, обеспечивающими высокую точность и производительность обработки деталей;

– разработка новых технологических процессов на основе более современной кинематики формообразующих движений;

– компьютеризация всех этапов производства изделий;

– расширение применения и совершенствование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов;

– создание высоких технологий, обеспечивающих высокую точность изделий.

Низкий уровень типизации и унификации изделий порождает излишнее разнообразие технологических процессов и соответственно рост разнообразия технологических средств оснащения (оборудования, оснастки, инструментов).

Необходимо вводить централизованные системы учета выпускаемых изделий и средств технологического обеспечения с их широкой унификацией. Это позволяет в несколько раз снизить избыточность их разнообразия, а, следовательно, и расходы трудовых и материальных ресурсов.

Разработку системы классификации надо начинать с построения классификации изделий, затем классификации технологических процессов, оборудования, оснастки. Объектом классификации должен быть элемент, отличающийся высокой устойчивостью и постоянством по своему строению.

В результате проведенных исследований такой элемент был найден и получил название модуля поверхностей (МП) детали. На рисунке 4.1 показана номенклатура МП - их всего 26 наименований, из которых конструктор может проектировать любую деталь .

Под МП каждого наименования можно разработать модули технологических процессов их изготовления, а для осуществления последних - модули технологического оборудования и оснастки.

Модули поверхностей разделяются на 3 группы (рисунок 4.1) в зависимости от служебного назначения поверхностей детали: базирующие поверхности (МПБ), рабочие поверхности (МПР) и связующие поверхности (МПС).

Применение модульного принципа позволяет рабочие места специализировать под изготовление заданной номенклатуры МП или осуществление сборки по заранее известной технологии. Такая организация рабочих мест способствует применению поточной формы организации производственного процесса и высокоэффективных методов изготовления массового и крупносерийного производства в средне- и мелкосерийном производстве.

В предыдущие годы соотношение основных рабочих к ИТР и управленческому аппарату составляло от 2:1 до 1:1. При широкой автоматизации это соотношение уменьшается ввиду перемещения производственного персонала из области изготовления в сферу обслуживания средств производства.

В будущем широко будет осуществляться компьютеризация всех этапов производства, что даст возможность повысить производительность, гибкость, качество продукции, ритмичность, сокращение сроков технической подготовки производства.

На современном этапе развития компьютерных технологий используются программные САD/САМ продукты, которые позволяют значительно сократить время подготовки управляющих программ (УП), а также улучшить качество и точность обработки поверхностей, но при этом необходимо перевооружить парк металлорежущего станочного оборудования или оснащать старое оборудование с ЧПУ новыми стойками.

Адаптация современных САПР к условиям предприятий заключается в следующем :

• 
  формирование базы данных для технологического оснащения;
• 
  формирование базы данных для заготовок, припусков и режимов резания;
• 
  формирование базы данных для типовых и групповых технологических процессов;
• 
  формирование базы знаний для фиксации особенностей технологических процессов данного предприятия;
• 
  настройка САПР на те программные модули, которые будут использоваться на данном предприятии.

В машиноориентированном производстве источником информации об изделии является объемная математическая модель детали, построенная на языке аналитической и дифференциальной геометрии. Такая один раз созданная, хранящаяся в единой базе данных и используемая всеми службами на всех этапах технологической подготовки производства математическая модель является альтернативой проекционному чертежу в автоматизированном производстве.

Принципы реорганизации потока конструкторско-технологической информации в переходный период:

– главный принцип переходного периода заключается в том, что в производство передается отчасти дублирующий сам себя пакет документов «модель + чертеж», ибо модель необходима машиноориентированному производству, а чертеж- это документ производственных отношений сегодняшнего дня;

– в пакете «модель + чертеж» ведущая роль должна принадлежать модели, поэтому ее создание должно предшествовать созданию чертежа;

– чертеж должен создаваться автоматизированным способом на основе математической модели, а не наоборот;

– в технических требованиях чертежа должна быть обязательная запись о существовании объемной математической модели;

– информационный файл с математической моделью должен сохраняться и сопровождаться в электронном архиве предприятия;

– полезно для большей наглядности в чертежах, выполненных по математической модели, показывать изображение детали в изометрии;

– должны быть разработаны стандарты, узаконивающие вышеуказанные принципы и наличие объемной математической модели в конструкторско-технологической документации.

