«НОВЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ Материалы научно-технической конференции (22–24 мая 2013 г., г. Одесса) Киев – 2013 1 Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении: ...»

Министерство образования и наук

и Украины

Одесский национальный политехнический университет

Одесская государственная академия холода

Инженерная Академия Украины

УкрНИИстанков и приборов

Академия инженерных наук Украины

Академия технологических наук Украины

Ассоциация технологов-машиностроителей Украины

Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины

ГП «Одессастандартметрология»

ОАО "Микрон" ОАО "Одесский кабельный завод" Кафедра ЮНЕСКО «Интеллектуальное моделирование и адаптация нетрадиционных технологий к проблемам перспективного обучения и общественного прогресса»

НОВЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ

Материалы научно-технической конференции (22–24 мая 2013 г., г. Одесса) Киев – Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении: материалы научно-технической конференции, 22– мая 2013 г., г. Одесса. – Киев: АТМ Украины, 2013. – 224 с.

Тематика конференции 1. Перспективные технологии и производственные процессы будущего.

2. Пути экономии материальных ресурсов и энергоресурсов при изготовлении машин.

3. Микро- и нанотехнологии в машиностроении.

4. Высокоэффективные технологии комбинированной обработки.

5. Высокопроизводительные инструменты в металлообработке.

6. Современные ресурсосберегающие технологии.

7. Пути автоматизации технологических процессов в машиностроении.

8. Адаптивные и интеллектуальные системы управления производственными процессами.

9. Экологоэнергетические нетрадиционные технологии и их продвижение в технику.

10. Методические вопросы высшего образования в области новых технологий.

Материалы представлены в авторской редакции АТМ Украины, 2013 г.

Александров О.И., Радоман Н.В., Свирский Д.Н.

Белорусский государственный технологический университет, Минск, Беларусь

ОЦЕНКА РЕЖИМА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ ПРИ ОПЕРАТИВНОЙ КОРРЕКЦИИ ЕЕ

ПАРАМЕТРОВ

В современных условиях острого дефицита энергоресурсов и перехода к рыночным отношениям неизменно возрастает роль оптимизационных расчетов в энергетике. Переход от директивных методов распределения топлива к экономическим при неуклонном росте цен на энергоносители влечет за собой ряд принципиальных трудностей и предполагает решение комплекса задач, связанных с вопросами энергосбережения. При оперативном управлении режимами электроэнергетических систем, проведении многовариантных проектных и эксплуатационных расчетов, разрешении оперативных заявок на отключение основного электрооборудования, обработке управляющих воздействий системной автоматики, дооптимизации расчетных режимных параметров и других мероприятиях неизменно приходится решать задачи оперативной коррекции. Традиционное рассмотрение этих вопросов с привлечением теоретических положений теории чувствительности обычно связано с большими трудностями, так как в ряде случаев формирование и, особенно, коррекция самих матриц чувствительности представляет собой самостоятельную сложную задачу.

Однако, в качестве матриц чувствительности, можно использовать матрицы обобщенных параметров электрических сетей в обращенной форме (матрицы коэффициентов распределения и узловых собственных и взаимных комплексных сопротивлений). Выберем векторы зависимых и независимых переменных. В качестве вектора зависимых переменных Х примем комплексы напряжений в узлах Uу и токов в ветвях I, а вектора независимых переменных Y – комплексы мощностей генераторных и нагрузочных узлов s:

X U у, I, Y s.

Уравнения установившегося режима запишем в виде функции:

(1) Разложим выражение (1) в ряд Тейлора в окрестности начального значения Х0, Y0. Ограничиваясь первыми членами разложения, получим:

Далее, решая (2) относительно ДХ, имеем где [W] – матрица чувствительности, связывающая зависимые и независимые параметры. Тогда где ДХ – вектор приращения зависимых параметров при изменении независимых; ДY – вектор приращения независимых параметров; X – матрица Якоби частных производных по зависимым параметрам порядка (n – 1 + m)·(n – 1 + m), где n – количество узлов, m – количество ветвей; Y – матрица Якоби по независимым параметрам порядка (n – 1 + m)·(n – 1).

Запишем уравнения состояния электрической сети, связывающие зависимые и независимые переменные:

где I – вектор-столбец токов в ветвях; С – матрица коэффициентов распределения токов; J – вектор-столбец узловых токов; Yс.в.

– матрица собственных и взаимных проводимостей ветвей; E – вектор-столбец ЭДС в ветвях.

где UД – вектор-столбец напряжений в узлах относительно базисного; Z – матрица узловых сопротивлений; D – матрица коэффициентов распределения напряжений. Поскольку где diag(Uу’’)-1 – диагональная матрица обратных сопряженных комплексов напряжений узлов, а s – вектор-столбец узловых мощностей, то подставив (5) в (3) и (4), получим где U0 – напряжение базисного узла.

Дифференцируем (6) и (7) по зависимым и независимым переменным, полагая что ЭДС в ветвях пропорциональны среднему эксплуатационному напряжению сети Uср где k – вектор-столбец относительных коэффициентов трансформации трансформаторных ветвей. Теперь имеем где e(n), e(m) – единичные матрицы, состоящие из n (m) компонентов. Вторым слагаемым в выражении (8) можно пренебречь из-за его малости. Тогда получим Таким образом Находим далее приращение зависимых параметров режима с помощью матриц чувствительности:

где W1, W2 – подматрицы чувствительности, определяемые по (9). Теперь новые значения параметров режима запишутся в виде:

При изменении структуры схемы (включение, отключение элементов сети) требуется выполнить коррекцию топологических матриц обобщенных параметров, используя известные формулы пересчета. При подключении ветви, замыкающей контур, в соответствии с теоремой компенсации, включение ветви, замыкающей контур, можно выполнить с помощью коррекции узловых токов:

где Z – некоммутированная матрица узловых сопротивлений; Mij – матрица присоединенной ветви с узлами i и j; I ij – ток в ветви i – j, который можно записать с помощью пересчитанной матрицы коэффициентов для коммутированной схемы C’:

С учетом (11) выражение (10) перепишется:

или Если коммутаций в схеме нет, то оперативный расчет режима при изменениях узловых мощностей проводится по изложенному алгоритму.

Из (9) совершенно очевидно, что матрицы чувствительности напряжений в узлах и токов в ветвях к вариациям узловых мощностей могут быть получены из матриц Z и С соответственно путем элементарных операций. Следовательно, отпадает необходимость в формировании и хранении дополнительных матриц чувствительности, и кроме того, появляется возможность создания комплекса задач на единой информационной основе матриц Z и С по расчету, анализу и коррекции режимов.

Андилахай А.А. ГВУЗ “Приазовский государственный Новиков Ф.В. Харьковский национальный экономический

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА

АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ МЕЛКИХ ДЕТАЛЕЙ

ЗАТОПЛЕННЫМИ СТРУЯМИ

В настоящее время машиностроение обладает достаточно большим арсеналом технологий отделочной обработки деталей машин. Вместе с тем, операции зачистки деталей малой жесткости и массой до 3 г остались не механизированными, часто осуществляются вручную и требуют новых технологических решений. Это обусловлено в первую очередь низкой эффективностью применения на данных операциях прогрессивных методов отделочной струйно-абразивной обработки, т.к., с одной стороны, из-за больших сил, прикладываемых к деталям, происходит их деформация, а с другой стороны, эти методы нетехнологичны, поскольку абразивным потоком разрушаются сопла. Поэтому в настоящей работе представлен принципиально новый метод абразивной обработки, осуществляемый с помощью струй сжатого воздуха, затопленных абразивной суспензией, т.к. при такой схеме обеспечивается сохранность (долговечность) сопел, подающих сжатый воздух. Сущность данного метода обработки заключается в том, что в рабочую камеру, содержащую свободно помещенные обрабатываемые детали и абразивную суспензию, подают сжатый воздух в виде струй, расположенных таким образом, чтобы достигались обработка и перемешивание деталей, а также обеспечивалась сохранность внутренних поверхностей рабочей камеры.

Обеспечение равномерного перемешивания обрабатываемых деталей и всестороннее воздействие абразивных зерен на их поверхности являются важнейшими условиями достижения высоких показателей обработки. Для оценки технологических возможностей данного метода определена скорость движения абразивных частиц, присоединяющихся к струе сжатого воздуха, по мере удаления L от среза сверхзвукового сопла Лаваля (рис. 1). Условия обработки:

диаметр наименьшего сечения 2 мм; давление сжатого воздуха перед соплом 0,5 МПа; l – длина сверхзвуковой части канала сопла.

Как видно, скорость движения абразивных частиц достигает значений 9…12 м/с, чего вполне достаточно для осуществления микросрезов и съема металла с обрабатываемой поверхности детали.

Увеличить скорость движения абразивных частиц можно увеличением давления сжатого воздуха перед соплом, что в отличие от традиционной струйно-абразивной обработки не влечет за собой интенсивный износ сопел. Установлено, что наибольшая скорость движения абразивных частиц достигается при использовании сверхзвукового сопла Лаваля, обеспечивающего сверхзвуковую скорость истечения сжатого воздуха. Это указывает на эффективность его применения. Использование сужающегося и расширяющегося конических сопел и цилиндрического сопла характеризуется меньшей скоростью движения абразивных частиц и соответственно меньшей производительностью.

На рис. 2 показан характер изменения шероховатости обрабатываемой поверхности с течением времени обработки. Через минут обработки происходит стабилизация во времени шероховатости поверхности (независимо от исходной шероховатости поверхности), т.е., по сути, обработка деталей длится 20 мин.

Рисунок 1 – Изменение скорости Рисунок 2 – Зависимость шероховадвижения абразивных частиц тости поверхностей от времени обработки при исходной шероховатости: 1 – Rисх,5 мкм; 2 – Rисх =1,25 мкм;

На рис. 3 приведены фотографии обрабатываемой поверхности в различные моменты времени обработки (абразивный материал: шлифзерно – карбид кремния зеленый (63С), зернистость 63П (630 мкм)). Как видно, через 35 минут следами абразивных зерен покрыта вся обрабатываемая поверхность, что подтверждает возможность стабилизации во времени шероховатости поверхности и обеспечения высококачественной обработки.

Рисунок 3 – Поверхность латунного образца в начальный период (а) и через 35 минут (б) обработки (увеличение 625, цена деления объекта-микрометра 0,01 мм) Экспериментально установлено, что наибольшая интенсивность съема материала при абразивной обработке затопленными струями достигается на торцовых поверхностях обрабатываемых мелких деталей (рис. 4). Это позволяет в первую очередь рекомендовать предлагаемый метод для обработки торцовых поверхностей мелких деталей, т.е. наиболее эффективной областью применения метода является обработка кромок заготовок, устранение заусенцев и уменьшение микронеровностей на обрабатываемых поверхностях мелких деталей Экспериментально установлено незначительное влияние зернистости абразива на производительность абразивной обработки струйно-абразивной обработке зернистость абразива является определяющим параметром процесса.

