Студенческий научно-технический журнал "Инженер"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ

УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

"ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

ИИННЖЖЕЕННЕЕРР

Студенческий научно-технический

журнал

Основан в 2000 году

№ 1(19)-2(20)'2015

Донецк - 2015

ДОНЕЦ

КИЙ

НАЦИОНА

ЛЬНЫЙ ТЕХНИЧ

ЕСКИЙ

УНИВЕРС

ИТЕТ

УДК 62

Журнал «Инженер» ориентирован на публикацию научных работ студентов,

магистрантов, стажеров, аспирантов, молодых специалистов по вопросам: создания и

применения прогрессивных технологий; информационных технологий; механизации и

автоматизации производственных процессов; управления качеством, метрологии,

сертификации; вопросам экономической теории и практики; моделирования, расчетов и

проектирования сложных технических систем, экологических проблем

промышленности.

Издается при содействием Международного союза машиностроителей

Основатель – Донецкий национальный технический университет (ДонНТУ)

Главный редактор

Зам. гл. редактора

Отв. секретарь

Михайлов А.Н.

Байков А.В.

Голубова Л.И.

Редакционная коллегия:

Богуславский В.А., Буленков Е.А., Голубов Н.В., Горобец И.А., Грубка Р.М.,

Гусев В.В., Ивченко Т.Г., Ищенко А.Л., Коваленко В.И., Лахин А.М., Навка И.П.,

Польченко В.В., Селивра С.А., Петряева И.А., Сидорова Е.В., Феник Л.Н.,

Чернышев Е.А.

Адрес редакции: ДонНТУ, каф. ТМ

6-и учебный корпус, 6.305

ул. Артема, 58

83001, г. Донецк

Тел.: +38-062-305-01-04

Факс: +38-062- 305-01-04

ISSN 2073-5804 © ГВУЗ «Донецкий национальный

технический университет», 2015

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

АВТОМАТИЗАЦИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

3

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С 2-D И 3-D КОМПОНОВКАМИ

Криволапов А.И., Михайлов А.Н., Михайлов Д.А. (ДонНТУ, Донецк, Украина)

Abstract: In this paper we developed a framework for creating and designing a qualitatively

new highly technological systems of continuous action. They belong to the technological sys-

tems of high and ultra-high efficiency with 2-D and 3-D layouts. Developed specific embodi-

ments thread-spatial process of continuous systems.

Keyword: automation, performance, layout, continuous system, thread-spatial technology

system

1. Введение

Научно технический прогресс непрерывно ставит перед машиностроителями все

новые, более сложные задачи, связанные с созданием качественно новой совокупности

свойств и меры полезности выпускаемых изделий, повышением эффективности произ-

водства, автоматизацией производственных процессов, экологической безопасностью.

Это обусловлено запросами общества и возможностями науки, техники и экономики [1

… 4].

Одним из перспективных

направлений решения проблем

машиностроения является ком-

плексная автоматизация произ-

водственных процессов на базе

технологий непрерывного дей-

ствия. Поэтому данная работа

посвящена решению этих во-

просов.

На рис. 1 показаны некото-

рые характеристики технологи-

ческих систем непрерывного

действия. Здесь технологические

машины разделены на группы в

зависимости от производитель-

ности:

- технологические машины

нормальной производительности

[5 ... 7];

- технологические машины

высокой производительности [8];

- технологические машины сверхвысокой производительности [9, 10].

На базе этих технологий и технологических систем могут решаются вопросы

комплексной автоматизации производственных процессов в машиностроении. Однако

можно отметить, что в настоящее время, к сожалению, разработаны и применяются

только технологические системы с линейной компоновкой технологических элементов,

то есть 1-D компоновкой.

Проведенные ранее исследования в области технологий и технологических си-

стем непрерывного действия позволили сделать следующие выводы:

Рис. 1. Некоторые характеристики технологиче-

ских систем непрерывного действия

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


4

1. Для решения вопросов комплексной автоматизации и интенсификации произ-

водственных процессов в машиностроении перспективными являются технологические

системы непрерывного действия.

2. Принципы проектирования применяемых технологических систем непрерывно-

го действия, а именно роторных и роторно-конвейерных машин основываются на ли-

нейности их компоновки (1-D компоновка). Это приводит к возникновению противоре-

чий между линейностью компоновки технологической системы и объемно-

пространственной структурой производственного цеха, так как здесь не полностью ис-

пользуются производственные объемы.

3. При создании технологических систем непрерывного действия необходимо

стремиться к увеличению использования объемов технологического пространства. При

этом нужно проектировать компактные технологические системы с пространственной

компоновкой блоков технологического воздействия, а именно с поверхностно-

пространственной (2-D компоновка) или объемно-пространственной (3-D компоновка)

технологическими зонами.

На основании приведенных выводов в работе определена цель исследований.

Целью работы является разработка высокоэффективных технологических систем

непрерывного действия с 2-D и 3-D компоновками рабочих позиций, обеспечивающих

качественно новые свойства и технологические возможности, позволяющие решать во-

просы комплексной автоматизации производственных процессов.

В данной работе решаются следующие задачи:

- разработать общую методологию и подход в создании и функционировании вы-

сокоэффективных ППТС,

- разработать новые принципы функционирования и проектирования ППТС,

- спроектировать конкретные варианты ППТС для решения вопросов комплекс-

ной и полной автоматизации производственных процессов,

- исследовать основные параметры ППТС с различными компоновками техноло-

гических зон.

Эти задачи решаются в данной работе.

Отметим то, что в данной работе технологические системы непрерывного дей-

ствия высокой и сверхвысокой производительности именуются поточно-

пространственные технологические системы (ППТС).

На базе этих технологических машин и систем особенно эффективно решаются

вопросы комплексной автоматизации производственных процессов машиностроения.

2. Основное содержание и результаты исследований

Созданные на основе известных принципов проектирования и функционирования

роторные и роторно-конвейерные технологические системы имеют качественно новые

возможности и высокие технико-экономические показатели изготовления изделий [5 …

7]. Однако с прогрессом науки и техники появляются новые возможности в развитии

технологических систем непрерывного действия. Поэтому для проектирования высоко-

эффективных ППТС непрерывного действия необходимы новые принципы их создания

и функционирования.

Анализ процесса создания и функционирования ППТС [8 … 11] позволил устано-

вить следующие основные принципы их проектирования и функционирования:

- повышения мощности концентрации множества технологических элементов

(блоков технологического воздействия);

- составления из концентрированного множества технологических элементов спе-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


5

циальных р-мерных групп с подсистемами к-го класса;

- обеспечение упорядочивания многомерной замкнутой рекуррентной структуры

технологических элементов за счет упорядочивания подсистем (к-1)-го класса в каждой

подсистеме к-го класса;

- пространственной композиции технологических элементов и перехода от их ли-

нейно-пространственной компоновки (1-D компоновка) к поверхностно-

пространственной компоновке (2-D компоновка) и затем к объемно-пространственной

компоновке (3-D компоновка);

- пространственного компактирования структуры технологических элементов в

пространственные компактные структуры и увеличения коэффициента использования

технологического пространства;

- обеспечения сложной кинематической структуры транспортного движения мно-

гомерной замкнутой структуры технологических элементов;

- обеспечения соответствия (равенства) общего числа элементарных транспорт-

ных движений количеству классов подсистем сложной многомерной замкнутой рекур-

рентной структуры технологических элементов;

- обеспечения параллелизма функционирования подсистем (к-1)-го класса в под-

системах к-го класса сложной многомерной замкнутой структуры технологических

элементов;

- обеспечения последовательного фазового смещения процесса выполнения за-

данных основных и вспомогательных функций в подсистемах (к-1)-го класса подсистем

к-го класса сложной многомерной замкнутой структуре технологических элементов;

- обеспечения непрерывности функционирования всех подсистем сложной мно-

гомерной замкнутой структуры технологических элементов системы;

- модульность проектирования подсистем и всей технологической системы;

- реализация принципов мехатроники и адаптроники при создании новых техно-

логий и технологических систем.

Можно отметить, что предлагаемые

принципы, совместно с известными прин-

ципами проектирования технологических

систем, составляют основные исходные

положения создания высокоэффективных

технологических систем нового поколения,

которые получили название ППТС непре-

рывного действия.

Проанализируем принцип перехода

от их линейно-пространственной 1-D ком-

поновки к поверхностно-пространственной

2-D компоновке и затем к 3-D компоновке.

В каждом конкретном случае выбирается

та или иная пространственная компоновка

технологических элементов. На рис. 2 по-

казаны модели пространственных техноло-

гических зон: на рис. 2,а – линейно-

пространственная технологическая зона (1-

D); на рис. 2,б – поверхностно-

пространственная технологическая зона (2-D); на рис. 2,в – объемно-пространственная

технологическая зона (3-D – компоновка). Здесь обозначено: 1 – входные потоки изде-

Рис. 2. Модели технологических

зон: а – линейная (1-D компоновка),

б – поверхностная (2-D компонов-

ка), в – объемная (3-D компоновка)

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


6

лий, 2 – поток единичных технологических зон, 3 – единичная технологическая зона, 4

– изделие (предмет обработки), 5 – пространственная технологическая зона, 6 – выход-

ные потоки изделий. Буквами обозначена Tiv - транспортная скорость изделий и ih -

шаг изделий.

Теоретическая производительность технологических систем с различными вида-

ми пространственных технологических зон (рис. 3) определяется по следующим зави-

симостям:

- линейно-пространственная технологическая зона (1-D компоновка)

LiLiTi

io

iL

i NPvhT

LП ; (1)

- поверхностно-пространственная технологическая зона (2-D компоновка)

SioisiTioi

Eio

iS

i NbPvbST

SП ; (2)

- объемно-пространственная технологическая зона (3-D компоновка)

,VioiviTioi

Eo

iV

i NsPvsVT

VП

i

(3)

где V

i

S

i

L

i ППП ,, - теоретическая производитель-

ность технологической системы с линейно-

пространственной, поверхностно-пространственной,

объемно-пространственной технологической зоной соот-

ветственно;

iii VSL ,, - длина, площадь, объем пространственной

технологической зоны соответственно;

EiEii VSh ,, - длина (шаг), площадь, объем единичной


oT - длительность основного времени технологиче-

ского воздействия орудий и средств обработки на изде-

лие;

oioi sb , - ширина, площадь поперечного сечения


ViSiLi PPP ,, - линейная, поверхностная, объемная

плотность изделий в соответствующих пространствен-

ных технологических зонах;

ViSiLi NNN ,, - интенсивность потоков изделий со-

ответственно в линейно-пространственной, поверхност-

но-пространственной, объемно-пространственной техно-

логической зоне.

В выражениях (1)…(3), плотность изделий в соот-

ветствующих пространственных технологических зонах

определяется на основании следующих выражений:

,1

i

Lih

P ,1

Ei

SiS

P .1

Ei

ViV

P (4)

Анализ выражений (1) … (3) позволил установить зависимость относительной

Рис. 3. Зависимость про-

изводительности систе-

мы от габаритных разме-

ров технологической зо-

ны: 1 – линейная (1-D),

2 – поверхностная (2-D),

3 – объемная (3-D)

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


7

производительности Б

ЦЦотн ППП / технологических модулей с различными про-

странственными технологическими зонами от их габаритных относительных размеров

о пространственной технологической зоны (рис. 3). Выполненные исследования пока-

зали, что увеличение габаритных размеров пространственной технологической зоны

ведет к увеличению производительности технологических систем по следующим зако-

нам: с линейно-пространственной технологической зоной (график 1) – по прямой про-

порциональной зависимости, с поверхностно-пространственной технологической зоной

(график 2) – по квадратичной зависимости, с объемно-пространственной технологиче-

ской зоной (график 3) – по кубической зависимости. Таким образом, технологическим

системам с поверхностно-пространственными и объемно-пространственными техноло-

гическими зонами свойственны качественно новые, более высокие технико-

экономические показатели по сравнению с технологическими системами с линейно-

пространственными технологическими зонами, выполненных на базе роторных и ро-

торно-конвейерных машин и линий.

Важным моментом процесса синтеза структуры технологических элементов си-

стемы является ее организация в пространственные компактные структуры. При этом

необходимо всегда стремиться к увеличению коэффициента использования технологи-

ческого пространства:

,OR

k

RV

VK (5)

где RK - коэффициент использования технологического пространства на R-ом

уровне;

kV - объем пространства, в котором располагается технологическое оборудование

(технологические элементы);

ORV - общий объем пространства, ограничивающий функциональную единицу.

Можно отметить, что при проектировании структуры технологической системы

необходимо стремиться к повышению плотности технологических элементов (блоков

технологического воздействия) пространственной технологической зоны и интенсив-

ности их функционирования. Кроме того, при создании технологической системы, со-

стоящей из n технологических модулей, необходимо пространственно их компактиро-

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

Рис. 4. Формализованная объемно-

пространственная технологическая

система (производственная ячейка)

Рис. 5. Формализованная схема

пространственного компактирова-

ния объемов ячейками

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


8

во всем объеме производственного цеха (рис. 5), с возможностью изменения их про-

странственного расположения.

На рис. 4 показана формализованная объемно-пространственная производствен-

ная ячейка. Здесь обозначено: 1 – технологическая система, 2 – поточно-

пространственный технологический модуль, 3 – связь между технологическими моду-

лями, 4 – граница производственной ячейки, 5 – граница поточно-пространственного

технологического модуля. На рис. 5 представлена формализованная схема простран-

ственного компактирования производственного объема, расположенного в системе ко-

ординат X, Y, Z производственными ячейками, координируемых системами координат

iii zyx ,, и радиусами векторами iR , где i – любая производственная ячейка. Модуль-

ность построения технологических систем позволяет реализовать основные принципы

автоматизированных производств. Это, прежде всего гибкость, непрерывность и высо-

кие технико-экономические показатели изготовления изделий.

Общая методология создания технологий ново-

го поколения и поточно-пространственных техноло-

гических систем непрерывного действия базируется

на следующих двух основных положениях (рис. 6):

- на определении системы качественно новых

принципов S создания высокоэффективных техно-

логий и технологических систем (позиция 1), лежа-

щих на пересечении новых 1S и известных 2S прин-

ципов проектирования;

- на системе проектирования качественно но-

вых технологий и технологических систем (позиция

2), которая обеспечивает возможность работы с осо-

бо сложными многоуровневыми иерархическими

объектами.

Выбор и реализация новых прогрессивных тех-

нологий непрерывного действия в зоне поля S бази-

руется на использовании методов схемного, функци-

онального, структурного и параметрического анали-

за и синтеза, которые могут выполняться в рамках

процессийно-событийного анализа и синтеза новых

нетрадици-

онных вари-

антов. При этом весь процесс создания техно-

логий непрерывного действия выполняется в

оболочке объектно-ориентированного проек-

тирования с учетом решения вопросов опти-

мизации технологий, их экологической чисто-

ты, маркетинга, конъюнктуры рынка и других

вопросов.

На рис. 7 показаны виды компоновок и

некоторые варианта геометрических форм

компоновок пространственных технологиче-

ских зон

поточно-пространственных технологических

систем непрерывного действия. Множество

Рис. 6. Диаграмма комплекс-

ного синтеза ППТС

Рис. 7. Виды и варианты техноло-гических зон ППТМ

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


9

вариантов геометрических форм компоновок дает возможность генерировать значи-

тельное множество вариантов поточно-пространственных технологических систем и

выявлять наиболее приемлемые для реализации заданного технологического процесса.

В работе рассмотрены особенности компоновки и проектирования ППТС, а также

предложено на последнем этапе схемного рассмотрения технологической системы ис-

пользовать принципиально-структурные модели. На рис. 8 представлена принципиаль-

но-структурная модель ППТС. Здесь показано: 1 – транспортный ротор, 2 – поточно-

винтовой технологический модуль (ПВТМ), 3 – поточно-спиральный технологический

модуль (ПСТМ), 4 транспортный ротор, 5 – ПВТМ, 6– транспортный ротор, 7- ППТМ,

8– транспортный ротор, 9 – поточно-глобоидный технологический модуль [8], 10–

транспортный ротор, 11 – блок технологического воздействия (БТВ), 12 – предмет об-

работки (ПО), 13 – пространственная траектория движения БТВ, 14 – осевой поток

БТВ, 15 – замкнутая рекуррентная траектория движения БТВ. Поступают ПО в ППТС

по входному потоку V, а выгружаются по выходному потоку W. Стрелками обозначено

направление вращательного движения подсистем ППТМ.

ПСТМ имеет планшайбу 5

смонтированную на валу 6 раз-

мещенном посредством подшип-

ников 7 в стаканах 8, 9, которые

закреплены на плитах 13 и 14 ста-

нины модуля. На планшайбе 5

установлены звездочки 4 на кото-

рых монтируются цепные конвей-

еры 3 с блокодержателями 2, в ко-

торых закрепляются БТВ 1. На

валу 6 также установлены верхняя

планшайба 20 с нижним цепным

конвейером 19. На верхней план-

шайбе 17 размещены приводы 11

вращения цепных конвейеров 3,

15, 19, которые связаны с ними

кинематическими передачами и редуктором 10. Электроэнергия к приводам 11 подает-

ся через токосъемник 12, расположенный на станине 9, В нижней части вала 6 установ-

Рис. 8. Принципиально-структурная модель

ППТС

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

ный разрез

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


10

лена шестерня 18 для обеспечения вращения технологического модуля.

В ПСТМ ПО поступают по одному входному потоку V и выгружаются также по

одному выходному потоку W. Вращение ПСТМ реализуется в направлении а, при этом

перемещение цепных конвейеров выполняется в направлении b. Суммарное транспорт-

ное движение БТВ совместно ПО на длине l осуществляется по спиральной траектории

d.

3. Выводы. В данной работе разработаны основы создания и проектирования ка-

чественно новых высокоэффективных технологических систем непрерывного действия.

Они относятся к технологическим системам высокой и сверхвысокой эффективности с

2-D и 3-D компоновками. Выполненные исследования позволили разработать следую-

щее:

1. В представленной работе выполнены исследования особенностей синтез техно-

логических систем непрерывного действия с 2-D и 3-D компоновками технологиче-

ских зон.

2. Разработаны общий подход и методология в создании и функционировании вы-

сокоэффективных ППТС.

3. В представленной работе разработаны общие принципы проектирования и

функционирования технологических систем непрерывного действия с 2-D и 3-D ком-

поновками технологических зон.

4. На основе проведенных исследований спроектированы конкретные варианты

ППТС для решения вопросов комплексной автоматизации производственных процес-

сов.

5. В данной работе выполнены исследования основных свойств показателей эф-

фективности ППТС с 2-D и 3-D компоновками технологических зон.

Разработанные технологические системы с 2-D и 3-D компоновками рабочих по-

зиций можно рекомендовать для следующих отраслей народного хозяйства: машино-

строение и приборостроение, химическая, пищевая и фармацевтическая промышленно-

сти, радиотехническая и электронная промышленности и другие отраслях народного

хозяйства.

Список литературы: 1. Pruteanu O.V. Tehnologia constructiei de masini. Partea 1.

Iasi: Junimea, 2005. – 436 p. 2. Radovanovic M. Tehnologija masinogradnje. – Nis: Masinski

fakultet Univerziteta u Nisu, 2002. - 328 p. 3. Schey John A. Introduction to manufacturing

processes. International Edition, 2000. – 962 p. 4. Taranenko W., Swic A. Technologia kszt-

altowania czesci maszyn o malej sztywnosci. – Lublin: Wydawnictwo Politechniki Lubel-

skiej, 2005. – 282 p. 5. Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация производственных

процессов на базе роторных линий. – М.: Машиностроение, 1972. – 351 с. 6. Автомати-

ческие роторные линии / И.А. Клусов, Н.В. Волков, В.И. Золотухин и др. – М.: Маши-

ностроение, 1987. – 288 с. 7. Прейс В.В. Технологические роторные машины: вчера,

сегодня, завтра. – М.: Машиностроение, 1986. – 128 с. 8. Михайлов А.Н. Основы син-

теза поточно-пространственных технологических систем непрерывного действия. –

Донецк: ДонНТУ, 2002. – 379 с. 9. Михайлов А.Н. Основы теории поточно-

пространственных технологических систем // Вестник машиностроения, 1991. №4. С.

58 – 60. 10. Михайлов А.Н. Поточно-пространственные технологические модули // Ме-

ханизация и автоматизация производства, 1990, №1. С. 5 – 8. 11. Михайлов А.Н. Осно-

вы проектирования и автоматизации производственных процессов на базе технологиий

непрерывного действия. – Донецк: ДонНТУ, 2006. – 421 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


11

УДК 678.057

ПРИБОР, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ВНУТРЕННЕГО И ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО

ПОЛИЭТИЛЕНА, КАК ОБЪЕКТА ПЕРЕРАБОТКИ ЭКСТРУЗИЕЙ

Самоздра С.А., Остапенко М.А. (кафедра МАХП, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

Тел. +38 (062) 3010784, E-mail: [email protected]

Аннотация: В статье рассмотрены схемы настройки прибора, методика и резуль-

таты определения коэффициентов внутреннего и внешнего трения гранул полиэтиле-

на, как объекта переработки экструзией. Повышение точности прибора, разработан-

ного на кафедре машин и аппаратов химических производств ДонНТУ, достигается

за счет учета сил трения пуансона и исследуемого материала о стенки матрицы.

Ключевые слова: полиэтилен; экструзия; трение; прибор; методика.

1. Введение. Экструзия является процессом непрерывного литья под давлением полимеров,

металлов, керамики и других материалов для производства труб, пленок, листов, ка-

бельной продукции и профильных изделий бесконечной длины [1, 2]. Производство

труб с покрытием внешней поверхности полимерной защитной пленкой, получаемой

экструзией, является одним из важнейших инновационных направлений промышлен-

ного развития в современных условиях Донбасса.

При расчете процессов экструзии и экструдеров должны использоваться физико-

механические показатели конкретной партии перерабатываемого материала. Такой

подход позволяет повысить точность технологических и конструктивных расчетов, а

также точность оперативных решений для повышения качества продукции на стадии

эксплуатации. Важнейшими показателями при моделировании характера движения ма-

териала, расчете производительности, сил и давлений в загрузочной зоне экструдера

являются коэффициенты внутреннего и внешнего трения перерабатываемого материа-

ла. В связи с этим, является важным при их определении использовать простые мо-

бильные и, в тоже время, более точные приборы и методики.

Недостатки известных [3] приборов для определения коэффициентов внутренне-

го и внешнего трения сыпучих материалов заключаются в следующем:

1. Малая точность приборов. Этот недостаток объясняется тем, что в известных

приборах усилие нормальное к плоскости сдвига принимается равным усилию, прило-

женному к уплотняющему устройству (пуансону). При этом не учитывается, что нор-

мальное усилие, действующее в плоскости сдвига, меньше усилия, приложенного к пу-

ансону, на величину сил трения пуансона и исследуемого материала о стенки матрицы,

в которой находится исследуемый материал.

2. Попытка уменьшить влияние не учитываемых сил трения пуансона и исследу-

емого материала о стенки матрицы приводит к увеличению диаметра матрицы и

уменьшению слоя материала [4, 5]. При этом увеличиваются габариты прибора, огра-

ничивается диапазон исследований, что связано с трудностью создания больших нагру-

зок. Кроме того, при большом диаметре матрицы и малой величине слоя материала

нагрузка неравномерно распределяется по поперечному сечению, что также приводит к

перекосу матрицы и снижению точности исследований.

Указанные недостатки устранены в приборе, разработанном на кафедре «Маши-

ны и аппараты химических производств» ДонНТУ [6].

mailto:[email protected]

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


12

Цель настоящей работы заключается в разработке методики и определении с ис-

пользованием прибора ДонНТУ коэффициентов внутреннего и внешнего трения гра-

нулированного полиэтилена, который является сырьем для производства пленки.

2. Основное содержание и результаты работы

Схема настройки прибора при определении коэффициента внутреннего трения

показана на рисунке 1.

Прибор монтируется на опорной плите 1 и содержит две матрицы. Нижняя мат-

рица 2 устанавливается на тележку 16, а верхняя 14 крепится к подвижной плите 13.

Плита 13 устанавливается на два динамометра 3 и 15. Вместо динамометров могут быть

использованы стержни с тензометрическими датчиками.

Рис. 1 – Схема настройки прибора при определении коэффициента внутреннего трения

Исследуемый материал 17 загружается в полости верхней и нижней матриц.

Винтами 5 и 11 регулируется зазор между верхней и нижней матрицами. Для

предотвращения перекоса верхней матрицы 14 к плите 13 крепятся втулки 4 и 12, что

позволяет перемещение плиты 13 по направляющим стойкам 6 и 10.

Усилие на пуансон 9 и гранулированный материал создается винтом 7 и измеря-

ется динамометром 8.

Силы трения пуансона и исследуемого материала о стенки верхней матрицы из-

меряются динамометрами 3 и 15 и учитываются при определении среднего давления на

поверхности сдвига нижней матрицы относительно верхней.

Перемещение тележки 16 с нижней матрицей 2 осуществляется механизмом, ис-

полнительным звеном которого является шток 21 винтового редуктора 22.

Усилие, необходимое для перемещения тележки с нижней матрицей 2 измеряет-

ся динамометром растяжения 20, который крепится к тяге 19 нижней матрицы 2. Раз-

мещение тяги 20 должно быть таким, чтобы линия действия усилия перемещения ле-

жала в плоскости сдвига гранулированного или сыпучего материала, находящегося в

нижней матрице относительно материала, находящегося в верхней матрице.

Для регистрации начала перемещения нижней матрицы 2 к опорной плите 1

крепится микрометрический индикатор часового типа 18.

Схема настройки прибора при определении коэффициента внешнего трения по-

казана на рисунке 2. При такой настройке полость нижней матрицы 2 полимерным ма-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


13

териалом не заполняется, а к ней крепится металлический образец 23 с плоской по-

верхностью заданной шероховатости.

Рис. 2 – Схема настройки прибора при определении коэффициента внешнего трения

Определение коэффициентов внутреннего и внешнего трения проводится в сле-

дующей последовательности:

а) тележка 16 с нижней матрицей 2 и образцом 18 устанавливается на опорную

плиту 1, так, чтобы оси нижней 2 и верхней 14 матриц совпадали;

б) винты 5 и 11 выкручиваются до тех пор, пока верхняя матрица 14 не опустит-

ся полностью на нижнюю матрицу 2 (при определении коэффициента внутреннего

трения) или на поверхность образца 18 (при определении коэффициента внешнего тре-

ния);

в) верхняя 14 и нижняя 2 матрицы (при определении коэффициента внутреннего

трения) или только верхняя 14 (при определении коэффициента внешнего трения) за-

полняются исследуемым гранулированным полимером 17 и на него устанавливается

пуансон 9;

г) на пуансон 9 устанавливается динамометр 8 и винтом 7 создается необходи-

мое усилие;

д) устанавливается динамометр 21;

е) одновременным вращением винтов 5 и 11 до упора с динамометрами 3 и 15

устанавливается минимальный зазор между верхней и нижней матрицами (при опреде-

лении коэффициента внутреннего трения) и между верхней матрицей и поверхностью

образца 18 (при определении коэффициента внешнего трения);

ж) снимаются показания динамометра 8, который регистрирует усилие nF , при-

ложенное к пуансону 9, и показания 1F и 2F динамометров 3 и 15, которые регистри-

руют силу трения пуансона и исследуемого гранулированного материала о стенки

верхней матрицы 14;

и) включается механизм передвижения тележки с нижней матрицей, произво-

дится перемещение образца 18 относительно гранулированного материала 17 и реги-

страция динамометром 21 максимального усилия сдвига trF ;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


14

к) рассчитываются коэффициенты внутреннего трения (при сдвиге одного слоя

полимерного материала относительно другого) и внешнего трения (при перемещении

полимерного материала относительно поверхности образца) по формуле

21 FFF

FFf

n

xxtr

,

где xxF - усилие холостого хода перемещения тележки 16 при усилии прижатия

ее к опорной плите 1, равном 21 FFFn .

Усилие холостого хода определяется при тарировке прибора.

При определении коэффициентов внутреннего и внешнего трения проводилось

по n = 6 замеров. Использовался гранулированный полиэтилен, крупность частиц кото-

рого составляла 1.5…3,5 мм и стальной образец из стали 0Х18Н10Т, шероховатость по-

верхности которого соответствовало шероховатости поверхности шнека экструдера -

32,0aR . Усилие nF принималось таким, чтобы нормальное давление в плоскости

сдвига соответствовало среднему осевому давлению материала в зоне загрузки экстру-

дера – 5,0 МПа.

При статистической обработке результатов использовалась стандартная методи-

ка [7], по которой рассчитывались: среднеарифметические значения коэффициентов -

nff i / ; среднеквадратичные отклонения - 1/2

nffS i случайные по-

грешности - nSnt /195,0 , где 195,0 nt - критерий Стьюдента при доверительной

вероятности 0,95 и числе степеней свободы 5.

Результаты определения коэффициентов внутреннего и внешнего трения грану-

лированного полиэтилена:

- коэффициент внутреннего трения - 02,067,01 f ;

- коэффициент внешнего трения - 02,031,02 f .

3. Заключение

Выполненные исследования позволили повысить точность определения коэф-

фициентов внутреннего и внешнего трения гранул полиэтилена, как объекта перера-

ботки экструзией, за счет учета сил трения пуансона и материала о стенки матрицы.

Список литературы: 1. Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем

под давлением. М.: Химия, 1974. – 271 с., ил. 2. Техника переработки пластмасс/Под

ред. Н.И. Басова и В. Броя. - Слвместное издание СССР и ГДР (Издательство «Дейтчер

Ферлаг Фюр Грундштоффиндустри», г. Лейпциг). М.: Химия, 1985. – 528 с., ил. 3. Ан-

дрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошко-

образных материалов. М.: Химия, 1982. – 255 с., ил. 4. Чаповский Е.Г. Лабораторные

работы по грунтоведению и механике грунтов. М.: Недра, 1975. – 304 с., ил. 5. Карнау-

шенко Л.И. Исследование и разработка методик для определения механических

свойств сыпучих материалов.: Автореф. Дис. Канд. Техн. наук. – Кривой Рог, 1970. – 23

с., ил. 6. А.С. СССР №846637. Остапенко М.А., Рассказов Н.И., Федоренко А.Д. При-

бор для исследования сопротивления сдвигу грунтов и сыпучих материалов. Б.И. №18,

1981. 7. РДМУ 106-77. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров

технологических процессов. М.: Издательство стандартов, 1978. – 64 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

15

ИЗГОТОВЛЕНИЕ СПОРТИВНОГО ЛУКА СВОИМИ РУКАМИ

Антонов А.Ю. (каф. МОЗЧМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) В начале первого учебного года можно было выбрать, каким видом спорта зани-

маться на физкультуре. Ассортимент был большой: плаванье, бокс, карате, скалолазание, но мой выбор пал на стрельбу из лука. Почему туда? Да сам не знаю… экзотично, из пневматики любил пострелять, да и друг посоветовал. Там действительно оказалось весьма неплохо. Тренер выдала спортивный лук, начали учиться стрелять. Помимо обя-зательных занятий я начал посещать и тренировки. Со временем появилась необходи-мость в своём луке, чтобы тренироваться в выходные дни и на каникулах. Стал изучать прайс на луки в интернете, и оказалась эта игрушка не из дешевых: самый плохой с ру-коятью из дерева стоит около 100-150$, что оптимизма не внушало, откуда у студента такие деньги. И родилась мысль сделать лук самому, вроде кое-какой опыт работы рука-ми есть, да и инструмент имеется. Но не всё оказалось так просто, как казалось. Лук - устройство довольно сложное и требует высокой точности подгонки деталей. Без спецоборудования выдержать точность трудно, а некоторые элементы так и вообще сде-лать невозможно.

Собственно те, кто считает лук палкой с натянутой между её концами резинкой, весьма далеки от истины. Плечи лука выполнены из композитного материала стеклопла-стик – дерево - клин -дерево –стеклопластик (рис. 1)

Клин рассчитывается от 15-20% длины плеча, угол сужения клина меняется в за-висимости от нагрузки и т.д. Деревянные вставки на плечи имеют толщину 1,5-2 мм и сужаются от основания к концу, режутся на циркулярной или ленточной пиле, после че-го шлифуются на ленточно-шлифовальном станке, которого, как и циркулярки, у меня не было. Но главное - желание, а остальное можно достичь.

Циркулярку (рис. 2)сделал из 230 болгарки и водопроводной трубы на 1/2II, бра-кованной, в связи с чем её наружный диаметр был ровно 20 мм и на нее прекрасно, в натяг, напрессовывались 204-е подшипники.

Далее с применением всё той же бракованной трубы был изготовлен ленточно-шлифовальный станок. Вообще можно было обойтись ленточно- шлифовальной машин-кой, но покупать довольно дорого, да и не интересно так.

Рис. 1. Устройство плеча спортив-ного лука

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


16

Пока нарезанные планки сохнут (рис. 3) и шлифуются (не сами конечно), необхо-димо выполнить 4 накладки из стекло-пластика (стеклоламинат) на плечи лука. Изготавливаются они так. Берётся доска толщиной 50мм, шлифуется так, чтобы на торцевой плоскости не было завалов, после чего по бокам крепятся планки (бортики). По краям вбивается три ряда гвоздей по шесть штук. Далее жёлоб, об-разованный доской и планками, покры-вается полиэтиленом и начинается намотка стеклонити между гвоздями так, чтобы нить распределялась равномерно

по плоскости. Затем стеклонить заливается эпоксидкой. После полного пропитывания стеклонити, жёлоб сверху также накрывается полиэтиленом, и задавливается второй до-ской такой же толщины. И дожимается струбцинами. После высыхания, стеклопластико-вая лента достается из желоба и на ней обрезаются лишние края, выступившие по бокам от доски.

Также необходимо изготовить форму для задания правильной геометрии плечам (рекурсивности) лука (рис.4). Я набирал её из 3 плит ДСП, после чего мне в мебельном цехе разрезали её ленточной пилой (высокая точность).

После чего набирается и склеива-ется «пакет», планки перед нанесением эпоксидки выклады-ваются в обратной последователь-ности, эпоксидную смолу лучше использовать с пластификатором типа дег-1. Первым мажется 1 стеклоп-ла-стиковая лента, после чего деревян-ная планка, за ней клин, и далее дере-вян-ная планка, стекло. Всё это заклады-вается в форму, и прессуется пневмо-прессом, который я выполнил его из куска пожарного шланга. Далее форми-руем рукоять, её можно сделать изогну-

той (закруглить планки по большому радиусу), либо просто набрать с планок, главное чтобы она была многослойной. После чего доработать напильником, по желанию и уровню нетерпения. Единственным важным фактором является осадочные места под плечи, их плоскость должно быть строго перпендикулярна плоскости рукояти, а углы наклона плеч симметричны (рис.5).

Рис.3. Укладка планок для сушки

Рис.4. Форма для склеивания пакета плеча

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


17

Сформировав и склеив 2 плеча, можно их покрасить, это по желанию (я красил се-ребрянкой, а сверху лаком), а рукоять покрыть лаком.

Когда всё высохло и приобрело стойкость к меха-ническим повреждениям, можно собирать. Крепления я выполнял нестандартные (тер-пения не хватило), использо-вал по 2 болта М6 для крепле-ний. В результате всех работ,

издевательств и экспериментов, был постигнут весьма полезный инженерный опыт, а также построен весьма неплохой по меркам ручного изготовления лук, показавший для «гаражного» изготовления неплохую силу натяжения (20кг) и достаточно высокую точ-ность.

Результаты стрельб шестью стрелами с расстояния 30 метров профессиональным луком: 48 очков из 60 за серию.

Самодельным луком результат был всё же ниже, но не критично: 42 очка из 60 за серию.

Всем кто решится на изготовление такого или по-хожего лука, хочу пожелать удачи, а также предупредить, что эксперименты по созда-нию быстрорежущего или шлифовального инструмента могут быть опасны. Если не уверены в своих силах, при-бегните к помощи столярных мастерских, в которых вполне вероятно найдётся всё, что вам нужно.

P.S. Для тех, кто всё же осилит сей процесс. Лю-бое оружие требует соблю-дения техники безопасно-сти и ухода. Не стоит от-носиться к древнему (уста-ревшему) оружию халатно. Как и с любым другим ору-жием это может иметь весьма печальный резуль-тат. Ответственность за

направление выстрела и попадание несёте только ВЫ.