Будет развиваться производство и внедрение станочных модулей, автоматических манипуляторов (роботов) и на их основе создание роботизированных технологических комплексов (РТК). Они включают технологическое, вспомогательное и контрольное оборудование, а также оснастку и транспортные устройства, необходимые для производства изделий заданной номенклатуры. Из таких комплексов должны формироваться автоматизированные участки, цехи и заводы, работающие по безлюдной технологии.

Существенно увеличится производство систем машин и оборудования с программным управлением, позволяющих исключить применение малоквалифицированного и монотонного труда, особенно в тяжелых и вредных для человека условиях.

Широко будут внедряться новые электрические и электрохимические методы обработки материалов: электрохимическое шлифование и полирование, электрохимическая обработка фасонных поверхностей, ультразвуковая, электроимпульсная обработка, обработка по контуру электронным лучом и световым лучом с помощью оптических квантовых генераторов (ОКГ).

Большие возможности и перспективу имеют те рабочие процессы в которых эффективно используются физические, химические, электрохимические и другие явления в сочетании со специальными свойствами обрабатываемого материала и инструмента. Управление состоянием поверхности деталей в основном будет осуществляться технологическими методами.

Тенденции повышения требований потребителей к качеству изделий нашли свое отражение в международных стандартах серии ISO-9000. Получение такого уровня изделий все больше связывают с нетрадиционными конструкторскими и технологическими решениями, реализация которых не всегда возможна на основе традиционных технологий.

В связи с этим все большее внимание специалистов привлекают нетрадиционные технологии, созданию которых предшествует накопление обширных данных фундаментальных и прикладных наук. Такие технологии называют «наукоемкими», «прецизионными», «ультрапрецизионными», «нанотехнологиями» и др. Такие технологии принято называть высокими технологиями (ВТ). Основным признаком ВТ в большинстве случаев является предельная точность, обеспечиваемая данным рабочим процессом.

Новый уровень функциональных, эстетических и экологических свойств изделий при соблюдении экономической целесообразности интересует потребителя. Именно этим гарантируется конкурентоспособность новой продукции.

На рисунке 4.2 показаны структурные составляющие ВТ, обеспечивающие высокий уровень свойств изделий .

Важнейшим признаком ВТ является рабочий процесс. Он доминирует во всей технологической системе и должен отвечать самым разнообразным требованиям, но, главное, быть потенциально способным обеспечить достижение нового уровня функциональных свойств изделия.

Существенным признаком ВТ является автоматизация, базирующаяся на компьютерном управлении всеми процессами проектирования, изготовления и сборки, на физическом, геометрическом и математическом моделировании, всестороннем анализе моделей процесса или его составляющих.

Для высокой технологии нужна высокая степень оптимальности для сравнительно узкого конкретного диапазона условий и требований. Базой такой оптимальности могут быть только глубокие специальные исследования в этой области.

Особое место занимает специально подготовленный персонал. Во взаимосвязанной системе человек-техника-организация человеческий фактор выдвигается на главенствующую роль и, прежде всего в плане профессиональной подготовки, восприимчивости к новому, способности переучиваться.

Принципиальным отличием ВТ от аналоговых технологий является ориентированная на объект индивидуализация, целевой характер, более жесткая связь с требованиями, вытекающими из заданного уровня функциональных, эстетических и экологических свойств изделий.

В настоящее время уже начался, а в будущем будет расширяться переход от микрометрического к нанометрическому диапазону точности (1 нм = 10 -6 мм). Уже сегодня ультрапрецизионная обработка играет ключевую роль в производстве оптических, электронных и механических изделий, однако многие разрабатываемые технологии в настоящий момент не могут быть применены в широких масштабах, прежде всего с экономической точки зрения.