мелких и крупных абразивных зерен при абразивРисунок 4 – Фотография кромки ной обработке затопленлистовой латунной детали со следами абразивных зерен (увеличение 850) Рисунок 5 – Зависимость производительности обработки (а) и высоты микронеровностей (б) от размера абразивного зерна: Va – объем абразивного порошка, загружаемого в рабочую камеру; 1 – расчетные кривые Из рис. 5 также следует, что между производительностью обработки и высотой микронеровностей существует фактически прямо пропорциональная связь: чем больше высота микронеровностей, тем больше производительность. Данный метод обработки прошел широкую промышленную апробацию, внедрен на ряде предприятий с целью замены трудоемкой ручной немеханизированной отделочной (зачистной) обработки мелких деталей. Метод обеспечивает повышение производительности и создание матовых поверхностей деталей.

политехнический университет, Одесса, Украина

АНАЛИЗ ДВУХ КОНСТРУКТИВНЫХ СПОСОБОВ

ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБЕЧАЕК

МАШИН И АППАРАТОВ

В технологическом оборудовании нефтехимической промышленности и промышленности строительных материалов (воздуходувные и холодильные машины, машины для подачи и перемешивания компонентов выходного продукта, колонные, теплообменные аппараты и аппараты для термовлажностной обработки изделий) всегда присутствуют цилиндрические и другие тонкостенные оболочечные элементы (обечайки), работающие под действием различных нагрузок, внешнего или внутреннего давления, причем часто в сложных температурных условиях.

Обычно обечайки изготавливают из одного материала при одинаковой толщине стенок, что оправдано простотой соответствующего технологического процесса. Однако, безусловно, вызывает интерес исследование их напряженно-деформированного состояния (НДС), когда с целью повышения несущей способности и равнопрочности они будут комбинированными: иметь отдельные участки с разными геометрическими, механическими и теплофизическими параметрами.

Объект исследования — такой элемент автоклавов строительной индустрии как располагающийся на седловых опорах (ложементах) тонкостенный цилиндрический корпус (обечайка) при термовлажностной обработке (запарке) в нем различных изделий (например, силикатного кирпича). Эти изделия размещают на вагонетках, для которых смонтирован специальный рельсовый путь.

Эксплуатируемые на отечественных заводах автоклавы имеют следующие основные параметры : внутренний радиус обечайки R от 1,0 до 3,0 м; ее толщину h от 1,6 до 2,8 см; длину обечайки L от 16,0 до 40,4 м; вес ненагруженного автоклава G от 40 до 132 т; технологическую загрузку (вес вагонеток с изделиями) GB от 75 до 320 т; число опор S от 8 до 15. В первой стадии запарки (1–3 ч) внутри корпуса поднимают давление перегретого пара p до 0,8–1,6 МПа, во второй (5–10 ч) имеет место изобарный и изотермический периоды, а в третьей (1,5–2 ч) – снижают температуру и сбрасывают давление. Пар частично конденсируется на стенках корпуса и на изделиях, а образовавшийся конденсат стекает в нижнюю часть обечайки. Температура ее верхней части при запарке достигает 180–200 С, а нижней 100–120 С. Наличие температурной неравномерности по высоте сечения корпуса вызывает его изгиб выпуклостью вверх и отрыв центральной части автоклава от опирания на ряд промежуточных опор. Это неблагоприятно складывается на НДС обечайки. Для надежной работы автоклава регламентируется температурный перепад T между верхней и нижней зонами обечайки до температуры 45 С.

Рассмотрим обечайку корпуса автоклава, как замкнутую цилиндрическую оболочку (рис. 1). Направим ось x по верхней образующей ее срединной поверхности, ось y – по касательной к ее направляющей, ось z(n) – нормально к оси y. Пусть u, v, w – перемещения точки поверхности вдоль этих осей, а x / R и y / R – введенные безразмерные координаты. Нижней части обечайки (оболочка 1) соответствует область поперечного сечения с площадью F1 d d, а верхней (оболочка 2) – с площадью F2 d 2 d, где d – половина угла охвата обечайки sтой опорой. Обе части обечайки считаем свободно опертыми цилиндрическими оболочками соответственно с толщинами, h1 и h2, модулями упругости E1 и E2, коэффициентами Пуассона 1 и 2, коэффициентами линейного температурного расширения t1 и t2.

При эксплуатации возможны два режима работы автоклава:

«холодный», когда он находится под действием механических нагрузок (внутреннего давление пара, нагрузки от веса корпуса, конденсата, веса вагонеток с изделиями и реакций опор), и «горячий» (при неравномерном нагреве корпуса), когда к напряжениям от нагрузок добавляются температурные напряжения.

Рисунок 1 – Расчетная схема обечайки корпуса автоклава и его опорное поперечное сечение В последних, наиболее неблагоприятных с позиций прочности условиях, находится нижняя, межрельсовая часть обечайки.

Сама обечайка является комбинацией сваренных системой продольных швов двух незамкнутых цилиндрических оболочек. Их обе изготавливают из одного материала – стали 15К. В этой связи, с учетом сложных условий эксплуатации, было выполнено исследование НДС обечайки, когда ее надрельсовая и подрельсовая части изготовлены из разных материалов, но имеют одинаковую толщину, и при этом t1 > t2. При соответствующем подборе значения t1 можно добиться выравнивания реакций опор автоклава в «холодных» и «горячих» режимах, что желательно для устранения перегрузки крайних опор в «горячем» режиме.

При определении реакций опор для корпуса в балочном варианте в разрешающем уравнении его упругой линии и в граничных условиях свободного опирания были учтены различия модулей E и коэффициентов t для двух различных частей обечайки.

Для автоклава АП12-217 принимали t 2 12 10 град, E 2 2,05 105 МПа (сталь 15К), а коэффициент t1 изменялся от 1210–6 до 1810–6 град–1. В расчетах использовали также значения: S = 8, L = 16,46 м, R = 1 м, h = 1,8 см, p = 1,2 МПа, G = 1133 кН, GB = 750 кН, T = 450 С.

Координаты центра s-й опоры xs = x1 + (s – 1)2,2 = 0,32 + (s – 1)2,2 м. Задачи оптимизации с одной переменной t где R st и R s0 – реакции s-й опоры, соответственно, в «горячем» и «холодном» режимах, решались методом деления отрезка пополам.

В первом случае при нескольких значениях угла d были построены графики зависимости t1(E1) для оптимальной ситуации с позиции выравнивания реакций опор, когда они практически одинаковы. Так, при угле d = 30 и модуле E1 2,05 10, соответствующий коэффициент t1 15,9 10. Два последних значения могут быть основой для выбора материала нижней части обечайки при конструктивном задании такого значения угла d. Во втором случае при нескольких значениях модуля E1 были построены графики зависимостей t1(d), соответствующие отмеченной оптимальной ситуации. При модуле E1 2,05 10 5 МПа для угла d = 30, получили близкое к предыдущему значению коэффициента t1 15,7 106 град1, что является приемлемым с позиции проверки алгоритма и точности проведенных расчетов. Если материал нижней части обечайки при t1 > t2 конструктивно назначен, то очевидно, что последнее значение t1 определяет угол d = 30, соответствующий решению задачи по выравниванию реакций опор.

Дифференциальные уравнения равновесия для тонкостенных цилиндрических оболочек 1 и 2, после представления перемещений согласно схеме С.П. Тимошенко через основные функции (j) (j = 1,2) приводятся к следующему виду:

где q n j ) – проекции интенсивностей действующих нагрузок на нормаль n к поверхности оболочки. Для свободно опертых по торцам оболочек использование ординарных тригонометрических рядов позволяет получить из двух уравнений (1) в частных производных по два обыкновенных дифференциальных уравнения для каждого m-го члена ряда Общие решения будут линейными комбинациями 8 фундаi( j ) найти из условий сопряжения параметров НДС на продольных краях оболочек 1 и 2 при =d, в качестве которых можно приj) нять перемещения динной поверхности оболочек (mj ), и такие общепринятые для оболочек внутренние силовые факторы, как окружные мембранные усилия T2(,m), S 0,m), изгибающий момент M 2(,m) и перерезываюj щая сила Q 2,m. Выражая эти параметры через основные функции получим 8 уравнений относительно постоянных C i( j ), к которым следует добавить 8 очевидных зависимостей, отражающих условия периодичности по угловой координате 0,. После наC i( j ) m ( ) можно получить выражение для перемещений um, vm, wm j ). Последние полностью определяют все внутренние силовые факторы и напряжения по общеизвестным формулам.

Согласно с этим алгоритмом был выполнен расчет напряжений в среднем сечении обечайки автоклава АП 12-217 при значении коэффициента t 2 12 10 град для нескольких значений коэффициента t1 > t2. Было установлено увеличение напряжения по всему сечению, а в месте соединения верхней и нижней части обечайки имел место резкий переход окружных напряжений от растягивающих к сжимающим. Желательная разгрузка крайних опор в «горячем» режиме сопровождается одновременным увеличением напряжений в этом сечении обечайки (причем не только за счет температурных, но и за счет напряжений от увеличивающихся реакций средних опор).

Очевидным конструктивным вариантом снижения напряжений в нижней части обечайки является увеличение ее толщины h1. Приняв, что материалом обеих частей является сталь 15К, полагали E1 E2 2,05 105 МПа, 1 2 0,3 ; t1 t 2 12 106 град1. В h1 2,7 см ( h1 /h2 1,5 ), в третьем – h1 3,6 см (h1 /h2 2,0 ). Эпюры продольных 1 и окружных 2 напряжений для первого и третьего вариантов сопоставляли с уровнями напряжений 1 = 33,3 МПа и 2 = 66,6 МПа при безмоментном состоянии.

Установлено изменение напряжений в месте соединения разнотолщинных частей и то, что максимальные напряжения, действующие в нижней части, существенно снижаются при увеличении ее толщины. Это усиление более заметно влияет на окружные напряжения, чем на продольные. Анализ эпюр также показал, что при втором варианте (h1 / h2 1,5) пиковые напряжения в районе соединения частей меньше, чем при третьем (h1 / h2 2,0), но при этом меньше и снижение напряжений в нижней части.

Полученные результаты позволяет сделать вывод о том, что комплексное решение задачи выравнивания реакций опор в «горячем» режиме и одновременное снижение напряжений в нижней части корпуса автоклава с комбинированной обечайкой возможно только при совместном выборе материала этой части (выравнивание реакций опор) и увеличении ее толщины (снижение напряжений).

ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЛАЗМЕННОГО ПОТОКА

НА ФОРМИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ

РАСКРОЕ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Для исследования процессов формирования структур и свойств при раскрое листовых материалов рассматривали влияние плазменного воздействия на параметры качества поверхностного слоя [1]. Изучались образцы из хромоникелевых материалов после плазменного раскроя потоками недостаточной, избыточной и рациональной интенсивности.

При воздействии потоком недостаточной интенсивности дефекты подповерхностного слоя, такие как поры и трещины, выходят на поверхность. Величина упрочнения поверхностного слоя и глубина упрочнения малы, волнистость SmW = 1,2 мм и шероховатость Rа 8 высоки, так как поверхность сохраняет следы разрушений.

При избыточном нагреве поверхностный слой, характеризуется измельченной структурой на небольшой глубине, по сравнению с зоной термического влияния. Волнистость SmW = 1,1 мм и шероховатость Rа 5 достаточно велики, так как на поверхности остаются следы после оплавления плазменной дугой.

В случае обеспечения рациональной интенсивности нагрева происходит упрочнение поверхностного слоя в результате завальцовывания пор и дробления зерен структурыпри более значительной степени упрочнения на глубине, большей, чем в предыдущих случаях. Волнистость SmW = 0,7 мм и шероховатость Rа 3 поверхности при рациональном нагреве существенно снижаются.

Исследования показывают, что управляя термомеханическими процессами и регулируя устойчивость обработки, можно получать рациональные параметры качества при формировании поверхности.

Изменения физико-механических свойств при нагреве хромоникелевых сплавов обусловлены сложными превращениями тонкой кристаллической структуры. В исходном состоянии хромоникелевый порошковый материал представляет собой смесь боридной и карбидной фаз высокой степени дисперсности (содержание их может достигать 40 %), равномерно распределенных в матрице, представляющей собой -твердый раствор с ГЦКкристаллической решеткой на основе никеля [2].

При нагреве поверхностного слоя образцов визуально заметных изменений в микроструктуре покрытия не происходит. Однако изменение микротвердости, наблюдаемое также при изохронном отжиге, свидетельствует о протекании структурных превращений в покрытии с увеличением температуры.

Это подтверждается изменением параметра d кристаллической решетки -фазы при нагреве материала в интервалах 350– 550 и 650–1050 °С. Снижение микротвердости в области температур 650–1050 °С отражает обеднение -фазы легирующими компонентами и приближение параметра ее кристаллической решетки к периоду решетки чистого никеля.

Такого рода изменения при нагреве происходят, например, в твердых растворах нержавеющих сталей аустенитного класса и свидетельствуют о выделении из твердого раствора вторичных фаз типа Ме23С6. Поэтому можно заключить, что в исследуемом покрытии происходит распад -твердого раствора и выделение боридов и карбидов при температурах более 650 °С, а затем процесс термической гомогенизации при 950 °С и выше. Незначительное снижение микротвердости после нагрева до 350–550 °С связано, по-видимому, с выделением из твердого раствора кремния, а также с перераспределением его атомов и закалочных вакансий в кристаллической решетке [3].

В -твердом растворе бориды никеля являются преобладающей структурной составляющей, относительно которой изучаемый материал можно рассматривать как эвтектический. Вследствие низкой температуры эвтектики при большой мощности нагрева происходит интенсивное растворение боридов никеля в твердом растворе.

В тех случаях, когда температуры нагрева превышают рациональные, наблюдается огрубление структуры за счет рекристаллизации и появления дендритных включений. Увеличивая скорость нагрева, можно сдвинуть допустимый нагрев до 1100– 1150°С. При нагреве материала из ПГ-СР4 твердость снижается в среднем на 1–1,5 НRС на каждые 10°С при скорости нагрева 20 град/с и до 3 НRС при скорости 5 град/с.

Таким образом, изменения физико-механических свойств хромоникелевых сплавов при нагреве определяются легированностью матрицы, и как следствие этого, соотношением избыточных фаз и -твердого раствора на основе никеля. Структурные превращения при плазменном раскрое существенно зависят не только от температуры, но и от скорости нагрева.

Литература 1. Vitiaz, P.A. Laser-Plasma Techniques in Computer-Controlled Manufacturing / P.A.Vitiaz., M.L.Kheifetz., S.V.Koukhta. – Minsk:

Belorusskaya nauka, 2011. – 164 p.

2. Обработка резанием деталей с покрытиями / C.А.Клименко, В.В.Коломиец, М.Л.Хейфец, А.М.Пилипенко, Ю.А.Мельнийчук, В.В.Бурыкин; под общ. ред. С.А. Клименко. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2011. – 353 с.

3. Хейфец, М.Л. Проектирование процессов комбинированной обработки. – М.: Машиностроение, 2005 – 272 с.

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ И ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ

Необходимость решения проблемы отходов вызвала появление самостоятельного направления в природоохранной политике, включающего в себя развитие методов организации сбора отходов, их переработки, сжигания, захоронения, а также стимулирование мероприятий по вовлечению отходов в хозяйственный оборот и предотвращению их образования. Вопрос управления отходами многоаспектен и включает в себя регламентацию и регулирование таких процессов, как сбор, обезвреживание, транспортирование, накопление, использование и размещение отходов. Решение проблем утилизации отходов производства и предотвращения их негативного воздействия на окружающую среду является приоритетным для России.

В России наблюдается устойчивый количественный рост отходов, и никаких принципиальных изменений этой тенденции в обозримом будущем не предвидится. За последние пять лет общий объем образующихся в России отходов вырос в 1,5 раза. Это очевидным образом связано с ростом объема промышленного производства и уровня конечного потребления. При этом отходы потребления будут расти быстрее, чем отходы производства, изза опережающего роста продукции конечного потребления.

Наибольший объем образования отходов приходится на добычу полезных ископаемых – 88,7 %, в т. ч. на добычу топливноэнергетических полезных ископаемых – 58,7 %. На долю обрабатывающих производств приходится 6,5 % всех образующихся отходов, в т. ч. 4,3 % – на металлургическое производство и производство готовых металлических изделий. На долю сельского хозяйства, охоты, лесного хозяйства, рыболовства и рыбоводства приходится менее 1 % образующихся отходов.

Общая система обращения с отходами в Российской Федерации может быть сформирована пятью основными звеньями:

• полигоны;

• компании-перевозчики (сбор и вывоз мусора – обычно несколько компаний в регионе);

• комплексные мусороперерабатывающие заводы (сортировка, переработка, сжигание, захоронение не перерабатываемых отходов);

• мусоросжигательные заводы;

• специализированные предприятия.

Т.о., рынок переработки твердых бытовых отходов в России практически не развит, о чем свидетельствует сложившаяся в стране крайне нерациональная система обращения с ТБО:

• захоронение на полигонах/свалках ~90–9 2% ТБО (36–37 млн.

тонн в год);

• сжигание – не более 1,8 % ТБО (~700 тыс. тонн в год);

• промышленная переработка – 3–4 % ТБО (1,2–1,6 млн. т в год).

Действующие (закрепившиеся) предприятия в сфере переработки отходов в настоящее время работают с рентабельностью 20 % и выше. В данный момент в России, скопилось уже до миллиардов тонн отходов, в том числе токсичных, напрямую угрожающих здоровью населению. Ежегодно в России образуется около 40 млн. т ТБО, из которых, только 35% пригодны для переработки. При этом в настоящее время утилизируется всего около 10% образующегося мусора, остальное вывозится на свалки, площади которых с каждым годом увеличиваются.

Поэтому в настоящее время существует потребность в предложении новых инновационных технологий и нового современного оборудования для переработки отходов различных производств. Совместная работа в реализации этой задачи ведется ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт экологических проблем» и ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» где предложена технология переработки промышленных отходов различных производств методом экструдирования, с получением готового продукта – экологически чистого строительного материала.

Литература 1. Экология: учебное пособие / А. В. Маринченко. – М.: Дашков и К°, 2010. – 327 с.

2. Батлук А.В. Основы экологии и охрана окружающей среды. – М.: Афиша, 2010. – 335с.

3. Электронный науч. ж- "Нефтегазовое дело". – 2012.

4. Бобович Б. Б. Переработка отходов производства и потребления. – М.: ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ, 2000. – 496 с.

5. Сб. удельных показателей образования отходов производства и потребления. – М., 1999. – 65 с.

ТЕОРИЯ ГРАФОВ В ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Широкое развитие теории графов обязано большому числу всевозможных приложений. Их всех математических объектов графы занимают первое место по описанию формальных моделей реальных систем. Теория графов применение практически во всех отраслях научных знаний: физике, химии, математике, лингвистики, социальных науках, технике и т.д. Наибольшей популярностью графические модели используются при исследовании систем информатики, электрических цепей, химических и генетических структур и других систем сетевой структуры.

В технологии машиностроения теория графов применяется ограничено в основном только для размерного анализа технологического процесса. Многогранность теории графов позволяет ее использовать для анализа технологических процессов изготовления деталей машин.

Проектирование технологического процесса изготовления деталей машин является многовариантной задачей и не всегда принятый вариант является наиболее целесообразным.

Для применения теории графов для анализа технологического процесса необходимо выполнить следующие действия:

1. Обозначить элементы конструктивного объекта. Для обозначения независимых конструктивных объектов буквенное обозначение двумя индексами: первый индекс определяет конструктивный элемент и обозначается буквами латинского алфавита; второй индекс характеризует конечные свойства элементов объекта и обозначается цифрами, которые определяют этапы обработки элемента (a2, b3, c4).

2. Создать матрицу технологического объекта. В строках матрицы записываются независимые элементы, в столбцах – зависимые.

Перестановка строк в матрице запрещена, а столбцов возможна.

3. На основе матрицы технологического объекта создается нуль-граф технологического объекта и определяется элемент начала и окончания технологического процесса.

Рисунок 1 – Нуль-граф: а – нуль-граф технологического объекта; б – нуль-граф технологического объекта с фиксированным входом и выходом 4. На основе нуль-графа технологического объекта с фиксированным входом и выходом создаются варианты ориентированных графов. Связывание вершин должно отвечать следующим правилам: связывание нуль-графа технологического процесса начинается с начальной вершины и закачивается конечной вершиной; в каждую вершину должна входить и выходить связь, за исключением начальной и конечной вершины; количество ребер ориентированного графа не должно превышать количество вершин.

Рисунок 2 – Варианты ориентированных графов 5. На основе принятого варианта ориентированного графа строится гиперграф технологического процесса.