Рис.6. Сушка элементов лука после покрытия ла-ком

Рис. 7. Готовый лук в свободном и натянутом положе-нии

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


18

ПРОИЗВОДСТВО ШВЕЙНЫХ ИГЛ

Безщекий П.Н. Феник Л.Н.(кафедра ТМ, ДонНТУ,г. Донецк, ДНР) Тел./Факс: +38 (0999) 175058; E-mail: [email protected]

Аннотация. В статье рассматриваются вопросы, связанные с назначением и

производством швейных игл, особенности технологии производства, основные требо-вания к изделиям и материалам для их изготовления. Материалы работы могут ис-пользоваться при изучении технологии производства изделий данного класса. ……

Ключевые слова: швейные иглы, редуцирование, изогнутые иглы, челнок. Введение Швейные иглы производятся на так называемом игольно-платинном производ-

стве. Различают следующие виды игольной продукции: бытовые иглы, промышленные иглы, обувные иглы, ковровые и вязальные иглы. Кроме того, иглы делятся на швейные ручные (обыкновенные, штопальные, вышивальные, для слепых, скорняжные, шорные и пр.), машинные (с утолщением на одном конце, которое называют колбой). Ассорти-мент крупных предприятий может насчитывать несколько тысяч различных наимено-ваний игл различной толщины, формы острия и вида покрытия поверхности. Наиболь-ший интерес для производителей представляют машинные иглы, которые являются важной частью швейных машин, используются для прокалывания материала, проведе-ния через него нитки и образования петли-напуска, которую захватывает носик челнока или петлителя. Машинная игла имеет более сложную конструкцию по сравнению с обычной бытовой иглой. Она состоит из колбы, лезвия и острия. На лезвии такой иглы профрезерованы длинная и короткая канавки (желобки) и есть ушко, в которое заправ-ляется нитка во время работы.

Назначение изделия По форме различают прямолинейные и изогнутые иглы. Прямолинейные иглы

используются в стачивающих машинах челночного и цепного стежков, в полуавтома-тах, краеобметочных и других машинах, а изогнутые иглы применяются, в основном, в машинах потайного стежка. Качественные швейные иглы производятся из стальной не-легированной проволоки. Такая сталь, из которой состоит проволока, не имеет посто-ронних добавок (марганца, хрома и т. д.).

Некоторые особенности изготовления изделий Для того чтобы быть уверенными в качестве готовой продукции, крупные про-

изводители в обязательном порядке проводят механические, микроскопические и хи-мические исследования сырья. Прежде всего, прочность проволоки, которая использу-ется для изготовления игл, должна соответствовать установленному стандарту. Если она будет слишком высокой, то в процессе редуцирования колбы, фрезеровки длинной бороздки или штамповке ушка, на поверхности иглы могут образоваться трещины. Компании, которые производят «бюджетную» продукцию осуществляют выборочный контроль лишь на промежуточном и последнем этапах производства, что не может га-рантировать высокое качество готового изделия.

На первый взгляд, процесс изготовления игл кажется предельно простым. Но на самом деле все операции с момента, когда моток проволоки разматывается, разрезается

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


19

и выравнивается, до этапа упаковки готовых игл и подготовки их к отправке, занимают около трех месяцев. Всего же производственный процесс состоит из свыше тридцати основных этапов, не считая постоянные проверки качества заготовок и готовой про-дукции. Причём, на каждом этапе может выполняться несколько технологических опе-раций. Изготовление такой не сложной на первый взгляд продукции может состоять примерно из 80 операций. Сначала поставляемая с завода проволока разрезается при помощи выпрямляющей режущей машины на отрезки необходимой длины, предусмот-ренной по стандартам изготовления ручных или швейных игл. Затем каждый из от-дельных отрезков закругляется с обеих сторон.

На следующем этапе осуществляется редуцирование. В ходе этой операции часть отрезка проволоки вытягивается холодным способом и скашивается на конус. Именно на этой стадии определяется и задается длина корпуса, форма конуса и толщи-на (то есть диаметр) будущей иглы, в зависимости от ее назначения. Следующие про-цедуры – штамповка и перфорирование. Заготовки для игл отправляются на специаль-ные автоматы, где при помощи матриц им придается форма ушка, закругления и нано-сятся короткие бороздки на корпусе. Современное оборудование позволяет совмещать штамповку с перфорированием. Раньше же все эти операции осуществлялись раздель-но. На этом этапе создается «короткая» бороздка, а на следующем, который называется фрезеровкой, – «длинная». Длинная бороздка должна быть той же глубины и ширины, что и толщина нити, которая используется для работы. При штамповке иглы на обору-довании с обеих сторон ушка остаются заусенцы, которые необходимо обрезать и от-шлифовать. На этапе предварительной обработки острия кончику иглы придается не-обходимая форма – ножеобразная или острая. Затем осуществляется закаливание и от-пуск. Для закаливания игл используются так называемые прямоточные закалочные пе-чи с контрольными аппаратами, которые обеспечивают особо точную обработку. До-полнительный отпуск придает иглам необходимую гибкость и прочность. После этого острие иглы обрабатывается еще раз. На этом этапе путем заточки ему придается окон-чательная форма.

Одними из самых сложных и важных этапов производства являются изготовле-ние ушка иглы и химическая зачистка. Если для производства игл используется более дешевая низколегированная сталь, то готовая игла может заржаветь со временем. По-этому часто игольное ушко дополнительно покрывается напылением благородных ме-таллов (позолота, серебро и пр.). Химическая зачистка представляет собой полировку тех поверхностей, которые напрямую соприкасаются с нитью (бороздка, ушко) и с тка-нью. Долгое время на производствах каждая игла полировалась вручную. Конечно, этот процесс был слишком долгим, трудоемким и, следовательно, дорогостоящим. В насто-ящее время используется так называемая химическая полировка, в результате которой все заусенцы аккуратно удаляются, а поверхность иглы тщательно полируется. Для это-го иглы окунаются в ванны со специальным раствором, которые до и после этой проце-дуры проходят специальную обработку (очистку). Современные системы зачистки поз-воляют обрабатывать около 100 тысяч игл в час, благодаря чему удалось оптимизиро-вать этот этап, снизить себестоимость готового изделия и улучшить его качество.

Последние две операции представляют собой хромирование и полировку. В пер-вом случае поверхность иглы покрывается твердым хромовым слоем, а во втором – осуществляется обработка всей поверхности иглы для удаления пылинок, мусора и во-ды. На каждом этапе производстве заготовки и конечный продукт постоянно проходят проверки и контроль. Детали, которые не соответствуют требованиям и параметрам

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


20

(длина корпуса, толщина и диаметр колбы, форма и расположение ушка), выбраковы-ваются и отправляются на переработку.

Готовые иглы упаковываются в коробочки или в упаковку на блистере с соот-ветствующей маркировкой. Номер, который присутствует в названии продукции, обо-значает толщину готовой иглы в сотых долях миллиметра или долях дюйма. Соответ-ственно, чем больше значение этой цифры (диаметр), тем толще будет сама игла. Неко-торые производители указывают на упаковке своей продукции сразу два значения – это диаметр иглы в двух единицах измерения сразу (дюймы и миллиметры). Самой ходо-вой номерной системой считается маркировка Орган-Зингер.

Иногда кроме привычных номеров в маркировке швейных игл используются и буквенные обозначения, которые определяют область применения каждой отдельной иглы (виды ткани, для работы с которыми она предназначена). Так, например, есть универсальные иглы различного размера со слегка закругленным острием. Они исполь-зуются для работы с простыми тканями различной плотности. Существуют иглы для особо плотных тканей, которые затачиваются острее обычных, что позволяет использо-вать их для шитья толстых текстильных материалов. Иглы, предназначенные для шитья эластичных тканей (трикотаж, синтетика), имеют специальную кромку, которая позво-ляет исключить или хотя бы снизить риск пропуска стежков при растяжении материа-ла. Иглы-микротекс отличаются от обычных тем, что они более тонкие и острые. Они применяются для точного прокалывания тонкого и плотнотканого микроволокнистого текстиля (тафта, шелк, синтетика). Иглы для вышивания имеют более узкое ушко и слегка закругленное (затупленное) острие, а также специальную выемку, которая поз-воляет предотвратить повреждения материала или ниток в процессе работы. Они ис-пользуются для работы со специальными вышивальными нитками (мулине).

Иглы для кожи имеют специальный режущий край. При этом разрез произво-дится под углом 45 градусов к направлению шва, в результате чего получается декора-тивный шов со стежками с определенным наклоном. Иглы с округлым острием не про-ходит через волокна насквозь, а аккуратно раздвигает нити ткани без повреждения са-мого материала. Они подходят для работы с плотным трикотажем, вязаными материа-лами, джерси. Наконец, существуют иглы для квилтинга со специальным скосом, уменьшенным ушком и округлым острием. Они позволяют не пропустить стежков и избежать появления некрасивых следов прокола на ткани.

Конечно, эта классификация и маркировка не является единым общепринятым стандартом. Ими пользуются многие производители, но крупные компании, которые имеют собственные разработки в этой сфере, могут вводить собственные классифика-ции, которые отличаются от самых распространенных.

Кроме обычных игл из стали, выпускаются так называемые тефлоновые иглы, которые обрабатываются различными соединениями титана. Такие иглы применяются, в основном, для работы с тканями, которые прошли специальную обработку (пропитку, окраску и пр.). При обработке таких тканей выделяется большое количество тепла за счёт повышенного трения иглы об обрабатываемую ткань. В зависимости от конкрет-ного вида обработки таких игл готовое изделие приобретает высокий коэффициент со-противления оплавлению синтетических волокон на поверхности иглы, сопротивление износу, низкий коэффициент трения. Вследствие этого срок службы такой иглы увели-чивается, а температура ее нагрева во время работы и обрыв нити снижаются. Тефло-новый слой обладает повышенной стойкостью. Он начинает разрушаться лишь при температуре около 400 градусов Цельсия.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


21

В нашей стране ассортимент швейных игр достаточно ограничен. Как правило, российские предприятия выпускают швейные иглы от № 1 до № 12 различной длины и диаметра. Так, самая маленькая игла достигает в длину 35 мм и имеет диаметр 0,6 мм, а самая большая игла составляет в длину 80 мм и 1,8 мм в диаметре.

Для работы на производстве игольно-платинных изделий потребуются следую-щие специалисты: автоматчики, вальцовщики игл, галтовщики игольно-платинных ба-рабанов, запрессовщики игл, заточники игольно-платинных изделий, контролеры, наборщики, калибровщики, наладчики оборудования, полировщики, редуцировщики игл, рихтовщики и сортировщики игольно-платинных изделий. Найти хороших работ-ников будет совсем непросто, особенно если ваше производство открывается в отда-лённых регионах, поэтому приготовьтесь к тому, что большую часть сотрудников при-дется обучать самостоятельно в процессе работы.

Для производства игольно-платинных изделий применяются автоматические линии и автоматы с программным управлением. Кроме ручных и машинных игл на та-ких предприятиях выпускаются также рыболовные крючки, вязальные спицы, вязаль-ные крючки, булавки, наперстки, кнопки, одежные крючки, компоненты и принадлеж-ности для текстильных прядильных, крутильных, мотальных и перемоточных машин, технические иглы для текстильных ткацких станков и другие изделия. Точную сумму финансовых затрат при организации нового производства назвать сложно, так как она во многом зависит от объемов будущего производства, его расположения, численности сотрудников, используемого оборудования, затрат на обучение персонала. Срок окупа-емости зависит от качества продукции, наличия рынка сбыта, маркетинговых кампаний и других факторов и ориентировочно составляет от 1,5 лет. Главная проблема, с кото-рой столкнется производитель бытовых и промышленных швейных игл, - необходи-мость конкурировать с крупнейшими производителями, многие из которых имеют дол-гую историю и отличную репутацию. Качественные швейные иглы производятся и им-портируются в нашу страну из стран Европы (Германия, Великобритания, Франция), Японии, Китая. Большинство отечественных компаний предпочитают не производить иглы самостоятельно, а размещать заказы на их изготовление на китайских заводах. Они просто расфасовывают готовую продукцию в собственную упаковку и реализуют ее под своей торговой маркой.

Заключение Игольные заводы продают свою продукцию оптовым компаниям и напрямую

магазинам швейной фурнитуры, оптовым компаниям и магазинам, которые торгуют рыболовными принадлежностями, фабрикам-производителям трикотажных и чулочно-носочных изделий, фабрикам-производителям нетканых материалов и пряжи.

Изготовление качественных швейных игл с минимальными затратами и в усло-виях конкуренции требует применения современного оборудования, прогрессивных технологий квалифицированного персонала.

Список литературы: 1.(с) www.openbusiness.ru 2. http://glavmex.ru/forum/viewtopic.php?f=23&t=9513 3.http://referat911.ru/Tehnologiya/analiz-razvitiya-tehnologicheskogo-processa-

proizvodstva/188908-2316253-place2.html

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


22

УДК 621.9: 658.5 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

ПО КРИТЕРИЯМ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И СЕБЕСТОИМОСТИ

Жовтяник А.В., Ивченко Т.Г.,(кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: [email protected]

Аннотация. С использованием методов линейного и геометрического программирова-ния осуществлена оптимизация режимов резания при черновом и чистовом фрезерова-нии по критериям максимальной производительности и минимальной себестоимости. Определены аналитические зависимости оптимальных режимов резания от парамет-ров фрезерования. Выполнен сравнительный анализ оптимальных режимов резания, рассчитанных по различным критериям. Ключевые слова: оптимизация, себестоимость, производительность, ограничения.

Оптимизация режимов резания при различных видах обработки, в том числе при

торцевом фрезеровании, которое является наиболее распространенным при обработке плоских поверхностей деталей машин, весьма актуальна для повышения эффективно-сти современного машиностроительного производства.

В настоящее время для оптимизации режимов резания широко используются ме-тоды линейного и нелинейного программирования [1, 2], позволяющие осуществлять одновременную оптимизацию скорости резания и подачи с учетом действующих огра-ничений по критериям максимальной производительности и минимальной себестоимо-сти.

Задача оптимизации режимов резания при торцевом фрезеровании по критерию максимальной производительности решена с использованием метода линейного про-граммирования [3]. Представляет интерес решение задачи обеспечения минимальной себестоимости обработки с учетом действующих ограничений при черновом и чисто-вом торцевом фрезеровании.

Сравнительный анализ оптимальных режимов резания, определенных по крите-рию максимальной производительности методом линейного программирования (МЛП) и по критерию минимальной себестоимости методом геометрического программирова-ния (МГП), свидетельствует о существенном различии оптимальных по разным крите-риям режимов резания [4]. Представляет интерес дальнейшее развитие указанной мето-дики сравнительного анализа для различных видов механической обработки, в том числе для фрезерования плоских поверхностей деталей машин.

Цель работы – определение и сравнительный анализ оптимальных по критериям минимальной себестоимости и максимальной производительности режимов резания при торцевом фрезеровании.

Для решения задачи обеспечения минимальной себестоимости при торцевом фре-зеровании в качестве критерия оптимальности принимается переменная часть себесто-имости, зависящая от режимов резания:

TtATtAtAtÑ ouoñoo / , (1)

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


23

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

mpuyz

xqVV

vvvvv zBSVtDKCT1

, (2)

где CV – коэффициент, m, xv, yv, qv, uv, рv– показатели, характеризующие степень влия-ния стойкости T, глубины t, подачи S, диаметра D, ширины фрезерования В и числа зубьев z на скорость резания V.

Основные ограничения при торцевом фрезеровании, рассматриваемые в пред-ставленной работе: ограничения по прочности режущей пластины (для чернового фре-зерования), по шероховатости обработанной поверхности (для чистового фрезерова-ния) [6]:

8,035.177.0

34 KñtSKC pp xyzPP

, ry

Rao SCR , (3)

где CР, KР – коэффициенты, xр, yр, - показатели, характеризующие степень влияния глу-

бины t и подачи S, на силу резания Рz; с – толщина пластины; Кφ=(sin60o/sinφ)0,8 - ко-эффициент, учитывающий влияние главного угла в плане φ; на силу резания Рz; СR - ко-эффициент, yr – показатель, характеризующий степень влияния подачи S на шерохова-тость обработанной поверхности Rа; Rао – допустимый уровень шероховатости.

При решении задачи двухпараметрической оптимизации, то есть определения оп-тимальных значений скорости резания V и подачи S с заданной глубиной резания t в условиях однопроходной обработки, целевая функция имеет следующий вид [3]:

SV kk SMVSVC 11 , (4)

где mqVV

puxuc

vvvv DKCzBtAAtM1

; kV = 1/m -1; kS = yV/m -1.

Ограничения по прочности и шероховатости представляются в виде:

1iyi SC , (5)

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

77.035.11 34 tñKtKCC px

PP ; y1 = yр; aR RCC 2 ; y2 = yr;

Оптимальные подача Sо и скорость резания Vо определяются из системы линей-ных уравнений:

.SMVWWV

;SVWWV

SkVk02

1101

(6)

где 110201 02011WiCWMWWV WW – специальная функция; W01, W01, W11 - коэф-

фициенты весомостей: W01 = 1 - m, W02 = m, W11 = (1 - yv)/yi.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


24

В результате решения системы линейных уравнений (6) с учетом ряда преобразо-ваний установлены оптимальные по себестоимости подачи Sоi и скорости резания Vоi:

iyioi CS 1 ; iy

oim

oi SMmmV 1 . (7)

В окончательном виде оптимальные подачи для чернового Sо1 и чистового Sо2

фрезерования, а также скорости резания Vо1,2 в зависимости от параметров процесса:

p

p

y

xPP

îtKC

KcS

1

77,0

35,1

1

34

; ry

R

ao

C

RS

1

2

;

vvvv

v

puy,o

x

qVV

ucm

,ozBSt

DKCA

At

m

mV

21

211

. (8)

Для решения задачи обеспечения максимальной производительности при торце-

вом фрезеровании в качестве критерия оптимальности принимается производитель-ность, максимум которой достигается при минимуме основного времени, или максиму-ме произведения nS max. (n - частота вращения).

Математическая модель процесса резания при черновом фрезеровании (ограниче-ния: по режущим возможностям инструмента, по прочности пластины, кинематиче-ские):

)10ln( 131

vvvvv puxmqVV zBtTDKCb ;

ztBKCDKñb ppp xu

PPq 77.08,035.1

2 34ln ; (9)

b3 = ln nmin; b4 = ln nmax; b5 = ln smin; b6 = ln smax; X1 = ln n; X2 = ln s,

Математическая модель процесса резания при чистовом фрезеровании (ограни-

чения - по режущим возможностям инструмента, по шероховатости поверхности, ки-нематические):

)10ln( 131

vvvvv puxmqVV zBtTDKCb ;

Rà CRb ln2 ; (10) b3 = ln nmin; b4 = ln nmax; b5 = ln smin; b6 = ln smax;

X1 = ln n; X2 = ln s,

В результате решения систем линейных неравенств (9 и 10) установлены опти-мальные по производительности подачи Sоi и скорости резания Vоi:

p

p

y

xPP

îtKC

KcS

1

77,0

35,1

1

34

;

ry

R

ao

C

RS

1

2

;

vvvv

v

puyoi

x

qVV

PoizBSt

DKCV . (11)

max,21

;2;2

;1;1

;2

;21

65

43

2

1

XX

bXbX

bXbX

bXy

bXyX

P

V

max,21

;1;1

;2;2

;1

;21

65

43

2

1

XX

bXbX

bXbX

bXy

bXyXz

r

VV

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


25

Сравнительный анализ зависимостей оптимальных подач и скоростей резания от условий обработки, определяемых по различным критериям – максимальной произво-дительности и минимальной себестоимости свидетельствует о том, что оптимальная подача не зависит от выбора критерия оптимальности и определяется соответствую-щими ограничениями. Оптимальная скорость резания по критерию максимальной про-изводительности превышает скорость резания, оптимальную по критерию минималь-ной себестоимости; коэффициент превышения:

muc mTAAtmk 1 . (12)

Пример определения оптимальных режимов резания приведен для чернового и

чистового торцевого фрезерования стали 45. Условия обработки: торцовые фрезы Т15К6 (главный угол в плане φ = 67, вспомогательный угол в плане φ1 = 5, радиус при вершине r = 1мм; толщина пластины с = 4,76мм); диаметр фрезы D = 125мм, ширина фрезерования В = 100мм; глубина резания при черновом фрезеровании t1 = 4мм; при чистовом - t2 = 1мм; шероховатость поверхности Ra = 1,25мкм.

Для заданных условий обработки оптималь-ные режимы резания при черновом и чистовом фрезеровании определяются:

для черновой обработки: Sо1 = 0,15мм/зуб; Vо1 = 182м/мин (по критерию себестоимости); VРо1 = 200м/мин (по критерию производительности);

для чистовой обработки: Sо2 = 0,06мм/зуб; Vо2 = 300м/мин (по критерию себестоимости); VРо2 = 330м/мин (по критерию производительности).

Из графика, представленного на рис. 1, сле-дует, что минимальная себестоимость имеет место при оптимальных режимах резания. Для чистовой обработки себестоимость выше, чем черновой.

Таким образом, разработана методика опре-деления оптимальных режимов резания при торце-вом фрезеровании и выполнен сравнительный ана-лиз оптимальных по критериям минимальной се-

бестоимости и максимальной производительности режимов резания. Список литературы: 1. Оптимизация и управление процессом резания: / О.С.

Кроль, Г.Л. Хмеловский. – К.: УМК ВО, 1991. – 140с. 2. Ивченко Т.Г. Использование метода геометрического программирования для расчета оптимальных режимов резания при точении / Т.Г. Івченко // Научный вестник ДГМА. – Краматорск: ДГМА, 2011. – №1 (5 Е). – С. 47–52. 3. Івченко Т.Г. Підвищення продуктивності торцевого фрезеру-вання за рахунок оптимізації режимів різання / Т.Г. Івченко // Прогрессивные техноло-гии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2012. Вып. 43 . – С.148-155. 4. Ів-ченко Т.Г., Полякова Є.В. Двохкритеріальна оптимізація режимів різання під час обро-бки чавунів інструментами з надтвердих матеріалів // Прогрессивные технологии и си-стемы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2011. Вып. 41. – С.152-158.

Рис. 1. Графики зависимости себестоимости обработки от скорости резания в условиях

черновой обработки - 1, чистовой – 2 (Ra = 1,25мкм)

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


26

УДК 621.794 ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-

ОРИЕНТИРОВАННЫХ СВОЙСТВ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД

Ивченко Т.Г., Михайлов Д.А, Михайлов А.Н., Толстых С.В. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР)

Тел./Факс: +38 (095) 0739343; E-mail: [email protected]

Аннотация. В данной статье разработан общий подход в обеспечении функци-онально-ориентированных свойств лопаток компрессора ГТД. Предложено функцио-нально-ориентированные свойства лопаток выполнять на базе специальных покры-тий, свойства которых реализуются на базе принципа единовременного полного их из-носа в заданный период эксплуатации лопатки. В работе разработана модель взаимо-связей между элементами системы «эксплуатация-технологические воздействия-свойства» при реализации принципа единовременного полного износа покрытия. А также приведены структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановления лопаток компрессора. Для реализации функционально-ориентированных покрытий представлены основные этапы и операции отделочной обработки или восстановления лопатки компрессора.

Ключевые слова: лопатка компрессора, технологический процесс, структурные варианты, принцип единовременного полного износа покрытия.

1. Введение

Проведенные исследования позволили установить, что в процессе эксплуатации лопаток компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) ее функциональные элементы изнашиваются неравномерно в результате действия эрозионно-коррозионных воздей-ствий. При этом неравномерность износа покрытия по поверхности функциональных элементов пера лопатки может достигать до 2-х раз. Для повышения ресурса лопаток компрессора ГТД применяют множество различных методов отделочно-упрочняющей обработки [1 … 3]. Наиболее перспективным методом является применение нитрид-титановых вакуумных ионно-плазменных покрытий пера лопатки [2, 3].

На рис. 1 представлен элемент лопатки компрессора с ионно-плазменным покрытием. Здесь показано: 1 – тело пера лопатки, 2 – ионно-плазменное покрытие. Толщина покры-тия лопаток компрессора составляет 5 … 6 мкм. При этом выполненные исследования позволили установить, что при-меняемое нитрид-титановое покрытие в процессе эксплуата-ции лопаток имеет неравномерный износ. Причем наиболее изнашивается функциональный элемент пера лопатки нахо-дящийся в зоне входной кромки пера. А также поверхность корыта пера лопатки также имеет неравномерность износа, которая зависит от действующих функций. Кроме того, зона

возле периферийной кромки также имеет неравномерность износа поверхности корыта пера лопатки.

Таким образом, выполненные исследования позволили установить, что износ функциональных элементов пера лопатки компрессора имеет большую неравномер-ность, которая зависит от действующих эксплуатационных функций, которые опреде-

Рис. 1. Элемент лопатки компрессо-ра с ионно-плазменным покры-тием

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


27

ляются особенностями эксплуатации ГТД. Целью данной работы является повышение ресурса и ремонтопригодности лопа-

ток компрессора ГТД при их изготовлении и/или восстановлении, а также увеличение числа восстановлений в период их общего срока службы, за счет применения функцио-нально-ориентированных покрытий, формируемых на пере лопатки на базе принципа единовременного полного износа покрытия и реализуемых посредством специального технологического обеспечения, структурируемого посредством закономерностей, дей-ствующих между операциями технологического процесса.

Для достижения поставленной цели в данной работе планируется решить сле-дующие задачи: рассмотреть вопросы повышения ресурса лопаток компрессора, разра-ботать методы повышения ресурса лопаток компрессора на основе применения функ-ционально-ориентированных покрытий с использованием принципа единовременного полного износа покрытия (ЕПИП), разработать структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановления лопаток компрессора с использованием функционально-ориентированных покрытий (ФОП).

Данная работа направлена на решение этих задач. 2. Особенности повышения ресурса лопаток компрессора В данной работе предложено для повышения ресурса лопаток компрессора,

имеющих неравномерный эрозионно-коррозионный износ функциональных элементов пера, использовать функционально-ориентированные ионно-плазменные покрытия [4]. В этом случае, процесс формирования структуры и особенностей ФОП планируется производить на базе принципа ЕПИП в заданный период эксплуатации лопатки ком-прессора. Здесь установлено, что использование принципа ЕПИП необходимо выпол-нять как в период изготовления и эксплуатации новых лопаток, так и в период восста-новления и эксплуатации изношенных лопаток.

На рис. 2 представлена гипотетиче-ская модель, поясняющая процесс едино-временного полного износа покрытия ло-патки компрессора. В моделе, на входе V в систему лопатки имеют функционально-ориентированное покрытие (П=ФОП), на выходе W - покрытия нет (П=ϕ). В этом случае, ФОП в процессе эрозионно-коррозионного износа единовременно пол-ностью изнашивается за период Т на базе принципа ЕПИП. Процесс износа реализу-ется вследствие действия эксплуатацион-ных воздействий, которые можно модели-ровать потоками материи MW, энергии EW и

информации IW. Можно отметить, что процесс ЕПИП реализуется вследствие того, что покрытие

имеет функционально-ориентированные свойства, которые обеспечиваются покрытию в функциональной зависимости от действия эксплуатационных функций. Поэтому при истечении периода Т, покрытие единовременно полностью изнашивается. При этом при восстановлении работоспособности лопатки не нужно удалять оставшееся покры-тия, так как оно полностью самоудаляется. Это способствует повышению ресурса, ре-

Рис. 2. Гипотетическая модель процесса единовременного полного износа покрытия лопатки

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


28

монтопригодности и сохраняемости лопатки из-за действия износа. Повышение ресурса лопатки обеспечивается за счет того, что при применении

ФОП ресурс лопатки определяется длительность износа покрытия в зоне минимального износа покрытия по поверхности пера лопатки, а при традиционных покрытиях ресурс лопатки зависит от длительности износа покрытия в зоне максимального износа по-крытия по поверхности пера лопатки (входная кромка). ФОП имеют переменные физи-ко-механические свойства (ФМС) или переменную толщину по поверхности покрытия, параметры которого находятся в зависимости от действующих эксплуатационных функций. Это обеспечивает повышение ресурса лопаток компрессора как минимум в два раза.

Применение ФОП позволяет исключить местный износ тела пера лопатки, воз-никающий из-за неравномерного износа покрытия, и тем самым повысить сохраняе-мость тела пера лопатки по износу. При применении традиционных покрытий обычно происходит резкий износ покрытия и тела пера лопатки по входной кромке и по по-верхности корыта. При применении ФОП обеспечивается возможность кардинального решения вопросов увеличения количества восстановлений лопатки компрессора и зна-чительного повышения их срока службы. ФОП позволяет решать вопросы увеличения числа восстановлений свойств лопаток до 2 … 4 раз.

Таким образом, ФОП напыляемые на лопатки компрессора на базе принципа ЕПИП существенно повышают технико-экономические параметры их эксплуатации за счет повышения ресурса их работы и увеличения числа возможных восстановлений.

Можно также отметить, что использование принципа ЕПИП в процессе изготовления, вос-становления и эксплуатации лопаток компрессора в заданный период Т позволяет решать вопрос единовременного полного износа покрытия и в процессе восстановления лопатки не нужно вы-полнять дополнительное удаление оставшегося покрытия. Это обеспечивает решение вопросов повышения производительности и качества вос-становления лопаток компрессора.

На рис. 3 представлена модель взаимосвя-зей между элементами системы «эксплуатация-технологические воздействия-свойства» при реа-лизации принципа ЕПИП. Здесь показаны три со-ставляющие процесса:

1 – эксплуатация лопаток, при которой происходит неравномерный износ покрытия;

2 – технологические воздействия при напылении ФОП; 3 – функционально-ориентированные свойства.

Эти процессы взаимосвязаны между собой потоками материи, энергии и информа-

ции, которые представлены связями . структурные составляющие модели рис. 3 связаны между собой на базе принципа ЕПИП, показанного позицией 4. Разработанная модель показывает, что реализация принципа ЕПИП при изготовлении или восстанов-ления лопаток компрессора возможно на базе связей в системе «эксплуатация-технологические воздействия-свойства».

Рис. 3. Модель взаимосвязей между элементами системы «экс-плуатация-технологические воз-действия-свойства» при реализа-ции принципа ЕПИП

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


29

Рис. 5. Полная структурная схема процессов изготовления – эксплуатации и восстановления – эксплуатации лопатки на базе принципа ЕПИП

3. Структура технологических процессов На рис. 4 представлена структурная схема выполнения принципа единовремен-

ного полного износа функционально-ориентированного покрытия при изго-товлении или восстановлении лопаток и их эксплуатации. Здесь показано: на рис. 4,а – процесс изготовления лопаток, на рис. 4,б – процесс восстановления лопа-ток. А также буквами показано следую-щее: V – входной поток, W – выходной поток, П = ϕ – обозначает, что покрытия нет (пустое множество).

На рис. 4,а показан этап изготов-

ления лопаток с обеспечением функцио-нально-ориентированных (ФО) свойств покрытию лопаток компрессора и экс-плуатации лопаток с полным износом по-крытия (П = ϕ). При этом процесс фор-мирования покрытия реализуется на базе принципа ЕПИП поэтому в процессе экс-плуатации таких лопаток с покрытием

происходит за период износа Т процесс единовременного полного износа ФОП. Такие же особенности реализуются в процессе восстановления и эксплуатации лопаток, ос-новные характеристики которого приведены на рис. 4, б.

В случае, когда реализуется полный технологический процесс изготовления, восстановления и эксплуатации лопаток компрессора структура процесса может быть выполнена в соответствии со схемой, представленной на рис. 5.

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

Рис. 4. Структурная схема выполне-ния принципа единовременного полно-го износа функционально-ориентированного покрытия при изго-товлении или восстановлении лопаток и их эксплуатации: а – процесс изготов-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


30

процесс; W – выход лопатки из процесса; ФО – функционально-ориентированные (свойства). На 1-м этапе выполняется процесс изготовления и эксплуатации лопаток, затем на 2-м и последующих этапах - восстановление и эксплуатация лопаток. На каж-дом из этапов реализуется ФОП и принцип ЕПИП. При этом после завершения каждого из этапов ФОП должно единовременно полностью изнашиваться (П = ϕ).

На рис. 6 представлены структурные варианты технологических процессов изго-товления и восстановления лопаток компрессора: на рис. 6,а – традиционный вариант, на рис. 6,б – вариант, использующий на этапе восстановления лопаток ФОП, на рис. 6,в – вариант, использующий ФОП на всех этапах изготовления и восстановления лопаток.

Первый структурный вариант технологического процесса изготовления и вос-становления лопаток компрессора (рис. 6,а) – это традиционный вариант. Здесь, на по-зиции 1 технологического процесса для пера лопатки реализуется равнотолщинное по-крытие (РП), на позиции 2 из-за особенностей эксплуатации лопатки происходит не-равномерный износ покрытия (НИП), при этом происходит противоречие – проблема (Пр) между нанесенным РП и НИП, так как на входе покрытие равнотолщинное, а про-цесс износа происходит неравномерный, при этом на функциональных элементах пера лопатки остается неравномерное покрытие (ОСП) П ≠ ϕ. Поэтому на операции 4 долж-но выполняться опорное полирование (ОП) [5] оставшегося покрытия, которое имеет

Рис. 6. Структурные варианты технологических процессов изготовления и восстановле-ния лопаток компрессора:

а – традиционный вариант, б – вариант, использующий на этапе восстановления лопаток ФОП, в – вариант, использующий ФОП на всех этапах изготовления и восстановления лопа-ток.

РП – равнотолщинное покрытие, НИП – неравномерный износ покрытия, Пр – проблема, ОП – опорное полирование, ОСП – оставшееся покрытие, П ≠ϕ – имеется остаточное по-крытие, П = ϕ – покрытие отсутствует, - знак бинарного соответствия.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


31

полный износ в зонах входной, выходной и периферийной кромках и на поверхности корыта пера лопатки. После операции полного удаления оставшегося покрытия на опе-рации 4, покрытие с функциональных элементов полностью удаляется П = ϕ. На этапе восстановления – эксплуатации повторяются те же проблемы, поэтому после эксплуа-тации лопаток необходимо каждый раз удалять оставшееся покрытие. При этом обычно наносимые покрытия имеют высокие параметры физико-механических свойств и их очень сложно удалять с поверхности пера лопатки. Наиболее перспективно этот про-цесс выполнять на базе опорного полирования (ОП) [5].

Во втором структурном варианте технологического процесса, представленного на рис. 6,б, позиции операций 1, 2 и 3 аналогичны позициям рис. 6,а. На операции 4 выполняется процесс восстановления пера лопатки с нанесением функционально-ориентированного покрытия (ФОП), свойства которого выполнены в соответствии с особенностями действия эксплуатационных функций и происходящим износом покры-тия на позиции 4. В этом случае происходит единовременный полный износ покрытия за временной период Т на базе принципа ЕПИП. При этом существует бинарное соот-ветствие между свойствами ФОП и ЕПИП, поэтому по истечению периода Т происхо-дит единовременный полный износ покрытия. При последующих процессах восстанов-ления лопаток подобные процессы могут неоднократно повторяться. Представленная структура технологического процесса (рис. 6,б) является более рациональной по срав-нению с предыдущей структурой за счет возможности увеличенного количества вос-становлений лопаток компрессора.

Структурная схема технологического процесса, представленная на рис. 6,в, яв-ляется более перспективной по сравнению с предыдущими структурами, так как с са-мого начала реализуется ФОП и ЕПИП. Это позволяет увеличить количество восста-новлений лопаток компрессора и в целом повысить их ресурс при эксплуатации.

На рис. 7 представлены основные этапы и операции отделочной обработки или восстановления лопатки компрессора. Здесь показано, что технологический процесс отделочной обработки или восстановления пера лопатки следует выполнять в три эта-па:

1-й этап – обработка пера лопатки до напыления покрытий; 2-й этап – процесс напыления покрытий на функциональные элементы (ФЭ) пе-

ра лопатки; 3-й этап – обработка функциональных элементов пера лопатки после напыления

покрытий. Можно отметить, что на 1-м этапе технологического процесса при обработке

пера лопатки до напыления покрытий могут выполняться следующие подэтапы: - удаление оставшегося покрытия (химическое разрыхление и травление покры-

тий, опорное полирование оставшегося покрытия); - отделочная обработка функциональных элементов пера лопатки (предвари-

тельное и окончательное полирование). На 2-м этапе технологического процесса выполняется напыление покрытий на

функциональные элементы (ФЭ) пера лопатки. Здесь могут напыляться традиционные покрытия (равнотолщинное с постоянными свойствами по поверхности пера лопатки) или ФОП. Традиционные покрытия могут реализовываться однослойными или много-слойными, а ФОП – многовариантные покрытия, число которых может быть достаточ-но большого количества - мощностью s.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


32

3-й этап технологического процесса характеризуется тем, что он может выпол-няться без обработки и с обработкой. При этом дополнительная обработка может реа-лизовываться посредством предварительного и окончательного глянцевания покрытия пера лопатки.