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ (ВТ)

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ВТ

Наукоемкость

Прецизионное оборудование

специальное

Системность

Моделирование

Прецизионный инструмент

Рабочий процесс, потенциально обеспечивающий функциональные свойства изделия

Прецизионная оснастка

Компьютерная интеллектуальная технологическая среда

Системы диагностики и контроля

Рабочая технологическая среда

Устойчивость и надежность

Компьютерная сеть управления

Тотальное обеспечение качества

Соответствие требованиям

экологии

Персонал, имеющий специализированную подготовку

ОПТИМИЗАЦИЯ ВТ

Исследование физической сущности рабочего

процесса

Построение физической модели

Построение математи-ческой модели

Параметри-ческая оптимизация рабочего процесса

Разработка маршрутного технологи-ческого процесса

Структур-ная оптимизация

РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМИЗИРОВАННОГО ТЕХПРОЦЕССА

ГАРАНТИРОВАННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ, ОБЛАДАЮЩЕГО НОВЫМ УРОВНЕМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ, ЭСТЕТИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Рисунок 4.2 – Структура высоких технологий

Создание соответствующих требованиям ультрапрецизионной обработки лабораторий, необходимого оборудования, измерительных устройств, инструмента и материалов обходится существенно дороже, чем для прецизионной обработки.

Возможности рабочих процессов, на которых базируются нанотехнологии, приближаются к предельным, теоретическим ограничением точности при обработке материалов разделением кристаллической решетки являются размеры молекулы или атома вещества (0,2…0,4 нм).

Для ускоренного изготовления изделий более широкое применение получат интегрированные технологии, которые базируются на:

• 
  генеративные методы изготовления (послойное наращивание);
• 
  усовершенствованных традиционных методах – высокоскоростное и сверхскоростное резание, прецизионная и ультрапрецизионная обработка и др.;
• 
  комбинированных методах, сочетающих различные физико-химические эффекты и способы обработки, сочетании первых двух направлений.

Современные машины с быстродействующей механикой и сенсорикой, а также современными методами управления процессом обеспечивают во много раз лучшую реализацию процесса, чем это делалось вручную. Появились машины с интеллектом и системами, компенсирующими ошибки. Технологически ориентированное программное обеспечение является ключом в этом вопросе. Уже созданы системы, способные самообучаться и самооптимизироваться, и изготавливать изделия, максимально приближенные к идеальным.

Под применением технического интеллекта в машинах и устройствах понимают способность машин и систем реагировать на систематические отклонения в протекании процесса с применением определенных стратегий, способность к автоматической адаптации в условиях определенной области .

Границы применения интеллектуальных систем в технологии изготовления изделий обусловлены техническим развитием компонентов и с другой стороны возможностями электроники и степенью обработки информации. К числу компонентов относится сенсорика; микротехника, основанная на регистрации импульсов.

«Интеллектуальный» режущий инструмент объединяет режущие и информационные свойства, т.е. одновременно является и средством обработки и средством измерения, способным определить граничные области.

Специфические системы покрытий позволяют не только создавать комбинации эластичной подложки с износостойкими слоями, но даже интегрировать эти свойства с сенсорными в этой граничной области. Синтезируя покрытия с износостойкими, коррозионно-стойкими, фрикционными свойствами, можно добиться с их помощью регулирования сил и температуры резания. Технически – это результат интеграции тонкослойных датчиков, например, литографических (сенсор) в зоне износа с исполнительным органом, предназначенным для компенсации износа в микрозоне. Такие системы должны обладать высоколокальным разрешением температуры, деформаций, текущих напряжений, износа и др. характеристик, а также быть саморегулируемыми и самообучающимися.

В заключение следует отметить, что лишь на основе глубоких теоретических исследований могут быть получены новые открытия, установлены закономерности, позволяющие создавать принципиально новые машины, приборы, технологии, материалы, внесены качественные изменения в традиционные способы производства, открыты принципиально новые пути технического прогресса.