Рисунок 3 – Варианты гиперграфов технологического процесса 6. На основе гиперграфов технологического процесса строится орграф технологического процесса. Наиболее оптимальным является орграф с минимальным количеством ребер.

Использование теории графов при анализе технологических процессов позволяет на предварительном этапе определить наиболее актуальный технологический процесс из множества, также возможно применение временных и энергетических критериев.

СТЗ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ 3D-МОДЕЛЕЙ РЕЖУЩЕЙ

ЧАСТИ ОТКАЗАВШИХ ИНСТРУМЕНТОВ В СТРУКТУРЕ

ПРОЦЕССОВ ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Одной из важных задач современных интегрированных производств является экономия материальных ресурсов, в частности – сокращения расходов на режущие инструменты (РИ). Неполное использование рабочего ресурса таких инструментов, их непредвиденные отказы приводят к необходимости создания значительных запасов РИ [1]. Следовательно, возникает потребность разработки интеллектуальной системы для своевременной замены инструментов на стадии предотказа, ориентированной на решение задачи восстановления режущей части своевременно снятого со станка инструмента с наименьшими потерями дорогостоящих инструментальных материалов.

Целью настоящей работы является изложение некоторых результатов разработки специализированной СТЗ для контроля РИ (на примере резцов для прецизионной обработки), ориентированной на формирование 3D-моделей режущей части (РЧ) отказавших инструментов в структуре процессов их восстановления, и представление нескольких этапов создания 3D-моделей РЧ.

Режущая часть отказавших резцов для прецизионной обработки (далее – РИ) как объектов контроля СТЗ характерна рядом специфических особенностей:

1. наличие криволинейной переходной режущей кромки (РК);

2. сложная форма износа РЧ и распространение его следов по главной, переходной и вспомогательной задним поверхностям.

Эти особенности обусловливают необходимость перемещения цифровой камеры СТЗ относительно РИ (для возможности контроля различных зон износа) и дистанционного управления ею (например – при контроле РИ в инструментальном магазине станка).

Поскольку стандартные СТЗ не обеспечивают решения заданий работы, создана оригинальная СТЗ, ориентированная на контроль резцов для прецизионной обработки (рис. 1). Она обеспечивает возможность контроля передней и задних поверхностей, отказавших РИ, регистрацию набора панорамных снимков задних поверхностей – набора проекций РЧ при вращении цифровой камеры относительно центра криволинейной переходной режущей кромки, и др.

В состав системы входят следующие компоненты:

1 – ПЭВМ;

2 – гибкая штанга подсветки зоны РЧ;

3 – электропривод наводки цифровой камеры на резкость;

4 – цифровая камера (5 Мпикс);

5 – тубус изменения масштаба;

6 – объектив;

7 – электропривод поворотного стола;

8 – магнитный держатель резца;

9 – устройство центровки поворотного стола;

10 – стойка с вертикальной регулировкой и углом наклона стола;

11 – кнопки управления электроприводами.

Рисунок 1 – Общий вид системы технического зрения с поворотным столом, устройством автоматического регулирования резкости и дистанционным управлением СТЗ Использование системы обеспечило реализацию ряда новых методов создания 2D- и 3D-моделей РЧ РИ как в работоспособных состояниях, так и в состояниях отказа.

Некоторые этапы процесса формирования 3D-модели РЧ отказавшего РИ (по результатам контроля СТЗ) в пакете Autodesk Inventor представлены на рис. 2, 3. Получены модели РЧ резца для прецизионной обработки в предотказном состоянии (на момент обработки T1), и в состоянии отказа (на момент обработки T2 ; T T2 T1 ). Приняты обозначения: A3 1, A3 2 - зоны износа задних поверхностей; L3, L3 - соответственно участок криволинейной переходной РК нового РИ и его образ, вписанный в модель РЧ отказавшего инструмента; остаточный зоны главной ( L21, L21 ), переходной ( L22, L22 ) и вспомогательной ( L23, L23 ) задних поверхностей РИ; L, L – соответственно модель РЧ нового РИ и ее образ, “вписанный” в модель РЧ отказавшего РИ.

Создание 3D-модели РЧ отказавшего РИ и “вписывание” в нее 3D-модели РЧ нового РИ (см. рис. 3) обеспечивает возможность определения минимально необходимых и достаточных припусков, снимаемых при восстановлении (переточке) РИ. Эти данные передаются в систему ЧПУ заточного станка.

Рисунок 2 – Формирование моделей двух последовательных состояний РЧ изнашиваемого РИ на основе обработки изображений передней поверхности РИ и выделения контуров РК Рисунок 3 – Изображение вариантов вписывания модели РЧ нового резца в образ РЧ отказавшего инструмента В заключение отметим следующее. Разработана специализированная СТЗ для контроля режущих инструментов (на примере резцов для прецизионной обработки), ориентированная на формирование 3D-моделей режущей части изношенных и отказавших инструментов в структуре процессов их восстановления. Представлены материалы выполнения нескольких этапов создания 3D-модели РЧ отказавшего резца и “вписывания” в нее 3D - модели РЧ нового резца, что обеспечивает возможность определения минимально необходимых и достаточных припусков, снимаемых при восстановлении (переточке) РИ. Полученные результаты, по мнению авторов, свидетельствуют о перспективности использования разработок.

Литература 1. Деревянченко А.Г., Павленко В.Д., Андреев А.В. Диагностирование состояний режущих инструментов при прецизионной обработке. – Одесса: АстроПринт, 1999. – 184 с.

национальный исследовательский политехнический

ПРОБЛЕМА ПОЛОМОК МЕЛКОРАЗМЕРНОГО

РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ

ФОРМООБРАЗОВАНИИ ОТВЕРСТИЙ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ

ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В середине XX в. появились полимерные композиционные материалы (ПКМ), которые широко применяются в различных отраслях промышленности (авиа-, ракетостроение, судостроение и др.).

ПКМ имеют высокие физико-механические, электроизоляционные, химические и антифрикционные свойства, обладают способностью гасить вибрации, шумы. Из ПКМ можно изготавливать уникальные конструкции изделий, одной из которых является многослойная сэндвичевая панель (рис. 1), обладающая низким удельным весом и значительной жёсткостью.

Из ПКМ ОАО «Пермский завод «Машиностроитель»» изготавливает звукопоглощающие конструкции (ЗПК) для авиадвигателей серии ПС-90А.

ЗПК – это сэндвичевые оболочки сложной конфигурации, содержащие области со значительным количеством мелкоразмерных отверстий, которые имеют различное назначение (для поглощения шума – мелкоразмерные отверстия диаметром 1,6– мм, для крепёжных элементов от 6,5 мм и др.). В одной ЗПК количество мелкоразмерных отверстий достигает 200 тыс. ЗПК.

Перфорированная поверхность с внутренней стороны и сплошной наружный слой. На рис. 1 приведена перфорированная сэндвичевая панель ЗПК.

Рисунок 1 – Элемент многослойной сэндвичевой конструкции из полимерного композиционного материала звукопоглощающей панели Во многих отраслях промышленности применяют сверление отверстий в деталях диаметром до 3 мм, получение которых связано с рядом трудностей, главными из которых является поломка режущего инструмента, поэтому такие процессы сверления трудно поддаются автоматизации [1].

На производстве при попадании сверла в перегородку сэндивичевой конструкции сверло ломается, из-за возникновения радиальной силы (рис. 2).

Если при входе в отверстие инструмент подаётся не строго перпендикулярно оболочке ЗПК, то происходит защемление сверла между внутренними и наружными слоями сэндвича. При обратном ходе сверло ломается из-за перекоса (рис. 3).

Отметим, что при одностороннем резании величина скручивающего момента, т.е. момента разрушающего стержень сверла, зависит от глубины проникновения в материал перегородки, т.е.

чем глубже сверло проникло в материал, тем оно больше подвержено поломке. Для выпуска конкурентоспособной продукции из ПКМ необходим комплекс мероприятий по оптимизации механической обработки мелкоразмерным инструментом сэндвичевых панелей, где наиболее уязвимым звеном технологической системы является режущий инструмент.

Рисунок 2 – Вход сверла в перего- Рисунок 3 – Защемление сверла Методы по минимизации поломок режущего инструмента следующие:

адаптивное управление подачей или частотой вращения режущего инструмента, для снижения сил резания при попадании в ребро жёсткости;

использование нового режущего инструмента из биметаллических сверхпрочных материалов, выдерживающих значительные нагрузки во всех направлениях.

Охарактеризуем возможные реализации каждого из отмеченных способов.

Известны исследования адаптивного управления (АУ) у [2]. В [2] описано использование АУ для решения задач точности, качества и производительности обработки деталей, а также АУ для управления стойкостью режущего инструмента. На основе известных исследований [2], можно сделать вывод, что использование АУ для дозирования машинной подачи инструмента, с целью решения задачи предотвращения поломки режущего инструмента является технически выполнимой задачей. АУ величиной подачи или частотой вращения режущего инструмента необходимо вести с постоянной диагностикой, так сказать осуществлять мониторинг выбранного технологического параметра в текущем режиме. В качестве технологического параметра возможно использовать функциональный параметр сверления – осевое усилие возникающее на инструменте.

При проектировании АУ необходимо выбрать функциональную характеристику процесса сверления – осевое усилие сверла и место размещения его регистрирующего устройства. На достоверность получаемой информации о величине осевого усилия влияет расположение измерительного устройства в системе привод – инструмент – деталь (ПИД). В качестве функциональной характеристики могут быть использованы упругие перемещения звеньев системы ПИД. Для объективного выбора той или иной характеристики необходимо знать её отклонение в диапазоне изменения условий обработки при выполнении операций сверления. При выборе места установки измерительного устройства, его следует располагать максимально близко к месту возникновения динамической настройки в зоне резания, т.е. к месту откуда будет быстрее получена информация об отклонении. Конструктивно режущий инструмент закрепляется в цанговом зажиме, который устанавливается в патрон. Таким образом, чувствительный измерительный элемент должен находиться между цанговым зажимом и патроном мотор-шпинделя.

При формообразовании отверстий в ЗПК при случайном попадании сверлом в перегородку сэндвичевой конструкции – в патроне шпинделя наблюдается кратковременное повышение осевого усилия. При определённом пороговом значении усилия, должна срабатывать процедура обратного хода режущего инструмента с переходом на новую координату следующего отверстия в ЗПК либо АУ замедляет скорость подачи режущего инструмента.

Другим направлением минимизации поломок режущего инструмента является создание нового инструмента, например в СанктПетербургском государственном политехническом университете (СПГПУ) совместно с компанией ЗАО «Теком» (г. СанктПетербург) создан биметаллический материал Р6М7Ф6К10-МП с равномерной карбидной фазой. На базе этого материала изготовлен новый мелкоразмерный инструмент диаметрами 2–6 мм. Созданный инструмент по ряду прочностных показателей превосходит стандартную быстрорежущую сталь Р6М5 ГОСТ 19265–73.