4. Выводы Выполненные исследования позволили разработать общий подход обработки и

восстановления функциональных элементов пера лопатки на основе ФОП, обеспечива-ющих ЕПИП в период эксплуатации лопатки Т. Это позволяет повысить ресурс лопаток до их восстановления и увеличить количество восстановлений. Все это существенно повышает общий ресурс лопаток компрессора при эксплуатации ГТД.

Таким образом, в данной работе выполнено следующее: 1. Рассмотрены вопросы повышения ресурса лопаток компрессора, при этом

установлено, что наиболее перспективным является метод с применением ФОП, свой-ства которого реализуются на базе принципа ЕПИП.

2. Разработаны методы повышения ресурса лопаток компрессора на основе при-менения функционально-ориентированных покрытий с использованием принципа ЕПИП.

3. Представлены структурные варианты технологических процессов изготовле-ния и восстановления лопаток компрессора с использованием ФОП.

Список литературы: 1. Демин Ф.И., Проничев Н.Д., Шитарев И.Л. Технология

Рис. 7. Основные этапы и операции отделочной обработки или восстановления лопатки компрессора

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


33

изготовления основных деталей газотурбинных двигателей. Учеб. пособие. – М.: Ма-шиностроение, 2002. – 328 с. ISBN 5-217-03119-0. 2. Абраимов Н.В., Елисеев Ю.С. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. – М.: Интермет Инжи-ниринг, 2001. – 622 с. ISBN 5-89594-066-8. 3. Богуслаев В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальская Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. Отделочно-упрочняющая обработка деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с. ISBN 966-7108-91-0. 4. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий. – До-нецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с. ISBN 966-7907-24-4. 5. Михайлов А.Н., Михайлов Д.А., Недашковский А.П. Особенности полировки лопаток ГТД с эрозионно-коррозионными разрушениями вакуумных ионно-плазменных покрытий под напыле-ние нового покрытия / Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнарод-ний зб. наукових праць. – Донецьк: ДонНТУ, 2014. Вип. 1 (47). С. 207 - 212. ISSN 2073-3216.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


34

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО

НАГРУЖЕНИЯ

Калайда К. А. (ФИММ, кафедра ТМ, гр. ИТМ-15маг, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР) Тел.: +380939811724, E-mail: [email protected]

Аннотация. В данной статье был разработан алгоритм определения ресурса режущего инструмента в зависимости от термомеханического нагружения. Данный алгоритм позволяет прогнозировать ресурс режущего инструмента, что при долж-ном анализе механической обработки позволяет найти пути увеличения производи-тельности и стойкости режущего инструмента.

Ключевые слова: режущий инструмент, износ, термомеханическое нагруже-ние, стойкость, обработка резанием.

Введение На сегодняшний день важной задачей машиностроения является повышение производи-

тельности, и стойкость инструмента непосредственно влияет на этот фактор. В процессе реза-ния инструмент выходит из строя в результате затупления (конец периода стойкости), поломки (полное разрушение режущей кромки или выкрашивание частиц режущего материала), размяг-чения (потеря твердости у стали и приваривание — явления, почти не наблюдаемые у твердого сплава) и, наконец, в результате все увеличивающегося износа. Выбранные условия обработки влияют на стойкость режущего инструмента и термомеханическое нагружение, определяющее ресурс режущего инструмента.

Целью работы является разработка алгоритма определения ресурса режущего инстру-мента в зависимости от термомеханического нагружения.

Основное содержание и результаты работы На рисунке 1 изображен алгоритм влияния термомеханических нагружений на ресурс

режущего инструмента. Ресурсом режущего инструмента называется наработка режущего ин-струмента (лезвия) от начала резания новым инструментом (лезвием) до достижения им пре-дельного состояния. Сочетание таких параметров как режимы резания, геометрия режущего ин-струмента, обрабатываемый материал, материал режущего инструмента влияют на возникаю-щие при резании термомеханические нагружения. Под этими нагружениями подразумевается совокупность факторов (температура, касательные и нормальные напряжения), возникающих в зоне резания, и непосредственно влияющих на ресурс режущего инструмента. Рассмотрим каж-дый фактор по отдельности и проанализируем его влияние на износ.

Обрабатываемый материал. Анализ стоит начинать именно с обрабатываемого матери-ала, так как данный фактор определяет выбор материала инструмента, что, в свою очередь, вли-яет на выбор режима резания. Физические процессы, протекающие при изнашивании инстру-мента, аналогичны трению и изнашиванию трущихся пар, но они происходят обычно при очень большом давлении, больших скоростях и высокой температуре. Трущиеся поверхности при этом беспрерывно обновляются.

Интенсивное разрушение контактных поверхностей инструмента часто обусловлено наличием в обрабатываемом материале достаточно твердых составляющих (карбидов, оксидов, окалины, поверхностной корки). Они действуют как абразивы, царапая поверхности трения. Изнашивание тем больше, чем меньше твердость режущей части инструмента при резании и выше твердость составляющих обрабатываемого материала. [2]

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


35

Исходные данные Термомеханическое нагружение Ресурс

Рис. 1. Алгоритм определения ресурса режущего инструмента в зависимости от термомеханического нагружения

Ресурс режущего

инструмента

R= Q ∙ T , где

Q - сила резания;

T - стойкость


Нормальные

напряжения

(σ)

Касательные

напряжения

(τ)

Режимы

резания

Температура

( K )

Q= V ∙ S ∙ t , где

V - скорость

резания;

S - подача;

t - глубина резания

R → f (σ , τ , K )

Геометрия

режущего


Обрабатывае

мый

материал

Материал

режущего


ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


36

При обработке резанием большинства конструкционных материалов при опре-деленных условиях сопутствует явление, называемое наростообразованием. Образова-ние нароста объясняется тем, что геометрическая форма инструмента не идеальна для обтекания ее металлом. При некоторых условиях обработки силы трения между перед-ней поверхностью инструмента и частицами срезаемого слоя становятся больше сил внутреннего сцепления. Поэтому, при определенных температурах и давлениях, обу-словленных параметрами режима резания, материал заготовки прочно удерживается силами адгезии на передней поверхности инструмента. [1]

Режимы резания. Как было сказано выше, в зависимости от материала заготовки назначают режимы резания, которые, в свою очередь, сильно влияют ресурс инстру-мента. Можно задать высокие режимы и получить высокую производительность, но инструмент при этом затупится за короткий промежуток времени. Рассмотрим влияние этого фактора детальнее. Под режимами резания понимают – скорость, глубину и пода-чу. Глубина резания определяется в основном величиной припуска на обработку. Глу-бина резания оказывает большое влияние на силы резания. Подача и глубина резания определяют нагрузку на резец и температуру резания. С увеличением подачи и глубины резания интенсивнее износ резца, что ограничивает скорость резания. Скорость резания зависит от конкретных условий обработки, которые влияют на стойкость инструмента. Чем большую скорость резания допускает инструмент при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем более он производителен. Для достижения боль-шей производительности резания выгоднее работать с большими сечениями среза за счет уменьшения скорости резания. [1]

На рисунке 2 наглядно представлена зависимость стойкости режущего инстру-мента от режимов резания.

Геометрия режущего инструмента. Геометрия режущего инструмента влияет как на качество обрабатываемой поверхности, так и на износ инструмента.

Угол наклона режущей кромки. При крупных сечениях срезаемого слоя твердосплавную пластину располагают под углом наклона главной режущей кромки (l = 5°). Положительные углы наклона режущей кромки способствуют возникновению в режущей пластине благоприятных сжимающих напряжений, что необходимо для увеличения хрупкой прочности режущей пластины. Кроме того, при положительном угле l возникает задний угол на

вспомогательной и зачищающей режущих кромках.

Задние углы. При черновой обработке задние углы инструмента задают в пределах 6 – 80°. При толстых срезах, увеличенных передних углах инструмента и

Рис. 2. Графики зависимости стойкости ре-жущего инструмента от режимов резания

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


37

уменьшенных скоростях резания положительное влияние на прочность режущего лезвия и износостойкость инструмента оказывают округление режущих кромок или заточка небольшой фаски с нулевым задним углом (до 0,2-0,3 мм).

Увеличение радиуса режущей кромки благоприятно влияет не только на шероховатость обработанной поверхности, но и на интенсивность изнашивания инструмента в окрестности вершины резца. Уменьшению интенсивности изнашивания на участке зачищающей кромки способствует также создание рациональных углов наклона главной и зачищающей кромок. Переходную и главную режущие кромки целесообразно наклонить под углом 15°.

Термомеханические нагружения. Все параметры, рассмотренные выше, в своей совокупности влияют на термомеханические нагружения. Под этими нагружениями мы подразумеваем совокупность факторов (температура, касательные и нормальные напряжения), возникающих в зоне резания, и непосредственно влияющих на ресурс режущего инструмента.

С помощью моделирования процесса резания мы можем детальнее рассмотреть особенности обработки. Механическая обработка является сложным процессом взаи-модействия режущей части инструмента и заготовки, заключающимся в упругопласти-ческом деформировании в зоне резания, тепловыделении и изнашивании инструмента. Процесс резания заготовки резцом можно упрощенно представить в виде схемы (рис. 3).

Сложное упругонапряженное состоя-ние металла приводит к пластической дефор-мации, а рост ее - к сдвиговым деформациям, которые происходят в зоне стружкообразова-ния АВС. Причем деформации начинаются по плоскости АВ и заканчиваются по плоскости АС, в которой образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки. Принято считать, что сдви-говые деформации происходят по плоскости ОО, которую называют условной плоскостью сдвига или скалывания. Она располагается

под углом θ ≈ 30 ° . Схема напряженного состояния в объ-

еме металла, расположенного при резании на условной плоскости сдвига, и эпюры измене-ния касательных и нормальных напряжений вдоль указанной линии изображены на рис. 4.

Независимо от свойств обрабатываемого материала, переднего угла

та γ (рис. 3), толщины срезаемого слоя и скорости резания, касательные напряже-

ния t вдоль условной плоскости сдвига имеют постоянное значение. Нормальные

напряжения σ y , сохраняя постоянство знака, увеличиваются при приближении к лез-вию (рис. 4).

Рис. 3. Зона деформации при превращении срезаемого слоя в стружку: t - толщина срезаемого

слоя; θ - угол сдвига; γ - передний

угол; α - задний угол

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


38

Резание сопровождается образовани-ем теплоты. Причинами образования тепло-ты являются упруго-пластическое деформи-рование в зоне стружкообразования, трение стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента, трение задних поверхностей лезвия инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки. [3]

Теплообразование отрицательно вли-яет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800—1000 С) вызы-вает структурные превращения в материале, из которого он изготовлен, снижение твер-дости инструмента и потерю его режущих способностей. [3]

Высокое давление и температура ре-зания вызывают адгезионные процессы на контактных поверхностях – схватывание ма-

териала инструмента с материалом заготовки под действием атомарных сил. Адгезион-ные процессы на контактных поверхностях наблюдаются при невысоких скоростях ре-зания. При этом частички инструментального материала вырываются и уносятся схо-дящей стружкой и обрабатываемой заготовкой. При невысоких скоростях резания из-нашивание инструментов из твердых сплавов вызывается именно адгезионными про-цессами. Более прочная быстрорежущая сталь разрушается от их действия значительно меньше. [4]

Исходя из проведенных исследований процесса резания, можно вывести зависи-

мость ресурса режущего инструмента R → f (σ , τ , K ) от термомеханических нагруже-ний. Получив данную зависимость, можно прогнозировать значения ресурса инстру-мента и определять условия механической обработки, обеспечивающие оптимальное сочетание производительности и стойкости инструмента.

Заключение Алгоритм определения ресурса режущего инструмента, разработанный на базе

анализа влияния условий обработки на износ режущего инструмента и на термомеха-ническое нагружение, позволяет прогнозировать значения ресурса инструмента и опре-делять условия механической обработки, обеспечивающие оптимальное сочетание производительности и стойкости инструмента.

Список литературы: 1. Справочник технолога машиностроителя: В 2-х т. Т.1 /Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985, – 656 с.; Т.2. /Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. – М.: Машиностроение. 1985, - 496 с. 2. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов: учебное пособие / А. Д. Макаров, В. С. Мухин – Уфа. 1974, – 372 с. 3. Васин С. А., Ве-рещака А. С., Кушнер В. С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. Для техн. вузов – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. – 448 с. 4. Армарего И. Дж. А., Браун Р. Х. Обработка металлов резанием. Пер. с англ. В. А. Пастунова. - М.: Машиностроение, 1977, - 325 с.

Рис. 4. Схема напряженного состояния на условной плоскости сдвига: γ - передний угол; δ - угол заострения режущего клина; α - задний угол, t - толщина срезаемого слоя (глубина резания); θ - угол сдвига.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


39

ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ГТД С ЭРОЗИОННО-КОРРОЗИОННЫМИ РАЗРУШЕНИЯМИ

ВАКУУМНЫХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

Михайлов Д.А., Криволапов А.И., Михайлов А.Н. (ДонНТУ, СМЗ ОАО «Мотор Сич», г. Донецк, г. Снежное, Украина)


Abstract. In this work, the investigations related to the determination of the wear process PVD coating the blade surfaces. In this paper we investigate the features of the airfoil surface preparation to the new coating deposition by polishing. Proposed scheme supporting simulta-neous polishing of two blade materials, namely PVD coating and the base material the blade - titanium alloy. For applying new PVD coating on the old coating and base material surface - with the same properties , developed recommendations for simultaneous polishing of two reference materials and ensure close roughness on the coating on the base material and the blade.

Key words: turbine engine blades, erosion-corrosion fracture PVD coatings, polishing ref-erence coated blades.

1. Введение Лопатки компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) это сложные и дорого-

стоящие элементы авиационных двигателей (рис. 1), которые имеют целое множество вариантов геометрии в зави-симости от номера ступени. Например, для двигателя ТВ3-117 применяются ло-патки компрессора двена-дцати ступеней. Для повы-шения стойкости лопаток компрессора широко ис-пользуются различные ва-куумные ионно-плазменные покрытия. Эти покрытия значительно снижают кор-розионно-эрозионные раз-рушения пера лопаток. Можно отметить, что нит-рид титановые, нитрид ти-тановые циркониевые или другие покрытия имеют вы-сокую микротвердость, кор-розионную и эрозионную

стойкость по сравнению с параметрами основного материала пера лопатки [1, 2]. По-этому они позволяют существенно повысить стойкость лопаток компрессора и соответ-ственно всего ГТД.

Вместе с тем, в процессе эксплуатации лопаток компрессора ГТД происходит абразивный износ и эрозия, газовая, кислотная и солевая коррозия покрытия, которое в

Рис. 1. Лопатка 3-й ступени компрессора ГТД ТВ3-117

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


40

процессе эксплуатации лопаток ГТД разрушается (рис. 2). Поэтому для повышения стойкости лопаток компрессора покрытия необходимо восстанавливать. Вместе с тем, следует отметить, что процесс повторного нанесения покрытия имеет определенные особенности, связанные со следующим.

Процесс разрушения вакуумного ионно-плазменного покрытия, например нит-рид титанового покрытия, имеет неравномерный характер. Возможны следующие слу-чаи разрушения покрытия (рис. 2):

– без полного разрушения покры-тия по его толщине (рис. 2,а);

– с полным разрушением покры-тия по его толщине на входной и пери-ферийной кромке (рис. 2,б);

– прогресси-рующее разрушение покрытия на поверх-ности пера (рис. 2,б).

Здесь обозна-чено: 1 – перо лопат-ки, 2 – покрытие пе-ра лопатки, 3 – пере-ходная зона пера ло-патки между основ-ным материалом пе-ра лопатки и покры-тием. Можно отме-тить, что в переход-ной зоне 3 пера ло-патки необходимо обеспечивать неко-

торые особенности обработки, связанные с одновременной полировкой двух материа-лов пера лопатки.

Целью данной работы является подготовка лопатки ГТД с эрозионно-коррозионными разрушениями вакуумных ионно-плазменных покрытий под напыле-ние нового покрытия за счет обеспечения одинаковых параметров шероховатости нит-рид титанового покрытия и титанового сплава поверхностей пера в условиях совмест-ного опорного их полирования.

Для достижения поставленной цели в данной работе определены следующие за-дачи:

1. Рассмотреть особенности износа ионно-плазменного покрытия поверхностей пера лопатки.

2. Исследовать особенности подготовки поверхностей пера лопатки к напыле-нию нового покрытия посредством полирования.

Рис. 2. Особенности разрушения ионно-плазменного по-крытия лопатки:

а – без полного разрушения покрытия по его толщине, б – с полным разрушением покрытия по его толщине на

входной и периферийной кромке, в – прогрессирующее разрушение покрытия на поверх-

ности пера

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


41

3. Предложить схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки – титанового сплава.

4. Для нанесения нового нитрид титанового покрытия на оставшееся старое по-крытие и основной материал поверхности - с одинаковыми свойствами, разработать рекомендации по опорному одновременному полированию двух материалов и обеспе-чению близких параметров шероховатости на покрытии и на основном материале пера лопатки.

Эти задачи решаются в данной работе. 2. Особенности подготовки поверхностей пера лопатки к напылению ново-

го покрытия посредством полирования Следует отметить, что при подготовке пера лопатки, в зоне 3 (рис. 2) необходи-

мо обеспечивать совместную обработку двух различных материалов, имеющих различ-ные физико-механические свойства, а именно нитрид титанового покрытия (микро-твердость H 21 … 23 ГПа), располагающегося на поверхностях пера лопатки, и ос-новного материала пера лопатки, изготовленного из титанового сплава, например ВТ 8М (микротвердость H 1,2 … 1,5 ГПа). При этом в случае совместной полировки двух принципиально различных материалов возникают случаи продавливания покры-тия и углубления инструмента в основной материал пера лопатки. Это обусловлено тем, что для обработки покрытия необходимы усиленные режимы обработки, а именно удельное давление полирования поверхности с покрытием должно превышать в 1,5 … 2,0 раза по сравнению с обработкой основного материала пера лопатки. При этом для нанесения нового нитрид титанового покрытия необходимо обеспечивать следующее особенности:

- для исключения процесса продавливания покрытия и углубления инструмента в основной материал пера лопатки (старое покрытие имеет переменную толщину) необходимы новые схемы совместной обработки двух разнородных материалов;

- для обеспечения заданных параметров качества нового покрытия, параметры шероховатости предыдущего покрытия и основного материала пера лопатки должны иметь близкие значения;

- для повышения производительности полировки поверхностей лопатки с по-крытием режимы обработки должны быть ориентированы на обработку покрытия.

3. Схемы опорного одновременного полирования двух материалов лопатки

Для одновременной обработки двух разнородных материалов, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки из титанового сплава разра-ботаны две схемы опорного полирования, представленные на рис. 3 и рис. 4. Здесь по-казаны: обработка поверхности спинки пера лопатки (рис. 3,а и рис. 4,а) и обработка поверхности корыта пера лопатки (рис. 3,б и рис. 4,б). На верхнем рис. 3 или рис. 4 по-казана схема обработки, а на нижнем – показана схема трассирования инструмента при обработке поверхности. На этих схемах обозначено: 1 – тело пера лопатки (титановый сплав ВТ-8М, 2 – нитрид титановое покрытие, 3 - инструмент – полировальный круг, 4 – эпюр удельного давления прижатия инструмента к поверхности пера лопатки, 5 - тра-ектория трассирования инструмента при обработке пера лопатки. А также, на этих ри-сунках показано: so – поперечная подача инструмента, s1 - продольная подача инстру-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


42

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

В соответствии со схемами рис. 3 и рис. 4 полировальный круг следует распола-гать относительно полируемой поверхности пера лопатки таким образом, чтобы 75% эпюра (расстояние от точки А до точки В) распределения удельного давления приходи-лось на нитрид титановое покрытие, а 25% эпюра (расстояние от точки В до точки С) распределения удельного давления приходилось на взаимодействие инструмента и ос-новного материала пера лопатки. В этом случае основная часть нагрузки концентриру-ется на нитрид титановом покрытии (более твердом материале в зоне АВ), при этом ин-струмент как бы опирается на покрытие пера лопатки. Причем меньшая часть нагрузки – с меньшими удельными давлениями действует на основной материал поверхности пера лопатки в зоне ВС. При этом удельное давление, приходящееся на основной ма-териал пера лопатки должно быть примерно в 1,5 … 2 раза меньше, чем удельное дав-

Рис. 3. Схема опорного полирования двух материалов с ори-ентированием продольной оси полировального круга по подаче so:

а – полирование покрытия спинки, б – полирование покрытия корыта

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


43

ление, действующее на материал покрытия. Это связано с тем, что нитрид титановое покрытие имеет микротвердость H 21 … 23 ГПа, а основной материал пера лопатки (титановый сплав ВТ-8М) имеет микротвердость H 1,2 … 1,5 ГПа и для обработки необходимы принципиально различные удельные давления. Здесь точка D - исходная точка начала обработки покрытия пера лопатки.

На рис. 3 приведена схема опорного полирования двух материалов с ориентиро-ванием продольной оси полировального круга по подаче so. Здесь, на рис. 3,а представ-лена схема полирования покрытия спинки, на рис. 3,б – схема полирования покрытия корыта. Основной особенностью одновременного полирования двух материалов явля-ется то, что зона взаимодействия полировального круга с полируемой поверхностью двух материалов распределяется из условия 75% по поверхности с покрытием и 25% по поверхность без покрытия. При этом максимальное удельное давление действует в зоне покрытия. Это обеспечивает при обработке двух материалов усиленные удельные дав-ления в зоне покрытия и смягченные режимы в зоне обработки поверхности без покры-тия. При этом реализуется опорное полирование двух материалов с опорой инструмен-та на более твердый материал – нитрид титановое покрытие. Это исключает процесс продавливание полировального круга через покрытие в основной материал пера лопат-ки.

Рис. 4. Схема опорного полирования двух материалов с ориентированием продольной оси полировального круга пер-пендикулярно подаче so и перекосом :

а – полирование покрытия спинки, б – полирование покры-тия корыта

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


44

На рис. 4 приведена схема опорного полирования двух материалов с ориентиро-ванием продольной оси полировального круга перпендикулярно подаче so и перекосом

. Здесь, на рис. 4,а представлена схема полирования покрытия спинки, на рис. 4,б – схема полирования покрытия корыта лопатки. В представленной схеме полирования все позиции и обозначения аналогичны рис. 3. При этом процесс опорного полирова-ния реализуется за счет перекоса оси полировального круга относительно полируе-мой поверхности лопатки.

Представленные схемы обработки позволяют вести подготовку поверхностей пера лопатки состоящих из двух принципиально различных материалов, а именно из титанового сплава и старого нитрид титановые покрытия, к нанесению нового нитрид титанового покрытия. При этом обеспечивать заданные параметры качества обработки пера лопатки ГТД.


Таким образом, выполненные исследования позволили реализовать следующее:

1. В представленной работе рассмотрены особенности износа ионно-плазменного покрытия поверхностей пера лопатки. При этом установлено, что при экс-плуатации лопатки покрытие изнашивается не равномерно на ее поверхностях.

2. Исследованы особенности подготовки поверхностей пера лопатки имеющих разнородные материалы к напылению нового покрытия посредством полирования.

3. В работе разработаны схемы опорного одновременного полирования двух ма-териалов лопатки, а именно нитрид титанового покрытия и основного материала пера лопатки – титанового сплава.

4. Для нанесения нового нитрид титанового покрытия на оставшееся старое по-крытие и основной материал поверхности - с одинаковыми свойствами, разработаны рекомендации по опорному одновременному полированию двух материалов и обеспе-чению близких параметров шероховатости на покрытии и на основном материале пера лопатки.

Список литературы: 1. Богуслаев В.А., Качан А.Я., Долматов А.И., Мозговой

В.Ф., Кореневский Е.Я. Технология производства авиационных двигателей. Ч. 1. Осно-вы технологии. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2007. – 518 с. ISBN 966-87-2. 2. Богу-слаев В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальская Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. От-делочно-упрочняющая обработка деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с. ISBN 966-7108-91-0. 3. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г., Барботько А.И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов. – Минск: Наука и техни-ка, 1976. - 328 с. 4. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий. – Донецк: ДонНТУ, 2009. – 346 с. ISBN 966-7907-24-4.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


45

УДК 672.81.02 СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ

ПРОИЗВОДСТВА ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ

Лыков А.В., Голубов Н.В., Горобец И.А. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР)


Аннотация. Важнейшими задачами которые должны решаться при техниче-ской подготовке производства являются: повышение гибкости производства, сокра-щение сроков подготовки производства, уменьшение трудоемкости и материалоемко-сти. Решение этих задач во многом упрощается благодаря использованию технологий быстрого прототипирования.

Ключевые слова: подготовка, ускорение, прототипирование, порошок, слой, спекание, обработка.

1. Введение В XXI в. человечество столкнулось парадоксальным фактом: с одной стороны –

научно-технический прогресс в сочетании с экологической неграмотностью послужили причиной деградации окружающей среды; с другой стороны – только человек должен стать гарантом охраны природы. Сейчас, когда человек, по определению В.И. Вернад-ского, превратился в «огромную геологическую силу», мы должны охранять окружаю-щую среду от человека и для человека. Сохране6ние окружающей среды подразумевает необходимость организации высокотехнологичных, гибких производств, которые обеспечивают рациональное использование материальных и человеческих ресурсов.

Важным этапом технической подготовки производства в машиностроении явля-ется изготовления прототипа изделия. Одним из способов, позволяющим существенно сократить сроки выполнения этого этапа, - это технология быстрого прототипирования, позволяющая объединить преимущества твердотельного моделирования с процессами создания функциональных моделей и оснастки.

2. Основное содержание и результаты работы Идеология ускоренного формообразования изделия (модели, прототипа) RР

(Rapid Prototyping) базируется на компьютерном автоматизированном 3D-САD - проек-тировании изделия, визуализации и оптимизации его конструкции исходя из требова-ний дизайна и функциональных свойств. Затем происходит трансформация твердо-тельной модели в совокупность двухмерных послойных моделей и воспроизведение этой совокупности, т. е. материализация как единого целого, как физического твердо-тельного изделия или его прототипа (рис.1) [1].

Основным различием между технологиями прототипирования является формо-образующий материал, а также способ его нанесения. Характеристики основных техно-логиях, их достоинства и недостатки рассмотрим ниже.

Стереолитография (SLA - Stereo Lithography Apparatus) является самым первым и наиболее распространенным методом прототипирования, во многом благодаря доста-точно низкой стоимости прототипа. Принцип метода состоит в послойном отвержде-нии жидкого фотополимера лазерным лучом, направляемым сканирующей системой (рис.2). Элеватор находится в емкости с жидкой фотополимерной композицией, и по-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


46

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

Рис.1. Структура процесса ускоренного формообразования.

Технология SLS (Selective Laser Sintering - лазерное спекание порошковых мате-

риалов) В SLS технологии в качестве рабочего материала используются порошковый пластик, металл или керамика, близкие по свойствам к конструкционным маркам. На поверхность наносится тонкий слой порошка, который затем спекается лазерным лу-чом, формируя твердую массу, соответствующую сечению 3D-модели и определяющую геометрию детали (рис.3). SLS это единственная технология, которая может быть при-менена для изготовления металлических деталей и формообразующих для пластмассо-вого и металлического литья. Прототипы из пластмасс обладают хорошими механиче-скими свойствами, могут быть использованы для создания полнофункциональных из-делий [2].

Рис.2. Схема реализации технологии стереолитографии

Рис.3. Схема реализации технологии лазерного спекания порошковых мате-

риалов

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


47

стью. Последующие слои ложатся на предыдущие, отвердевают и соединяются друг с другом (рис.4). Технология применяется для получения единичных образцов изделий, по своим функциональным возможностям приближенных к серийным, а также для производства выплавляемых моделей для литья металлов [2].

Технология струйного моделирования (Ink Jet Modelling). Все технологии имеют свои особенности, но функционируют по одному принципу. Головка, содержащая от двух до 96 сопел наносит модельный и поддерживающий материал на плоскость слоя. После нанесения слоя, могут проводится его фотополимеризация и механическое вы-равнивание. В качестве поддерживающего материала обычно используется воск, а в ка-честве модельного - широкий спектр материалов, очень близких по свойствам к кон-струкционным термопластам (рис. 5). Данный метод позволяет получать прозрачные и окрашенные прототипы с различными механическими свойствами - от мягких, резино-подобных до твердых, похожих на пластики [2].

Технология склеивания порошков (binding powder by adhesives). Используются крахмально-целлюлозный порошок и жидкий клей на водяной основе, который посту-пает из струйной головки и связывает частицы порошка, формируя контур модели. По окончании построения излишки порошка удаляются. Для увеличения прочности моде-ли, имеющиеся пустоты могут быть заполнены жидким воском. Такие технологии поз-воляют не просто создавать 3D-объекты произвольной формы, но еще и раскрашивать их [2].

Рис.4. Схема реализации технологии по-слойного наложения расплавленной поли-

мерной нити

Рис.5. Схема реализации технологии струйного моделирования

Технология построение модели путем послойного склеивания ПВХ-пленки (PSL

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


48

пленки, а «пустоты» остаются не склеенными, чтобы обеспечить легкое удаление «лишней» пленки из этих «пустот» в процессе пост-обработки [3].

Перечисленные технологии быстрого прототипирования позволяют: оценивать конструкцию и внешний вид разрабатываемых изделий; проверять собираемость и ра-ботоспособность конструкций; проводить аэродинамические и гидравлические испы-тания; получать металлические детали и пресс-формы литьем по выжигаемым моделям (Quick Cast-технология); изготавливать оснастку для опытных образцов и малых серий изделий.

При реализации технологии лазерного спекания порошковых материалов и ис-пользовании в качестве формообразующего материала порошкового материала Laser From (нержавеющая сталь — 60%, бронза — 40%) можно изготавливать долговечные функциональные прототипы деталей, а также формообразующие элементы оснастки для термопластавтоматов со стойкостью не менее 100 000 циклов. Сплав Laser From А-6 может подвергаться термообработке с обеспечением твердости до НRС 39. Он пред-назначен для создания оснастки литья под давлением или термоформовки со стойко-стью не менее 1 млн циклов [1].

Достаточно широко используется технология стереолитографии при изготовле-нии формообразующей оснастки для разных видов литья

Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН совместно с МГТУ им. Баумана проводил работы по исследованию возможностей применения пла-стиковых моделей созданных методом лазерной стереолитографии для изготовления

металлических отливок различными спо-собами точного литья. Пластиковые мо-дели из разных видов формообразующих материалов вместе с восковой литнико-вой системой помещались в керамиче-скую оболочку. После сушки керамики модели выжигалась, а в образовавшуюся полость заливался металл. На рис. 6 представлены отливки на литейном де-реве после извлечения из литейных форм (б) и после окончательного удаления остатков керамики (в). Разработанная технология литья по выжигаемым моде-лям изготовленным методом лазерной стереолитографии обеспечивает получе-ние отливок деталей содержащих эле-менты, размеры которых меньше 1 мм [4].

Этим же институтом Совместно с Ярцевским заводом двигателей и фирмой "Полис Систем" была выполнены работы по созданию оснастки для изготовления крышек автомобильного стартера.

Компьютерные модели формооб-разующих элементов оснастки были со-зданы по чертежам разработчиков . Из-

Рис.6:а — Компьютерная модель

трехмерного объекта, б — пластиковые копии объекта и отливки извлеченные из формы на литниковой системе, в — отливка после окончательной очистки

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


49

готовленные методом лазерной стереолитографии пластиковые детали использовались для изготовления земляных литейных форм. Чтобы сократить время изготовления и расход ФПК на установке лазерной стереолитографии были выращены оболочки моде-лей, которые затем заполнялись эпоксидной смолой. По отзывам специалистов завода пластиковые модели выдержали 1000 циклов формовки при температуре 100°С без ви-димых признаков износа. Применение лазерной стереолитографии позволило суще-ственно сократить срок изготовления формообразующей оснастки и снизить их себе-стоимость в 2 раза. При этом 3/4 времени ушло на создание трехмерных компьютерных моделей по бумажным чертежам из-за отсутствия на заводе возможностей для трех-мерного компьютерного моделирования. На рис.11 показаны элементы оснастки изго-товленные методом лазерной стереолитографии. [4].

3. Заключение. Технологии быстрого прототипирования заняли прочное место практически во

всех областях материального производства в индустриально развитых странах. Про-гресс в промышленности этих стран не в последнюю очередь обусловлен стремитель-ным развитием RP-технологий. Однако, уже очевидно, что для отечественной промыш-ленности задача скорейшего освоения RP-технологий, а именно всей цепочки от CAD-данных до отливки и станка с ЧПУ, является стратегически важной.

Список литературы: 1. Витязев Ю.Б., Самусь А.В. Прототипирование – «уско-

ритель» подготовки производства // Оборудование и инструмент для профессионалов. 2006 г. №6. С.40-42. 2. Зорин С.Ф. Обзор технологий быстрого прототипирования // http://www.espotec.ru/art_prot.htm. 3. http://rp-salon.ru/main/proto.html. 4. А.В.Евсеев, В.С.Камаев, Е.В.Коцюба, М А.Марков, М.М.Новиков, В.Я.Панченко. Оперативное формирование трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии // Современ-ные лазерно-информационные и лазерные технологии. Сборник трудов ИПЛИТ РАН. Под ред. чл.-корр.РАН В.Я.Панченко и проф. В.С.Голубова. М.: Интерконтакт Наука. 2005. —304 с С. 26-39.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


50

УДК 621.9: 658.5 МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

ПРИ ТОНКОМ ТОЧЕНИИ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ

Лыхманюк Е.О., Ивченко Т.Г.,(кафедра ТМ, ДонНТУ, Донецк, Украина)

Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: [email protected]

Аннотация. С использованием методов геометрического программирования осу-ществлена многокритериальная оптимизация режимов тонкого точения закаленных сталей на основе мультипликативной свертки критериев максимальной производи-тельности и минимальной себестоимости. Выполнен сравнительный анализ опти-мальных по различным критериям режимов резания. Ключевые слова: точение, сталь, оптимизация, производительность, себестоимость.

Перспективным направлением повышения эффективности механической обра-

ботки является использование современных сверхтвердых инструментальных материа-лов (СТМ) на финишных операциях, в том числе на операциях тонкого точения. В свя-зи с этим, представленная работа, посвященная оптимизации режимов тонкого точения закаленных сталей, весьма актуальна.

В настоящее время основной тенденцией оптимизации режимов резания является решение многокритериальных задач, обеспечивающих одновременное улучшение па-раметров обработки по различным критериям [1]. Одним из вариантов многокритери-альной оптимизации является использование мультипликативной свертки критериев, позволяющих различные критерии оптимизации привести к единому критерию, обес-печивающему наилучшее сочетание каждого из них.

Применение метода геометрического программирования (МГП) к задачам много-критериальной оптимизации на основе мультипликативной свертки критериев себесто-имости и производительности в работах [2, 3] позволило получить аналитическое ре-шение для определения оптимальных режимов резания при черновом и чистовом точе-нии. Сравнительный анализ оптимальных режимов тонкого точения закаленных сталей и чугунов по критериям минимальной себестоимости и максимальной производитель-ности выполнен в работах [4, 5]. Представляет интерес дальнейшее развитие методики многокритериальной оптимизации режимов тонкого точения, обеспечивающей наилучшее сочетание критериев максимальной производительности и минимальной себестоимости

Цель представляемой работы – с использованием мультипликативной свертки критериев себестоимости и производительности определить оптимальные режимы ре-зания при тонком точении закаленных сталей.