Вопросы для самопроверки знаний раздела 4

1. 
   Как можно уменьшить металлоемкость изделий при их проектировании?
2. 
   Как можно повысить КИМ при изготовлении деталей?
3. 
   Что представляют собой композиционные материалы и какие их преимущества?
4. 
   Какие будут использоваться направления интенсификации процессов резания материалов?
5. 
   Какие преимущества скоростного и сверхскоростного резания?
6. 
   Какие требования предъявляются к оборудованию и инструментам при сверхскоростном резании?
7. 
   Какие наиболее перспективные инструментальные материалы?
8. 
   Какие методы и инструменты перспективны для финишной обработки деталей?
9. 
   Какие используются методы повышения производительности при изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов?
10. 
    Каким требованиям должны удовлетворять новые СОТС?
11. 
    Какие параметры качества поверхности оказывают влияние на эксплуатационную надежность деталей?
12. 
    Какие факторы влияют на точность деталей при их изготовлении?
13. 
    Какие требования предъявляются к рабочим процессам и технологическому обеспечению при изготовлении деталей высокой точности?
14. 
    Какими методами обработки обеспечивается точность от 1мкм до 0,1мкм?
15. 
    Какими особенностями должны обладать станки для прецизионной обработки деталей?
16. 
    Какие инструменты и инструментальные материалы используются при прецизионной обработке?
17. 
    Какие процессы происходят в поверхностном слое при обработке и как они влияют на эксплуатационные свойства деталей?
18. 
    Какие технологические методы будут использованы для повышения износостойкости поверхности детали?
19. 
    Какими методами синтезируются (покрываются) рабочие поверхности деталей?
20. 
    Какими измерительными средствами контролируются функциональные свойства поверхностей деталей высокой точности?
21. 
    По каким основным направлениям будут совершенствоваться технологии изготовления машин?
22. 
    Какие основные принципы и преимущества модульной технологии?
23. 
    Как должна осуществляться адаптация современных САПР к условиям действующего предприятия?
24. 
    Какими основными признаками обладают высокие технологии?
25. 
    На каких рабочих процессах базируется нанотехнология?
26. 
    На каких принципах базируется интегрированные технологии?
27. 
    Какие возможности и особенности применения технического интеллекта в машинах и инструментах?
28. 
    Какие особенности конструкторско-технологической информации в машиноориентированном производстве?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001.-368с.
2. 
   Барон Ю.М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов. – Л.: Машиностроение, 1986.-176с.
3. 
   Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка / Под ред. С.П.Митрофанова. – Л.: Лениздат, 1973.-192с.
4. 
   Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1981.-344с.
5. 
   Картавов С.А. Технология машиностроения (специальная часть). – К.: Вища школа, 1984-272с.
6. 
   Коваленко В.С. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. – К.: Вища школа, 1983.-176с.
7. 
   Краткий справочник металлиста / Под общ. ред. П.Н. Орлова, Е.А. Скороходова. - 3-е изд., перераб. и доп, – М.: Машиностроение, 1986.-960с.
8. 
   Кривцов В.С., Зайцев В.Е., Воронько В.В. Использование автоматизированных систем при технологической подготовке производства. –Вісник Харківського Державного технічного університету сільського господарства.: Випуск 10, 2002.-395с.
9. 
   Кузнецов В.Д., Пащенко В.М. Фізико-хімічні основи модифікації структури та легування поверхні: Навч. посібник.: НМЦ ВО, 2000.-160с.
10. 
    Методические указания по размерному анализу технологических процессов обработки деталей при выполнении курсовых и дипломных проектов / Сост. И.С. Цехмистро. – Днепропетровск: ДМетИ, 1989.-48с.
11. 
    Новиков Н.В., Клименко С.А. Совершенствование технологий финишной механической обработки. – Високі технології в машинобудуванні.-Збірник наукових праць НТУ „ХПИ”. –Харків, 2002.-Вип.1-464с.
12. 
    Подгорный А.Н. Научно-технический прогресс в машиностроении. К., Наукова думка, 1986.-128с.
13. 
    Подураев В.Н., Камалов В.С. Физико-химические методы обработки. М., Машиностроение,1973.- 346с.
14. 
    Подураев В.Н. Технология физико-химических методов обработки. –М.: Машиностроение, 1985.-264с.
15. 
    Проволоцкий А.Е., Негруб С.Л. Новое в конструкции полимер-абразивного инструмента. – Вісник Харківського Державного технічного університету сільського господарства: Випуск 10, 2002.-395с.
16. 
    Размерная электрическая обработка металлов. Учеб. пособие для студентов вузов / Б.А. Артамонов, А.Л. Вишницкий и др.; Под ред. А.В. Глазкова.-М.: Высшая школа, 1978-336с.
17. 
    Размерный анализ технологических процессов / В.В. Матвеев, М.М. Тверской и др. – М.: Машиностроение, 1982.-264с.
18. 
    Размерный анализ технологических процессов обработки / И.Г. Фридлендер, В.А. Иванов и др.: Под общ. ред. И.Г. Фридлендера. – Л.: Машиностроение, 1987.-141с.
19. 
    Робочі процеси високих технологій в машинобудуванні: Навч. посібник/ за редакцією А.І. Грабченка. - Харків, ХДПУ, 1999.- 436с.- Рос. мовою.
20. 
    Рубинов А.Д. Контроль больших размеров в машиностроении: Справочник. – Л.Машиностроение, 1982.-120с.
21. 
    Самойлов С.И., Горелов В.М. и др. Технология тяжелого машиностроения. – М.: Машиностроение, 1967.-596с.
22. 
    Солонин И.С., Солонин С.И. Расчет сборочных и технологических размерных цепей. – М.: Машиностроение, 1980.-110с.
23. 
    Таурит Г.Э., Пуховский Е.С. Обработка крупногабаритных деталей. – К.: Техника, 1981.- 208с.
24. 
    Технология машиностроения: В 2 т. Т1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С.Васильев, А.М. Дальский и др. : Под ред. А.М. Дальского. -2-е издание, стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-564с.
25. 
    Технология машиностроения: В 2 т. Т 2. Производство машин: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С.Васильев и др.: Под ред. Г.Н. Мельникова -2-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-640с.