Таким образом, каждый их предложенных методов можно использовать для предотвращения поломок инструмента.

Литература 1. Холмогорцев Ю.П. Оптимизация процессов обработки отверстий – М.: Машиностроение, 1984 – 184 с.

2. Адаптивное управление станками / Под ред. Б.С. Балакшина. – М.: Машиностроение, 1973 – 688 с.

Жовтобрюх В.А. ООО ТЦ “ВариУс”, Днепропетровск,

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ ОПЕРАЦИЙ

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПО КРИТЕРИЮ

НАИМЕНЬШЕЙ СЕБЕСТОИМОСТИ

Современный уровень развития машиностроения требует широкого применения наукоемких технологий, оборудования и инструментов, обеспечивающих существенное повышение производительности и снижение себестоимости обработки деталей машин для создания конкурентоспособной продукции. Поэтому с целью обоснования перспективных направлений повышения эффективности механической обработки деталей гидравлических систем проведен теоретический анализ технологической себестоимости обработки с учетом изменяющихся статей затрат, связанных с заработной платой рабочего, затратами на инструмент и его замену. Установлено, что с увеличением производительности обработки (скорости резания V при продольном точении) себестоимость обработки изменяется по экстремальной зависимости, проходя точку минимума (рис. 1). Экстремальные значения себестоимости Cmin и производительности Qэкстр обработки, а также оптимальной (экономичной) стойкости инструмента Tэкстр с учеС щими аналитическими зависимостями:

где C 4, m 1, q, p – постоянные ( m1 p q ; m 1 1 ), определяются экспериментально; N – количество обрабатываемых деталей, шт.; – объем металла, снимаемого с одной детали, м3; Vэкстр – экстремальное значение скорости резания, м/мин; t – глубина резания, м; S – подача, м/об; Sчас – тарифная ставка рабочего, грн./с; k – коэффициент, учитывающий начисления на тарифную ставку рабочего; tc – время замены инструмента, с; Ц – цена инструмента, грн.

Как следует из приведенных зависимостей, уменьшить себестоимость обработки Cmin можно в первую очередь за счет увеличения производительности обработки Qэкстр. Увеличение Qэкстр обусловлено увеличением Vэкстр за счет уменьшения стойкости инструмента Tэкстр. В свою очередь, уменьшение Tэкстр связано с уменьшением параметров tc, Ц и m1. Следовательно, уменьшая данные параметры, можно уменьшить Cmin. В общем случае это достигается применением сборных конструкций твердосплавных инструментов с износостойкими покрытиями, поскольку они обеспечивают наименьшее время замены инструмента tс (в данном случае режущих твердосплавных пластин).

Рисунок 1 – Общий вид зависимости себестоимости обработки C от скорости резания V (а) и производительности обработки Q(б) Цена сборного инструмента включает цену его корпуса и цену режущих пластин. Поскольку корпус инструмента допускает его многократное использование, то в качестве параметра Ц можно рассматривать стоимость твердосплавной пластины, которая будет меньше стоимости монолитного твердосплавного инструмента.

Кроме того, как отмечалось выше, время замены пластины tc меньше времени, затрачиваемого на заточку монолитного инструмента.

Для того чтобы уменьшить параметр m1, необходимо применять износостойкие инструментальные материалы и покрытия, в частности, производства фирмы TaeguTec (Южная Корея). Экспериментально установлено, что параметр m1 при этом может быть уменьшен до значений 2–3, тогда как для твердых сплавов групп ВК и ТК он больше. Подтверждением тому являются графики стойкости твердосплавных резцов при точении заготовки из стали 45 (рис. 2). Как видно, стойкость резцов из твердых сплавов ТТ8115, ТТ8125, ТТ8135 многократно превышает стойкость резца из твердого сплава Т15К6.

Исходя из этого, разработана методика выбора рациональных параметров операций механической обработки по критерию наименьшей себестоимости. В ее основу положена приведенная выше зависимость для определения оптимальной (экономичной) стойкости инструмента Tэкстр с учетом безразмерного параметра m1, устанавливаемого экспериментально (рис. 2, а). Например, для исходных данных: Ц = 3 грн. (стоимость условной режущей кромки пластины из твердого сплава ТТ8125); tc = 2 мин; Sчас =24 грн./час; k =1,37 и m1 =3, получено Tэкстр =15 мин (на рис. 2, а показано пунктирной линией). Это соответствует скорости резания V =350 м/мин, которая незначительно превышает скорость резания (V =300 м/мин), достигаемую в точке максимума произведения параметров VT (рис.

2, б). Таким образом? определяется оптимальная скорость резания.

мин Рисунок 2 – Зависимость стойкости инструмента T (а) и произведения параметров VT (б) от скорости резания Vпри точении стали 45 резцами с твердосплавными пластинами: 1 – ТТ8115; 2 – ТТ8125; 3 – ТТ8135;

4 – Т15К6 (глубина резания t = 2 мм, подача S = 0,3 мм/об).

Используя предложенную методику расчета, определены рациональные параметры операций механической обработки ответственных деталей гидравлических систем (плунжера, пяты и втулки сферической, рис. 3). Так, установлено, что применение современного сборного резца со сменной многогранной пластиной из твердого сплава TT8115 (WC – 79 %; TiC – 15 %; Co – 6 %) с износостойким покрытием на операции чистового точения плунжера, изготовленного из стали 40ХФ2, позволяет реализовать режим резания: V = 250 м/мин, S = 0,12 мм/об, t = 0,3 мм. По существующей технологии данная операция производилась с использованием обычного резца из твердого сплава Т15К6 с режимом резания: V = 40 м/мин, S = 0,15 мм/об, t = 0,1 мм. В результате достигнуто почти 10-кратное увеличение производительности обработки и почти такое же уменьшение себестоимости обработки. В целом, как установлено экспериментально, применение сборных твердосплавных инструментов на операциях точения, растачивания, фрезерования и сверления позволило в 3–5 раз повысить производительность обработки и обеспечить требуемые показатели качества обрабатываемых поверхностей.

Рисунок 3 – Изготавливаемые детали гидравлических систем: а На основе полученных результатов разработаны эффективные технологические операции механической обработки (точения, растачивания, фрезерования и сверления) деталей гидравлических систем и других деталей из труднообрабатываемых материалов, обеспечивающих многократное снижение себестоимости и повышение производительности и качества обработки.

национальный политехнический университет,

АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ОНПУ

В настоящий момент наблюдается постоянный рост цен на классические энергоносители и прогнозируется ограничение их доступности в обозримом будущем. Вместе с этим усугубляется негативное влияние на экологию. Поэтому проблема поиска альтернативных источников электроэнергии и энергосберегающих технологий для всех сфер экономики стоит как нельзя остро.

Одесский национальный политехнический университет, как и многие другие бюджетные и частные организации Украины, затронут этой проблемой и ведет поиск рационального и экономически выгодного решения.

В среднем, в месяц ОНПУ потребляет около 300 000 кВт/ч электроэнергии, что при усредненном тарифе в 1,14 грн. за кВт/ч составляет 294 000 грн.

В настоящее время эта сумма покрывается за счет собственных средств университета, поэтому поиск экономически выходных источников энергии является приоритетной задачей.

Для снижения затрат на электроэнергию были рассмотрены альтернативные источники электроэнергии, технология которых будет эффективна для применения в Одесском национальном политехническом университете.

Финансирование первичных инвестиционных затрат следует отнести за счет средств спонсоров, выгода для которых будет оговорена дополнительно.

Солнечная и ветряная энергетика, с учетом климатических и географических особенностей расположения Одессы, является малоэффективной. Геотермальная энергетика в данном случае вовсе нерациональна. Следовательно, необходимы принципиально новые альтернативные источники энергии.

В настоящее время можно выделить две перспективные технологии – «Бензин из воздуха» и «Энергия движения».

«Бензин из воздуха».

Британская компания Air Fuel Synthesis разработала и создала опытный действующий образец установки, которая собирает углекислый газ и водяные пары из воздуха и преобразует в бензин.

На специальном катализаторе смесь СО2 и воды преобразуется в метанол, который в биореакторе преобразуется в бензин.

Установка работает с августа 2012 г., ее эффективность довольна низка – за два месяца работы произведено 5 л бензина.

Однако не следует забывать, что данная установка является опытным образцом. При достаточных инвестициях, система промышленного масштаба, по заявлению разработчиков, будет производить до 0,9 т бензина в день.

«Бензин из воздуха» может быть использован для генераторов ОНПУ в качестве резервного или дополнительного энергоснабжения.

«Энергия движения».

Под этим названием существует несколько технологических решений, направленных на преобразование энергии движения в электрическую на основе пьезоэлектрического эффекта. Для Одесского национального политехнического университета рассмотрим технологические решения, рассчитанные на пешеходов.

Британская компания Pavegen Systems в 2009 году представила «Плитку сбора кинетической энергии Pavegen».

«Pavegen» – это небольшие гибкие плитки, которые встраиваются в дорожное покрытие и вырабатывают от механического воздействия электроэнергию. Она может запасаться в литиевоионных батареях под поверхностью напольного покрытия, либо непосредственно подаваться для питания электроприборов. Кроме того, при воздействии на плитку её центральная часть загорается зелёным светом, давая знать пешеходу о его вкладе в охрану окружающей среды. Плитка экологична – её корпус изготовлен из специального сорта нержавеющей стали и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя часть сделана из переработанных автомобильных покрышек, что придаёт ей хорошую прочность и высокую устойчивость к стиранию. Также в структуру самой плитки входит LED-лампа, потребляющая 5% вырабатываемой энергии, сигнализирующая о работе плитки.

Производитель планирует в течении трех лет снизить стоимость до 76$ за штуку. Сегодняшняя цена составляет 200$ за плитку.

Выходная мощность за один шаг 0,294 Вт/ч На территории ОНПУ ежедневно пребывает от 5 до 7 тыс.

человек. Поэтому использование плитки «Pavegen» в качестве альтернативного источника энергии будет эффективным.

Так как эффективность работы плиток напрямую зависит от количества шагов, приходящихся на них, наиболее эффективно будет устанавливать плитки в местах наибольшего скопления людей.