В качестве критерия оптимизации принимается переменная часть себестоимости обработки, зависящая от режимов резания, отнесенная к производительности обработ-ки, выраженной площадью обработанной поверхности:

nSTtATtAtAtÑ ouoño / , (1)

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


51

Целевая функция, с учетом известных соотношений основного времени обра-ботки и стойкости инструмента с режимами резания имеет вид:

1122 SV kk SMVSVC , (2)

где Tmx

uc CtAAtM ; 11 mkV ; 1 myk S ; А - себестоимость

станко - минуты, Аи – стоимость одного периода стойкости инструмента; tc - время сме-ны инструмента; CТ – коэффициент и x, y, m – показатели, характеризующие степень влияния глубины t, подачи S и стойкости T на скорость V.

Ограничение по шероховатости при оптимизации режимов тонкого точения с ис-пользованием МГП представляется в виде:

11 rySC , (3)

где anx

R RrtCC rr1 .

Оптимальные подача Sо2 и скорость резания Vо2 определяются в результате ре-шения системы линейных уравнений:

,

;

1102

2201

SV kk SMVWWV

SVWWV (4)

где 110201102011W

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

эффициенты весомостей, определяемые из системы линейных уравнений:

.012

;012

;1

110201

0201

0201

WyWkW

WkW

WW

rS

V .

221

;2;21

11

0201

r

rv

my

ymymW

mWmW

(5)

В результате решения системы (4) и подстановки рассчитанных значений коэф-

фициентов весомостей W01, W01, W11, определяются оптимальные подача Sо и скорость резания Vо:

rrrynx

Rao rtCRS1

;

vyo

m

o SMm

mV

21

2. (6)

Для сравнения представлены результаты расчетов оптимальных подачи Sо1 и

скорости резания Vо1 для критерия минимальной себестоимости, а также оптимальных подачи Sо2 и скорости резания Vо2 для критерия максимальной производительности [5]:

rrrynx

Rao rtCRS1

1 ;

vyo

m

o SMm

mV

11

1. (7)

rrrynx

Rao rtCRS1

2 ; vv yo

xmVVo StTKCV 22 . (8)

В результате сравнительного анализа зависимостей оптимальных подач и скоро-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


52

стей резания от условий обработки, определяемых по различным критериям – мини-мальной себестоимости (7) и максимальной производительности (8) установлено:

оптимальная подача не зависит от выбора критерия оптимальности и определяет-ся ограничением по шероховатости;

оптимальная по мультипликативной свертке критериев скорость резания, превы-шает скорость резания, оптимальную по критерию минимальной себестоимости (коэф-фициент превышения – К1), но ниже скорости резания, оптимальной по критерию мак-симальной производительности (коэффициент понижения К2):

m

o

o

m

m

V

VK

21

)1(2

11 ;

m

uco

o

AAtm

mT

V

VK

21

2

22 . (9)

Основные закономерности протекания процесса резания при тонком точении за-

каленных сталей (НRС 54 - 58), описывающие зависимости стойкости режущего ин-струмента Т и шероховатости обработанной поверхности Ra от скорости резания V, по-дачи S и глубины резания t выражаются следующим образом [6]:

67,072,044,2

4104,25

StV

KT M

; 42,03,110,07,24 rStRa , (9)

где KM – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемых материалов (KM = l

для стали 20Х9П). Расчеты оптимальных по мультипликативной свертке критериев режимов резания

выполнены для следующих условий: резцы из композита 10 (гексанита - Р) -, радиус при вершине r = 0,8мм; глубина резания t = 0,5мм; шероховатость поверхности Ra = 1,25мкм; стоимость станкоминуты А = 5коп/мин; стоимость 1 периода стойкости ин-струмента Аи = 500 коп/период; время смены инструмента tc = 5мин).

Оптимальные режимы резания: подача Sо = 0,1мм/об; скорость резания Vо = 105м/мин. Оптимальные скорости резания по критерию максимальной производитель-ности - Vо1 = 116м/мин; по критерию минимальной себестоимости - Vо2 = 98м/мин.

График изменения целевой функции (2) от скорости резания целесообразно представить в относительном виде, что позволяет выполнять сравнительный анализ различных це-левых функций рис. 1):

1122

1122

SV

SV

ko

kooo

kk

CSMVSV

SMVSVK . (10)

Для сравнения на рис. 1 представлена так-

же относительная целевая функция себестоимости обработки [5]:

SV

SV

ko

kooo

kk

CSMVSV

SMVSVK

111

11

1

11

1

. (11)

Рис. 1. Графики зависимости

относительных целевых функций от скорости резания

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


53

Из представленных графиков следует, что минимальные значения целевых функций имеют место при оптимальных режимах резания, но для критерия себестои-мости оптимальная скорость резания ниже, чем для мультипликативной свертки крите-риев.

Графики зави-симости оптимальных значений подачи Sо от шероховатости обра-ботанной поверхно-сти Ra и скорости ре-зания Vо от подачи Sо (рис.1) регламенти-руют оптимальные режимы тонкого то-чения для различных условий обработки. Оптимальные скоро-сти резания Vо пред-ставлены для различ-ных критериев: мак-симальной произво-дительности – 1, ми-

нимальной себестоимости - 2, мультипликативной свертки критериев себестоимости и производительности - 3.

Оптимальная по мультипликативной свертке критериев скорость резания, превы-шает скорость резания, оптимальную по критерию минимальной себестоимости, но ниже скорости резания, оптимальной по критерию максимальной производительности. В результате себестоимость повышается в 1,1 раза, а производительность снижается в 1,2 раза. Однако, в этом случае выполняется наилучшее одновременное сочетание себе-стоимости и производительности обработки, обеспечивающее минимальную себестои-мость обработки единицы площади поверхности детали.

Таким образом, с использованием метода геометрического программирования осуществлена многокритериальная оптимизация режимов тонкого точения закаленных сталей на основе мультипликативной свертки критериев максимальной производитель-ности и минимальной себестоимости. Выполнен сравнительный анализ оптимальных по различным критериям режимов резания и целевых функций.

Список литературы: 1. Оптимизация и управление процессом резания: / О.С.

Кроль, Г.Л. Хмеловский. – К.: УМК ВО, 1991. – 140с. 2. Ивченко Т.Г. Использование мультипликативных критериев при оптимизации режимов резания // Надійність ін-струменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць.. – Крама-торськ, ДДМА. Вип.30, 2012. - С.325-330. 3. Ивченко Т.Г. Многокритериальная опти-мизация режимов резания на основе мультипликативной свертки критериев / K.O Ко-роль, Т.Г.Ивченко // ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2012, № 13. - С.124-128. 4. Івченко Т.Г. Двохкритеріальна оптимізація режи-мів різання під час обробки чавунів інструментами з надтвердих матеріалів / Т.Г. Івчен-ко, Є.В. Полякова // Прогрессивные технологии и системы машиностроения:– Донецк: ДонНТУ, 2011. Вып. 41. – С.152-158. 5. Ивченко Т.Г. Повышение эффективности тон-

Рис. 1. Влияние параметра шероховатости Ra на опти-мальную подачу Sо для различных радиусов при вершине r -

а); подачи Sо на оптимальную по различным критериям ско-

рость резания V - б)

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


54

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


55

УДК 621.9.06 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАСТОЛЬНО СВЕРЛИЛЬНО-

ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА НА БАЗЕ КОНТРОЛЕРА ТB6560HQT С ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Махоткин М.В., Гусев В.В. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк,)

Тел./Факс: +38 (066) 3086754; E-mail:[email protected]

Аннотация. В статье приведен настольно сверлильно-фрезерный станок на базе кон-тролера ТB6560HQT с шаговыми двигателями и данные исследования по точности ли-нейных перемещений , и математическая обработка экспериментальных данных. Ключевые слова: Учебные комплексы, настольно сверлильно-фрезерный станок тех-нические характеристики станка, исследование, анализ.

1. Введение

В лабораториях учебных заведений СНГ в подавляющем большинстве использовалось оборудование (в том числе, с ЧПУ) производственного назначения, занимающее большие площади и затрат на обслуживание, не отвечающее дидактическим требованиям современных обучающих технологий и не обеспечивающее должного уровня решения учебно-методических задач [1].

Эффективным средством решения возникших проблем являются настольные учебные станки с компьютерными системами ЧПУ, требующие малых затрат энергии, гибко реализующие все требующиеся функции устройств ЧПУ, позволяющие значительно повысить эффективность управления и учебного процесса. Станки содержат механическую часть; электрооборудование и электронику; систему управления следящими приводами [1].

Применение комплексов позволяет: получать представления о возможностях станков и режущих инструментов; изучать схемы и физику процессов резания различных материалов; получать представления о технологии обработки конструкционных материалов; изучить работу резцов, осевых инструментов и фрез; научиться программировать обработку деталей на станках с ЧПУ и др. [1].

В настоящее время не существует нормативных документов регламентирующих требования к учебным стендам, комплексам и станкам. Эти требования приходится, вырабатывают в процессе создания стендов с компьютерным управлением. Важнейшими из них являются точность и качество создаваемых комплексов [2].

Проблема повышения эффективности обработки на металлорежущих станках с ЧПУ всегда была одной из главных в машиностроении. Необходимость повышения точности (производительности) процесса резания выдвигает на первый план задачу повышения качества управления процессом резания. Одним из таких является вопрос, что рассматривает управление параметрами приводов металлорежущего станка, обеспечивают необходимое качество, высокую производительность и минимальные затраты на обработку деталей машин [2].

Повышение технического уровня современного металлообрабатывающего оборудования выдвигает все возрастающие требования к приводам станков. При всех возможностях современной электроники преобладающее влияние на точность и производительность оказывает механическая система станка и сопровождающие его работу процессы резания, трения, силовых и тепловых деформаций, и др. [2].

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


56

Цель работы и задачи исследования. Построить действующую физическую мо-дель станка с ЧПУ для учебных целей, провести исследование и анализ точности ли-нейных перемещений стола.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие основные задания:

1. Построить реальную физическую модель станка с ЧПУ. 2. На реальной модели настольно сверлильно-фрезерного станка провести

исследование на точность перемещений стола. 3. Математическая обработка экспериментальных данных на ЭВМ.

2. Основное содержание и результаты работы. За основу самого корпуса станка был избран инструментальный микроскоп, об-

щий вид которого представлен на рисунке 1. Настольный вертикальный сверлильно-фрезерного станок имеет 3 подвижные оси, каждая из осей имеет свой привод. В каче-стве привода был выбраны шаговые двигатель, т.к они обладают рядом преимуществ. Управления этими двигателями осуществляются через блок управления CNC привода-ми (в нашем случае ТB6560HQT), который питается от источника постоянного тока. Блок управления приводами имеет 3 канала управления и соответственно предназна-чены для управления 3-мя шаговыми двигателями, а также может обеспечивать управление, как в режиме полного шага, так и в режиме дробления ша-га 1/2, 1/8, 1/16 шага. В полно шаговом режиме один импульс шагового двигателя

проворачивает ротор 0.72 ° , что соответствует перемещению стола 0,02мм. Собранный станок, в ходе выполнения дипломного проекта, предназначен для выполнения разно-образных фрезерных и сверлильных работ. Может применяться в небольших мастер-ских и в учебных лабораториях. Техническая характеристика станка представлена в таблице 1.

Рисунок 1 – Общий вид настольного вертикального сверлильно-фрезерного

станка с системой управления Mach3

Управление станком осуществляется непосредственно персональным компьютером, на котором установлено специализированное программное обеспечение (в нашем случае Mach3) через блок управления приводами (через LPT - порт, СОМ – портUSB-порт).

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


57

Виртуальный пульт управления системой ЧПУ Mach3 которая изображена на рисунке 2 представляет собой CAM-систему, включающий модуль автоматизированного задания технологических параметров обработки (CAM-модулей) и модуль управлением станком (CNC-модуль) [3].

CNC-модуль предназначен для составления и редактирования текста управляющей программы в международном коде программирования станков с ЧПУ (CNC-коде). Для ручного управления исполнительными органами станка, а также для запуска управляющей программы и отслеживания технологических параметров процесса обработки в CNC-модуль включен виртуальный пульт управления станком [3].

Рисунок 2 – Виртуальный пульт управления системой ЧПУ Mach3

Таблица 1. Технические характеристики станка

Наибольший диаметр сверления, мм 8

Наибольший диаметр торцевого фрезерования, мм 16

Размеры стола, мм:

ширина 250

длина 250

Поперечный ход стола, мм 50

Продольный ход стола, мм 150

Число скоростей шпинделя 2

Пределы частот вращения шпинделя, об/мин 1500

Число подач шпинделя 1

Габаритные размеры станка (LxBxH), мм 300x300x300

Масса станка, кг 20

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


58

Целью эксперимента является анализ точности перемещений стола сконструи-рованного станка. По осям Х,Yперемещение осуществлялось на максимальное расстоя-ние для каждой оси со скорость перемещения 50,100,200,300 мм/мин с возвратом в ис-ходную точку. В качестве случайной величины принята линейная погрешность позици-онирования стола в исходном положение (мкм), которая измерялась с помощью за-крепленного неподвижно на станине станка микрометра часового типа 2МИГ с ценой деления 1 мкм (см. рис. 1). Погрешность измерения в соответствии с ГОСТ 9696-82составляет 0,5мкм.Число повторов при определении погрешности позиционирования для каждой скорости перемещения принималась 100., т.е. объем выборки для каждой экспериментальной точки соответствовал 100.По этой выборке находили: оценку мате-

матического ожидания (МО - Математическим ожиданием( mx

¿¿ , дисперсию ( Dx

¿¿ ,

среднеквадратичное отклонение ( σ x

¿

), асимметрию ( a x

¿¿ , эксцесс ( e x

¿¿

[4,5,6].Результат расчетов приведены в таблицах 2,3. Считаем, что разброс экспериментальных данных вызван только случайными

погрешностями, а грубых и систематических ошибок нет.

Таблица 2 - Числовые параметры выборочного распределения по оси Х для скорости 300

мм/мин для скорости 200 мм/мин для скорости 100

мм/мин

Параметр Значе-ние



mx

¿

-0.042 mx

¿

-0.014 mx

¿

0.014

Dx

¿

0.347 Dx

¿

0.06 Dx

¿

0.125

σ x

¿

0.589 σ x

¿

0.245 σ x

¿

0.363

a x

¿

0.960 a x

¿

0.853 a x

¿

0.725

e x

¿

-1.092 e x

¿

-0.925 e x

¿

1.613

Таблица 3 - Числовые параметры выборочного распределения по оси Y

для скорости 300 мм/мин




Пара-метр

Зна-чение

Пара-метр

Зна-чение

Пара-метр

Значе-ние

Пара-метр

Зна-чение

my

¿

-0.034

mx

¿

0.066 mx

¿

-0.069

mx

¿

-0.07

Dy

¿

1.429

Dx

¿

1.707 Dx

¿

1.307 Dx

¿

1.306

σ y

¿

1.195

σ x

¿

1.307 σ x

¿

1.143 σ x

¿

1.143

a y

¿

0.699

a x

¿

0.683 a x

¿

0.893 a x

¿

0.884

e y

¿

-1.410

e x

¿

-1.472

e x

¿

-0.931

e x

¿

-0.944

Оценка однородности дисперсий для различных скоростей перемещений станка

при перемещении по разным координатам определялась по критерию Кохрана [7]. Рас-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


59

четы показали, что гипотеза постоянства рассеивания погрешности позиционирования

при различных скоростях перемещений принимается, так как в нашем случае G>Gt . Оценка однородности средних отклонений при различных скоростях перемеще-

ний производилась с помощью критерия Крамера при доверительной вероятности 0,95.Результаты расчета показали, что гипотеза однородностисредних отклонений при-нимается, т.е. значение средних отклонений носит случайный характер.

Таким образом полученные числовые параметры выборочных распределений по осям Х,Y не существенно отличаются и их можно их отнести к единой генеральной совокупности. Результаты расчета параметров распределений погрешностей позицио-нирования по осям X, Y приведены в таблице 4.

Таблица 4. Среднее арифметическое значение числовых параметров по осям Х,У Среднее арифметиче-

ское значение Для оси Х Для Оси У

m¿

-0.017 -0.019

D¿

0.177 1.437

σ¿

0.399 1.197

a¿

0.846 0.789

e¿

-0.134 -1.189

Оценку существенности различия между двумя дисперсиями погрешностей по-

зиционирования по оcям X и Y определяли с помощью критерия F .Оценка существен-ности различия между двумя дисперсиям заключается в сравнении расчетного значения F ,с табличным значением F t [7]. Вычисленное значения F > Ft ,то есть гипотеза верна

дисперсия существенно отличаются. При определении существенности различия между двумя средними арифметиче-

скими отклонениями вычисляют по критерию t k . Получив значение критерия t k опре-

деляют вероятность P (t k) =0,05 [7]. Результаты расчета показали, что гипотеза равен-ства средних арифметических погрешностей позиционирования по координатам X и Y не отвергается. Таким образом, погрешность позиционирования по координатам X и Y не зависит от скоростей перемещения стола станка, а определяется величиной переме-щения стола при подаче управляющего импульса на шаговый двигатель (0,02 мм).

Многочисленные исследования, проведенные в разных областях механической обработки, подчиняются чаще закону нормального распределения. Нормальное распре-деление образуется в том случае, когда действует большое количество независимых или слабо зависимых случайных величин. Подчиненность закону нормального распре-деления проявляется тем точнее, чем больше случайных величин действует одновре-менно. Основное условие формирования нормального распределения заключается в том, чтобы среди случайных погрешностей отсутствовали доминирующие факто-ры[4,5,6].

Проверка гипотезы случайности выборки при эксперименте на настроенном станке производится методом последовательных разностей. Для этого нужно опреде-

лить разность между соседними членами ( a1 ),рассчитать несмещенную оценку дис-

персии генеральной совокупности ( с2¿ , определить критерий τ , определить критиче-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


60

скую область критерия τ q и проверить выполнение условия τ >τq [7].Результаты рас-четов сведем в таблицу 5.Произведенные выборки можно считать случайными т.к вы-

полняется условие τ >τq .Гистограммы и эмпирические функции нормального распре-деления погрешностей позиционирования по координатам X и Y приведены на рисун-ке 3.

Таблица 5 - Результат выполнения программы

Для выборки по оси Х Для выборки по оси Y

с

0.497 1.004

τ

0.843 0.839

τ

0.834 0.834

а) б)

Рисунок 3 - Эмпирическая и экспериментальная функции распределения по-грешностей позиционирования по осям X (а) и Y (б)

Оценки качества функционирования объекта производится путем определения

доверительного интервала по формуле (1).

tσ

√n>m>− t

σ

√n (1)

где m - среднее арифметическое значение, σ - дисперсия,.

Для выборки по оси Х доверительный интервал равен 0 ,061>− 0,017>− 0 ,095 .

Для выборки по оси Y доверительный интервал равен 0,224>− 0,019>− 0,262 . Среднее арифметическое значение попадает в вычисленные пределы, следуют

сделать вывод, что гипотеза принимается. Следовательно, настройки станка соответ-ствует заданному качеству.

3. Заключение Для настольно сверлильно-фрезерного станка с ЧПУ спроектированного и изго-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


61

товленного на базе инструментального микроскопа для учебных целей были проведены исследование на точность перемещения стола в двух координатах Х,Y. В ходе обработ-ки экспериментальных данных установлено, точность позиционирования стола не за-висит от скорости его перемещения и определяется величиной перемещения при пода-че на шаговый двигатель одного управляющего импульса. Разброс положений стола определяется длиной ходового винта и его жесткостью. В дальнейшем предполагается определение погрешности обработки криволинейных поверхностей.

Список литературы: 1. Сверлильно-фрезерный станок с компьютерной СЧПУ/ П.Г. Мазеин, В.С. Столяров, С.В. Шереметьев и др. – Челябинск: ЮУрГУ,2001. – 80 с. 2. Балакшин Б.С. Необходимость оборудования программных станков системами адап-тивного управления / Б.С. Балакшин // Станки и инструмент. - 1973. - №3.- С. 4-6. 3. Mach3 Version 3.x Macro Programmers Reference Manual - 2010, 120 с. 4. Гмурман В.Е. теория вероятности и математическая статистика – М., Высш. Шк., 2003. – 479с. 5. Иглин С.П. Теория вероятностей и математическая статистика на базе MATLAB. Из-дательство НТУ "ХПИ", 2006, Харьков, Украина, 612 с. 6. Вайнтштейн И.И., Кустицкая Т.А. Методы математической статистики и их реализации в среде MathCad. Красно-ярск-2010. 88с. 7. Колкер Я.Д. Математический анализ точности механической обра-ботки деталей. Издательство "Техника", Киев-1976, 200с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


62

УДК 621.78 О ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ В ОБЛАСТИ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ

ПОКРЫТИЙ

Михайлов А.Н.1, д-р техн. наук, проф., Цыркин А.Т. 2, к.т.н., Петров М.Г.2, инже-нер, Головятинская О.В.3, студент (1 кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина

2 Луганский филиал кафедры ТМ ДонНТУ, г. Луганск, Украина 3 УГХТУ, г. Днепропетровск, Украина)


Аннотация. В статье изложены результаты работ, направленных на совершенствование качества детонационных покрытий, включающие разработку конструкции установки и ее узлов, получение материалов для напыления из отходов производства и нанесение функционально-ориентированных покрытий, обладающих улучшенными свойствами. Ключевые слова: детонационное напыление, установка детонационного напыления, технологические приемы, порошковые материалы, функционально-ориентированные покрытия.

1. Введение Развитие техники ведет к ужесточению условий работы машин – непрерывно

растут скорости, нагрузки, эксплуатационные и температурные зоны, повышаются требования к долговечности и надежности работы машин. Нередко срок службы машины определяется износом трущихся поверхностей сопряженных деталей. Задача повышения эксплутационной долговечности деталей машин и механизмов может решаться нанесением износостойких покрытий.

Одним из перспективных способов защиты от износа является детонационное напыление покрытий (ДНП). К его преимуществам следует отнести высокую прочность сцепления покрытия с подложкой, высокую плотность нанесенного слоя, возможность напыления широкого спектра порошковых материалов на разнообразные подложки без изменения свойств материала основы. Высокие эксплуатационные свойства детонационных покрытий позволяют радикально повышать ресурс работы узлов и механизмов, применять для изготовления деталей более дешевые материалы, восстанавливать изношенные детали.

Метод детонационного напыления был разработан в США в 1955 году. В СССР работы по созданию детонационного оборудования начались в 60-е годы. В ИПМ АН УССР, институте электросварки им. Е.О. Патона, Луганском машиностроительном институте, НИАТ г. Москва, ЦНИИ "Прометей", Институте гидродинамики им. Лаврентьева СО АН СССР, АНИТИМ г. Барнаул и других были построены установки лабораторного и исследовательского характера. Большой вклад в разработку оборудования и технологии нанесения детонационных покрытий внесли Г.В. Самсонов, А.И. Зверев, В.В. Гавриленко, Т.А. Гавриленко, В.Н. Гольдфайн, Ю.А. Харламов, С.С. Бартенев, Ю.П. Федько, В.Х. Кадыров, Е.А. Астахов, И.М. Галеев, В.С. Клименко, М.X. Шоршоров и другие. В начале 80-тых годов ЦНИИ "Прометей" совместно с ЦКБ "Ленинская кузница" г. Киев был разработан автоматизированный детонационный комплекс АДК "Прометей", который серийно выпускался заводом "Пирс" г. Выборг. Детонационные покрытия начали широко применять в различных

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


63

узлах и деталях судового и авиационного машиностроения (дейдвудные уплотнения валов кораблей, уплотнения запорной арматуры, подшипниковые узлы насосов и компрессоров, лопатки, крышки опор авиационных газотурбинных двигателей), что позволило резко увеличить ресурс их работы.

На кафедре ТМ ДонНТУ работы в области детонационного напыления ведутся по трем направлениям: усовершенствование технологии и оборудования; разработка материалов, отвечающих требованиям технологии напыления; повышение износостойкости пары трения за счет функционально-ориентированных покрытий.

В данной статье изложены результаты некоторых выполненных работ. 2. Усовершенствование установки детонационного напыления Сущность процесса ДНП заключается в импульсном нагреве и разгоне частиц

напыляемого порошкового материала высокоскоростным и высокотемпературным потоком продуктов детонации, образующимся с заданной цикличностью в стволе установки детонационного напыления порошков (УДНП) в результате сгорания смеси рабочих газов [1, 2]. Детонационный метод использует энергию взрыва газовых смесей и является циклическим процессом, обладает высокой удельной мощностью и значительным упрощением преобразования энергии в полезную работу.

УДНП выглядит как пушка–распылитель, имеющая камеру сгорания и ствол. Канал ствола диаметром 15÷20 мм и длиной 1500÷2000 мм выполняется цилиндрическим, выходной участок ствола сменный и может иметь заданную форму выходного отверстия, оптимизирующую формирование единичного участка напыления на подложке детали.

Конструктивная реализация УДНП направлена на обеспечение режимом работы с образованием взрывных выбросов газопорошковой смеси при высоких значениях температуры, скорости и скорострельности. Как правило, УДГНП выполняется в виде автоматизированной технологической установки и располагается в изолированном боксе, и имеет следующие основные части: ствол с порошковым питателем, источники рабочих газов (ацетилен, кислород, азот) и узлы их подачи, система зажигания рабочей смеси, система охлаждения ствола, манипулятор, блок дистанционного управления, расположенный вне бокса. В лаборатории кафедры ТМ ДонНТУ УДГН выполнена в камерном исполнении. Внешний вид УДНП DEPLA-5 показан на рис. 1.

Факторами, от которых зависит качество покрытия, как и при других термокинетических процессах (сварка давлением, горячая штамповка порошковых материалов), являются температура и давление порошкового материала в зоне формирования покрытия. Эти факторы определяются различными составляющими, в том числе: конструктивными особенностями стола установки; составом взрывчатой смеси газов; глубиной загрузки порошка; степенью заполнения взрывчатой смесью газов ствола; величиной единичной дозы порошкового материала; дистанцией напыления; гранулометрическим, весовым и химическим составом дозы порошка; технологическими приемами нанесения покрытия. Рис. 1. УДНП DEPLA-5

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


64

В процессе выполненных исследований разработано ряд усовершенствований конструкции пушки и ее отдельных узлов, в результате чего была создана оригинальная конструкция детонационной пушки, обеспечивающая высокие энергетические характеристики детонационного процесса. Пушка оснащена двумя дозаторами подачи порошковых материалов и программной системой управления, позволяющей управлять технологическими приемами и технологическим циклом процесса нанесения покрытия. В целом, это даёт возможность формировать покрытия с заданными свойствами, а также создавать градиентные и функционально-ориентированные покрытия.

3. Получение порошков для напыления из отходов производства Важными факторами получения качественных покрытий являются

характеристики дисперсности порошкового материала, парусность частиц, зависящая от их формы и однородность гранулометрического состава. Серийно выпускаемые порошки, применяемые для изготовления изделий методами порошковой металлургии, как правило, не удовлетворяют требованиям технологии детонационного напыления. Кроме того, получение металлических и неметаллических порошков связано со значительными энергетическими и временными затратами, что обусловливает их высокую стоимость [3]. Все это, наряду с недостаточно отработанной технологией напыления, сдерживает широкое распространение методов получения покрытий. Повышению технико-экономических показателей эффективности процессов детонационного напыления, расширению областей его применения можно содействовать получением порошков из мелкодисперсных отходов: стружки, шлифовальных шламов, шлаков и др. [4]. Такие отходы содержат большое количество ценных металлов и являются экономически рациональным источником получения порошковых материалов.

Использование при нанесении детонационных покрытий порошков, полученных из отходов производства, расширяет диапазон физико-механических свойств покрытий и снижает затраты на приобретение исходных материалов. Технология получения порошковых материалов из отходов производства позволяет варьировать свойства получаемых порошковых материалов. Порошки могут иметь более широкий спектр физико-механических характеристик, включая химический и гранулометрический состава. Важным аспектом, обеспечивающим высокую технико-экономическую целесообразность использования таких порошков, является возможность организации их производства на небольших предприятиях в местах образования отходов.

С участием ряда авторов данной работы выполнен ряд исследований по разработке технологии получения порошков из отходов для ГТН, пригодных как для детонационного напыления, так и изготовления деталей методами порошковой металлургии [5-8]. Выбор технологических процессов определялся видом отходов и свойствами основного материала, содержащегося в отходах.

Материалы, применяемые для напыления, можно разделить на группы в зависимости от требований к свойствам покрытий и условий напыления. К первой группе относятся пластичные металлы (Cu, А1, Ti, Fе, Mo) и их сплавы (бронзы, латуни, А1-Сu-Fе, Ni-А1). Во вторую группу можно включить легированные стали и чугуны. Третью группу составляют непластичные материалы, имеющие высокую твердость и температуру плавления (твердые сплавы, оксиды и смеси на их основе).

Разработана технология получения порошков из: отходов меди и бронзы БрАЖ9-4; шлифовальных шлама чугуна прокатных валков и стали 40Х10С2М; шлака

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


65

плавки вторичного алюминия. Порошок бронзы БрАЖ9-4 получали из стружки [5]. Технология переработки

состояла из операций: предварительное дробление в шаровой мельнице; измельчение в ножевой дробилке; отсеивание фракции с размерами частиц менее 63 мкм; отжиг в среде восстановительного газа, для снятия наклепа и восстановления оксидов. В результате был получен порошок, свойства которого приведены в табл. 1.

Таблица 1 Физико-технологические свойства порошка Плотность частиц, г/см3

Насыпная плотность,

г/см3

Плотность утряски, г/см3

Форма частиц

7,28 2,11 2,91 Осколочная и округлая

Полученный порошок напыляли на УДНП DEPLA-3 Луганского филиала кафедры ТМ ДонНТУ. Глубину загрузки порошка принимали 800 мм, дистанцию напыления 150 мм. Покрытие наносили на кольцевые заготовки из стали 20 с размерами: 48х38х50 мм. Толщина нанесенного слоя составляла 600±15мкм.

Визуальный контроль внешнего вида образцов показал отсутствие внешних дефектов – сколов, вздутий, отслоений, трещин, раковин. Механическим соскобом было установлено, что покрытие имеет хорошее сцепление с основой.

Для определения пористости покрытия на заготовку наносили разделительный слой, наносили покрытие, которое затем отделяли от основы. Как было установлено методом гидростатического взвешивания (ГОСТ 18898-89 «Изделия порошковые. Методы определения плотности, содержания масла и пористости»), пористость покрытия составляла 1÷2%.

Определялась прочность покрытия. Она составила 278 МПа, что значительно выше прочности алюминиевой бронзы в покрытии, полученным плазменным напылением, при испытании на растяжение, но несколько ниже прочности литой бронзы в деформированном состоянии.

Технология получения порошка меди из лома медных проводников тока, состоит из операций: наводораживающий отжиг при температуре 700÷750С, дробление на волокна, аэросепарация для удаления остатков изоляции, измельчение очищенных волокон в порошок в мельнице, восстановительный отжиг в той же среде при температуре 350÷400С, рассев на фракции. В водородосодержащей среде восстанавливаются оксиды меди, изоляция разлагается и обугливается, а медь становится хрупкой в результате развития водородной болезни». После отжига и дробления частицы изоляции легко отделяются от поверхности волокон, и удаляются аэросепарацией. Очищенные волокна длиной 0,5÷30 мм размалывают в порошок и отжигают в защитно-восстановительной среде для снятия наклепа. Регулируя время обработки волокон в мельнице можно получить порошок с различным размером частиц.

Недостаток порошка, полученного по данной технологии, заключается в высоком содержании водорода. Для снижения содержания водорода в полученном порошковом материале его отжигали в вакууме при температуре 350÷370С и давлении 10-1 Па. При таких характеристиках отжига происходит удаление водорода из частиц порошка и снятие в них напряжений. Повышение температуры выше указанной приводит к спеканию частиц порошка и образованию губки, которую необходимо

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


66

размалывать. При более низких температурах не обеспечивается интенсивное удаление водорода. Качество дегазации порошка снижается при давлении менее 10-1 Па.

После отжига отсеивали порошок с размерами частиц менее 0,045 мм и определяли их форму по ГОСТ 25849-83. Установлено, что форма частиц осколочная, часть округлая. Покрытия из полученного медного порошка наносили на УДНП DEPLA-3 Луганского филиала кафедры ТМ ДонНТУ. Глубину загрузки порошка принимали 600 мм, дистанцию напыления 150 мм. Толщина нанесенного слоя составляла 400±15мкм. При визуальном осмотре дефекты в покрытии не наблюдаются. Механический соскоб показал хорошее сцепление покрытия с основой.

Шлифовальные шламы, образующиеся при изготовлении деталей из легированных сталей и чугунов, содержат дорогие легирующие элементы такие, как хром, молибден, кремний, никель, вольфрам и являются ценным сырьем для получения новых видов продукции.

В работе [9] описана технология получения порошков для газотермического напыления из отходов шлифования отбеленного слоя чугунных прокатных валков производства Лутугинского научно-производственного валкового комбината, а в статье [7] приведены результаты исследования свойств этих порошков. Химический состав включений в чугун: 2,9÷3,1% C; 1,1÷1,3% Cr; 3÷4% Ni. Технологический процесс переработки шламов в порошки, состоял из следующих операций:

– сушка шламов при температуре 413÷423 К в течение 2-х часов; – измельчение высушенной массы в шаровой мельнице; – циклонная очистка шламов от пылевидных фракций; – рассев шламов на комплекте вибросит; – магнитная сепарация шламов (удаление абразивных частиц); – размагничивание металлических порошков. Порошки на 75÷85 мас.% состоят из частиц дисперсностью 100 и менее мкм.

Такие порошки, без повторного измельчения, после дополнительной обработки, можно использовать для изготовления деталей методами порошковой металлургии. Так как для напыления рекомендуется использовать порошки с размерами частиц менее 50 мкм и минимальным разбросом размеров [1], то для получения качественного покрытия их дополнительно измельчали и рассеивали.

Как показали металлографические исследования, металлические частицы в порошках дисперсностью 50 мкм имеют форму микропластин и микростружек толщиной 10÷15 мкм с рваными краями и зазубринами с различным отношением длины к ширине. Длина частиц составляет 40÷60 мкм, ширина – 20÷40 мкм. Фактор формы (ГОСТ 25849-83), рассчитанный по соотношению lmax/lmin равен 3. Согласно ГОСТ 25849-83, частицы такой формы относят к группе с угловатой формой с наличием острых углов и плоских граней. Известно [1, 2], что образование покрытий при детонационном напылении, наряду с другими факторами, зависит от формы частиц порошка и происходит за счет сцепления развитых поверхностей напыляемых частиц. Поэтому можно предположить, что пластинчатая форма частиц полученного порошка обеспечит получение качественного покрытия.

Порошки фракции 50 мкм содержат частицы со структурой мартенсита и вторичного цементита, аналогичной структуре высокоуглеродистых заэвтектоидных сталей. Следовательно, концентрация углерода в порошках со структурой мартенсита и вторичного цементита не превышает 2,0 мас.%. Снижение содержания углерода в порошке по сравнению с его содержанием в чугуне приведет к повышению

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


67

пластичности и обеспечит получение детонационным напылением качественного покрытия с высокой прочностью, твердостью и износостойкостью.

Разработана технология получения порошка из шлифовального шлама стали 40Х10С2М, образовавшегося при шлифовании автомобильных клапанов [10]. Проведены работы по усовершенствованию технологии, обеспечивающей получения порошка со свойствами, удовлетворяющими требованиям технологии напыления. Шлифовальный шлам стали 40Х10С2М содержит 70% металла, 10% неметаллических фракций (продуктов разрушения абразивного инструмента при шлифовании) и 20% смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Более 10÷15% шлама – конгломераты, которые представляют собой окисленные металлические и неметаллические частицы, сцементированные СОЖ. Металлическая часть шлифовального шлама состоит из стружки различных форм: тонкой вьюнообразной, вытянутой, изогнутой (саблевидной) и в виде осколочных частиц. Средние размеры стружки следующие: вьюнообразной – толщина 0,015÷0,110 мм, длина 0,5÷2,5 мм; вытянутой – толщина 0,006÷0,025 мм, длина 0,05÷0,2 мм, осколочных частиц – 0,015÷0,110 мм.

Известный технологический процесс получения порошка включает обработку шлифовального шлама стали 40Х10С2М в шаровой мельнице при температуре 60÷80ºС в течение 1 ч с применением моющих средств; флотацию; промывку горячей водой; сушку; магнитную сепарацию и отжиг в восстановительной среде. Такой порошок содержит около 80% частиц с размерами более 50 мкм, что не позволяет его использовать для напыления.