Сложившийся тип производственных структур машиностроитель­ных предприятий характеризует ряд признаков:

Отсутствие ярко выраженной технологической специализации машиностроительных производств;

Распыленность технологических ресурсов;

Во многих случаях избыточность или недостаточность мощно­стей производственных систем;

Отсутствие гибкости производственных систем при переходе предприятия к выпуску новой продукции.

Предметная специализация по предприятиям лежала в основе от­расли. Переход на выпуск принципиально новой продукции в этих условиях требует коренной перестройки с привлечением дополнитель­ных инвестиций, получение которых затруднено.

На смену постоянным организационным структурам промышлен­ных предприятий предметной специализации должна прийти перемен­ная структура на основе так называемой перманентно-изменяющейся матрицы. Промышленное производство представляется как система предприятий корпоративного типа, состоящего из головного предпри­ятия, определяющего вид выпускаемой продукции, и набора техноло­гически специализированных предприятий. Состав и количество та­ких предприятий определяются видом изготовляемых изделий. Такая структура легко изменяется в зависимости от запросов рынка. Ее фор­мирование тесно связано с особенностями современного машиностро­ительного производства:

Формируется сфера информационных технологий инжинирин­га, рынка предоставления информационных услуг, которые превращаются в самостоятельную отрасль, имеющую приори­тетное значение для развития машиностроения;

Наука становится самостоятельным элементом производительных сил общества. Растет объем производства наукоемких из­делий. Их разработки базируются на опережающих фундамен­тальных исследованиях, а не на ранее доминирующем эмпири­ческом подходе к созданию новых изделий;

В качестве важнейшего фактора развития предприятий высту­пает конкуренция при регулирующей роли государства;

Происходит реструктуризация предприятий на основе рыноч­ных законов экономики. Структура предприятия обеспечивает выполнение полного жизненного цикла изделий. Корпоратив­ные стремления находят развитие в виде создания виртуальных предприятий;

Индивидуализация заказов, частая смена моделей изделий при­водят к повышению трудоемкости технологической подготов­ки производства и относительному уменьшению трудоемкос­ти самого производства;

Основными показателями эффективности деятельности пред­приятий становятся: время и надежность сроков выполнения заказов, качество и себестоимость изделий;

Возрастает роль информационных технологий инжиниринга, существенным образом влияющих на все основные показатели экономики предприятия;

Развитие кооперации между предприятиями, расширение рын­ков сбыта изделий приводят к необходимости создания для производства единой информационной базы.

Таким образом, современный этап развития машиностроения харак­теризуется необходимостью обеспечения конкурентоспособности произ­водимой продукции, что означает оперативное реагирование производ­ства на изменение потребительского спроса, снижение себестоимости ее выпуска при существенном сокращении сроков выпуска и обеспечение качества.