Таблица 2 – Схема расположения плиток Pavegen на территории ОНПУ Вход-1 на территорию ОНПУ со стороны про- спекта Шевченко (около автотранспортной остановки) Вход-2 на территорию ОНПУ со стороны про- спекта Шевченко Дороги (2) от Входов-1 и Входов-2 в ГУК 10 2 = Холлы первых этажей корпусов: ГУК, ИКС, 50 5 = ИЭЭ, ИРЭТК, ХТФ Лестничные клетки 1-3 этажей корпусов: ГУК, 6 3 2 5 = ИКС, ИЭЭ, ИРЭТК, ХТФ Пространство перед входом в корпуса ГУК, 20 5 = ИКС, ИЭЭ, ИРЭТК, ХТФ Столовые корпусов: Админ, ГУК ( 2), ИКС, 15 6 = ИЭЭ, ИРЭТК, ХТФ В указанных местах каждая плитка будет получать в среднем 2000 шагов в день. С учетом доставки и монтажа стоимость одной плитки составит до 100$.

Стоимость 700 плит составит:

Общее количество шагов в год для 700 плит будет равно:

2000 шагов/день 700 плит 5 дней 4 недели 10 месяцев = Прогнозируемая выработка электроэнергии рассчитывается по следующей формуле:

(280000000 шагов/год 0,294 Вт/ч за шаг) - 5% = 78204 кВт/ч, где 5% – произведенная энергия, потребляемая встроенными в плитки LED-светильниками.

Это количество электроэнергии позволяет сэкономить в год, с учетом действующего тарифа:

В месяц (с учетом двух месяцев каникул и выходных дней) экономия составит 8915,256 грн.

Время эксплуатации плиток составляет до:

20000000 макс.шагов/400000 шагов/год = 50 лет Т.о., за время эксплуатации данное количество плит может выработать до 3910200 кВт/ч. Экономия за время эксплуатации составит 4457628 грн. Окупаемость составит около 6,4 г.

Выводы. Расчеты показали целесообразность использования плиток «Pavegen» при стоимости одной единицы 100$, а 1 кВт/ч – 1,14 грн.

Инвестиционная привлекательность данного проекта средняя, так как окупаемость составит более 6 лет. Поэтому более выгодным является привлечение спонсоров для первичных инвестиционных затрат.

ПРИМЕНЕНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПРИСАДОК И

ДОБАВОК ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ТРУЩИХСЯ

ДЕТАЛЕЙ СОПРЯЖЕНИЙ

Основные типы присадок, которые обычно содержат стандартные моторное и трансмиссионное масла (антиокислительные; антифрикционные, противоизносные и противозадирные;

вязкостные; депрессорные; детергентно-диспергирующие; моющие; противопенные), так, например, антифрикционные, противоизносные и противозадирные – уменьшают трение и износ деталей, предотвращают развитие задиров (вырывов материала на поверхностях трения).

Присадки к стандартным смазочным материалам могут быть как химически активными, так и химически инертными. Химически активные присадки, как например, содержащие фосфор, серу, могут взаимодействовать химически с металлами, сформированными в процессе трения защитными слоями и полярными окисленными продуктами разложения[1].

Химически инертные добавки, как например, графит, дисульфит молибдена оказывают влияние на процесс изнащивания, разделяя трущиеся поверхности.

Химически активная присадка обычно содержит элементы другого электроноактивного материала. Она должна активно адсорбироваться на поверхности и впоследствии противодействовать трибохимической реакции. Способность формировать защитные слои присадки на поверхности зависит от ее полярности, присадка состоит из олеофильной углеводородной группы, атомов N,O,S и полярной функциональной группы) (Рис.1).

Углеводородная группа должна иметь достаточную цепную углеродную длину, чтобы достигать необходимых размеров для взаимодействия присадки с поверхностью. Химическая формула присадки сильно зависимое от соответствующего баланса полярных и неполярных характеристик.

Рисунок 1 – Механизм взаимодействия углеводородной смазки с очищенной стальной поверхностью[2] Для испытаний использовалась молибден-органическая присадки типа [3]:

Рисунок 2 – Структурная формула молибден-органических присадок Механизм смазочного действия графита, дисульфида молибдена и других материалов подобной структуры основан на том, что атомы элемента расположены в параллельных слоях, отстоящих один от другого (ближайшего) на расстоянии в несколько раз большем, чем в каждом слое. Так как силы взаимного притяжения между атомами тем меньше, чем больше расстояние между ними, то связи между атомами в слоях значительно прочнее, чем между слоями. Поэтому при большом сопротивлении графита, дисульфида молибдена и других подобных материалов сжатию перпендикулярно слоям (плоскостям) сопротивление срезу параллельно слоям мало. Если учесть, что незакрепленные частицы пластинчатых кристаллов располагаются на металлической поверхности плоскостями, то образовавшийся граничный слой из цепочек, нормальных к поверхности, обладает качествами (прочностью и сопротивлением деформации), характерными для граничных слоев, образованных смазочными маслами [4].

Рисунок 3 – Механизм взаимодействия слоистых материалов в зоне При работе слоистый модификатор заполняет (сглаживают) микронеровности поверхностей трения. Их необходимо вводить при каждой замене масла, т.к. при работе двигателя на чистом масле происходит интенсивное вымывание из микронеровностей частиц дисульфида молибдена и их вынос из зоны трения.

Эффективность добавок дисульфида молибдена и графита зависит от размера их частиц. Слишком мелкие частицы (1) полностью «проваливаются» во впадины микрорельефа и оказываются неэффективными, позволяя трущимся поверхностям контактировать по своим выступам. Более крупные частицы (2) эффективнее, однако в растворе они менее стабильны, склонны к образованию осадка. В трансмиссионных маслах, менее склонных к высокотемпературному окислению, агломерация, или выпадение «необычных» присадок в осадок, будет менее заметна. Кроме того, здесь осадок не вызовет засорения фильтра, как это может произойти в двигателе. Влияние размера частиц также определяет различную эффективность присадок на разных поверхностях. Дисульфид молибдена используется как антифрикционная добавка к маслу в температурном диапазоне от –50 до +500 °С, при температуре свыше +538°С он переходит в триокись молибдена – являющийся абразивом.

Методика испытаний Антифрикционные испытания масла с присадками проводились по схеме трения «вращающийся валик диаметром 30 мм – неподвижная втулка длиной 10 мм» на машине трения. Валики изготавливались из стали 45 с последующей термообработкой рабочей поверхности до 50–55 НRC. С исходной чистотой поверхности Ra 0,5–0,8.

Перед испытанием пары образцов (валик-втулка) обкатывались (притирались) в камере машины трения на товарном машинном масле до получения на образцах линейного пятна контакта шириной 1 мм и стабилизации момента трения.

Антифрикционные испытания проводились при частоте вращения – 300мин-1, нагрузке 50 Н, длительностью 5 часов. Количество присадки в масле составляло 0,5 % (весового). Влияние присадок на антифрикционные свойства масла Ml0Г2 оценивались по величине потери веса с точностью до 0,001 г.

В результате проведенных предварительных исследований установлено, что введение химически активной присадки с присутствием молибдена снижает износ в 1,4 раза, а дисульфид молибдена, грануляцией 5–10 мкм, при испытании в аналогичны условиях в 1,7 раза, что связано, по-видимому, с дополнительным эффектом от слоистой структуры дисульфида молибдена.

Литература 1.Minami, I. and S. Mori, Concept of molecular design towards additive technology for advanced lubricants // Lubrication Science. – 2007. – 19(2). – Р. 127–149.

2. Investigation of decomposition of hydrocarbon oil on the nascent surface of steel / R. Lu et al. // Tribology letters. – 2007. – 27(1).

– Р. 25–30.

3. Friction, lubrication and wear technology // ASM Handbook. – 1992.

4. Гаркунов Д.Н. Износ и безызносность. – М.: Машиностроение, 2001. – 616 с.

Клименко С.А. Институт сверхтвердых материалов

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ

РЕЗАНИЕМ

Высота микронеровностей, рассчитанная из кинематикогеометрических представлений закономерностей формирования поверхности и полученная в результате обработки, в большинстве случаев не совпадают. В общем виде высота неровностей определяется Rz = Rzp + H, где Rzp – расчетная высота неровностей (детерминированная составляющая); H – отклонение фактической высоты неровностей от расчетной (стохастическая составляющая), отражающее изменение высоты неровностей в результате упругого восстановления поверхности среза; пластической деформации в зоне стружкообразования, среза вершин неровностей сходящей стружкой, трения на задней поверхности инструмента, износа режущей кромки инструмента, вибраций в технологической системе, наличия дефектов – пористоcти в обрабатываемом материале и др.

При лезвийной обработке, в первую очередь, следует учитывать составляющие H, связанные с пластическими явлениями перед передней поверхностью режущего инструмента (Hпл) и с уровнем вибраций в зоне резания (Hв,).

Задача снижения шероховатости обработанной поверхности может решаться на основе управления величиной зоны взаимодействия инструмента с изделием и управления интенсивностью этого взаимодействия.

К первому направлению относится разработка инструментов с зачистной режущей кромкой, с большим радиусом при вершине, с wiper-геометрией, специальных инструментов, работающих по косоугольной схеме («бреющих», с передней поверхностью в виде тела вращения, например, цилиндрической). Управление механизмами взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом в зоне резания может решаться за счет учета особенностей стружкообразования и оснащения инструмента новыми композитами (в том числе с защитными покрытиями) с физикомеханическими свойствами, обусловливающими снижение усадки стружки и повышение стойкости инструмента.

Оба подхода могут реализоваться совместно.

В качестве примера рассмотрим точение детали из закаленной стали ШХ 15 (60–62 HRC) инструментом с цилиндрической передней поверхностью, оснащенным поликристаллическим сверхтвердым материалом «борсинит».

Для такого инструмента характерна большая величина проекции режущей кромки на основную плоскость инструмента, что обусловливает снижение величины детерминированной составляющей Rzp высоты неровностей на обработанной поверхности. В связи с тем, что при обработке таким инструментом формируются две отдельные стружки – от главной и от вспомогательной режущих кромок, обработка сопровождается пониженной степенью деформации обрабатываемого материала в зоне резания и следовательно, меньшей усадкой стружки, что обусловливает уменьшение стохастической составляющей Hпл высоты неровностей. Снижение последней связано также с небольшой величиной коэффициента трения между материалами инструмента и обрабатываемой детали.

Нужно отметить, что для работы инструментом с цилиндрической передней поверхностью характерна большая величина соотношения ширины стружки к ее толщине, характеризующая рассматриваемый процесс точения как процесс с пониженной устойчивостью, что обусловливает повышение стохастической составляющей Hв высоты неровностей.

Реализация такой обработки с обеспечением низкой шероховатости обработанной поверхности деталей возможна при использовании станков с повышенной жесткостью (рис. 1).