Порошок, удовлетворяющий требованиям технологии напыления был получен по технологии состоящей из операций: обработка шлама в шаровой мельнице при температуре 60÷80ºС в течение 2 ч с применением моющих средств; отстаивание; сушка; измельчение в шаровой мельнице – 3,0 ч, отсев фракции менее 50 мкм, отжиг в среде синтез – газа при температуре 930÷970ºС, магнитная сепарация.

При первичной обработке происходит разрушение конгломератов, частичное удаление СОЖ и масляных загрязнений, измельчение стружки. Отстаивание и сушка приводит к удалению масса и воды. Обработка сухого и очищенного от СОЖ шлака в шаровой мельнице увеличивает содержание в порошке мелких частиц, что не только обеспечивает требуемый гранулометрический состав порошка, но и приводит к улучшает условия восстановления оксидов при отжиге порошка в восстановительной среде. Наличие в составе обрабатываемого продукта мелких абразивных частиц, представляющих собой продукт разрушения шлифовальных кругов, оказывают положительное влияние на скорость и качество процесса измельчения, усиливая истирание, стимулирует получение мелких частиц округлой формы. При отжиге удаляются остатки масла и восстанавливаются некоторые оксиды, а последующая магнитная сепарация обеспечивает удаление значительной части неметаллических включений. Химический состав порошка приведен в табл. 2.

Таблица 2 Химический состав порошка из шлама стали 40Х10С2М, %

С

Cr Si Mo

Fe

Нерастворимый в соляной кислоте

осадок

0,73÷0,81 9,4÷9,6 2,1÷2,17 0,41÷0, 55 остальное 2,3÷3,3

Порошок состоит из частиц осколочной и овальной формы. Насыпная плотность порошка – 2,17 г/см3. Ведутся исследования по разработке технологических процессов

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


68

получения порошков для детонационного напыления из отходов шлаков и стружки сталей Р6М5, ШХ15, твердых сплавов.

4. Повышение износостойкости пары трения за счет функционально-ориентированных покрытий

Широкое применение детонационных покрытий в настоящее время сдерживается тем, что многие узлы и детали, применяемые в таких отраслях промышленности как нефтегазодобывающая, химическая, металлургия, авиация, судостроение, работают при высоких уровнях нагрузок, которые значительно превышают предельно допустимые для типовых детонационных покрытий. При этом они, как правило, одновременно подвергаются неблагоприятному воздействию окружающей среды (высокая температура, коррозионная среда, абразивное и эрозионное воздействие). Для повышения стойкости детонационных покрытий работающих в тяжелых условиях необходимо повышение их эксплуатационных характеристик, сочетание высоких значений различных свойств (прочность сцепления, износостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).

Эффективным способом решения этой задачи является формирование на поверхности детали функционально-ориентированного покрытия из материалов с различными трибологическими и физико-механическими свойствами [11]. Импульсный характер процесса ДНП и возможность управления составляющими параметрами единичных циклов (вариабельность процесса) в процессе напыления порошкового материала позволяет формировать ориентированно расположенные участки покрытия с различными трибологическими и физико-механическими свойствами, например, с помощью использования экранов. Экран располагается в зоне истечения частиц порошкового материала с продуктами детонации между открытым торцом ствола УДГНП и напыляемой деталью.

Обеспечение качественных характеристик поверхностного слоя детали может решаться за счет нанесения отельных участков функционально-ориентированных покрытий (ФОП). Преимущество ФОП, состоящих из отдельных участков на внешней поверхности детали, нанесенных на эту поверхность из материалов различных по своим характеристикам, заключается, прежде всего, в возможности управления триботехническими характеристиками поверхностного слоя детали путем оптимизации и трансформации характеристик отдельных участков этой поверхности. Разработка и использование ФОП для повышения износостойкости пары трения, за счет оптимизации характеристик материалов и соотношения площади и формы отдельных участков покрытия, должны учитывать влияние участков этого покрытия на работоспособность детали в целом.

Напыляемый слой может состоять, как минимум, из двух видов материалов – износостойкого, имеющего высокую твердость, и антифрикционного, имеющего низкий коэффициент трения скольжения. В качестве износостойких материалов возможно применение твердых сплавов и других композитов с высокой твердостью, антифрикционных – материалов на основе цветных металлов и полимеров.

Особенности полученных покрытий для пары трения и их функциональность заключаются в следующем: если преимущественно площадь покрытия состоит из износостойкого материала, то покрытие износостойкое, а антифрикционный материал исполняет роль смазки, если большую часть площади покрытия составляет антифрикционный материал, то покрытие антифрикционное, а износостойкий материал

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


69

ограничивает износ. Условной границей может служить отношение площадей мягкой (Fм) и твердой (Fт) фаз: при отношении Fм/Fт > 1 покрытие будет иметь антифрик-ционные свойства, Fм/Fт < 1 – износостойкие.

Изменение составов напыляемых материалов, формы и соотношения геометрических параметров участков покрытия позволяет наносить функционально-ориентированные участки покрытия с различным комплексом триботехнических свойств. Кроме того, при подаче в зону трения жидкой смазки наличие участков с различными триботехническими свойствами обеспечивает возможность влияния на образование в зоне трения разделительной пленки, состоящей из смазочного материала и продуктов износа антифрикционного материала, имеющего меньшую износостойкость, чем более твердый износостойкий материал, что также позволяет управлять триботехническими свойства покрытия.

Выбор состава напыляемых материалов, формы и соотношения площадей участков из твердой и мягкой фаз определяются конкретными условиями работы пары трения. Углубленное рассмотрение этих вопросов является предметом дальнейших исследований для обеспечения эффективного решения конкретных технологических задач. Для апробации идеи были изготовлены образцы с функционально-ориентированным покрытием и исследованы его свойства [11].

В качестве износостойкого материала был выбран твердый сплав ВК 15 ГОСТ 3882-74, обладающий высокой твердостью и износостойкостью [12], а для получения антифрикционного – порошок полиамида ПА-6 (мерканит), имеющего высокие антифрикционные свойства.

Покрытие наносили на УДНП DEPLA-3 Луганского филиала кафедры ТМ ДонНТУ на образцы из стали Ст 3 ГОСТ 380-94 длиной 50 мм. Толщина покрытия после круглого шлифования составляла 0,8 мм, а диаметр образцов с покрытием 47,8 мм. При проведении экспериментов изменяли ширину слоев твердой и мягкой фаз, при сохранении суммарная ширин единичного слоя состоящего из твердой и мягкой фаз, которая составляла 10 мм, и угол наклона слоев к поверхности трения. Контроль внешнего вида покрытия показал, что внешние дефекты – сколы, вздутия, отслоения, трещины, раковины, отсутствуют. Поверхность твердого сплава имеет высокую чистоту, заметных задиров и других повреждений, несмотря на подачу в зону трения абразивных частиц, не наблюдается. На поверхности полимерных вставок и вкладышей наблюдаются следы местных повреждений, имеющие локальный характер.

Ускоренные испытания по схеме – цилиндрический образец с напыленным слоем – вкладыш из стали 45 (ГОСТ 1050-74) с твердостью 42÷45 HRC показали, что при одинаковых условиях испытания, функционально-ориентированное покрытие, обеспечивает повышение износостойкости трущихся пар по сравнению с покрытием, состоящим из одного твердого материала. Также установлено, что износостойкость пары трения с функционально-ориентированным покрытием зависит от соотношения площадей твердого и мягкого слоев и угла наклона слоев: в условиях эксперимента с увеличением площади занятой полимером стойкость против износа растет, а затем снижается. Очевидно, что увеличение площади занятой полимером улучшает качество смазывания трущихся поверхностей, а при дальнейшем увеличении этой площади уменьшается площадь твердого сплава, что приводит к повышению износа. Влияние угла возможно связано с транспортировкой продуктов износа и частиц абразивного порошка из зоны трения. Наилучшие результаты получены на образцах имеющих соотношение площадей 0,18 Fм/Fт и угол наклона 60о.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


70

5. Выводы Спроектирована и построена оригинальная конструкция установки

детонационного напыления порошков в камерном исполнении. Разработана технология получения порошков бронзы, меди, композиционных материалов из шлифовальных шламов чугуна и стали для детонационного напыления из отходов производства. За счет изготовления порошковых материалов из отходов производства, существенно снижена их себестоимость. С целью повышения эффективности детонационного напыления разработана технология нанесения функционально-ориентированных покрытий, состоящих из поверхностных слоев чередующих материалов с различными свойствами.

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


71

УДК 621.794 НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛОПАТОК

КОМПРЕССОРА ГТД

Михайлов Д.А., Михайлова Е.А., Рапацкий Е.В., Михайлов А.Н. (кафедра ТМ, ка-федра ГЗТЛ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР)


Аннотация. В статье приведены данные связанные с особенностями эксплуа-тации лопаток компрессора ГТД. А также разработана системная модель процесса преобразования свойств лопаток компрессора при эксплуатации. В работе представ-лена классификация основных эксплуатационных воздействий на лопатки компрессора ГТД и разработана гипотетическая схема взаимодействия частиц пыли при износе элементов пера лопатки компрессора. Приведена схема взаимодействия пыли и частиц аэродинамического потока воздуха с лопатками компрессора.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, лопатки компрессора, особенно-сти эксплуатации, классификация эксплуатационных функций.

1. Введение

Лопатки компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) являются главными эле-ментами авиационных двигателей. Общее количество лопаток в ГТД составляет 2500 … 3500 штук, при этом структурная надежность всего двигателя определяется вероят-ностью безотказной работы каждой лопатки, в том числе и лопаток компрессора. В процессе эксплуатации лопаток компрессора на них действует целый ряд эксплуатаци-онных функций, вызывающих разрушения элементов лопатки [1 … 5]. При этом наибольшее влияние на ресурс ГТД оказывают эрозионно-коррозионные воздействия, возникающие в процессе эксплуатации двигателя и вызывающие обычно неравномер-ные разрушения элементов лопатки. Поэтому в данной работе проведены исследования, связанные с эксплуатационными особенностями лопаток компрессора ГТД и направ-ленные на дальнейшее повышение их ресурса.

Целью данной работу является определение основных особенностей эксплуата-ции лопаток компрессора ГТД и классификация их эксплуатационных функций для по-следующей разработки методов повышения их ресурса.

В работе планируется решить следующие задачи: определить основные особен-ности эксплуатации лопаток компрессора, выполнить классификацию эксплуатацион-ных функций лопаток компрессора и выявить действие основных эксплуатационных функций на функциональные элементы лопатки компрессора ГТД.

При эксплуатации двигателей вертолетов на лопатки компрессора действует це-лый ряд эксплуатационных воздействий различного характера, действие которых мож-но моделировать потоками материи MW, энергии EW и информации IW (рис. 1).

На рис. 1 представлена модель процесса преобразования свойств лопаток ком-прессора ГТД при эксплуатации. Здесь показано: V – вход, процесс начала эксплуата-ции лопатки, W – выход, процесс завершения эксплуатации лопатки. Процесс преобра-зования свойств лопатки при эксплуатации происходит из-за действия эксплуатацион-ных воздействий материального MW, энергетического EW и информационного IW ха-рактеров. Начальные и конечные свойства лопатки можно представлять следующими векторами:

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


72

Рис. 1. Модель процесса преобразо-вания свойств лопаток компрессора при эксплуатации

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

, ; где vi – i-е начальное свойство лопатки

компрессора; wj – j-е конечное свойство лопатки

компрессора; n – общее количество начальных

свойств лопатки компрессора, которые образованы до ее эксплуатации;

n – общее количество конечных свойств лопатки компрессора, образую-

щихся в процессе ее эксплуатации. 2. Классификация эксплуатационных функций В процессе эксплуатации вертолетных двигателей на лопатки компрессора дей-

ствует целый ряд эксплуатационных воздействий, которые можно структурировать. На рис. 2 представлена классификация основных эксплуатационных воздействий на ло-патки компрессора.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


73

Эти воздействия можно разделить следующим образом: - температурные воздействия, - коррозионные воздействия, - эрозионные воздействия, - воздействия от инородных тел, - эксплуатационные силы. Здесь можно отметить, что в своей совокупности все эти воздействия вызывают

комплексные разрушения лопаток компрессора. При этом катастрофический износ вы-зывают эрозионные разрушения лопаток, возникающие из-за эрозионного износа пера лопатки компрессора. Поэтому далее будут рассмотрены более детально эти вопросы.

3. Особенности эксплуатации лопаток компрессора Для вертолетов характерны полеты на небольшой высоте, сравнительно дли-

тельная работа вблизи поверхности земли, взлет и посадка с естественных площадок [2], имеющих песчанистую и пылевую почву. В этих условиях, в вертолетные двигате-ли может поступать воздух с частицами песка, пыли и других абразивных частиц, под-нимающихся как в результате естественной запыленности воздуха вблизи земли, так и вследствие того, что потоки воздуха, идущие от несущего винта поднимают с поверх-ности земли твердые частицы, создающие вокруг самолета облако с увеличенной кон-центрацией частиц песка и пыли. Кроме того, в ряде случаев в регионах, где имеется вулканические процессы, работа вертолетов происходит в условиях с увеличенной кон-центрации вулканического пепла в воздухе вокруг них.

При висении вертолета концентрация пыли и других частиц в воздухе может до-стигать несколько грамм в кубическом метре около земли и до 1 г/м3 вблизи входов в двигатели. Более типична концентрация на входе в двигатели около 0,2 … 0,3 г/м3. При этом в воздух могут подниматься как мелкие частицы, так и достаточно крупные раз-мерами до 200 … 400 мкм [2].

Все это вызывает значительные эрозионные разрушения элементов ГТД, в том числе и лопаток компрессора.

Анализируя процесс эрозионно-го разрушения лопаток компрессора можно отметить, что их износ в основ-ном происходит по входной кромке и поверхности корыта (рис. 3). На рис. 3 представлены основные элементы пера лопатки компрессора, а именно следу-ющие: входная и выходная кромки, ко-рыто пера лопатки, спинка пера лопат-ки и тело пера лопатки (на рис. 3 не обозначено). Поверхности пера лопатки

являются рабочими, к ним предъявляют высокие требования по точности геометриче-ских параметров, шероховатости поверхностей и физико-механическим свойствам.

Можно отметить, что величина износа элементов пера лопатки обычно увеличи-вается от полки к периферии пера. Это объясняется тем, что в компрессоре происходит постепенное сепарирование частиц пыли и песка к периферии по тракту компрессора, а также из-за увеличения скорости относительного движения частиц по высоте пера ло-патки компрессора (рис. 4). На рис. 4 цифрами обозначены следующие позиции: 1 – пе-

Рис. 3. Основные элементы пера лопатки компрессора

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


74

Рис. 4. Эпюр ско-ростей точек, распо-ложенных по высоте пера лопатки ком-прессора

ро лопатки компрессора, 2 – полка лопатки, 3 – замок лопатки (трапециидальный). Здесь можно отметить, что при постоянной частоте вращения ротора компрессора линейная скорость по высоте пера лопатки изменяется в соответствии с эпюром, пред-ставленным на рис. 4. В результате соответственно увеличивается и скорость относи-

тельного соударения пыли и частиц песка. А также следует отметить, что в первой ступени из-

нос пера наблюдается по всей высоте, а в последующих сту-пенях из-за сепарирования пыли и песка он смещается к пе-риферии пера лопатки. В результате концентрации пыли и песка в аэродинамическом потоке у периферии пера лопатки в последних ступенях их износ может быть в несколько раз выше, чем на входе в компрессор. Однако этот износ может в каждом конкретном случае может иметь свои особенно-сти.

Можно отметить, что эрозионный износ пера лопат-ки начинается на входной кромке пера лопатки, которая в процессе износа из-за действия аэродинамического потока теряет свою форму на величину A. А также износ пера ло-патки происходит по поверхности корыта пера лопатки (рис. 5). При этом форма пера лопатки 1 преобразуется в форму 2. Причем величина износа слоя пера корыта лопатки

по ее ширине имеет переменную величину D ≠ const = f (x, z), которая зависит от угла соударения частиц ≠ const. При этом угол соударения частиц с лопаткой изменяется по ширине и высоте пера и зависит от формы корыта пера лопатки и траектории отно-сительного движения частиц.

На рис. 5 представлена гипотетическая схема взаимодействия частиц пыли при износе элементов пера лопатки компрессора.

Можно отметить, что спинка пера лопатки по-чти не изнашивается [2]. При этом при значительном износе поверхности корыта пера лопатки у задней кромки она отгибается, образуя заусенец 3 на спинке (рис. 5). Общий вид заусенца по задней кромке пера лопатки представлен на рис. 6.

Следует отметить, что величина износа, как передней кромки, так и корыта в процессе эксплуата-ции увеличивается прямо пропорционально суммар-ному количеству прошедших частиц пыли и песка независимо от их концентрации в воздухе. Размер ча-стиц кварцевой пыли существенно влияет на величи-ну износа. Чем крупнее частицы пыли, тем интенсив-нее износ [1, 2].

На рис. 7 представлена схема взаимодействия пыли и частиц аэродинамического потока воздуха с лопатками компрессора. Здесь показано следующее: позиции 1 и 2 - соседние лопатки компрессора; v1 - направление движения потока воздуха по тракту дви-

Рис. 5. Гипотетическая схема взаимодействия частиц пыли при износе элементов пера лопатки компрессора

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


75

гателя; v2 – поперечная скорость относительного движения частицы пыли или песка; v – суммарная скорость относительного движения частиц пыли и песка по траекториям относи-

тельного движения частиц; – линейная скорость поперечного движения лопатки; a, b, c, d – траектории относительного движения частиц разных размеров; - угол соударения частиц пыли и песка с поверхностью корыта пера ло-патки ( ≠ const из-за формы корыта пера ло-патки).

Можно отметить, что траектории относи-тельного движения частиц пыли и песка a (рис. 7) почти не отклоняются от теоретических зна-чений [2], при этом с уменьшением размера ча-

стиц до размеров 10 … 15 мкм траектории b, c, d начинают отклоняться и тем больше, чем меньше частицы. Это обусловлено особенностями аэродинамического по-тока воздуха в тракте компрессора вертолетного двигателя.

Интенсивность эрозионного изнашивания элементов пера лопатки зависит от целого комплекса параметров:

- состава потока газов, паров и жидко-сти;

- формы, состава, структуры и матери-ала частиц пыли и песка аэродинамического потока;

- скорости относительного движения частиц и поверхности пера лопатки компрес-сора;

- угла соударения частиц с поверхно-стью пера лопатки;

- материала пера лопатки. Наибольший износ поверхности коры-

та пера лопатки обычно наблюдается при уг-лах соударения = 50 … 60°, а для = 90° и = 20 … 25° он почти в 2 раза меньше [2]. Изменение угла соударения частиц и поверх-ности является основной причиной различной глубины износа корыта пера лопатки по ее ширине и высоте. Это связано с тем, что по ширине пера лопатки форма корыта пера в направлении x (рис. 7) имеет переменные па-раметры, а также перо лопатки по высоте в направлении z имеет закрутку на опреде-ленный угол, что также влияет на изменение угла соударения частиц с поверхностью.

4. Заключение Таким образом, выполненные исследования позволили установить, что износ

лопатки компрессора имеет определенные особенности, а именно:

Рис. 6. Общий вид заусенца по задней кромке пера лопатки

Рис. 7. Схема взаимодействия пы-ли и частиц аэродинамического по-тока воздуха с лопатками компрессо-ра

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


76

- входная кромка (зона около входной кромки) имеет переменный износ, увели-чивающийся от полки лопатки к периферии пера лопатки, величина которого может изменяться до 2-х раз;

- выходная кромка (зона около выходной кромки) имеет переменный износ, уве-личивающийся от полки лопатки к периферии пера лопатки, величина которого может изменяться до 1,5 раз;

- периферийная кромка (зона около периферии корыта пера) имеет переменный износ, уменьшающийся от входной к выходной кромке, величина которого может из-меняться до 1,3 … 1,5 раз;

- поверхность корыта пера лопатки имеет переменный износ, изменяющийся по поверхности до 2-х раз;

- поверхность спинки пера лопатки практически не изнашивается и имеет срав-нительно незначительный износ.

Список литературы: 1. Демин Ф.И., Проничев Н.Д., Шитарев И.Л. Технология

изготовления основных деталей газотурбинных двигателей. Учеб. пособие. – М.: Ма-шиностроение, 2002. – 328 с. ISBN 5-217-03119-0. 2. Вертолетные газотурбинные дви-гатели / В.А. Григорьев, В.А. Зрелов, Ю.М. Игнаткин и др.; под оющ. ред. В.А. Григо-рьева и Б.А. Пономарева. -М.: Машиностроение, 2007. – 491 с. ISBN 5-217-03362-2. 3. Абраимов Н.В., Елисеев Ю.С. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001. – 622 с. ISBN 5-89594-066-8. 4. Богуслаев В.А., Качан А.Я., Долматов А.И., Мозговой В.Ф., Кореневский Е.Я. Технология произ-водства авиационных двигателей. Ч. 1. Основы технологии. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2007. – 518 с. ISBN 966-87-2. 5. Богуслаев В.А., Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пу-хальская Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П. Отделочно-упрочняющая обработка деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2005. – 559 с. ISBN 966-7108-91-0.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


77

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПАТРОННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Николаев А.В., Чернышев Е.А. (ДонНТУ, г. Донецк)

Аннотация. В статье приведен анализ технологических особенностей производ-

ства патронов с бронебойными сердечниками, а так же цельнометаллических снай-перских пуль. Рассмотрен химический состав материалов, применяемых для изготов-ления бронебойных сердечников и зависящие от него физические свойства. Так же при-ведено сравнение с зарубежными аналогами.

Ключевые слова: сердечник, патрон, холодная поперечно-винтовая прокатка, ЧПУ, твердость, прокаливаемость,бронепробитие.

1.Введение Опыт Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. показал необходимость мас-

сового изготовления патронов. В одной из своих речей, И. В. Сталин сообщил, что только в 1944 г. Советский Союз произвел 7 миллиардов 400 миллионов патронов. Из-готовление патронов производилось на так называемом раздельном оборудовании, при этом технологический процесс разбивается на ряд элементарных операций, и произ-водство организуется в виде системы достаточно простых однопозиционных машин, выполняющих операцию в процессе выстоя поворотного стола или конвейера. Загрузка заготовки и съем детали совмещается по времени с выполнением операции.

В послевоенное время под руководством Л.Н. Кошкина были разработаны ро-торные и роторно-конвейерные автоматические линии, совмещающие транспортные и технологические движения для всех типов технологических операций, что позволило организовать непрерывный цикл изготовления патронов и их элементов с производи-тельностью до 1000 шт./мин. Роторные линии имеют достаточно сложную конструк-цию, что не может не сказаться на надежности работы этих линий.

Следует также отметить, что точность изготовления и сборки элементов патро-нов на роторных линиях ниже, чем на раздельном оборудовании.

Постоянно ведущиеся в к.20 - н.21 веков локальные войны и конфликты, терро-ризм, разделение оружия на боевое, полицейское, служебное и гражданское существен-но изменили ситуацию на рынке боеприпасов. Вместо концепции как можно меньшей номенклатуры патронов при максимально возможном их количестве, появилась тен-денция к изготовлению широкой номенклатуры патронов - по калибрам, типоразмерам и разновидностям в пределах типоразмера при сравнительно небольшой программе выпуска. При ведении действий с применением стрелкового оружия возобладала тен-денция к решению боевых задач с применением оптимального набора боеприпасов для каждого случая с минимальным их расходом. В связи с этим вновь появились произ-водства на базе раздельного оборудования, позволяющие гибко и быстро реагировать на потребности рынка боеприпасов и выпускать более высококачественные патроны. Появилось оборудование, ранее не использовавшееся в патронном производстве: станы для прокатки сердечников, станки с ЧПУ для изготовления пуль. Их применение рас-сматривается далее.

2.Технологические особенности изготовления бронебойных сердечников. На большинстве патронных заводов бронебойные сердечники изготавливают из

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


78

шлифованной прутковой стали (серебрянки) на токарных прутковых автоматах, что требует значительного количества оборудования. Более производительным методом является получение сердечников методом холодной поперечно-винтовой прокатки, при котором один из валков выполняется профильным, а второй - гладким (рис. 1).

За один оборот валков формируется одна заготовка, при этом достигается произ-водительность ~ 1 шт/с.

Рис. 1. Схема холодной поперечно-винтовой прокатки сердечника 1 - профильный валок; 2 - гладкий валок; 3 и 4 - опорные поверх-

ности

Винтовой выступ (реборда) на профильном валке возрастает, начиная с нуля до конечной величины. Заготовка, перемещаясь вдоль валка, окончательно формируется и отделяется от последующей, неокончательно сформированной заготовки. При этом должны выполняться условия:

- обжатие за один оборот заготовки не должно превышать допускаемых величин; - отношение ширины перемычки к ее диаметру не должно превышать единицы; - число циклов обжатия (число оборотов) заготовки должно быть минимально до-

статочным, в противном случае в осевой зоне заготовки образуется рыхлость. Величина предельно допустимой величины обжатия за оборот валка определяет-

ся по формуле:

где d3 - диаметр заготовки, мм; nΣ - число оборотов заготовки. Dв - диаметр валка.

Бронебойное действие сердечников обеспечивается за счет их высокой твердо-сти - не менее 63 НRС.Поэтому, как правило, их изготавливают из высококачественных инструментальных углеродистых сталей У10а и У12а, химический состав которых по-казан в таблице 1.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


79

Таблица 1

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

Инструментальные углеродистые стали достаточно дешевы, но обладают рядом

существенных технологических недостатков: - низкой пластичностью, что затрудняет их изготовление методами пластической

деформации; - высокой склонностью к обезуглероживанию при нагреве без защитных сред; - высокой вероятностью образования трещин, что требует трудоемкого визуального

контроля каждого сердечника.

Кроме того, вследствие хрупкости закаленных сердечников при ударе пули по преграде под углом они часто ломаются при внедрении в преграду.Вследствие этих причин иногда используют для сердечников углеродистую качественную конструкци-онную сталь 65Г, имеющую следующий химический состав:

Таблица 3

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


80

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

Таблица 4

Эти стали обладают высокой пластичностью, что позволяет получать методами

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

Рис. 2. Расстояние от поверхности, мм

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


81

нуюпрокаливаемость.При стрельбе на бронепробитие патронами 7Н25 из пистолета ПМ на дальности 10 м сердечники из стали 20Х, 35Х и У10А пробили плиту из стали ст. 3 толщиной 5 мм.

3.Изготовление цельнометаллических снайперских пуль Точеные цельнометаллические снайперские пули изготавливаются на высоко-

точных токарных станках. При этом необходимо придерживаться следующих принци-пов:

1) Исходной заготовкой должен быть калиброванный пруток или штучная заготов-ка из калиброванного прутка. Еще лучше, если заготовки будут отшлифованы на бесцентрово-шлифовальном станке. Равномерный и одинаковый на всех заго-товках припуск по диаметру обеспечит постоянство усилия резания, а значит, стабильность выполнения размеров деталей.

2) Заготовки должны иметь припуск по ведущим пояскам - иначе совпадение оси симметрии ведущих поясков и остальных поверхностей никогда не будет до-стигнуто.

3) За одну установку важно обрабатывать все поверхности на цилиндрической ча-сти пули, оживало и носик пули.

Очень важной для снайперских пуль является высокая чистота обработки, по-этому желательны станки, обеспечивающие постоянную скорость резания при измене-нии диаметра обработки. Особенно это относится к обработке оживальной ча-сти.Наиболее подходящим оборудованием для изготовления точеных пуль являются токарно-прутковые станки с ЧПУ. Рассмотрим в качестве примера техпроцесс изготов-ления пули калибра12,7 мм из бронзы БрАЖ 9-4 на таком станке (Рис. 3). Заготовкой служит пруток диаметром 16 мм.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


82

Рис. 3. Техпроцесс изготовления пули калибра 12,7 мм на станке с ЧПУ

На первом переходе подрезается торец прутка, затем производится черновая и чистовая обточка оживала, черновая и чистовая обработка цилиндрической части ∅13,01-0,02 мм пули. Обработка производиться резцом с круглой пластиной.

После этого фасонными резцами протачиваются канавки диаметрами 12,7-0,1 и 12,6-0,1 мм. Тем же резцом с круглой пластиной за 2 прохода формируется задний ко-нус и отрезным резцом отрезается деталь.

Выводы: рассмотрены физические свойства материалов, применяемых для из-

готовления бронебойных сердечников, их химический состав, а так же приведено срав-нение отечественных и зарубежных аналогов. После сравнения различных материалов для изготовления сердечников было выявлено, что хотя инструментальные углероди-стые стали достаточно дешевы, но они обладают рядом существенных технологических недостатков. Вследствие этих недостатков иногда для изготовления сердечников ис-пользуется сталь 60Г. Так же выявлено что лучшей технологичностью при изготовле-нии обладают малоуглеродистые легированные стали 20Х, 35Х, 40Х, обладающие вы-сокой пластичностью, что позволяет сократить количество технологических переходов.

Список литературы:1. Пистолетные и снайперские патроны. Гранатометные

выстрелы. Учебное пособие. - Тула: Инфра, 2008. - 120 стр. 2. Кошкин Л.Н. Комплекс-ная автоматизация производственных процессов на базе роторных линий. – М.: Маши-ностроение, 1972. – 351 с. 3. Автоматические роторные линии / И.А. Клусов, Н.В. Вол-ков, В.И. Золотухин и др. – М.: Машиностроение, 1987. – 288 с. 4. Прейс В.В. Техноло-гические роторные машины: вчера, сегодня, завтра. – М.: Машиностроение, 1986. – 128 с. 5. Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. – М.: Машиностроение, 1982. – 334 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


83

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ ПОЛОСТЕЙ МАТРИЦ ПРЕСС-ФОРМ

Николаенко В.И. (ФИММ, кафедра ТМ, гр. ИТМ-13м, ДонНТУ г. Донецк, ДНР)

Тел.: +380955272291, E-mail: [email protected]

Аннотация. В данной работе была разработана методика повышения производи-тельности обработки полостей матриц пресс-форм, позволившая сократилось время обработки полости матрицы и повысить объемную выемку слоя материала в 5 раз с обеспечением заданной шероховатости обрабатываемой поверхности, а также с обеспечением стойкости режущего инструмента, гарантирующей выполнение полно-го цикла фрезерной обработки полости матрицы без его замены.

Ключевые слова: пресс-форма, матрица, производительность, фрезерование, ре-жим резания, стратегия обработки

1. Введение

В настоящее время в машиностроении все большую актуальность приобретает во-прос повышения производительности обработки полостей пресс-форм, в виду суще-ственного расширения номенклатуры изделий, изготавливаемых, в том числе, из поли-мерных материалов. Полимеры в отдельных случаях более выгодны в финансовом плане и более высокотехнологичны, чем изделия из стали, алюминия и т.д.

На данный момент не все предприятия имеют станочный парк, оснащенный станка-ми с ЧПУ, поэтому важность приобретает комплексный универсальный подход к по-вышению производительности и сокращению времени обработки полостей пресс-форм. Существует немало параметров, влияющих на результат сокращения времени обработ-ки, важно учесть их влияние, подтвердить взаимосвязь между ними.

В отношении повышения производительности и сокращения времени обработки важно именно оптимальное соотношение параметров и составляющих, среди которых режим резания, СОТС, траектории движения инструмента, стратегия обработки и нега-тивные факторы - в виде вибронагруженности, повышенного износа режущего инстру-мента и вариантов борьбы с ними.

Целью данного исследования является разработка методики повышения производи-тельности обработки полостей матриц пресс-форм.


Изображение матрицы пресс-формы из стали 40Х, рассматриваемой в исследовани-ях, представлено на рисунке 1.

Область применения: массовое производство, где большое значение имеет время из-готовления изделия (время производственного цикла), а при штучном производстве, если требуется высокий удельный съём металла Q (см3/мин).

Требования к станку: высокая жёсткость, высокая мощность, ЧПУ, жёсткое крепле-ние детали.

Повышение производительности обработки полостей штампов зависит многих составляющих, в том числе и негативных факторов, влияющих на высокопроизводи-тельный процесс.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


84

Рис. 1.Чертеж матрицы для формовки шестерен

Непрерывное врезание фрезы. Непрерывное врезание фрезы является одним из

методов выхода на оптимизированную производительность. Следует отметить, что ши-рина прохода (ширина обрабатываемого материала) остается неизменной на протяже-нии всего процесса обработки. Наиболее часто при изготовлении моделей, штампов и пресс форм фреза движется вокруг формы, придавая последней различные особенно-сти. Подобный результат должен достигаться с помощью перемещения фрезы по за-программированному радиусу, а не ряда прямолинейных проходов.

Фреза должна непрерывно взаимодействовать с заготовкой. Зачастую, исполь-зуют прямолинейные проходы, но это не очень хорошая ситуация, потому что подоб-ные действия нагружают и разгружают шпиндель, инициируют вибрацию, сокращают срок службы инструмента и значительно снижают общую производительность станка.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


85

Когда торцовое фрезерование с круговой подачей используется для начала обработки компонента, и фреза перемещается по определенному радиусу при достижении угловых частей заготовки, мы можем получить тонкую стружку на выходе, сохранить уровень врезания постоянным (даже по углам) и обеспечить устойчивость.[4]

Высокопроизводительная обработка (High performance machining, НРМ): стра-тегия обработки, при которой достигается очень высокий удельный съём металла. Ти-пичным для данного метода является то, что радиальная глубина резания (ае) равна диаметру фрезы (Dc), а осевая глубина резания (ap) равна Dc или превышает его в пол-тора раза, в зависимости от материала заготовки. При НРМ достигается чрезвычайно высокий удельный съём металла за счет значительно большей (по сравнению с обыч-ной) толщины снимаемой стружки. Характеристики инструмента: специально разрабо-танные инструменты с формирующей канавкой для стружки, торец фрезы с радиусом или фаской при вершине 45°, специальная плавная стружечная канавка и покрытие.

В данном случае, при обработке матрицы из стали 40Х, режущим инструментом [5] из материала HSS [6], использовании универсального оборудования, более рацио-нальной стратегией, по сравнению с другими стратегиями (табл.1) является высокопро-изводительное фрезерование (НРМ).

Таблица 1 Характеристика различных стратегий обработки

Стратегии обработ-ки\характеристика

Об

щая

об

раб

отка

Вы

соко

скор

остн

ая о

бра

-б

отка

Вы

соко

про

изв

оди

тель

ная

об

раб

отка

Об

раб

отка

на

высо

ких

под

ачах

Ми

кроо

бра

бот

ка

Глубина резания Радиальная ае Осевая ар

ae~Dc ap=40%Dc

ae<Dc ap~Dc

ae~Dc ap~Dc

ae=0.5Dc ap<Dc

ae<Dc ap<Dc

Подача (Vf) ++ ++++ +++ +++++ + Обороты шпинделя (n) ++ +++++ +++ +++ +++++ Объем снимаемого материала (Q) ++ +++++ +++ +++ +++++ Сила резания (F) ++ + ++++ +++ +

Потребляемая мощность ++ + ++++ ++ + Высокое значение +++, ++++, +++++, нормальное значение ++, низкое значение +

В программной среде MathCAD был разработан алгоритм, при котором появилась возможность сократить время расчёта параметров при оптимизировании процесса фре-зерования для различных стратегиях обработки.

В программу были внесены формулы для расчета следующих параметров: 1) стойкость режущего инструмента (Т, мин);

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


86

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

проведена сравнительная характеристика 3-х стратегий обработки (табл.2).

Таблица 2 Сравнение стратегий обработки

Стратегия обработки sz,

мм\зуб B, мм

V, м\мин

Q, см. куб. в мин

to, мин

T, мин

Pz, Н

Rz, мкм

Общая обработка 0,04 5 50 13,0 41,5 46 941 37 Высокопроизводитель-

ная обработка 0,04 20 63 65,3 8,3 15 3762 35

Обработка на высоких подачах

0,1 5 50 32,7 13,3 6 1819 176

На основании полученных данных, можно сделать вывод, что наиболее производи-

тельной, обеспечивающей минимальное время обработки полости матрицы, заданную шероховатость обрабатываемой поверхности и необходимую стойкость инструмента для завершения полного цикла обработки изделия без его замены, является стратегия высокопроизводительного фрезерования.

3. Заключение. Исследования позволили решить актуальную научно-

техническую задачу повышения производительности обработки полостей матриц пресс-форм. При этом сократилось время обработки полости матрицы пресс-формы и повысилась объемная выемка слоя материала в 5 раз с обеспечением заданной шерохо-ватости обрабатываемой поверхности, а также с обеспечением стойкости режущего ин-струмента, гарантирующей выполнение полного цикла фрезерной обработки полости матрицы без его замены.

Список литературы: 1. Сайт онлайн журнала «Твердый сплав» [электронный ре-

сурс]. — Режим доступа: http://tverdysplav.ru/frezerovanie-osnovnye-strategii/ 2. Сайт корпорации «Sandvik-Coromant» [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.sandvik.coromant.com/ru-ru/pages/default.aspx 3. Режущий инструмент в про-изводстве штампов и пресс-форм. Краткое справочное руководство. ISCAR IMC Group. 4. Сайт компании «Seco» [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.secotools.com/ru 5. Кожевников Д. В., Гречишников В. А., Кирсанов С. В., Кокарев В. И., Схиртладзе А. Г. Под редакцией С. В. Кирсанова. Режущий инструмент: Учебник для вузов- 2-е изд. доп. – М.: Машиностроение, 2005. – 528 с: ил. 6. Терновой Ю.Ф., Канюк В.И., Терехов В.Н. Справочник по инструментальным сталям. 2-е издание – Х.: «Металлика», 2009. – 242 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


87

ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

ДВИГАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ

Польченко В.В., Васильев Е.В. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк)

Ремонт и восстановление деталей машин обеспечивает экономию высококаче-ственных материалов, топлива, энергетических и трудовых ресурсов, рациональное ис-пользование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Кроме того, для вос-становления работоспособности изношенных деталей требуется в 5…8 раз меньше тех-нологических операций по сравнению с изготовлением новых. В тоже время ресурс восстановленных деталей по сравнению с новыми деталями во многих случаях остается низким и не всегда отвечает требованиям практики.

Поэтому одной из основных задач ремонтной отрасли является разработка и внедрение в производство прогрессивных методов восстановления деталей машин, обеспечивающих высокое качество, работоспособность и минимальную себестоимость.

Работоспособность и ресурс работы машин непосредственно связаны с каче-ством поверхностного слоя деталей, которое характеризуется геометрическими и физи-ко-механическими параметрами. От качества поверхностного слоя зависят эксплуата-ционные свойства деталей машин: сопротивление усталости, износостойкость, корро-зионная стойкость, контактная усталость и др. [1, 2]. В связи с интенсификацией экс-плуатационных процессов, увеличения скоростей рабочих органов, повышением рабо-чих температур и давлений качество поверхностного слоя деталей машин значительно возрастает. С этой точки зрения поверхность деталей машин должна быть достаточно твердой, должна иметь сжимающие остаточные напряжения, мелкодисперсную струк-туру, сглаженную форму микронеровностей с большой площадью опорной поверхно-сти. С помощью широко применяемых финишных методов обработки (шлифование, полирование, хонингование, притирка), создаются необходимые размеры и геометри-ческая форма с заданной точностью, но не всегда обеспечивается оптимальное качество поверхностного слоя. Устранение недостатков финишных методов обработки во мно-гих случаях достигается применением поверхностно-пластического деформирования (ППД) шариковыми или роликовыми обкатниками.

Обработка, основанная на ППД, имеет по сравнению с лезвийной и абразивной ряд преимуществ: сохраняется целостность волокон металла и образуется текстура (мелкозернистая структура) поверхностного слоя; отсутствует шаржирование обраба-тываемой поверхности абразивом, отсутствуют термические дефекты; за один рабочий ход достигается минимальная шероховатость (Rа 0,1…Rа 0.05 и ниже); создаются бла-гоприятная для контакта и смазывания поверхностей форма микронеровностей, благо-приятные сжимающие остаточные напряжения; повышается микротвердость поверхно-сти.

Указанные преимущества ППД обеспечивают повышение износостойкости, со-противление усталости, контактной выносливости и других эксплуатационных свойств на 20-50 процентов, а иногда, при условии выбора рационального метода и оптималь-ных режимов обработки, в 2…3 раза.

Анализ существующих технологий восстановления основных деталей двигате-лей, проведенный авторами на ремонтных предприятиях и мастерских области показал, что методы ППД при ремонте деталей применяются недостаточно широко. В результа-те анализа существующих технологий восстановления деталей двигателей грузовых ав-томобилей и возможностей ППД разработаны новые технологии (таблица), обеспечи-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


88

вающие повышение эксплуатационных свойств деталей.

Таблица 1. Рекомендуемые технологии восстановления некоторых деталей двигателей

Деталь Поверхность Рекомендуемая технология восста-новления

Поршневой палец

Наружная по-верхность

Раздача- шлифование – алмазное выглаживание

Толкатель клапана

Наружная по-верхность

Шлифование – хромирование (же-лезнение) – шлифование – алмазное выглаживание

Сфера Зачистка – наплавка – шлифование – профильное алмазное выглаживание

Клапаны Стержень Шлифование – железнение – шли-фование - обкатывание

Гильза цилиндров Внутренняя по-верхность

Растачивание - виброобкатывание

Шатун Отверстие ниж-ней головки

Хонингование – железнение – рас-тачивание - алмазное выглаживание

Коленчатый вал Коренные и ша-тунные шейки

Шлифование – наплавка – шлифо-вание - алмазное выглаживание

Распределитель-ный вал

Кулачки Струйно-корундовая обработка – наплавка – шлифование – алмазное выглаживание

Опорные шейки Шлифование – наплавка - шлифо-вание – алмазное выглаживание

Простота способов ППД позволяет внедрять их на ремонтных предприятиях с различной технологической оснащенностью и традициями.

Этапы проектирования технологического процесса для выбранного способа ППД выполняют в следующей последовательности:

- выбирают оборудование в зависимости от конструкции, размеров детали и вели-чины производственной программы;

- выбирают конструкцию и геометрию деформирующего инструмента (шарик, ро-лик, алмазный выглаживатель);

- определяют припуск на обработку z по формуле

z = K(Rz исх -Rz),

где - Rz исх – высота исходных микронеровностей; Rz – требуемая высота микроне-ровностей после обработки; K – принимать в пределах 1,1 – 1,5 в зависимости от твер-дости материала, меньшие значения для твердых (закаленных) сталей, а большие для мягких, пластичных сталей;

-назначают режимы обработки и определяют технико-экономические показатели.

Список литературы: 1. Качество машин: Справочник: в 2 т. Т.2/А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, А.М. Дальский и др.-М.: Машиностроение, 1995. – 430 с.: ил. 2. Справоч-ник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Меще-рякова – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1985, 496 с., ил. 3. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформирова-нием. М., «Машиностроение», 1978. 152 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


89

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗУБЬЕВ ВТУЛОК МУФТ С ГЕОМЕТРИЕЙ,

ПРИБЛИЖЕННОЙ К ГРУППОВОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

Рапацкий Е. В., Грубка Р. М. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Аннотация. В работе приведена методика определения параметров для настройки

зубофрезерного станка, при нарезании зубьев с геометрией, приближенной к групповой пространственной. Методика заключается в установлении взаимосвязи между гео-метрией режущей кромки инструмента, геометрией боковой поверхности зубьев и кинематикой относительных движений инструмента и заготовки. Исходными дан-ными при определении этих параметров являются координаты точек, принадлежащие боковой поверхности зуба втулки зубчатой муфты с групповой пространственной геометрией.

Ключевые слова: зубчатая муфта, инструмент, заготовка, групповая простран-ственная геометрия, экспериментальная модель.

1. Введение Зубчатые муфты, благодаря таким их достоинствам, как высокая нагрузочная спо-

собность и способность к компенсации погрешностей, возникающих при монтаже ва-лов [1, 2], широко используют для соединения валов агрегатов различных машин. Экс-плуатационные показатели зубчатых муфт, при наличии погрешностей монтажа валов, зависят от различных конструктивных факторов, в том числе и от геометрии боковой поверхности зубьев втулки. Соединение втулки и обоймы с прямолинейными образу-ющими зубьев способно компенсировать суммарные погрешности монтажа валов до 30´. Соединение обоймы с прямолинейной образующей и втулки с криволинейной об-разующей зубьев способно компенсировать суммарные погрешности монтажа валов до 45´. Наиболее современными способами повышения эксплуатационных характеристик зубчатых муфт является реализация пространственного соединения зубьев обоймы с прямолинейной образующей и зубьев втулки с пространственной геометрией, способ-ного компенсировать погрешности монтажа валов до 3° [3, 4, 5, 6, 7].

Основные способы нарезания зубчатых венцов цилиндрических зубчатых колес с прямолинейной или криволинейной образующей широко описаны в литературе [8, 9]. Все они основаны на смещении инструмента, либо в радиальном, либо в тангенциаль-ном направлениях относительно заготовки и осуществляются на существующем серий-ном оборудовании стандартным режущим инструментом.

Структура любой пространственной геометрии зубьев, существенно отличается от структуры зубьев с прямолинейной или криволинейной образующей, так как предпола-гает непрерывное изменение толщины зуба, как по его длине, так и по его высоте [4, 5, 6, 7]. А разработка любой новой пространственной геометрии зубьев влечет за собой необходимость в разработке простых и эффективных способов формообразования зубьев, в том числе и на существующем серийном оборудовании с применением по возможности стандартного режущего инструмента. Для реализации данных способов на практике необходимо разработка методик по определению параметров для настрой-ки зуборезного станка. Поэтому актуальной задачей является установление взаимосвязи между геометрией зуба втулки с групповой пространственной геометрией, геометрией режущей кромки инструмента и траекторией относительного перемещения инструмен-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


90

та и заготовки в процессе нарезания зубчатого венца с геометрией, приближенной к групповой пространственной.

Целью работы является разработка методики определения параметров для настройки зубофрезерного станка при нарезании зубьев втулок зубчатых муфт с гео-метрией, приближенной к групповой пространственной.


Групповая геометрия, является усовершенствованной формой пространственной геометрии, полученной кинематическим методом [3, 4]. Которая обеспечивала линей-ный контакт и равномерное распределение нагрузки между зубьями, но, хорошо рабо-тала, только в условиях, для которых она проектировалась и изготавливалась. То есть для одного конечного (номинального) угла перекоса. А при незначительном отклоне-нии от него между зубьями возникал точечный краевой контакт, при контактировании всего двух пар зубьев в диаметрально противоположных контактных зонах.

Сущность групповой пространственной гео-метрии заключается в том, что боковая поверхность зубьев втулки выполняется из участков, геометрия каждого из которых соответствует одному из углов перекоса зубьев втулки относительно зубьев обой-мы, входящих в пределы интервала компенсации. То есть на боковой поверхности зуба втулки реали-зуется специальная геометрия – групповая про-странственная геометрия [6]. При этом боковая по-верхность зуба втулки делится на две части (рис. 1), что связано с особенностями относительных дви-жений зубьев, при работе зубчатого зацепления по-казанными в работах [10]. Контакт зубьев при вра-щении соединения, возможен только в двух диа-метрально расположенных координатных четвер-тях. Вследствие чего целесообразно разделение ак-тивной боковой поверхности зуба втулки на две ча-сти, в том числе и с точки зрения изготовления групповой пространственной геометрии. На каждой из этих частей нарезается пространственная геометрия в соответствии с системой урав-нений (1).

22 1 1

22 1 1

2 2 1 1

1

2

2 cos sin ;2

2 cos sin ;2

( cos sin )sin ;

cos( ) ( ) ;

cos2 ;

sin( )

0, ; 0, ,

iij j ij b i

iij j ij b i

ij ij j i j i i

ij i j c i j c j

ib i

ij

i j c

x x A r

y y A r

z A x y

A ctg

r tgA

i n j m

(1)

Рис. 1. Структура зуба втулки с групповой пространственной модификацией

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


91

где 2 2 2, y , zij ij ijx – координаты точки на боковой поверхности зуба втулки;

1 1 1, y , zj j jx – координаты точки на боковой поверхности зуба обоймы;

i – текущее значение угла поворота контактирующей пары зубьев;

j – угол развернутости эвольвенты;

c – угол смещения начала эвольвенты;

i – текущее значение угла перекоса зубьев, соответствующее углу поворота, вхо-

дящее в интервал значений ;н к ;

n – углов, на которые разбивается интервал, применяется для расчета, а в общем случае характер изменения угла перекоса соединения носит непрерывный характер;

m – количество углов развернутости эвольвенты, для расчетов принимаются значе-ния углов в интервале от 10° до 40° через каждые 2–5°, в зависимости от требуемой точности.

Текущий угол поворота определяется по формуле: 50

,180

i

i

n

(2)

где 50 – коэф., определяющий ширину зоны контактирования зубьев. Текущий угол перекоса, соответствующий углу поворота соединения, определяет-

ся по формуле:

,к н

i к

i

n

(3)

где н ки – соответственной начальный и конечный углы перекоса соединений из

интервала компенсации. Зубчатая муфта с групповой пространственной геометрией работает следующим

образом. При повороте соединения в условиях перекоса зуб втулки совершает про-странственное движение относительно зуба обоймы. Между зубьями в пределах кон-тактной зоны, возникает линейный контакт.

Реализация данного зубчатого соединения позволяет за счет применения группо-вой пространственной геометрии компенсировать угол перекоса, входящий в интервал

значений ;н к , что приводит к получению линейного контакта зубьев в соединении

и выравниванию зазоров и нагрузки между зубьями вне зависимости от значения угла перекоса соединения, входящего в заданный интервал значений. Все это позволяет уве-личить возможность применения пространственной геометрии зубьев и снизить коли-чество нарезаемых геометрий зубьев зубчатых муфт.

Исходя из особенностей структуры групповой пространственной геометрии, для ее получения необходима разработка нового технологического способа на основе мето-да копирования, а также разработка нового технологического оснащения для его реали-зации. При этом в ряде случаев для менее ответственных зубчатых муфт возможно по-лучение зубчатых венцов с геометрией приближенной к групповой пространственной. Причем в этом случае обработка может вестись стандартным зуборезным инструмен-том на существующем технологическом оборудовании.

Для получения геометрии приближенной к групповой пространственной, необхо-димо определить параметры для настройки зуборезного станка. А именно, для формо-образования зубчатого венца с проектируемой поверхностью, требуется рассчитать угол наклона заготовки (т.к. фреза будет установлена в положение для нарезания пря-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


92

мозубого венца) и смещение исходного эвольвентного профиля в радиальном направ-лении (для получения заданной толщины зуба в плоскости его симметрии).

Схематично относительное положение и траектория перемещения инструмента и заготов-ки изображено на рис. 2.

Изменяя величину межосевого расстояния между инструментом и заготовкой за счет посто-янства геометрических параметров режущей кромки инструмента можно подобрать практиче-ски любое значение координаты х2 зуба втулки на заданном радиусе у2. Исходя из чего величина изменения межосевого расстояния, или смещения эвольвенты в радиальном направлении, будет определятся из выражения (4).

2 ,r rk y y (4)

где ry - расчетное значение координаты

точки А принадлежащей нарезаемой в процессе обработки не модифицированных зубьев эволь-венте, соответствующее получению на боковой поверхности нарезаемого зуба втулки точки А с координатами х2 и у2.

На рис. 3 изображено положения профиля зуба втулки в пространстве и положение эволь-венты без изменения и с изменением межосевого расстояния между инструментом и заготовкой. Точка А с координатами х2,у2 принадлежит про-

филю зуба втулки, а точка А с координата-ми 2 , rх y принадлежит нарезаемому эвольвентно-

му профилю. Для получения на боковой поверх-ности зуба втулки точки А с координатами х2,у2 необходимо изменить межосевое расстояние между инструментом и заготовкой на величину

rk . физический смысл данного действия заклю-

чается в снятии с боковой поверхности зуба втулки большего припуска, чем при нарезании эвольвентных зубьев с прямолинейной образую-щей.

Для определения ry необходимо выполнить

следующие действия: 1. Определить координаты пересечения

контактной линии принадлежащей боковой по-верхности зуба втулки с плоскостью парал-лельной плоскости проекций х2Оу2. То есть определить значение координат точки А.

2. Подобрать параметр (угол развернутости эвольвенты) эвольвенты по зави-

Рис. 2. Траектория перемеще-ния инструмента в относитель-ном движении: а) первый рабо-чий ход; б) второй рабочий ход

Рис. 3. Схема для расчета ве-личины изменения межосевого

расстояния между инструментом и заготовкой

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


93

симости:

1 sin( ) cos( ).b c cx r (5)

Подбор угла выполняется по программе, блок-схема которой показана на рис. 4.

3. Рассчитать координату ry по зависимости:

(cos( ) cos( )).r b c cy r (6)

Выполнив все вышеперечисленные дей-ствия и подставив полученные значения 2y и ry

в формулу (4), определим значение необходимо-го смещения эвольвенты в радиальном направле-нии для каждой контактной линии по сечению. Но, с целью получения наиболее приближенной геометрии, выбираем рациональную величину смещения эвольвенты в радиальном направле-нии, которая принадлежит найденному интервалу

значений min max;rk k k и равную:

0,16850rk мм.

Определения угла наклона заготовки в про-цессе ее обработки, можно произвести при по-мощи метода наименьших квадратов (МНК) на основании теоретических сведений о геометрии зуба с групповой пространственной геометрией [табл. 6.19, 7]. Для большей наглядности, значения координат точек боковой поверхности зуба втулки, были опре-делены для шестого интервала углов компенсации перекоса в соединении. Исходными данными для дальнейших расчетов являются координаты (x, z) точек, фиксированных на линии пересечения боковой поверхности зуба с концентрической цилиндрической окружностью радиусом 37,5r мм (т.е. с радиусом делительной окружности).

Суть метода заключается в аппроксимации полученных данных линейными зави-симостями z=ax+b по методу наименьших квадратов, получив тем самым системы из двух линейных уравнений для нахождения параметров а и b, при которых функция (7) принимает наименьшее значение.

2

1

(a,b)n

i ii

F ax bz

(7)

Таким образом, решение задачи сводится к нахождению экстремума функции двух переменных, благодаря чему можно получить значение рационального угла наклона оси заготовки.

Составляем и решаем система из двух уравнений с двумя неизвестными. Находим частные производные функции (7) по переменным а и b и приравниваем их к нулю.

1

1

(a,b) 2 ( (ax b)) x 00

(a,b)0 2 ( (ax b)) 0

n

i i ii

n

i ii

az

z

F

F

b

Рис. 4. Блок-схема программы для подбора угла

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


94

2 2

1 1 1 1 1 1

.1 1 1 1 1

n n n n n na x b x x a x b x x

i i i i i i i ii i i i i i

n n n n na x b a x

z

nbi i i i

i i iz

i

z

zi

(8)

Решаем полученную систему уравнений любым методом (например, методом подстановки или методом Крамера) и получаем формулы для нахождения коэффициен-тов по МНК.

1 1 1

2 2

1 1

1 1

( )

n n n

i i i ii i i

n n

i ii i

n n

i ii i

n x x

a

n x x

a xz

n

z

b

z

(9)

Подставляя численные значения в данную систему, получим линейную зависи-

мость вида: 12,3587 23,9534z ax b x , откуда (a) (12,3587) 4,6260arctg arctg ,

что и является углом наклона боковой поверхности зуба втулки в плоскости xOz. Результатами проведенных косвенных измерений толщины зуба втулки (получен-

ной при помощи компьютерных средств твердотельного моделирования) с геометрией приближенной к групповой пространственной, являются фактически полученные коор-динаты пересечения боковой поверхности рассматриваемого зуба, с концентрическими цилиндрическими поверхностями радиусами 35,5; 36,5; 37,5; 38,5 и 39,5 мм.

Проведем сравнения полученных экспериментальным путем данных с соответ-ствующими данными теоретических исследований. Для чего, определим теоретические значения координат точек на боковой поверхности зуба с групповой пространственной геометрией [7], полученных при помощи ряда систем уравнений (10), задаваясь значе-ниями радиусов – 35,5; 36,5; 37,5; 38,5; 39,5; и значениями координаты z2ij – 0,0; 0,5; 1,0; …, 6,0.

2

250 50 50 ( )ksin cos( ) 2cos cos sin

180 180 180 2

50 50 50cos sin( ) 2cos sin s

180 180 180

к к нc c c c

c c c c

k k kctg

k k kctg

22

2

2

2

( )kin ,

2

(10( ( )k)cos( ( )k)tg

250

sin180

50 50sin cos( ) cos cos sin( ) sin sin( ( )k) .

180 180

к к н

b

к к нк к н

c

c c c c к к н

b

R

r

k

k k z

r

)

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


95

что максимальное значение относительной погрешности между значениями толщин зубьев с теоретической групповой пространственной геометрией и экспериментально полученной геометрией не превышает 8%.

4. Заключение В представленной работе разработана методика определения параметров для

настройки зубофрезерного станка, при нарезании зубьев с геометрией, приближенной к групповой пространственной. Для чего, основываясь на результатах исследования тео-ретических данных о формообразовании зубьев с групповой пространственной геомет-рией, были рассчитаны данные, позволяющие определить траектории относительных движений инструмента и заготовки в процессе нарезания зубчатого венца и как следствие определены параметры для настройки зубофрезерного станка при обра-ботке: изменение межосевого расстояния, угол наклона заготовки. Полученные зависимости позволили определять величину отклонения нарезаемого профиля от теоретически точной групповой пространственной геометрии. По результатам сравнения численных данных, полученных в процессе расчетов, можно сделать вы-вод, что максимальное значение относительной погрешности между значениями тол-щины зубьев с теоретической групповой пространственной геометрией и эксперимен-тально полученной геометрией, не превышает погрешности, допустимой при проведе-нии инженерных расчетов.

Список литературы: 1. Айрапетов Э. Л., Миржаджанов Д. Б. Зубчатые соединительные муфты.- М.:Наука, 1991.- 250 с. 2. Ряхновский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам. – Л.: Политехника, 1991. – 384 с. 3. Михайлов А.Н. Разработка методов повышения несущей и компенсирующей способности зубчатых муфт: автреф. дис. на соискание науч. степени канд. техн. наук: спец. 05.02.02 — «Машиноведение и детали машин» / А.Н. Михайлов. — Харьков, 1986. — 25с. 4. Михайлов А.Н. Основы синтеза геометрии внутренних простран-ственных зацеплений с равным числом внутренних и наружных зубьев / А.Н. Михайлов, С.А. Рыбина, Д.В. Перов, Т. Оливер // Прогрессивные технологии и системы машинострое-ния: Международный сб. научных трудов. — Донецк, Донец. гос. техн. ун-т., 2000. — Вып. 10. — С. 149—161. 5. Грубка Р.М. Синтез структуры групповой пространственной геомет-рии зубьев втулок зубчатых муфт / Р.М. Грубка, А.Н. Михайлов // Прогрессивные техноло-гии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. — Донецк: Донец. нац. техн. ун-т, 2004. — Вып. 27. — С. 71-75. 6. Пат. № 68689 України, F16D3/18. Зубчаста муфта: О.М. Михайлов, Р.М. Грубка (Україна). — № 2003098808; Заявл. 29.09.2003; Опубл. 16.08.2004, Бюл. № 8. — 4 с. 7. Грубка Р.М. Технологічне забезпечення формоутворення зубців втулок муфт із просторовою геометрією, що компенсує змінні похибки монтажу ва-лів: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.02.08 – «Технологія машинобудування» / Р.М. Грубка. — Донецьк, 2010. — 22с. 8. Производство зубчатых ко-лес: Справочник / С.Н. Калашников, А.С. Калашников, Г.И. Коган и др.; под общ. ред. Б.А. Тайца. — 3—е изд., перераб. и допол. — М.: Машиностроение, 1990. — 464 с. 9. Тайц Б.А. Производство зубчатых колес / Б.А. Тайц — М.: «Машиностроение», 1975. — 512 с. 10. Грубка Р.М. Кинематико-геометрический анализ движений элементов зубьев зубчатых муфт в условиях перекоса осей валов / Р.М. Грубка, Е.А. Буленков // Практика и перспекти-вы развития институционного партнерства: Материалы третьего Международного научно-практического семинара в г. Таганроге 4-6 июня 2002 г. В 2 кн. – Таганрог: ТРТУ, 2002. – Кн. 2. – С.53-57.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


96

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕДУКТОРОВ МЕХАТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Голенков Е.А., Горобец И.А. (ДонНТУ, г. Донецк)

Аннотация. Приведены основные методы и приведена технология ремонта эле-ментов редукторов. Обосновывается необходимость восстановления редукторов ме-хатронных изделий.

Ключевые слова: редуктор, газотермические покрытий, деформирование, полимер-ные материалы.

1. Введение

Современные темпы развития экономики ставят серьезные требования к функци-ональным возможностям технологического оборудования, которое используется на промышленных предприятиях. Это, в свою очередь, привело к созданию мехатронного оборудования, отличающегося высокой сложностью как механической части, так и приводов (как правило электрических), и систем управления. Одними из эксплуатаци-онных требований к используемому на предприятиях оборудованию, является его мак-симально длительная безотказная работа, ремонтопригодность.

С другой стороны, современный уровень развития компьютерного моделирования и расчетов проектируемых узлов и изделий, привело к тотальному управлению жиз-ненным циклом изделия (ЖЦИ), включая и необходимость плановых текущих и капи-тальных ремонтов. Для решения последнего, производители, зачастую, прибегают к уловкам блочной замены узлов и сборочных единиц, потерявших необходимые функ-циональные возможности, что является удобным и быстрым способом ремонта изде-лия, но отнюдь, не дешевым. Примечательно, что в заменяемых блоках лишь один или несколько элементов (как правило специально рассчитанных на определенный срок службы) являются утратившими функциональность. В связи с этим, задача ремонтов и восстановления механической части мехатронного оборудования, в настоящее время является актуальной.


При эксплуатации изделия подвергаются различным внешним воздействиям, под влиянием которых происходит отказ изделия, в результате чего механизм не может обеспечить требуемые технические характеристики и, как следствие, дальнейшее ис-пользование становится невозможным. Часто, результатом длительной эксплуатации является износ рабочих поверхностей изделия, что требует полной или частичной за-мены элементов механизма. В ряде случаев изготовление изношенных деталей цели-ком является нерациональным, в связи с высокой стоимостью материалов и трудностью обработки. Поэтому для реализации ремонтов изделия применяют различные способы восстановления и поверхностного упрочнения.

Технология ремонта редукторов мехатронных изделий имеет свои особенности и трудности. Изготовление новых редукторов обычно производится сериями, что позво-ляет применять при производстве их специальные высокопроизводительные приспо-собления и инструмент, обеспечивающие высокую точность обработки деталей и сво-дящие к минимуму слесарные пригоночные работы при сборке узлов и редуктора. Од-нако, при ремонте редукторов, вследствие большого их разнообразия, применение до-рогостоящих приспособлений и инструмента часто экономически не оправдывается,

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


97

поэтому удельный вес слесарных пригоночных работ является большим, чем при изго-товлении и сборке новых изделий. Второй особенностью ремонтного производства является выборочная замена изношенных в процессе эксплуатации изделия деталей на новые, либо восстановленные.

В настоящее время, в производ-ственных условиях разработаны и реали-зованы десятки различных способов вос-становления деталей, рис.1. Выбор наиболее приемлемого способа состоит в техническом, экономическом и организа-ционном анализах требований к восста-новленным деталям с учетом условий ра-боты их в сопряжениях, производствен-ной программы, оснащенности предприя-тий, обеспеченности материалами, энер-гией, рабочей силой и других конкретных мероприятий [1, 2].

Изношенная деталь ремонтного фонда на пути своего превращения год-ную деталь в результате технологических воздействий на неё исполнителей и средств ремонта, проходит следующие стадии: исходная заготовка, ремонтная заготовка, восстановленная деталь. В ре-зультате чистки от эксплуатационных за-грязнений и работ по определению тех-нического состояния ремонтного фонда выявляют детали которые имеют устра-нимые повреждения и подлежат восста-новлению. Такие детали являются исход-ными заготовками, которые собирают в группы с одинаковыми сочетаниями устраняемых повреждений и в виде пар-тий направляют на соответствующие

участки восстановления. Таким образом, исходная заготовка - это очищенная деталь ремонтного фонда с устранимыми повреждениями.

Исходная заготовка в общем случае превращается в ремонтную заготовку путем создания припусков на восстанавливаемых поверхностях и нанесения швов на трещи-ны, а ремонтная заготовка в деталь - в результате химико-термической и механической обработки. Предварительная механическая обработка придает правильную геометриче-скую форму восстанавливаемым элементам перед нанесением покрытий.

К способам создания припусков под механическую обработку ремонтной заготов-ки относятся различные виды наплавок, напыления, нанесения гальванических покры-тий, объемного пластического деформирования.

Ряд деталей машин допускают восстановление под ремонтные размеры их шеек, от-

Рис.1. Способы восстановления деталей

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


98

верстий и плоскостных элементов. В таком случае ремонтные заготовки получаются из исходных заготовок без нанесения или перемещения материала. Если возможность ис-пользования ремонтных размеров исчерпана, то ремонтную заготовку создают путем нанесения восстановительного покрытия или установкой и закреплением датчиков или перемещением материала заготовки.

Необходимая износостойкость восстанавливаемых поверхностей достигается вы-бором их материала, условий его нанесения, а также последующей термической, хими-ко-термической и механической обработкой. Вид и свойства поверх костного слоя должны быть совместимы со способом его обработки.

На стадии создания ремонтной заготовки в основном формируются материал и структура рабочих поверхностей детали, что определяет ее послеремонтную надеж-ность. Технологические операции указанных типов выполняются на ремонтном пред-приятии, рис.2, однако число освоенных видов операций каждого типа зависит от мощ-ности и технического уровня отдельного ремонтного предприятия [3].

3. Заключение Восстановление деталей машин обес-

печивает экономию высококачественного металла, топлива, энергетических и трудо-вых ресурсов, а также рациональное ис-пользование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5-8 раз меньше технологиче-ских операций по сравнению с изготовле-нием новых деталей. Однако ресурс восста-новленных деталей по сравнению с новыми деталями во многих случаях остается низ-ким. Но в настоящее время разработаны и применяются новые прогрессивные методы восстановления изношенных деталей, когда ресурс восстановленных деталей, не мень-ше, чем у новых деталей.

Список литературы: 1. Технология и

оборудование сварки плавлением и терми-ческой резки: Учебник для вузов. – 2-е изд. Испр. и доп./ А.И.Акулов, В.П.Алехин, С.И.Ермаков и др./ Под ред.А.И. Акулова. – М.: Машиностроение, 2003.-560с. ISBN 5-217-03130-1.2. Молодык Н. В., Зенкин А. С. Восстановление деталей машин / Н. В. Мо-лодык, А. С. Зенкин. – М.: Машиностроение, 1989. – 480 с.: ил. – (Справочники для рабо-чих). – ISBN 5-217-00422-3. 3. Пантелеенко Ф. И. Восстановление деталей машин / Ф.

И. Пантелеенко. – М.: Машиностроение, 2003. – 672 с.

Рис.2. Схема технологического процесса восстановления деталей

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


99

ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Щербов И.Л., Джура Г.С., (кафедра радиотехники и защиты информации, ИГЗД

ДонНТУ, г. Донецк, ДНР)

В современных условиях использование информационных технологий в процессах государственного управления, управления бизнесом, производственными процессами, удовлетворение потребностей граждан на обеспечение свободного доступа к инфор-мации способствует развитию информационных, телекоммуникационных и информа-ционно-телекоммуникационных систем (ИТС).

Постановка задачи. Развитие инфраструктуры ИТС позволяет сократить расстояния между взаимо-

действующими субъектами, уменьшить время на обмен информацией и, как следствие, позволяет ускорить процесс принятия управленческих решений.

Рассредоточенное расположение субъектов, связанных общими целями и зада-чами требует оптимального проектирования и эффективного управления информаци-онной безопасностью в ИТС.

Для решения задачи по защите информации в ИТС ее следует рассматривать как сложную систему, включающую значительное количество взаимосвязанных информа-ционных и телекоммуникационных систем. При решении данной задачи возникает ряд проблем, наиболее сложными из которых являются:

- координация действий между отдельными составляющими, которые принад-лежат разным владельцам;

- влияние внешних и внутренних деструктивных факторов; - ограниченные финансовые возможности. В представленной работе на примере выбора программных и программно-

аппаратных средств защиты информации с целью обеспечения безопасности ИТС ор-ганизации от DoS/DDoS-атак предложен вариант принятия решения на организацию защиты исходя из критериев, установленных в техническом задании, а именно: дости-жение необходимого уровня защиты информации с ограниченным доступом при мини-мальных затратах и допустимом уровне ограничений видов информационной деятель-ности.

Пути решения задачи. Причины возникновения DDoS-атак можно подразделить на следующие: -Конкуренция; -Мошенничество; -Развлечение либо забава.

Наиболее распространенных сценариев DDoS-атак два: запросы от большого ко-личества ботов напрямую к атакуемому ресурсу (сценарий 1 на рис. 1) или запросы от ботов, усиленные с использованием публично доступных серверов с уязвимым про-граммным обеспечением (сценарий 2А на рис. 1). В первом случае злоумышленники превращают множество компьютеров в удаленно контролируемые «зомби» (боты), ко-торые затем одновременно по команде хозяина ботнета отправляют на интернет-ресурс жертвы какие-либо запросы (осуществляют «распределенную атаку»). Иногда вместо ботнета используется завербованная хакерами группа пользователей, снабженная спе-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


100

циальными программами для осуществления DDoS-атаки. При втором сценарии, то есть при усиленной атаке, вместо ботов также могут

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

на рис. 1.

Рис. 1. Возможные сценарии DDoS-атак

В первом квартале 2015 года, как и в четвертом квартале 2014, наиболее попу-лярным методом DDoS-атаки стал SYN-DDoS. Атаки типа TCP-DDoS уступили второе место HTTP.

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


101

Количество охваченных стран, число и мощность DDoS-атак растет с каждым годом. Традиционно больше всего атак приходится на ресурсы из США и Китая, так как в этих странах дешевый хостинг и в них расположены многие ресурсы.

Защита от DDoS-атак предусматривает 2 направления: (защита от DDoS-атак, направленных за пределы сети, защита от внешних DDoS-атак).

В данной работе были рассмотрены следующие программно и программно-аппаратные средства защиты:

4. CDN-сервис «Сloud Flare» 5. Программно-аппаратный продукт «Kaspersky DDoS Prevention» 6. Программный продукт Cisco Security Agent 4.5 7. Программно-аппаратный продукт «Периметр»

Выбор программных и программно-аппаратных средств защиты - это динамич-ный, циклический процесс, который должен учитывать задачи, возникающие в соот-ветствии с этапами жизненного цикла ИТС.

На рисунке 3 представлена исследуемая информационная система.

Рисунок 3 - Структура исследуемой ИТС Угрозы для информационной безопасности ИТС, которые могут быть реализо-

ваны с использованием протоколов межсетевого взаимодействия и их влияние на свой-ства информации представлены в таблице 1.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


102

Таблица 1. Угрозы для информационной безопасности ИТС

№

пп

Угрозы

Конфи-денциаль-

ность

Целост-ность

До-ступ-ность

Наблю-даемость, управляе-

мость

Весо-вой ко-

эффици-ент

1 DDoS-атака 1c

1i

1a

1s

1p

2 Сканирова-

ние сети 2c

2i

2a

2s

2p

3 Автомати-

ческий под-бор паролей

3c 3i 3a

3s 3p

Определение уровня опасности угрозы необходимо проводить экспертным ме-

тодом или эмпирическим путем, на основании опыта эксплуатации подобных систем, путем привлечения специалистов структурных подразделений в интересах которых бу-дет эксплуатироваться ИТС.

Оценка должна состоять из величин ожидаемых убытков от потери информации каждой из свойств (конфиденциальности, целостности или доступности) или от потери управляемости ИТС в результате реализации угрозы. Для оценки угрозы рекомендуется вводить несколько дискретных ступеней (градаций).