Рисунок 1 – Обработка детали из закаленной стали резцом с цилиндрической передней поверхностью (а), сравнение технологических возможностей обычного инструмента и резца с цилиндрической передней поверхностью (б), оснащенных режущей пластиной RNMN 070300Т Как видно из вышеизложенного, разработка специальных режущих инструментов, в конструкциях которых учитываются особенности деформации обрабатываемого материала в зоне резания, является эффективным направлением обеспечения требуемой шероховатости обработанной поверхности.

Клименко Т.В., Казаков В.С. Брянский государственный

ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

В ИССЛЕДОВАНИИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК

Обеспечение контроля, экспертизы, нормирования и мониторинга технического состояния энергетического оборудования, использование инновационных технологий расчета и диагностирования являются основой инженерной стратегии повышения эксплуатационной надежности и экологической безопасности любого промышленного производства.

Современное энергетическое оборудование представляет собой сложнейшие технические объекты, надежность работы которых должна обеспечиваться, прогнозироваться и диагностироваться на всех этапах жизненного цикла. Получаемые в процессе мониторинга технического состояния энергетических установок сведения трудно сопоставимы между собой и не всегда удовлетворяют условиям, которые позволили бы обоснованно применить для их анализа традиционные методы исследований. Сложность заключается в том, что по отдельно взятой технической характеристике или параметру работы оборудования, объективно судить о его действительном состоянии невозможно. Поэтому возникает необходимость в комплексной оценке многофакторности влияния наиболее важных параметров на работу объекта как методами экспериментального исследования и испытаний, так и при помощи теоретического анализа, прогнозирования и диагностирования на базе конкретно разрабатываемого программного комплекса, включающего экспертную систему.

С целью адекватной оценки качества эксплуатационных показателей энергетического оборудования необходимо пользоваться обобщенными характеристиками их работы, в том числе и определенными на основе теории нечетких множеств значениями функции желательности. При анализе технического состояния энерготехнологического оборудования с учетом многофакторности влияющих на его работу параметров одним из наиболее удобных для практического использования методов математического моделирования является, в частности, методика теории нечетких множеств, основанная на объединении частных показателей качества в обобщенный – в так называемую обобщенную функцию желательности D (или функцию Харрингтона) [1, 2].

Последовательность расчета качественных показателей технического и экологического состояния работы энерготехнологического оборудования можно свести к такому алгоритму:

получение опытных или эксплуатационных данных об объекте, сбор и обобщение нормативной и экспертной информации, расчет частных функций желательности, вычисление обобщенной функции желательности, графоаналитический анализ полученных результатов.

Экспериментальные исследования виброакустических характеристик компрессорного оборудования были также проведены на компрессорной станции предприятия ОАО «САНТЕХЛИТ»

(г.Брянск) при совместной и автономной работе поршневых компрессоров марок 4ВМ10-120-9 и 4ВМ-100-9 на номинальном режиме их эксплуатации в производственных условиях (без использования специальных технических средств защиты).

В соответствии с техническими требованиями нормативной документации и разработанной авторами программой эксплуатационных испытаний промышленного компрессорного оборудования измерялись следующие виброакустические характеристики:

уровни шума (логарифмический уровень звукового давления) в нормируемых октавных полосах частот измерялись в контрольных точках аксонометрического периметра компрессора, в помещении оператора, в промзоне (вне территории компрессорной, на расстоянии 55 м от ее ворот);

уровни вибрации (логарифмические уровни виброскорости и вибро-ускорения) измерялись на корпусе компрессора, на фундаменте в месте крепления компрессора, между компрессорами на пути движения обслуживающего персонала, в помещении оператора (пол и сидение на рабочем месте).

Разработанные авторами алгоритм испытаний и программный комплекс [3] позволяют решать следующие задачи:

компьютерное моделирование работы поршневого компрессора на номинальном и частичных режимах, расчет виброакустических характеристик по техническим, паспортным данным и строительно-монтажным нормам;

определение уровней шума и вибрации в любой точке помещения компрессорной и за ее пределами в промзоне с учетом используемых средств виброакустической защиты;

расчет результирующего виброакустического эффекта при одновременной работе нескольких компрессоров;

экспертная оценка и прогнозирование виброакустической надежности по результатам теоретического, экспериментального и нормативного исследования параметров работы компрессора в различных частотных диапазонах;

конкретные предложения и рекомендации по снижению уровней шума и вибрации на стадиях жизненного цикла компрессорной установки: проектирование, монтаж, эксплуатация;

критериальная оценка качества эксплуатации компрессорной установки с учетом основных энерготехнологических характеристик ее работы;

качественная оценка на основе теории нечетких множеств экологических, медико-биологических показателей эксплуатации компрессорной установки и их нормирование в соответствии с существующими ГОСТами.

Значения производительности, температуры и давления в технической системе, мощности и КПД, тепловых потерь, концентрации вредных выбросов и стоков, уровней шума и вибрации могут быть использованы для определения обобщенной функции желательности D. Что в свою очередь позволяет получить комплексную характеристику технического состояния, качества работы и эксплуатации энергетической установки с учетом влияния этих факторов на экологию окружающей среды и качество жизни человека.

Для анализа подобной информации программный комплекс [3] выводит на экран результаты расчета величины критерия оптимальности – обобщенной функции желательности с качественной оценкой показателя эксплуатации по всем эколого-энергетическим характеристикам и специально только с учетом экологических и медико-биологических норм. Их отличия и устанавливаемые приоритеты ставят проблемные вопросы и определяют задачи технического совершенствования, модернизации или утилизации установки, позволяя обеспечить оптимальные, с точки зрения эксплуатационной надежности, показатели технической и экологической безопасности режимов работы компрессорного оборудования.

Литература 1. Математические принципы нечеткой логики / В. Новак, И. Перфильева, И. Мочкорж. – М.: Физматлит, 2006. – 352 с.

2. Оценка и нормирование показателей качества эксплуатационной надежности и экологической безопасности энерготехнологического оборудования / А.В. Тотай, В.С. Казаков, Т.В. Клименко // Справочник. Инженерный журнал. – 2010. – № 2. – С. 34–37.

3. Исследование виброакустических характеристик поршневой компрессорной установки с экспертной оценкой качества эксплуатации и экологической безопасности / А.В. Тотай, В.С.

Казаков, Т.В. Клименко, Р.Н. Бобкова, М.В. Захаренкова // Св. о регистрации электронного ресурса № 18422. – М.: ИНИПИ РАО ОФЭРНиО, 2012.

САПР ИНТЕХ-РАСКРОЙ: ТЕХНОЛОГИЯ И

МАТЕМАТИКА. ПРОДУКТ, НАЦЕЛЕННЫЙ НА

ЭКОНОМИЮ РЕСУРСОВ, ВРЕМЕНИ, ФИНАНСОВ.

1. Тенденции в современном заготовительном производстве.

Главной тенденцией является появление оборудования, концентрирующего в себе, практически все возможные способы обработки плоского листа с высоким качеством обработки. Резка, маркировка, сверловка, снятие фасок – и все с одной установки. Подетальная обработка не имеет смысла – на одном листе компонуются для обработки различные детали. Для целого класса деталей – такие операции обработки становятся окончательными.

Это исключает, или существенно сокращает долю механообработки, на 20–30 % позволяет сократить отходы металла и уменьшает время технологического цикла от нескольких дней до нескольких минут.

Использование такого оборудования является вложением существенных финансовых средств, что требует серьезной реорганизации технологической подготовки. Становится актуальным применение специализированного САПР для проектирования карт раскроя.

2. Принципы Технологической Подготовки Функциями Технологической подготовки заготовительного производства становятся:

выявление потока номенклатуры деталей из плоского листа, с учетом времени их готовности и сведений о требуемом материале поддержка потока оперативной информации об имеющихся заготовках.

создания потока сведений о возможностях оборудования Целью Технологической подготовки заготовительного производства становится ежедневная оперативная увязка этих трех потоков для получения «заявки» на обработку. А затем быстрая реализация заявки — проектирование соответствующих карт раскроя и УП.

3. Назначение.

Для реализации «заявки» технологи - проектировщики раскройных карт в повседневной деятельности решают множество непростых задач. Среди них рациональный раскрой, нормирование, генерация управляющих программ (УП). Оптимальное решение каждой из этих задач определяется с помощью специальных методов (в том числе математических), использование которых, «в уме» или «вручную» человеком подчас невозможно.

САПР Интех-Раскрой автоматизирует проектирование вырезки деталей из плоских листов, создает УП и карты раскроя для оборудования класса «РОУТЕР», оснащаемого лазерными, плазменными, кислородными и водно-абразивными режущими головками.

4. Компоненты САПР Интех-Раскрой Компоненты определяются составом Технологической Подготовки. Необходимо:

загрузить в САПР «заявку» на обработку «знать» все о возможностях оборудования «уметь» оптимально компоновать детали на листе строить технологичекий процесс обработки генерировать карту раскроя и подробные отчеты «передать» в Систему Управления предприятия сведения о выполненном проектировании 5. Структура Технологического Процесса Математическая модель обработки, являющаяся «стержнем»

ПО. Обеспечивает связь, компоновку, динамическое подключение и пере-подключение задач проектирования элементов технологического процесса и трансляцию на язык систем ЧПУ любого оборудования.

Обеспечивает многофункциональность, масштабируемость, жизнестойкость ПО. Возможность проектирования карт раскроя для оборудования, для которого ранее не было известно синтаксическое определение языка.

6. Оптимизационные задачи математического ядра формирование плотного размещения фигурной детали относительно фигурной заготовки стратегия автоматического и полуавтоматического размещения деталей поиск оптимизированного обхода размещенных деталей с учетом заданных технологических ограничений построение геометрических оболочек, определяющих размещение деталей на листе автоматическое построение совмещенных резов — поиск пути в графе траекторий, удовлетворяющего технологическому требованию обхода для обработки одним движением двух разных деталей 7. Десктопная версия — проверенные временем решения Процесс «общения» с пользователем обеспечивает Организационная составляющая САПР. Она содержит пользовательские интерфейсы, графические выразительные средства, систему организации взаимодействия с пользователем. Единый интерфейс, учет специфики проектирования карт раскроя делают взаимодействие с пользователем на «понятном ему языке»

8. Облачные сервисы — решения на «лету»

Возможность создавать технические решения без использования специального ПО, имея только браузер и интернет – постепенно входит в нашу жизнь. НПП Интех предоставляет такой облачный сервис для технологов раскройно-заготовительного производства.

Сегодня, посетив сайт www.raskroy.com, технолог может получить рекомендуемые режимы для газовой или плазменной резки, спроектировать карту раскроя для гильотинных ножниц и получить к ней подробную документацию.