Определения уровня опасности угрозы (threat) для свойств информации, цирку-лирующей в ИТС осуществляем по формуле:

k

kkkk psaic

T

4 T = ∑

{сk +i k +ak}3

p j , (1)

Где, ck - угрозы, влияющие на конфиденциальность информации, ik - угрозы,

влияющие на целостность, ak - на доступность, sk - угрозы, влияющие на наблюдатель-ность информации, численно определяется по пяти бальной шкале, pk - весовой коэф-фициент, определяет стоимость конкретного средства защиты относительно всех воз-можных средств защиты, которые могут быть применены при построении комплексной системы защиты информации.

Данные, приведенные в таблице были взяты на основании полученных эксперт-ных оценок и анализа документации выбранных продуктов.

Вероятность отражения угрозы программными и программно-аппаратными средствами защиты приведена в таблице 2.

Таким образом используя предложенный алгоритм для анализа ожидаемой за-щищенности ИТС от возможных угроз для рассматриваемых средств защиты для каж-дой точки соприкосновения ИТС с телекоммуникационной сетью, мы определяем про-граммные и программно-аппаратные средства защиты, которые отвечают определен-ным требованиям: достижение необходимого уровня защиты информации с ограничен-ным доступом при минимальных затратах и допустимого уровня ограничений видов информационной деятельности (ИД) и будут использованы при построении комплекс-ной системы защиты информации.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


103

Таблица 2. Вероятность отражения угрозы средствами защиты

п

Угрозы CDN-

сервис «CloudFlare»

«Kaspersky DDoS Prevention»

«Cisco Security Agent 4.5»

«Пери-метр»

DDoS-атака 0,7 0,96 0,8 0,9

Сканирование сети

0,59 0,97 0,89 0,51

Автоматический подбор паролей

0,75 0,6 0,91 0,93

Исходя из функций, которые выполняют программные и программно-

аппаратные средства защиты, а также из уровня опасности угрозы для свойств инфор-мации, обрабатываемой на отдельном сервере (АРМ), мы можем вычислить ожидаемую защищенность ИТС от возможных угроз конкретным средством защиты:

kk

kkkk zpsaic

Q

4 , (1)

где kz- вероятный процент отражения k угрозы определенным средством защи-

ты. В следующей таблице представлены результаты, полученные в результате расче-

та эффективности использования для одного из средств защиты.

Таблица 3. Исходные данные для расчета эффективности использования CDN- сервиса «CloudFlare»

kc

ki ka ks

kp kz

Cервер

1 0 0 0,75 0,75 0,2 0,7

Cервер 2

0 0 0,5 0,5 0,2 0,7

Cервер 3

0 0 0,25 0,25 0,2 0,7

АРМ 1 0 0 0 0 0 0

АРМ 2 0 0 0 0 0 0

Таким образом используя предложенный алгоритм для анализа ожидаемой за-щищенности ИТС от возможных угроз для рассматриваемых средств защиты для каж-дой точки соприкосновения ИТС с телекоммуникационной сетью, мы определяем про-граммные и программно-аппаратные средства защиты, которые отвечают определен-ным требованиям: достижение необходимого уровня защиты информации с ограничен-ным доступом при минимальных затратах и допустимого уровня ограничений видов информационной деятельности (ИД) и будут использованы при построении комплекс-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


104

ной системы защиты информации. Используя полученные экспертные оценки по определению уровня опасности

угрозы для серверов и автоматизированных рабочих мест; имеющиеся статистические данные вероятности защиты рассмотренных программных и программно-аппаратных средств защиты от DDoS-атак, а также стоимость рассматриваемого средства защиты, получим относительную эффективность применения данного средства.

Таблица 4. Результаты анализа целесообразности применяемого средства защиты

№ Средства защиты Результаты анализа

1 «CloudFlare» 105.0

2 «Kaspersky DDoS Prevention» 216.0

3 «Cisco Security Agent 4.5» 12.0

4 «Периметр» 203.0

Выводы В ходе работы были проанализированы внешние угрозы для информационно-

телекоммуникационной системы предприятия на примере DDos-атак. Рассмотрены ос-новные причины их возникновения, классификация и статистика зафиксированных случаев проведения.

Рассмотрены методы и средства защиты ИТС предприятия от внешних

воздействий.

Проведен анализ следующих программных и программно-аппаратных средств защиты: CDN-сервис Cloud Flare, программно-аппаратный продукт «Kaspersky DDoS Prevention», программный продукт «Cisco Security Agent 4.5» и программно-аппаратный продукт «Периметр». Рассмотрены достоинства и недостатки данных средств защиты.

Предложен алгоритм принятия решения по выбору наиболее эффективных средств защиты информационно-телекоммуникационной системы предприятия от внешних угроз и проведен математический расчет.

Список литературы: 1. Воропаева, В. Я., Управление информационной безопасно-

стью информационно-телекоммуникационных систем на основе модели «plan-do-check-act»/ 2. В. Я. Воропаева, И. Л. Щербов, Е. Д. Хаустова // Научные работы-Донецк: ДонНТУ. Серия: Вычислительная техника и автоматизация. Выпуск 25. - Донецк, ДонНТУ, 2013. С - 104-110. 3. Аноприенко, А. Я. Особенности моделирования и оценки эффективности рабо-ты сетевой инфраструктуры/ 4. А. Я. Аноприенко, С. Н. Джон, С. В. Рычка// Научные рабо-ты - Донецк: ДонНТУ, 2002. Серия: «Вычислительная техника и автоматизация». Выпуск 38 - С. 205 – 210. 5. ITU-T X.80 5. Security architecture for systems providing end-to-end com-munications. 6. ISO/IEC 27005. Information technology - Security techniques - Information securi-ty risk management. 7. Воропаева, В. Я. Адаптирование информационно-телекоммуникационных систем к внешним воздействиям /, В. Я. Воропаева, И.Л. Щербов// Научные работы Донецк: ДонНТУ. Серия: Вычислительная техника и автоматизация. Вы-пуск 23 (201). - Донецк, ДонНТУ, 2012. - С 83-88.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

105

УМЕНЬШЕНИЕ РЕСУРСОЕМКОСТИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

Олейник И. М., Буленков Е. А. (кафедра ТМ, ООВПО «Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк,

ДНР)

Современные машиностроительные предприятия активно применяют различные САПР на всех этапах жизненного цикла изделий [1]. На этапе технической подготовки произ-водства применяются CAD системы, позволяющие создавать и редактировать чертежи и трехмерные модели деталей и сборочных единиц. Крупные заводы могут себе позво-лить купить и использовать такие известные и распространенные пакеты как КОМПАС, SolidWorks, Catia и др., однако для небольших фирм такие программные продукты не по карману. К тому же, данные программные продукты обладают зача-стую избыточной функциональностью, которая в большинстве случаев не использует-ся. Таким образом, возникает противоречие, - для разработки конструкторской доку-ментации необходима САПР, но финансовых ресурсов на ее приобретение и желания переплачивать за неиспользуемые функции нет. Решением данной проблемы могут быть облачные CAD системы, не требующие больших материальных затрат на их при-обретение и позволяющие решать широкий круг задач, связанных с проектированием изделий машиностроения. Одним из облачных решений для создания чертежей, трехмерных моделей деталей и сборочных единиц является программный продукт компании Оnshape (https://www.onshape.com). Оnshape является современной CAD системой, объединяю-щей в себе преимущества полноценного конструкторского редактора и облачных тех-нологий [2]. Данная программа открывается в любом современном браузере и не требу-ет инсталляции, что позволяет экономить время и средства на приобретении современ-ных компьютеров для конструкторов. Расположение файлов в облачном хранилище дает возможность одновременной работы нескольких конструкторов над одной дета-лью, позволяет конструкторам работать за пределами предприятия, а значит руковод-ство предприятия может привлекать для конструкторской подготовки производства высококлассных специалистов, проживающих вдали от завода. Оnshape не требует до-полнительных PDM приложений, так как имеет встроенный механизм контроля версий файлов. Кроме того, Оnshape имеет приложения для мобильных устройств, так что ра-ботать с чертежами и моделями теперь можно даже в дороге. Программа имеет воз-можность создания бесплатной учетной записи для ознакомления. Сразу после регистрации пользователь попадает в свой рабочий кабинет, где имеет до-ступ ко всем своим файлам (рис. 1). В программе реализована возможность предпро-смотра файлов при наведении на них курсора. Бесплатный тарифный план дает воз-можность создавать до 10 персональных файлов и иметь 5 гигабайт дискового про-странства. Платные планы таких ограничений лишены. Оnshape позволяет выполнять все операции, доступные в современных конструктор-ских программах. На рис. 2 показана операция выталкивания ранее созданного эскиза. Размерные параметры настраиваются в появляющемся окне. Единицами измерения могут быть дюймы, миллиметры, сантиметры. Единицы измерения настраиваются для всей программы отдельно. Расположение окон и внешний вид программы классический и характерен для всех программ данного класса. Слева от рабочей области располагает-ся дерево построения модели, сверху – инструментальные панели, снизу – вкладки для

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


106

переключения в модуль сборки и оформления чертежей (включается при необходимо-сти).

Рис. 1. Рабочий кабинет Оnshape.

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


107

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

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

Рис. 4. Отображение детали в Оnshape.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


108

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

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

Рис. 6. Сборка в Оnshape.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


109

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


110

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭРЛИФТА

Глушко А. С. (каф. ЭМС, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

Разнообразие условий практического применения эрлифтов во многих отраслях промышленности вызвало потребность в разработке нескольких методов их расчета. В данной статье приведены результаты анализа существующих математических моделей рабочего процесса эрлифта, обоснована потребность в усовершенствовании методов расчета газожидкостных подъемников.

Для характеристики движения двухфазных потоков в вертикальных трубах ис-пользуют осредненные во времени и пространстве параметры. Используемые осред-ненные параметры обычно разделяют на расходные и истинные [1].

Основными расходными параметрами двухфазного потока являются: жМ и гМ -

массовые расходы жидкости и газа; жQ и гQ - объемные расходы жидкости и газа; ж

и г - средние скорости жидкости и газа; х - массовое расходное газосодержание по-

тока; - объемное расходное газосодержание потока; - средняя расходная плот-

ность потока. Истинные параметры двухфазного потока: - истинное объемное газосодержа-

ние; гw - истинная скорость газа; жw - истинная скорость жидкости; отнw - относитель-

ная скорость фаз; с - истинная плотность смеси.

Математическое моделирование и количественный анализ рабочего процесса эр-лифта базируется на использовании фундаментальных уравнений сохранения – массы и количества движения.

В настоящее время создание единой теоретической модели для нескольких струк-тур газожидкостной смеси не представляется возможным из-за сложности процессов.

Простейшей моделью газожидкостного потока в трубе является гомогенная, вве-денная Г. Лоренцом. В данной модели относительная скорость газа и жидкости прини-мается равной нулю, смесь рассматривается как однофазная жидкость, обладающая соответствующими реальному потоку средними свойствами, и движение смеси описы-вается уравнениями однофазной среды. В соответствии с гомогенной моделью:

. ; 1

; с

жс

гжг

(1)

К сожалению, лишь в редких случаях гомогенная модель дает результаты, доста-точно близкие к реальным. Поэтому для практических расчетов эту модель используют лишь в качестве грубого приближения.

Модель раздельного течения основана на использовании уравнений неразрывно-сти движения и энергии отдельно для каждой фазы. Получение такого решения не представляется возможным и реализация модели раздельного течения сводится к эмпи-рическому (или полуэмпирическому) получению критериального уравнения для опре-деления истинного газосодержания

... , , , ,Re , , WeFr cc , (2)

где cFr - критерий Фруда;

cRe - критерий Рейнольдса;

We - критерий Вебера;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


111

- относительная плотность;

- относительная динамическая вязкость.

При этом далеко не все критерии, входящие в вышеприведенное уравнение ока-зывают существенное влияние на величину .

Более универсальной является модель, аналитически учитывающая взаимное скольжение газа и жидкости, названная Г. Уоллисом моделью дрейфа. Данная модель представляет собой модель раздельного течения, в которой исследуется не движение отдельных частиц, а их относительное движение. Теория потока дрейфа широко ис-пользуется при исследовании пузырьковых, снарядных и дисперсных течений газожид-костных систем. В общем виде уравнение потока дрейфа имеет вид:

*1

жг

г

С , (3)

где 1С - коэффициент, как правило, принимают 2,11 С ;

* - скорость потока дрейфа;

nC 2* , (4)

здесь n - скорость подъема одиночного пузырька газа в жидкости;

2С - коэффициент, характеризующий взаимодействие пузырьков между собой

или стенками трубопровода. Преимуществом модели потока дрейфа является то, что результаты расчета до-

статочно хорошо согласуются не только с данными для движения газожидкостоного потока, но и для непроточного барботажного слоя ( ж = 0).

Наиболее часто используется гомогенная модель Г. Лоренца, в которой уравнение подачи эрлифта выглядит следующим образом:

2

1

0

0

0

0

1

2/1

2/1

1

ghp

pq

a

h

ghp

pq

Qэ

э , (5)

где эa - коэффициент сопротивления подъемной трубы эрлифта;

h - геометрическое погружение смесителя;

0p - атмосферное давление;

- плотность транспортируемой среды;

g - ускорение свободного падения.

Н. М. Герсеванов предложил вести расчет эрлифта по энергии, затрачиваемой на преодолении сопротивления движению пузырьков газа в жидкой среде. Предложенная методика расчета не учитывала изменение форм движения смеси в подъемной трубе эрлифта при различных режимах работы, поэтому результаты газожидкостных подъем-ников, работающих при больших перепадах давлений, имели значительное отклонение от практических замеров.

Метод расчета эрлифта, к авторам которого отнесены академик А. П. Германом и профессора П. П. Агрунов и В. Г. Гейер, основан на применении безразмерных харак-теристик. Используя уравнение Д. Бернулли для сжимаемой однородной жидкости, получены зависимости, позволяющие применять данные испытаний эрлифтов для ана-лиза внутренний явлений в трубе эрлифта. Наиболее ценным выводом является то, что

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


112

ученые указали на существование безразмерных характеристик эрлифта, главным из которых является относительное погружение эрлифта hHh / ( H - высота подъ-

ема эрлифта). Относительное погружение определяет для данного диаметра подъемной трубы D расход воздуха вQ и подачу эрлифта эQ , что широко использовалось в даль-

нейшем и в других работах. Наибольшее распространение получила методика профессора В. Г. Гейера, во

многом базировавшаяся на выполненных им ранее исследованиях [2]. В основу расчета положен баланс мощностей потока жидкости и газа в подъемнике при принятой отно-сительной скорости фаз, равной 0,3 м/с. Основное уравнение, полученное ученым, име-ет вид:

110

log23022,01

110

log23

125,0

4

52

5.2

h

h

qhH

D

Dq

Hh

q

DQ

в

э , (6)

где вD - диаметр выходного торца подъемной трубы;

q - удельный расход воздуха.

Обозначив выражение под корнем, умноженное на 0,125, через коэффициент по-дачи C , уравнение примет вид

5.2DCQэ . (7)

Расход воздуха вычисляется по выражению

эв QqQ , (8)

Значения коэффициента подачи эрлифта и удельного расхода воздуха определя-

ются по эмпирическим зависимостям fqfC и .

Правомерность разработанной методики подтверждена многими эффективно ра-ботающими эрлифтными установками. Многочисленные теоретические и эксперимен-тальные работы ученых школы профессора В. Г. Гейера позволили развить метод рас-чета эрлифта в оптимальном режиме работы (при максимальном КПД).

К недостаткам разработанной математической модели эрлифта следует отнести принятую гомогенную физическую модель и постоянство значений коэффициентов сопротивления в оптимальном режиме работы эрлифта для всех реализуемых в подъемнике структур двухфазных потоков. Различные структуры водовоздушных сме-сей определяются режимами работы газожидкостных подъемников.

Однако существующие методики количественной оценки гидродинамических па-раметров газожидкостных потоков в подъемнике требуют уточнения, что влечет за со-бой необходимость разработки адекватных физических и математических моделей ра-бочего процесса эрлифта, следовательно, требуется разработка аналитической методи-ки построения характеристик газожидкостных подъемников, отражающих достоверно происходящие физические процессы.

Список литературы: 1. Папаяни Ф. А., Козыряцкий Л. Н., Пащенко В. С., Коно-

ненко А. П. Энциклопедия эрлифтов. М.: Информсвязиздат, 1995. – 592 с. 2. Эрлифтные установки: Учебное пособие/ Гейер В. Г., Козыряцкий Л. Н., Пащенко В.С., Антонов Я. К. – Донецк: ДПИ, 1982. – 64 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


113

УДК 674.05 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

ТОКАРНЫХ ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРОВ

Дуленко Н.Д., Грудева Л.Н., Шаповалова Н.Н. (ДонВПМУ, г. Донецк) E-mail: [email protected]

Аннотация. В статье систематизированы и описаны современные пути и тенденции расширения технологических возможностей металлообрабатывающего оборудования токарной группы. Отмечены преимущества и достоинства различных видов дополни-тельных устройств и технических решений, которые применяются в токарных обра-батывающих центрах. Ключевые слова: токарный обрабатывающий центр, револьверная головка, шпиндель, многоосевая обработка.

Введение Технологические возможности металлообрабатывающего оборудования, с точки

зрения реализации обработки резанием, определяются возможностями формообразую-щей системы станка. В настоящее время стало возможным создавать многофункцио-нальные токарные обрабатывающие центры с расширенными технологическими воз-можностями за счет дополнительной комплектации их специальными устройствами или применения иных технических решений.

Систематизируем основные направления расширения технологических возмож-ностей токарных станков и обрабатывающих центров, применяемые ведущими станко-строительными фирмами.

Пути и тенденции расширения технологических возможностей токарных об-

рабатывающих центров 1. Установка на современных токарных обрабатывающих центрах револьверного

инструментодержателя (головки) с автономным приводом вращения инструмента с использованием третьей программируемой координаты С (оси вращения шпинделя).

Примером могут служить автоматические головки SAUTER (Германия), отлича-ющиеся повышенной жесткостью и надежностью [1].

Это позволяет выполнять на токарном обрабатывающем центре такие операции, как сверление, фрезерование, нарезание резьбы метчиком. Выполнение всех этих опе-раций в комплексе на одном станке позволяет значительно сократить машинное время изготовления детали (рис. 1).

Данный путь расширения технологических возможностей реализуется, например, в токарном обрабатывающем центре GEMINIS GT7 G4 (Производитель: фирма Goratu, Испания). Этот станок относится к тяжелой серии и используется в тяжелом машино-строении, где требуется эффективная обработка крупных, тяжелых деталей, для метал-лургической промышленности, кораблестроения, энергетики, нефтегазовой отрасли (Рис. 2). На суппорте станка могут быть установлены различные автоматические ре-вольверные головки, а также специальные решения, существенно расширяющие воз-можности станка: приводные блоки для сверления и фрезерования; специальная фре-зерная головка с вертикальным перемещением (ось Y) для контурного фрезерования; шлифовальный шпиндель для финишной обработки валов [1].

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


114

Приводы подач могут быть установлены непосредственно на суппортах; на одном станке возможна установка нескольких, независимо перемещающихся суппортов,.

Так же примером могут служить токарные обрабатывающие центры HYUNDAI – KIA MACYINE (SKT 15) оснащенные револьверным инструментодержателем (голов-кой), в котором вращающийся инструмент можно устанавливать в любую позицию как для осевой, так и для радиальной обработки.

Рис. 1. Автоматическая револьверная головка SAUTER [1]

Рис. 2. Обработка крупногабаритной детали, установленной в люнетах, на станке GEMINIS GT7 G4 [1]

2. Установка одного или нескольких дополнительных шпинделей. На токарных станках, в зависимости от предполагаемых задач, могут быть уста-

новлены специальные инструментальные решения для глубокого растачивания, фрезе-рования, шлифования и других технологических операций (рис. 3, 4).

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


115

Рис. 3. Дополнительное шлифовальное Рис. 4. Дополнительное фрезерное устройство [1] устройство [1]

Примером реализации этого пути является многофункциональный токарно-

фрезерный обрабатывающий центр пятого поколения Super NTX фирмы Nakamura. Шпиндели станка конструктивно выполнены по типу электрошпинделей, т.е. ротор электродвигателя является единым целым с телом шпинделя. Управляемый поворот шпинделей в сочетании с эффективным тормозом позволяет выполнять высококаче-ственную контурную фрезерную обработку [2].

Обработку деталей можно осуществлять одновременно в двух шпинделях либо раздельно – как на двух разных станках, либо вместе – в этом случае второй шпиндель используется в режиме дополнительной управляемой опоры.

Для силового фрезерования и сверления используется инструментальный шпин-дель с широкими возможностями перемещений и поворота относительно детали в шпинделе или противошпинделе. Функция контролируемого поворота шпинделя во-круг оси позволяет гибко использовать в нем не только фрезерный, но и токарный ин-струмент (в том числе с внутренней подачей СОЖ).

Этот же путь реализован в виде дополнительного шпинделя, установленного в моделях LS и LMS токарного обрабатывающего центра HYUNDAI – KIA MACYINE (SKT 15), координаты перемещения которого определяются осью В. Скорость враще-ния дополнительного шпинделя может достигать 6000 об/мин. Быстрая подача по оси В составляет до 30 м/мин [3].

По завершении операций точения происходит синхронизация дополнительного шпинделя с главным для приема заготовки и обработки заднего торца.

3. Выполнение на станках операций многоосевой обработке детали за один уста-нов.

Важной тенденцией в повышении производительности и точности обработки на токарных обрабатывающих центрах является сокращение количества переустановок заготовки. Например, концепция обрабатывающего центра Super NTX воплощает фор-мулу «три в одном»: функциональные возможности двух токарных и фрезерного стан-ков сочетаются в одной технологической машине [4], что позволяет, осуществляя одно-временное 11-осевое управление, высокопроизводительно выполнять комплексную обработку деталей с одной установки (рис. 5).

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


116

Рис. 5. Варианты движения инструментов и заготовки на обрабатывающем центре Super NTX: [4]

1 – левая револьверная головка; 2 – шпиндель; 3 – инструментальный шпиндель; 4 – противошпиндель; 5 – правая револьверная головка

Это существенно сокращает цикл обработки и повышает точность обработки

(уменьшается число переустановок детали, а, следовательно, снижается погрешность обработки).

Примером реализации указанного пути может служить последнее достижение в долгой истории разработки токарных обрабатывающих центров известными в Герма-нии станкостроительными фирмами Индекс и Трауб – токарный станок современной технологии модели INDEX G400, выполняющий операции 5-осевой обработки [5].

В своей простейшей конфигурации станок оснащен осями Х и Z только для обыч-ной токарной обработки. В сочетании с приводными инструментами или фрезерным шпинделем и осями С, Y и В станком G400 может осуществляться интерполяция до 5 осей для обработки большинства запрашиваемых видов геометрии заготовок.

4. Модульный принцип построения современных токарных обрабатывающих цен-тров.

Модульный принцип дает возможность изготавливать станки на заказ для специ-альных задач, таких, как, например, экономичное производство деталей типа вала или деталей из прутковых заготовок. Для более крупных деталей полная обработка за один установ более важна, т.к. не только сокращается время обработки, но улучшается и точность, поскольку уменьшается количество зажимов в патроне и отпадает необходи-мость в дополнительной ориентации и зажимных приспособлениях.

Например, станок INDEX G400 в своем полном оснащении представляет собой комбинацию высокопроизводительного токарного станка и обрабатывающего центра. В то же время он может функционировать также как «двойной станок», поскольку две заготовки могут обрабатываться одновременно со всеми возможностями пятикоорди-натной обработки [5].

5. Оснащение токарных обрабатывающих центров автоматическими измеритель-ными устройствами, интегрированными в систему ЧПУ.

Токарные обрабатывающие центры могут оснащаться дополнительными устрой-ствами измерения инструмента и детали, что сокращает время на переналадку и повы-шает качество обработки (рис. 6).

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


117

Рис. 6. Автоматическое устройство измерения детали [1]

В токарных обрабатывающих центрах, в зависимости от комплектации, возможен выбор современных систем управления всемирно известных производителей: SIEMENS 840 D, FAGOR 8065, FANUC 31i.

Выводы Таким образом, современное станкостроение характеризуется изготовлением

многофункциональных токарных станков с существенно расширенными технологиче-скими возможностями.

Так как машиностроительное производство характеризуется огромным разнооб-разием технологических процессов, оборудования, оснастки; большим объемом еже-годного обновления физически неизношенных технологических средств; невысокой гибкостью производства; ограниченностью средств на приобретение и содержание большого парка оборудования для обеспечения каждого вида выполняемых работ, осо-бенно у малых предприятий, то токарные обрабатывающие центры различной ком-плектации – это один из способов удовлетворения постоянно растущих потребностей производства в высокоэффективном оборудовании в обозримом будущем.

Использование токарных обрабатывающих центров с дополнительным оснащени-ем позволяет поднять токарную обработку на новый уровень надежности, удобства, точности и производительности.

Список литературы: 1. Токарный обрабатывающий центр GEMINIS GHT7 G4. – Режим доступа: http://deg.ru/catalog/id1637. 2. Станки с ЧПУ: устройство, программиро-вание, инструментальное обеспечение и оснастка: Учеб. пособие / А.А. Жолобов, Ж.А. Мрочек, А.В. Аверченков, М.В. Терехов – 2-е изд., стер. – М.:ФЛИНТА, 2014. – 355 с. 3. Токарные металлообрабатывающие центры HYUNDAI – KIA MACYINE: точность и производительность // Мир техники и технологий. – 2007. - № 4 (65). – С. 18-19. 4. Тех-нологические особенности обработки на многоцелевых станках с ЧПУ типа обрабаты-вающего центра. – Режим доступа: http://studme.org/36420/tovarovedenie/ tehnologicheskie_ osobennosti_ obrabotki_ mnogotselevyh_ stankah_ chpu_ tipa_ obrabatyvayuschego_ tsentra. 5. Один станок, один технологический установ – готовая деталь заказчику. Получение готовой детали на одном станке // Металлообработка и станкостроение. – 2009. – № 7-8. – С. 14-23.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


118

УДК 669.02/.09: 658.58 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ РАБОТОСПОСОБНОГО СОСТОЯНИЯ

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ МНЛЗ

Сидоров В.А., Ошовская Е.В, Ерошенко А.В. (каф. МОЗЧМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

Аннотация.: Приведены основные этапы построения имитационной модели для изу-чения работоспособного состояния гидравлических летучих ножниц машины непре-рывного литья заготовок. Даны выражения для определения площади отрезанного по-перечного сечения заготовки в зависимости от хода ножа и представлен график изме-нения усилия резания, рассчитанного на основе выведенных зависимостей. Ключевые слова: гидравлические летучие ножницы, МНЛЗ, заготовка, площадь попе-речного сечения, усилие резания, имитационная модель, работоспособность.

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. Повышение сложности современных технологических систем требует обеспече-

ния работоспособного состояния элементов механизма, предполагая возможность бес-перебойной работы машины. Одной из таких систем является машина непрерывного литья заготовки - остановка любого механизма вызывает прекращение серии разливки, что приводит к простоям технологической линии и потерям производства. Изучение причин произошедших отказов, в данном случае, является неэффективным, так как поз-воляет реагировать на случившиеся события, а не предвидеть развитие неисправности, начиная с ранней стадии. Наиболее актуальным решение данной проблемы является для быстродействующих механизмов с гидравлическим приводом, например, летучих ножниц порезки заготовки. Определение действительных границ работоспособного состояния данного механизма предлагается осуществить путём имитационного модели-рования с учётом динамики взаимодействия рабочего органа и отклонений в работе приводной части при появлении повреждений.

Анализ исследований и публикаций. Процесс порезки непрерывнолитой заго-товки сортовых МНЛЗ имеет несколько принципиально различных аспекта: процесс разрезания слитка квадратного сечения нагретого до температуры 1000…1200 0С и ди-намические явления в приводной части привода. Третьим фактором является техниче-ское состояние ножей и элементов механизма. Процесс резания рассмотрен в работах [1, 2], динамика гидравлического привода исследовалась в работах [3, 4], возможные неисправности механизмов с гидравлическим приводом изучались в работах [5, 6], а гидравлических летучих ножниц, в частности, в работах [7, 8]. Проведенные исследо-вания и полученные данные позволяют использовать известные закономерности при построении имитационной модели для выявления особенностей проявления неисправ-ностей и определении границ работоспособного состояния для разработки автоматизи-рованной системы диагностического контроля.

Постановка задачи. Целью работы является построение имитационной модели для изучения работо-

способного состояния гидравлических летучих ножниц и моделирования признаков проявления неисправностей.

Изложение материала и результаты. Построение имитационной модели включает пять этапов: - математическое описание процесса резания;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


119

- определение параметров гидравлического привода; - выявление характерных неисправностей; - построение диагностической матрицы; - адаптация к реальным условиям эксплуатации. Этап 1. Основными параметрами, описывающими процесс резания непрерывно-

литой заготовки, выступают усилие и время резания. Усилие резания определяется временным напряжением вр материала заготовки и площадью поперечного сечения Fз.

Временное напряжение вр зависит марки стали и от температуры заготовки и имеет вариации в процессе формирования непрерывно-литого слитка. По данным тер-мографирования, полученным в производственных условиях, известно, что температу-ра заготовки на крайних ручьях МНЛЗ составляет 970…900 оС, а температура заготов-ки центральных ручьев повышена до 1010…1040 оС.

Особенностью процесса резания является отсутствие периода скалывания из-за высокой температуры заготовки. Геометрия заготовки и используемый в ножницах с шевронными ножами принцип резания определяет характер изменения площади разре-заемого сечения.

Расчётные схемы к определению площади отрезанного поперечного сечения квадратной заготовки приведены на рисунке 1. Начало координат располагается в цен-тре заготовки. Длина стороны заготовки равна a. Длина половины диагонали заготовки

– 2

2ab . Полная площадь заготовки –

2aFз . В виду симметрии относительно

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

а б

Рисунок 1 – Расчётные схемы к определению площади отрезанного поперечного сечения заготовки:

а) начальная стадия; б) заключительная стадия Ход ножа (внедрение в заготовку) h отсчитывается от точки А и изменяется в

диапазоне 0…2b. Текущее положение ножа относительно начала координат (т.О) опре-деляется по формуле S = h – b и изменяется от –b до b.

Уравнение, описывающее положение режущей кромки ножа:

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


120

y = S + x∙tgβ , (1)

где β – угол наклона кромки ножа относительно горизонтали:

β = 90 – α/2,

где α – угол между боковыми кромками ножа. Уравнение, описывающее положение нижнего ребра заготовки:

y = –b + x. (2)

Уравнение, описывающее положение верхнего ребра заготовки:

y = b – x. (3)

Ход ножа, при котором происходит переход на верхнее ребро заготовки, соот-ветствует прохождению точки D с координатами (b;0) и определяется из выражения (1):

h = b∙(1 – tgβ).

До указанного положения ножа поперечное сечение, отрезанной заготовки, представляет собой треугольник АВС (рисунок 1а) с вершинами т. А(0; –b); т. B(0; S); т. C(x1; y1). Точка C является точкой пересечения линии кромки ножа и линии нижнего ребра заготовки. Тогда, её координаты определяются из условия равенства выражений (1) и (2)

x1 = (S + b) / (1 – tgβ) ; y1 = –b + x1 .

Длины сторон треугольника АВС выражаются через координаты вершин. А именно,

haAB 1 ; 2

1212 byxaAC ; 2

1213 SyxaBC .

Тогда, площадь треугольника

3211 apapappF ,

где р – полупериметр треугольника p = 0,5(a1+a2+a3) .

Площадь отрезанной заготовки

12FFз .

При дальнейшем продвижении ножа поперечное сечение, отрезанной ножом за-

готовки, представляет собой трапецию АВСD (рисунок 1б). Координаты вершин трапе-ции следующие: т. А(0; –b); т. B(0; S); т. C(x1; y1); т. D(b; 0). Точка C представляет со-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


121

бой точку пересечения линии кромки ножа и линии верхнего ребра заготовки, тогда её координаты определяются из условия равенства выражений (1) и (3):

x1 = (b – S) / (1 + tgβ) ; y1 = b – x1 .

Оставшаяся часть поперечного сечения представляет собой треугольник ВСЕ, в

котором т. Е имеет координаты (0; b). Длины сторон треугольника ВСЕ определяются через координаты вершин

hbaBE 21 ; 2

1213 SyxaBC ; 2

1212 byxaCE .

Площадь треугольника

3212 apapappF ,

где р – полупериметр треугольника p = 0,5(a1+a2+a3) .

Тогда, площадь отрезанной заготовки

22FFFз .

На рисунке 2 приведен график изменения отрезаемой площади поперечного се-

чения заготовки 180×180 мм в процессе резания, а на рисунке 3 – соответствующий ей график изменения усилия резания для условий исправного состояния летучих ножниц.

Рисунок 2 – Изменение площади перереза-емого сечения заготовки

Рисунок 3 – График изменения усилия резания

Следует отметить, что одним из параметров модели выступает время реза, кото-

рое связано с техническим состоянием механизма резания ножниц и рабочими характе-ристиками гидропривода. Время реза не может быть слишком малым – при этом будет наблюдаться ускоренный износ ножей. При большом времени реза будет проходить дополнительный нагрев ножей и налипание металла, приводя к снижению качества разрезаемой заготовки.

Этап 2. Выбор влияющих параметров привода ножниц. Исходя из существую-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


122

щей схемы гидравлического привода, такими параметрами выступают расход Q и дав-ление рабочей жидкости p, определяющие время резания.

Этап 3. Потеря работоспособности ножниц связана с отказами механизма реза-ния и отказами привода. Основными видами отказов механизма резания являются из-нос и затупление ножей.

Проявление неисправностей гидравлического привода может быть представле-но:

- снижением расхода рабочей жидкости и увеличением времени срабатывания; - возникновением колебаний давления в гидравлической линии; - возникновением внутренних утечек; - увеличением давления на гидроцилиндре при рабочем ходе; - увеличением давления на гидроцилиндре при холостом ходе. Кроме того, дополнительным фактором выступает тепловое воздействие окру-

жающей среды, вызванное близким расположением к нагретой заготовке и сезонными колебаниями температуры, что приводит к неравномерному нагреву гидроцилиндра ножниц и изменению текущего технического состояния.

Этап 4. Связь параметров процесса резания, параметров гидропривода, темпе-ратуры и неисправностей, возникающих в приводе и механизме резания ножниц, пред-ставляется в виде диагностической матрицы. Матрица позволяет выделить значения параметров, определяющих границы работоспособного состояния ножниц.

Этап 5. Заключительный этап разработки имитационной модели состоит в ее адаптации к реальным производственным условиям. Данная процедура проводится на основании полученных при реализации технологического процесса фактических значе-ний параметров и данных осмотров и технического диагностирования.

Таким образом, разработка и применение имитационной модели позволит пе-рейти к прогнозированию изменения технического состояния элементов летучих нож-ниц МНЛЗ и оценке его влияния на качество разрезаемой заготовки.

Список литературы. 1. Королев, А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов / А.А.

Королев. – М.: Металлургия, 1985. - 376 с. 2. Бойко, Ю.П. Конструирование машин для металлургических процессов / Ю.П. Бой-

ко, О.С. Ануфриенко, Н.Я. Подоляк. – Орск: ОГТИ (филиал ОГУ), 2007. – 261 с. 3. Гамынин, Н.С. Динамика быстродействующего гидравлического привода / Н.С. Га-

мынин, Ю.К. Жданов, А.Л. Климашин. – М.: Машиностроение, 1979. – 80 с. 4. Попов, Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов / Д.Н. Попов. – М.: Изд-во им. Н.Э.

Баумана, 2002. – 320 с. 5. Алексеева, Т.В. Техническая диагностика гидравлических приводов. / Т.В. Алексее-

ва. – М.: Машиностроение, 1989. - 256 с. 6. Свешников, В.К. Станочные гидроприводы / В.К. Свешников. – М.: Машинострое-

ние, 2004. - 512 с. 7. Схиртладзе, А.Г. Гидравлические и пневматические системы / А.Г. Схиртладзе,

В.И. Иванов, В.Н. Кареев. – М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003. – 544 с. 8. Сидоров, В.А. Повышение безотказности гидравлических летучих ножниц / Сидо-

ров В.А., Ошовская Е.В., Ерошенко А.В. // Наукові праці ДонНТУ. Серія: Гірничо-електромеханічна. – Вип.1, 2014. - С. 200 – 210.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


123

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ – ОСОБЕННОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Закиров А.А. Феник Л.Н. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: [email protected] Аннотация. В статье приведены общие сведения о двигателе внутреннего сгорания, типы двигателей внутреннего сгорания, устройство двигателя, принцип работы че-тырёхтактного двигателя внутреннего сгорания. Ключевые слова: двс, горючая смесь, механическая работа, такты работы, поршень, цилиндр, клапан. Введение

Двигатель внутреннего сгорания — двигатель, в котором топливо сгорает непо-средственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует энергию теплового расширения быстро сгорающей смеси горючего с воздухом в достаточно малом объёме.