9. Внедрения ПО установлено на 250 предприятиях Украины, России, и стран бывшего СССР национальный политехнический университет,

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ И

ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ ДИСЦИПЛИН

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Кафедра технологии машиностроения ОНПУ выпускает бакалавров по направлению «Инженерная механика» и магистров (специалистов) по специальности «Технология машиностроения», а так же обеспечивает выпуск бакалавров по «Прикладной механике» (6 специальностей) и магистров (специалистов) по специальностям «Металлорежущие режущие станки, сети, системы» и «Метрология, стандартизация, сертификация и технические измерения». Для всех этих специальностей кафедра читает большое количество дисциплин, в структуре которых основное место занимает дисциплины технологической направленности.

Так, для бакалавров и магистров по специальности «Технология машиностроения» читаются курсы «Технологические основы машиностроения – ТОМ» (лекций – 36 часов, практических – часов, лабораторных – 18 часов), «Теоретические основы технологии машиностроения – ТОТМ» (лекций – 36 часов, практических – 36 часов), «Технология обработки типовых деталей – ТОТД» (лекций – 56 часов, практических – 28 часов), «Технология машиностроения отраслевая – ТМо» (лекций – 36 часов, практических – 36 часов), «Программирование и обработка на станках с ЧПУ – По ЧПУ» (лекций – 18 часов, практических – часов), «Ресурсо – и энергосберегающие технологии в машиностроении – РЭТМ» (лекций – 18 часов, лабораторных – 18 часов).

Для специальностей «Металлорежущие станки, сети и системы»

читаются курсы «Технологические основы машиностроения – ТОМ» (лекций – 36 часов, практических – 36 часов, лабораторных – 18 часов) и «Технология станкостроения» (лекций – 36 часов, практических – 36 часов, лабораторных – 18 часов). Для других специальностей предлагается курс «Технологические основы машиностроения – ТОМ» (36 + 18 + 18 часов) и «Технология приборостроения – Тпр» (18 + 18 + 18 часов).

Как видно из несложного анализа приведенных цифр, объем практических и лабораторных занятий технологического направления за годы обучения составит 172 и 36 часов для основной специальности, 90 и 36 часов для станочников, 54 и 36 часов для метрологов и 36 и 18 часов для остальных не профильных кафедре специальностей.

Продолжая анализ цифр 172 и 36 часов для основной специальности – технология машиностроения, следует отметить, что в курсе «Теоретические основы технологии машиностроения» часов практических занятий посвящены таким проблемам как, точность, качество поверхностей, жёсткость технологической системы, базирование, а в курсе «Программирование и обработка на станках с ЧПУ» 36 практических занятий направленных на разработку стандартных управляющих программ для наиболее широкоходовых методов (станков) обработки. Эти проблемы рассматриваются один раз и далее только используются.

В остальных курсах остаток часов 100 практических и 36 лабораторных занятий в определенной мере повторяются по принципу от простого к сложному.

Так, например, в начале рассматривают метод обработки поверхности заданной точности и качества или несколько методов (по сути, один или несколько переходов), затем рассматривают приоритеты расположения этих методов (формирование структуры технологического процесса), образование типового процесса или индивидуального и возможности управления этими процессами с экономической или какой-либо другой позиции. Естественно, по ходу этих действий студент должен располагать какой-либо заготовкой, чтобы ее получить необходимо уметь определять припуски на обработку и задавать размеры заготовки, выбирать параметры станка, приспособления и инструмента, режимы их работы и нормы времени. Следует этот тезис понимать так: выбирая метод обработки без станка, приспособления, инструмента, режима работы и др. не обойтись. Но разрабатывая комплексную (много переходную) операцию или технологический процесс без всего этого так же невозможно обойтись, т. е. студента следует готовить решать такие задачи путем их усложнения, хоть и повторяя их. Таким образом в курсах ТОМ, ТОТД, ТМо и РЭТМ были сформированы смысловые модули по несколько штук, а в каждом из них может быть несколько тем – занятий. И сложность этих занятий нарастает на старших курсах. Модули мы назвали так: общие вопросы технологий; выбор заготовки; методы обработки; режимы резания и нормы времени; сборка; процессы и операции; документация; анализ и обоснование.

Модуль общих вопросов технологии связан с анализом объекта, количественной оценкой технологичности конструкции, выбором методов обработки по параметрам точности и качества, выборам баз.

Модуль заготовок готовит студентов к выбору заготовки полученной одним из методов: литья, штамповки или порезкой проката на части, и обоснованием экономичности выбора, а так же определению припусков табличным и аналитически методами.

Модуль методов обработки, режимов и норм времени направлен на обучения студента навыкам работы с базами данных или справочниками для назначения режима работы оборудования и установления норм времени.

Модуль операций и процессов учит студента выбирать типовое решение и вести его корректировку или проектировать индивидуальный процесс и анализировать операцию или процесс по некоторым показателям.

Так как сборочные операции и процессы имеют свою специфику их выделим в отдельный модуль – сборка.

В связи с тем, что контингент студентов – это в основном, школьники с нулевой профориентацией, в первом курсе «Технологические основы машиностроения» (это 6 семестр) веден модуль «Методы обработки и настройки станка», в котором студента учат элементарным сведениям о токарных, сверлильных, фрезерных и шлифовальных станках, приспособлениях и инструментах к ним и подготовке такого станка к работе – наладке его.

Модуль анализа и обоснования решений важен для подготовки магистров (специалистов) и подает информацию как сравнение каких либо решений: выбор механизированного приспособления в замен того, что с ручным зажимом; выбор метода растачивания вместо шлифования; выбор одного станка в замен другого; размерный анализ и др.

Размерный анализ и расчеты технологических размерных цепей является обязательными задачами для технологов, а вот сопоставления или сравнения делаются в работах с целью экономии материальных ресурсов, времени, энергии и в конце концов денег.

Для формирования модулей на первом этапе данных работ на кафедре разработано 56 тем – 38 практических занятий и 18 лабораторных и сформированы 5 комплексов лабораторнопрактических занятий. Комплекс состоит из модулей и занятий.

Первый комплекс по ТОМ включат 26 занятий по таким модулям «Общие вопросы технологий» – 9 занятий; заготовки – 4;

методы обработки – 6; сборка – 3; точность обработки – 4.

Последние два модуля введены в данный комплекс по двум причинам: 1 – кроме специальности «Технология машиностроения» кафедра обеспечивает еще ряд других специальностей, для которых этот курс технологического профиля единственный; 2 – вопросы точности и сборка будут более подробно изучаться студентами через один учебный год в курсах ТОТМ и ТОТД, а потребность в некоторых вопросах точности и сборки уже возникает на 3ем курсе, т.е. до чтение этих курсов.

Второй комплекс по ТОТД включает 4 модуля из 15 занятий.

Третий комплекс по ТМо имеет 4 модуля из 17 занятий.

Четвертый комплекс по РЭТМ включает 2 модуля из 13 занятий и исследовательского профиля по сравнению и обоснованию вариантов.

Пятый комплекс по ТПр состоит из 5 модулей и 22 занятий.

Каждое занятие построено так: наименование – цель и задачи работы – общие сведения – порядок выполнения задания – цифровое решение одного примера задания – отчет о работе – приложения.

Включение той или иной работы в комплекс – это чисто авторская точка зрения и она не является догмой.

Комплексы построены по объему так, что бы число часов по курсу на практику и лабораторные занятия приведенные в РУП было бы меньше числа часов занятий в комплексе, и преподаватель мог бы сам что то использовать из перечня. Авторы стремились строить занятия так, что бы средний студент вполне мог бы уложится в 2 академических часа, но в некоторых работах (по припускам, режимам резания и сборке) остались длительные циклы, и работа пока может быть выполнена за 4. Авторы с надеждой смотрят на автоматизацию поиска информации и расчетам с помощью ПВЭМ по этим работам и введению их в 2х часов.

Объём работ указанных в комплексах предполагается расширять, особенно за счет добавления работ по типовым процессам (сейчас есть 1 класс деталей, будет 6 – 7); по методам обработки и наладке станков (есть 4 будет 9 – 10); по обоснованию серийности производства; по получению заготовок методами холодной штамповки, гибки, вытяжки; по специальным методам обработки; по оформлению технологической документации.

Кроме этого в комплексе по ТОТМ предполагается разработать 20 тем занятий (7 – точность; 5 – качество поверхности; 2 – жесткость; 5 – базы), а сейчас реализовано всего лишь 4 (они заложены в комплекс №1 – ТОМ) П.А. Линчевский начал редактирование комплекса №2 по ТОТД, высказав свои пожелания и замечания авторам, но не успел до конца довести эту работу. Авторы с благодарностью восприняли замечания и рекомендации и учли их в своей последующей работе.

Нам представляется интересным опыт привлечения к подготовке лабораторно-практических занятий студентов – магистров на 5 и 6 курсах. Их работа строится так: в курсе «Ресурсо и энергосберегающие технологии в машиностроении» разработан цикл занятий, состоящий из 2-х модулей, всего 13 занятий (по плану часов). На первом занятии студенты проходят определенную тему, знакомятся с документацией – указаниями, оформляют отчет и выбирают из перечня тем, которые подлежат разработке, те, которые отвечают профилю научной темы. По имеющемуся алгоритму идет разработка нескольких методических указаний и их оформление, т.е. магистр лично сам не повторяет готовый ход работы и учится при этом (это важно на первых курсах), делая сам такие разработки для других. Эти разработки могут быть включены в курсовые работы и выпускную работу магистра.

Так, магистр Мучинская Е.Н. в 2013 г. защитила работу по исследованию процесса шлифования, для которой ею разработаны 4 методических указания по проведению ускоренных испытаний кругов, шлифованию импрегнированными кругами и исследованию расхода кругов и вспомогательных инструментов. Часть из них включены в комплекс № 4.

Один из авторов этой статьи Колесник В.М. разработал в курсовой работе указания по групповой обработке, и этот материал включен в комплекс №2.

Мы привели примеры курса РЭТМ, но аналогичные решения в методическом обеспечении могут быть реализованы во всех учебных дисциплинах.

Кафедра будет рада развивать сотрудничество с другими организациями, вузами, заводами и авторами. Мы готовы к любым дополнительным замечаниям и советам, которые просим направить по адресу: 65044, Украина, Одесса, пр. Шевченко, 1 – ОНПУ кафедра технологии машиностроения – доц., к.т.н. Кремневу Г.П.

тел. 705–83–82 или +380 67 480-42- В СУДОХОДСТВЕ» Всеукраинской ассоциации

ДВЕ ГЛАВНЫЕ КАТЕГОРИИ В СОВРЕМЕННОЙ

ПРОБЛЕМЕ НАДЕЖНОСТИ