Конструкция и работа ДВС По конструкции двигатели, использующие энергию быстрого сгорания горючей

смеси в закрытом объёме можно разделить на несколько групп: 1.Поршневые двигатели — камера сгорания располагается в цилиндре, тепловая энер-гия превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма. 2.Газовая турбина — преобразование энергии осуществляется за счёт истечения высо-коэнергетичной газовой струи и вращения ротора с клиновидными лопатками. 3.Жидкостный ракетный двигатель и воздушно-реактивный двигатель преобразуют энергию сгорающего топлива непосредственно в энергию реактивной газовой струи. 4.Роторно-поршневые двигатели — в них преобразование энергии осуществляется за счет вращения рабочими газами ротора специального профиля (двигатель Ванкеля). 5.Двигатели с воспламенением горючей смеси от сильного сжатия (дизельные ) ДВС классифицируют: а) По назначению — на транспортные, стационарные и специальные. б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (ди-зельное топливо, судовые мазуты). в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор) и внутреннее (в цилиндре ДВС). г) По объему рабочих полостей и весогабаритным характеристикам — легкие, средние, тяжелые, специальные. Помимо приведенных выше общих для всех ДВС критериев классификации существу-ют критерии, по которым классифицируются отдельные типы двигателей. Так, порш-невые двигатели классифицируют по количеству и расположению цилиндров, по коли-честву и расположению коленчатых и распределительных валов, по типу охлаждения, по наличию или отсутствию крейцкопфа, наддува (и по типу наддува), по способу сме-сеобразования и по типу зажигания, по количеству карбюраторов, по типу газораспре-делительного механизма.

Конструктивно поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впуск-ную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кри-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


124

вошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение порш-ня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная си-стема питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает об-разование топливно-воздушной смеси. Самостоятельную часть топливной системы со-ставляет система впрыска горючего.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит само-воспламенение смеси за счёт резкого повышения температуры в цилиндре при быстром сжатии воздуха.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными де-талями двигателя. Как правило, смазка наиболее ответственных узлов двигателя вы-полняется принудительной.

Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двига-теля, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе. Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с раз-личными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возмож-ность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недо-статков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения ко-ленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффици-ент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизель-ные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внут-реннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания элек-трической энергии в топливных элементах автомобилей.

Наибольшее распространение в народном хозяйстве получили четырёхтактные двигатели. Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по ци-линдру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верх-няя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Дви-гаясь вниз, поршень всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Для повышения технических характеристик двигателя во впускной системе может использоваться несколько впускных клапанов. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


125

клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя.

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень до-стиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгора-ния, которое представляет собой свободное пространство между верхней частью порш-ня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке. Кла-паны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжа-тия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Состояние деталей поршневой системы определяется компрессией – давлением, кото-рое развивается в камере сгорания в такте сжатия. Компрессию проверяют специаль-ным прибором.

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется не случайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания, которая отвечает за поджигание топ-ливной смеси в камере сгорания. Роль «поджигателя» выполняет устройство, которое называется «свеча». Она имеет два электрода, между которыми проскакивает искра при подаче на них высокого напряжения. В системе зажигания предусматривается возмож-ность изменения момента появления искры, т.е. устанавливать раннее или позднее за-жигание. Это необходимо для учёта качества горючего и режима работы двигателя.

. После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Та-ких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой ра-боты клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется цикличе-ски. Поскольку поршни в цилиндре совершают возвратно-поступательное движение, возникают моменты, когда движения нет (ВМТ,НМТ) отсутствует. Чтобы его продол-жить, необходим толчок. Для этой цели на коленчатый вал, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное, устанавливается маховое колесо, которое под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в пери-од «нерабочих» тактов.

Заключение Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В кон-кретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск. Список литературы:1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель_внутреннего_сгорания 2. http://systemsauto.ru/engine/internal_combustion_engine.html. 3. http://autoustroistvo.ru/dvigatel-dvs/rabota-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya-takti-dvigatelya/

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


126

О ПРИМЕНЕНИИ МНОГОРЕЗЦОВЫХ СТАНКОВ

Лыхманюк Я.В., Коваленко В.И. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104; E-mail: [email protected]

1. Введение Исходным этапом работы по определению элементов технологических процес-

сов является разработка много инструментальной наладки при обработке деталей на оборудовании определенного типа.

По степени автоматизации необходимо различать токарные автоматы и токар-ные полуавтоматы. На первых автоматизированы все элементы рабочего процесса, а именно: установка детали, пуск станка, быстрый подвод детали, выключение рабочего хода, процесс обработки, выключение главного движения, быстрый отвод суппортов, снятие детали. На полуавтоматах установка и снятие детали производятся вручную, все остальные элементы рабочего процесса автоматизированы.

При выборе режимов резания наиболее существенной является характеристика станков по кинематике механизма подач. Направление подачи у передних суппортов - обычно продольное, у задних и боковых - большей частью поперечное.

На многорезцовых станках обрабатываются детали следующих типов. Валы обрабатываются в центрах (желательно вращающихся, особенно при обра-

ботке твердым сплавом). Зажим осуществляется поводковыми планшайбами или само-зажимными патронами (но не хомутиками).

Детали со шлицевыми или шпоночными отверстиями обрабатываются на шли-цевых или шпоночных оправках (деталь надевается с натягом для запрессовки) или на консольных разжимных оправках (деталь надевается с небольшим зазором).

Детали с гладкими отверстиями обрабатываются на оправках с самозажимными роликами или с внутренними кулачками либо на одно роликовых оправках (для отвер-стий, диаметр которых менее 30 -40 мм; при прерывистом резании; при обдирке).

Тонкостенные детали при обработке закрепляются в патроне или на оправке (крепление, по возможности, пневматическое или гидравлическое).

2. Основное содержание и результаты работы 2.1. Последовательность расчета наладки и режимов резания [1, 2]. Выбор типа резцов и их распределение по суппортам производится следующим

образом. Каждый резец для упрощения наладки должен устанавливаться только на один

размер (например, на диаметр или длину, а не на тот и другой размер одновременно). Приводим некоторые указания по выбору типа резцов и распределения их по

суппортам в зависимости от рода обрабатываемой поверхности. 1) Обработка цилиндрических поверхностей, кроме поверхностей, имеющих

длину обработки меньше диаметра, обрабатываемых также и фасонными резцами, про-изводится проходными резцами. Резцы для обработки цилиндрических поверхностей обычно устанавливаются на продольный (передний) суппорт.

Возможно протачивание на проход с одного установа двумя резцами, делящими между собой припуск; первый из резцов - обдирочный, второй - получистовой. При этом желательно, чтобы обдирочный резец к моменту врезания чистового резца уже закончил свою работу, что, однако, удлиняет время обработки.

Обработка длинных бесступенчатых поверхностей производится так: предвари-тельное точение на многорезцовых станках; окончательное точение на однорезцовых

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


127

станках резцами из твердых сплавов. Обработка несколькими резцами возможна, не-смотря на получающиеся ступени при обработке под последующую чистовую обточку или шлифование, если к обрабатываемой поверхности не предъявляются особые требо-вания по шероховатости.

При обработке коротких деталей на оправке можно установить две детали, из которых одна обрабатывается начерно, а другая одновременно начисто (после первой обработки оправку устанавливают на станок в перевернутом виде).

2) При точении торцов, канавок, фасок обработка выполняется соответственно резцами: проходными, фасочными, канавочными - последние инструменты обычно устанавливаются на поперечном заднем суппорте.

3) Обработка конических поверхностей при длинной образующей может произ-водиться проходным резцом при помощи верхнего суппорта, а при его отсутствии - по копиру с помощью переднего суппорта.

4) Обработка фасонных поверхностей при ширине резания до 20 мм произво-дится большей частью фасонным резцом с заднего суппорта; при большей ширине воз-можна также обработка проходным резцом. Передний суппорт работает по копиру при помощи специальной линейки, при этом работают по копиру все резцы суппорта. Если требуется, чтобы часть резцов получила подачу вдоль оси, то это достигается примене-нием специального приспособления. Задний суппорт обычно без особых приспособле-ний по копиру не работает.

2.2. Выбор типа и количества резцов [2]. При точении стали твердыми сплавами на многорезцовом станке рекомендуется

ряд мероприятий по предупреждению и устранению вибраций. Приводим некоторые из них.

Для инструментов переднего суппорта при точении стальных деталей твердыми сплавами рекомендуются следующие мероприятия: вылет резца не больше его высоты; принимать главный угол в плане равным 60 - 80 и даже 90°; применять резцы с двойной передней гранью; производить смену затупленных резцов не одновременно; уменьшить количество резцов; не применять утопающих центров; не допускать продолжительной работы без подачи.

Для инструментов заднего суппорта рекомендуется не допускать большой ши-рины врезания; устанавливать резцы точно по оси; располагать нагруженные резцы ближе к передней бабке, более жесткой; применять тангенциальные фасонные резцы.

Если перечисленные мероприятия недостаточны, то для устранения вибраций необходимы специальные эксперименты по отработке режимов резания.

Общие указания по выбору количества инструментов сводятся к следующему. 1) С увеличением числа резцов (с уменьшением длины резания) увеличивается удельная величина потерь от врезания. Поэтому есть предельное число резцов, кото-рое не должно быть превышено.

2) Число резцов ограничивается максимальной силой подачи, допускаемой прочностью механизма подач.

3) Если лимитирующим является мощность электродвигателя, то следует сни-жать скорости резания и частично число резцов, если это технологически допустимо.

2.3. Выбор технологически допускаемых подач. Рекомендуемые величины подач на многорезцовых станках лимитируются сле-

дующими явлениями: вибрацией изделия, резца, нежесткостью изделия, заеданием рез-ца, проворачиванием изделия, вырыванием изделия из центров. При отсутствии этих явлений рекомендуемые подачи могут быть увеличены. Кроме того, при значительном

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


128

увеличении подач по сравнению с рекомендуемыми обычно увеличивается количество подналадок по точности и чистоте обработки и в конечном счете производительность обработки может не увеличиться. При обеспечении надлежащей стабильности наладки по качественным показателям (точность обработки и шероховатость поверхности) по-дачи могут быть увеличены.

В большинстве случаев на многорезцовых работах шероховатость поверхности не лимитирует выбора подач и операцию стремятся выполнить в один проход (на од-ном станке); лишь при повышенных требованиях к шероховатости поверхности работа производится в два прохода.

Точность обработки и шероховатость поверхности фасонными и другими рез-цами, установленными на заднем суппорте, обеспечиваются так называемыми «зачист-ными» оборотами шпинделя без подачи заднего суппорта. Из подач, рекомендуемых для отдельных резцов заднего суппорта, принимается наименьшая, которая и является подачей для данного суппорта.

Увеличение подач особо эффективно в области небольших подач, так как при их увеличении скорость резания снижается мало.

2.4. Корректировка наладки по числу оборотов шпинделя за ход суппортов. Обозначим цифрами 1 и 2 индексы, соответствующие продольному и попереч-

ному суппортам соответственно. Число оборотов шпинделя, необходимое для работы каждого из суппортов, опреде-лится как:

n1 = l1 / s1; (1) и n2 = l2 / s2; 2) где l1, l2 и s1, s2 – длина хода и подача соответствующего суппорта. Для уменьшения продолжительности операции следует добиваться уменьшения

числа оборотов за ход плим лимитирующего суппорта. Поэтому поступают так: обра-ботку наиболее длинных участков производят несколькими последовательно установ-ленными резцами, часть обработки переносят на другие суппорты или на другие опера-ции.

В итоге желательно добиваться одинакового числа оборотов за ход суппортов. Такое технологическое выравнивание числа оборотов на ход суппортов, однако, не все-гда может быть достигнуто. Если после корректировки наладки числа оборотов шпин-деля на ход суппортов все же остаются разными, то необходимо уравнять эти числа оборотов за счет снижения подачи нелимитирующего суппорта. При этом подача s ли-митирующего суппорта (индекс лим) остается без изменения, подача нелимитирующего суппорта (индекс нелим) определяется по формуле:

sнелим = l нелим / nлим . (3) 3. Заключение Выравнивание чисел оборотов за ход суппортов за счет снижения подач нели-

митирующих суппортов выгодно, однако, только при черновой обработке стальных деталей, так как только в этом случае ms > (1/) (ms - показатель степени в зависимо-сти vT = Cv / s

ms . В остальных случаях оно либо вовсе неэффективно, либо очень мало эффективно.

Список литературы: 1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2.

Под ред. А.М. Дальского. - М.: Машиностроение -1, 2001. - 944 с. 2. Справочник ин-струментальщика/ И.А. Ординарцев, С.Г. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1987. – 846 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


129

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Надточий А. Е., магистр (каф. ЭМС, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

Известные преимущества гидравлических и пневматических элементов и систем обусловили их широкое использование практически во всех областях промышленно-сти. Основной и неотъемлемой частью гидравлических систем является гидравлическая аппаратура, характеристики которой, в значительной мере, определяют их технический уровень, работоспособность и надежность.

Основным конструктивным элементом гидроаппаратуры является запорно-регулирующий элемент. Из всего многообразия гидравлической аппаратуры наиболь-шее распространение получили гидроаппараты с запорно-регулирующим элементом в виде прецизионной пары плунжер-гильза (золотниковые распределители). Они отли-чаются небольшой массой, компактностью и простотой управления. Но, как и у всех устройств, у таких гидрораспределителей есть недостатки. К ним можно отнести не-возможность работы при давлениях более 32 МПа, значительные утечки рабочей жид-кости, возрастающие с увеличением срока эксплуатации распределителя. Однако са-мым существенным недостатком является склонность запорно-регулирующего элемен-та к облитерации, то есть явлению постепенного заращивания узких щелей поляризо-ванными молекулами жидкости, что приводит к постепенному увеличению усилия сдвига золотника. Для устранения этого недостатка в мировой и отечественной прак-тике создания гидроаппаратуры определилась тенденция использования гидроаппара-тов с вибрационной линеаризацией. Запорно-регулирующие элементы таких гидроап-паратов осуществляют осциллирующее движение с большой частотой и малой ампли-тудой, устраняя, таким образом, силу сухого трения, которая примерно постоянна по величине и меняет свой знак при изменении знака скорости относительного перемеще-ния трущихся частей. Такие гидроаппараты применяются в высокодинамических и вы-сокоточных следящих гидроагрегатах, значительно улучшая характеристики послед-них.

Существует несколько способов придания осциллирующего движения запорно-регулирующим элементам аппаратуры. Так в некоторых конструкциях распределите-лей продольные колебания золотника обеспечиваются эксцентриком, который приво-дится в движение дополнительным двигателем. В гидроаппаратах с пропорциональным электрическим управлением для повышения их чувствительности рекомендуется на входной электрический сигнал накладывать осциллирующий сигнал с частотой 150–200 Гц и с амплитудой 50–100 мА. Этот сигнал возбуждает осциллирующее движение запорно-регулирующего элемента и сужает петлю гистерезиса электромагнита. В этом случае удается реализовать даже симметричные колебания исполнительного устрой-ства с малой амплитудой без неравновесных остановок. Практика применения для при-вода золотников электромагнитов переменного тока показала, что частотное возбужде-ние электромагнита действует на золотник так же, как преднамеренно вводимая вибра-ция. В результате силы трения в подобном золотнике снижаются, хотя амплитуда коле-бания плунжера вследствие высокой частоты практически близка к нулевой.

Все вышеперечисленные способы требуют дополнительных затрат энергии на осуществление колебательных движений золотников. Однако есть способ, при котором это не требуется. Известно, что при работе насоса объемного принципа действия, в си-стеме гидропривода возникают высокочастотные пульсации давления рабочей жидко-сти, одной из основных причин которых является частота, которая образуется рабочи-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


130

ми поршнями насоса, действующими на жидкость. Предлагается использовать такие пульсации для образования осциллирующего движения запорно-регулирующих эле-ментов, выполненных в виде золотника, с небольшой амплитудой и большой частотой. Для этого в гидроаппаратах создается дополнительная управляющая полость под тор-цом золотника, в которую через интерференционный преобразователь пульсаций дав-ления, который работает в режиме усилителя, подводится давление питания.

Одна из возможных конструкций интерференционного преобразователя пред-ставлена на рис. 1. В цилиндрическом корпусе 1 (емкостной элемент) размещен внут-ренний патрубок 2 (инерционный элемент), диаметр которого меньше диаметра вход-ного патрубка 3. Патрубок 3 соединяет гидравлический вибрационный контур с маги-стралью питания (источники пульсаций давления рабочей жидкости), а

Рис. 1. Схема гидравлического вибрационного контура: 1 – цилиндрический корпус; 2 – внутренний патрубок; 3 – входной патрубок; 4 – выходной патрубок

патрубок 4 – с камерой управления гидроаппарата. Емкостный и инерционный элемен-ты реализуют шунтирующий резонансный контур. Пульсации давления рабочей жид-кости поступают в емкость через патрубки 3 и 2. Вследствие сдвига фаз пульсирующе-го потока рабочей жидкости и собственной частоты резонатора, происходит усиление пульсаций давления, которое поступает в камеры управления гидроаппарата и его за-порно-регулирующий элемент осуществляет осциллирующее возвратно-поступательное движение с частотой и амплитудой, которая определяется массой за-порно-регулирующего элемента и жесткостью его возвратных пружин. Установлено, что наибольшее влияние на значение коэффициента усиления гидравлического вибра-ционного контура имеют размеры внутреннего патрубка: уменьшение его диаметра и увеличение длины приводит к повышению коэффициента усиления, что соответствует физике процесса, который происходит в гидравлическом вибрационном контуре.

Наиболее эффективной областью применения таких гидроаппаратов являются гидроприводы мобильных машин, в которых управление регулирующей и распредели-тельной гидроаппаратурой осуществляется механическим или механогидравлическим способом. Частота пульсаций давления на выходе объемной гидромашины, используе-мой в таких приводах, лежит в пределах 120-300 Гц, то есть частоты, с которой проис-ходит вибрационная линеаризация гидроаппаратов. Подводя итог вышесказанному можно сделать следующий вывод: устойчивой тенден-цией улучшения динамических характеристик выпускаемой гидроаппаратуры является реализация способа вибрационной линеаризации, которую наиболее целесообразно осуществлять при помощи гидравлических вибрационных контуров с частотой от 50 до 300 Гц, при небольшом (0,1–0,5 мм) положительном перекрытии золотника.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


131

СИНТЕЗ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВТУЛОК ЗУБЧАТЫХ МУФТ НА БАЗЕ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Рапацкий Е. В., Ищенко А. Л. (кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк)

Аннотация. В статье приведена методика и результаты структурного синтеза

новых конструкций втулок зубчатых муфт на базе морфологического анализа. С по-мощью данного системного метода, проанализированы все возможные варианты внедрения дополнительных конструктивных элементов в саму конструкцию втулки зубчатой муфты и адекватность их применения. По результатам исследования, ото-браны наиболее оптимальные, по теоретическим сведениям, элементы и внедрены в конструкцию втулок для дальнейшего практического исследования с применением САМ систем.

Ключевые слова: структура, анализ, систематизация, морфологический признак, синтез.

1. Введение Известно, что повышение долговечности машин даже в незначительной степени

ведет к большой экономии металла, уменьшению затрат на производство запасных ча-стей, сокращению объема числа ремонтов, а следовательно, увеличению фактически работающих машин. Конструкторские методы повышения долговечности основывают-ся на уточнении расчетов усилий и напряжений [1 – 3], действующих в деталях, и при-менении деталей и узлов, имеющих большую работоспособность, чего, например, можно достигнуть посредством изменения жесткости и податливости сопряженных деталей.

Один из вариантов, регулировки этих параметров, осуществляется внедрением в конструкцию обода втулки зубчатой муфты дополнительных конструкторских элемен-тов. Объективность которых, на теоретическом этапе проектирования, определяется – методом морфологический анализ, являющимся одним из самых сильных системных методов поиска новых технических решений. Его эффективность объясняется сниже-нием элемента случайности и исключением пропуска какого-либо из вариантов. Одна-ко он имеет один принципиальный недостаток – отсутствие четких правил отбора наиболее предпочтительных вариантов сочетаний, поэтому требует глубоких знаний рассматриваемой задачи, а также развитого воображения и продолжительных затрат времени. Перечисленные недостатки перекрываются основным достоинством метода – значительным расширением информации и числа вариантов во всем их многообразии.

2. Основное содержание и результаты работы Существенное влияние на равномерность распределения нагрузки между зубья-

ми оказывает конструкция обода втулки, которая обеспечивает увеличение податливо-сти зубьев. Зубья муфты имеют определенную податливость. При приложении нагруз-ки первая пара или первые пары зубьев деформируются, что приводит к перераспреде-лению зазоров между всеми зубьями (зазоры уменьшаются). Если деформация первой пары зубьев больше или равна зазора во второй паре, то она вступает в контакт. При дальнейшем росте нагрузки все большее количество зубьев вступает в контакт и в ра-боту. Последней парой, вступившей в контакт, будет та, у которой зазор равен или меньше деформации пары зубьев первой вступившей в работу.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


132

Итак, управляя оптимальной конструкции обода зубчатого венца втулки, можно изменять его перемещения, что позволит сделать зуб более податливым, а значит уве-личить количество пар зубьев, принимающих участие в работе муфты [4 – 6].

Наиболее актуальным способом поиска нужной конфигурации, как раз и являет-ся рассматриваемый метод морфологического анализа, который достаточно успешно применяется для поиска решений ряда новых инженерных задач самого различного характера в областях, где структура поставленных вопросов хорошо знакомы пользова-телям и они имеют представление о практической осуществимости тех или иных реше-ний [7-8]. Таким образом, наилучшие результаты он может дать при исследовании ограниченных областей поиска, а не при исследовании плохо изученных, неопределен-ных или нечетко сформулированных задач. Согласно иерархии основных типов творче-ских задач [9], приведенных в табл.1, он эффективен для задач первого и второго типов. К этим задачам относятся изобретения первого и второго уровней сложности [10].

Таблица 1 – Иерархия основных типов творческих задач и их сущность

Уровень

сложности

типа

Характеристика задач данного типа

1 Решаемая задача может быть скомпонована из готовых элемен-

тов и блоков

2 Требуется преобразование набора готовых элементов и блоков

по известным принципам

3 Нет полного набора готовых элементов и блоков, но существу-

ют аналогичные, из которых путем изменения параметров можно по-лучить недостающие

4 Не существует аналогичных элементов и блоков, но известны

принципы их построения

5 Не известны ни элементы, ни принципы их построения, что ха-

рактерно для принципиально новых решений

Метод морфологического анализа имеет структуру, состоящую из следующих пяти основных этапов:

1 – постановка задачи, выбор объекта морфологического исследования; 2 – выбор морфологических признаков (исходных данных в виде важнейших ха-

рактеристик объекта и его параметров, от которых зависит достижение постепенной цели);

3 – выявление возможных вариантов каждого признака и составление матрицы; 4 – определение полного числа вариантов, раскрытие возможных вариантов, в

виде математических комбинаций исходных элементов, отсеивание нереальных и тав-тологических вариантов;

5 – отбор наиболее перспективных решений.

Решение задачи. Согласно иерархии основных типов творческих задач [9] (табл.1), данную задачу

можно отнести к первому типу и второму уровню сложности [10] (оптимизация кон-структивных и геометрических параметров устройств, режимов технологических про-цессов, состава компонентов или ингредиентов вещей и смесей).

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


133

Объект – конструктивный элемент обода втулки зубчатой муфты. Постановка задачи – изменение податливости обода втулки зубчатой муфты за счет

внедрения дополнительных конструктивных элементов. Морфологические признаки (n = 3): А – выточка во впадине зуба; Б – отверстие в ободе втулки; В – канавка на торце обода. Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологическому признаку и

составление морфологической матрицы (табл. 3): А1 – треугольная выточка во впадине зубьев; А2 – прямоугольная выточка во впадине зубьев; А3 – выточка во впадине зубьев в виде равнобедренной трапеции; А4 – цилиндрическая выточка во впадине зубьев; Б1 – отверстие в ободе под впадиной зуба; Б2 – отверстие в ободе под зубом; В1 – прямоугольная канавка на ободе; В2 – канавка на ободе в виде буквы «∑»; В3 – канавка на ободе в виде параллелограмма; В4 – канавка на ободе в виде равнобедренной трапеции; В5 – цилиндрическая канавка на ободе; В6 – треугольная канавка на ободе. Для исключения возможных концентраторов напряжения, все острые углы имеют

соответствующие радиусы скруглений.

Таблица 2 – Варианты морфологических признаков дополнительных элементов и их конструктивное исполнение

Вари-ант

Конструктивное исполнение

Вариант Конструктивное исполнение

А1

В1

А2

В2

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


134

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4

А3

В3

А4

В4

Б1

В5

Б2

В6

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


135

Таблица 3 – Морфологическая матрица возможных дополнительных конструктив-

ных элементов для обода втулки зубчатой муфты

Признаки и их варианты Характеристика морфологических признаков

Выточки: А1 – треугольная выточка во впадине зубь-

ев; А2 – прямоугольная выточка во впадине

зубьев; А3 – выточка во впадине зубьев в виде

равнобедренной трапеции; А4 – цилиндрическая выточка во впадине

зубьев; Отверстия:

Б1 – отверстие в ободе под впадиной зуба; Б2 – отверстие в ободе под зубом;

Канавки: В1 – прямоугольная канавка на ободе; В2 – канавка на ободе в виде буквы «∑»; В3 – канавка на ободе в виде параллело-

грамма; В4 – канавка на ободе в виде равнобедрен-

ной трапеции; В5 – цилиндрическая канавка на ободе; В6 – треугольная канавка на ободе.

Определение полного числа вариантов решений и оценка их функциональ-

ной значимости. Число условных вариантов сочетания элементов: N = 4 ∙ 2 ∙ 6 = 48 Однако некоторые варианты не являются целесообразными. Так, выполнение

выточек во впадине между зубьями и отверстия под впадиной, слишком сильно осла-бит конструкцию обода, что может привести к разрыву. Отбросив данные варианты, получим оставшиеся: 48 – (4 ∙ 6) = 24.

Но, с учетом того, что выполнение отверстий под зубом, можно совместить с выполнением канавок, к оставшемуся числу прибавим еще 6 вариантов. Итого, число всех возможных совокупных адекватных вариантов, составляет 30. Обособленное ис-полнение возможных конструктивных признаков в данной работе не рассматривается, но, теоретически может иметь определенные преимущества, что будет учтено и рас-смотрено в процессе выполнения последующей научной деятельности.

Выбор наиболее перспективных решений. По первому критерию, с учетом концентраторов напряжений, целесообразными

можно признать варианты решений 3 и 4. По второму критерию – варианты 1 (в сово-купности с третьим критерием) и 2 (с первым). По третьему критерию – варианты 1, 4 и 5.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


136

Наиболее оптимальный по принятым критериям вариант, можно будет опреде-лить только при помощи компьютерных средств методом твердотельного моделирова-ния с последующим наложением конечно-элементной сетки и динамических нагрузок.

3.Заключение Применение морфологического анализа не всегда позволяет выделить опти-

мальный вариант в конкретном исполнении. Наглядно подтверждена возможность ошибочных посылок при стремлении максимально сократить число анализируемых комбинаций, зависимость от индивидуальных творческих способностей пользователя. Однако метод обеспечил возможность вплотную приблизиться к рациональным и оп-тимальным вариантам, сделал закономерным их влияние. Поэтому даже при огромном количестве вариантов метод является не на 100% гарантирующим, а лишь повышаю-щим вероятность выявления нового технического решения. Учитывая большие воз-можности метода по облегчению поиска новых технических решений, целесообразно его применять более широко.

В процессе выполнения последующей научной деятельности, рассмотренный метод позволит выявлять наиболее существенные, эффективные и даже необычные пути решения поставленной задачи. Принятые оптимальные варианты, будут прохо-дить проверку и расчет в среде компьютерного твердотельного моделирования, что позволит с максимальной точностью гарантировать целесообразность внесенных кон-структивных изменений.

Список литературы: 1. Онищенко В.П. Прогнозирование формы профилей

зубьев зубчатых передач в результате их износа // Прогрессивные технологии и систе-мы машиностроения: Межд. сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ. – 1998. – Вып. 5. – С. 155–163. 2. Заблонский К.И. Зубчатые передачи. Распределение нагрузки в зацепле-нии. – Киев: Техника, 1977. – 208 с. 3. Устиненко В.Л. Напряженное состояние цилин-дрических прямозубых колес. – М.: Машиностроение, 1972. – 92с. 4. Айрапетов Э.Л. Совершенствование методов расчета на прочность зубчатых передач // Вестник маши-ностроения. – 1993. – №7. – С.5–14. 5. Семенча П.В. Распределение напряжений по длине бочкообразных зубьев / П.В. Семенча, Ю.А. Зислин, Н.Б. Шубина // Вестник ма-шиностроения. – 1970. – № 12. – С. 22–23. 6. Айрапетов Э.Л. Роль кромочного контакта в обеспечении контактной прочности зубчатых колес / Э.Л. Айрапетов, Э.Д. Браун, Н.В. Чичинадзе, И.А. Копф, В.В. Корнилов // МиТОМ. – 2002. – №9. – с. 36–38. 7. Джонс Дж. К. Методы проектирования. – М.: Мир, 1986. – 326 с. 8. Настасенко В.А. Морфологический анализ – метод синтеза тысячи изобретений. – К.: Техника, 1994. – 44 с. 9. Воронин Е. И., Вермишев Ю. Х., Машков В. В. Опыт эксплуатации и перспек-тивы развития автоматизированного развития радиоэлектроники // Автоматизация проектирования в радиоэлектронике. 1984. – Вып. 29. – С. 3–11. 10. Чус А. В., Данчен-ко В. Н. Основы технического творчества. – К.: Вища шк., 1983. – 184 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


137

УДК 678.057 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗОНЫ ЗАГРУЗКИ ЭКСТРУДЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ

Самоздра С.А., Остапенко М.А. (кафедра МАХП, ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Тел. +38 (062) 3010784, E-mail: [email protected]

Аннотация: Разработана математическая модель загрузочной зоны экструдера, поз-воляющая обосновать частоту вращения шнека, при которой, при заданных размерах шнека и давлениях на границе зон загрузки и плавления, обеспечивается требуемая производительность. В отличие от известных моделей угол, между скоростью точек на поверхности шнека и скоростью перемещения материала относительно корпуса определяется с учетом соотношения между давлениями материала на входе и на вы-ходе зоны загрузки.. Ключевые слова: экструдер; загрузка; моделирование; давление; производительность.

1. Введение Производство труб с покрытием внешней поверхности полимерной защитной

пленкой, является одним из важнейших инновационных направлений промышленного развития Донбасса. Совмещение процессов производства пленки и нанесения ее на трубы позволяет сделать производство труб непрерывным, легко контролируемым и дает возможность использования вторичных полимерных материалов. Схема технологической линии для производства пленки экструзией и нанесения ее на трубы показана на рисунке 1.

Цилиндрический корпус 1 экструдера условно разделяют по длине на три зоны: 1-я зона загрузки; 2-я зона плавления; 3-я зона гомогенизации.

Перерабатываемый полимерный материал подается из бункера 2 в зону загрузки сырья и шнеком 3 продвигается вдоль корпуса. При этом по мере продвижения матери-ал уплотняется [1, 2]. В зоне пластификации материал плавится в местах контакта с поверхностью корпуса за счет теплопередачи от нагретых стенок, а также теплоты, возникающей при трении гранул полимера о шнек и стенки корпуса. Нагрев стенок корпуса осуществляется электрическими кольцевыми нагревателями сопротивления 4. Регулирование температуры по длине цилиндра осуществляется воздухом, который подается вентиляторами 5 внутрь съемных защитных ограждений 6 корпуса, а участок цилиндра вблизи загрузочного отверстия охлаждается водой, которая проходит по ка-налам корпуса. Вращательное движение шнеку сообщается приводом, состоящим из электродвигателя и двухступенчатого редуктора. Регулирование частоты вращения шнека осуществляется путем изменения частоты вращения ротора электродвигателя с использованием преобразователя частоты.

Сетка 7 или пакет из нескольких сеток, устанавливается на выходе материала из корпуса и создает сопротивление, необходимое для повышения давления в зонах пла-стификации и гомогенизации. В начале 3-й зоны гомогенизации материал состоит из твердых и расплавленных частиц. К концу 3-й зоны сырье становится полностью гомо-генной расплавленной массой. На выходе из экструдера расплав полимера через пере-ходное устройство 8 поступает на плоскощелевую головку 9 и продавливается сквозь неё с охлаждением.

На выходе из плоскощелевой головки 9 пленка огибает направляющий ролик 10 и роликом 11 прижимается к поверхности трубы 12, которая вращается и перемещается на роликовом конвейере 13.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


138

Рисунок 1 - Схема технологической линии для производства пленки экструзией и нанесения ее на трубы

Пленка должна иметь гладкую сплошную поверхность без пузырей, полос, гофр,

включений и других дефектов, что во многом зависит от характера движения исходно-го сырья в зоне загрузки [3]. Конструкция зоны загрузки, производительность и рас-пределение давления по ее длине должны обеспечить полноту заполнения рабочего пространства и устойчивость процесса продвижения материала.

В связи с этим, моделирование зоны загрузки и обоснование рациональных ре-жимов работы экструдера является актуальной задачей, имеющей важное теоретиче-ское и практическое значение. Целью настоящей работы является установление взаимосвязи между конструк-тивными, кинематическими, технологическими и силовыми параметрами загрузочной зоны экструдера, позволяющей обоснование рациональных режимов. В работе решаются следующие задачи: устанавливаются кинематические зако-номерности движения материала в зоне загрузки и определяется производительность; определяется закон распределения давления в материале по длине зоны загрузки; опре-деляется частота вращения шнека, при которой при заданных геометрических размерах шнека и заданных давлениях на входе и выходе зоны загрузки обеспечивается заданная производительность.

2. Основное содержание и результаты работы Используем, предложенное Радченко Л.Б. [4] допущение, что в пределах зоны загрузки физические величины, характеризующие свойства материала, являются посто-янными. Кроме того, принимаются следующие допущения:

1. Каналы шнека в зоне загрузки полностью заполняются материалом. 2. Полимерный материал в зоне загрузки движется как цельная пробка при от-сутствии взаимного перемещения гранул материала. 3. В зоне загрузки коэффициент бокового давления материала во всех направле-ниях одинаков, т.е. давление материала на стенки корпуса равно давлению материала на элементы шнека. 4. Скорость движения материала постоянна, то есть силы инерции отсутствуют и задача решается в квазистатической постановке. 5. Силы тяжести материала не учитываются.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


139

Схема к моделированию зоны загрузки экструдера показана на рисунке 2. Кинематические зависимости движения материала в зоне загрузки. Максимальная линейная скорость точек на внешней поверхности шнека опреде-ляется по формуле

60/1 nDv , м/с, (1)

где D - диаметр шнека, м; n - частота вращения шнека, об/мин; Обозначим максимальную скорость проскальзывания пробки полимера относи-тельно поверхности винтовой нарезки шнека - 2v .

Скорость перемещения гранул полимера относительно корпуса - 3v равна гео-

метрической сумме скоростей 1v и 2v .

1v

2v

3v

4v

xt

dFk

dZ

dFv

dFn

+

dFtr

o

X

Z

dFR

lb D

h

l

Рисунок 2 – Схема к моделированию зоны загрузки экструдера.

Скорости 2v и 3v определяются по теореме синусов из треугольника АВС на ри-

сунке 3.

;)sin(

sin12

vv

)sin(

sin13

vv . (2)

Осевая скорость 4v перемещения материала равна проекции скорости 3v на ось

шнека.

)sin(

sinsin14

vv , (3)

где - угол наклона винта шнека; - угол между скоростями 1v и 3v .

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


140

Угол определяется по формуле

D

tarctg

, (4)

где t - шаг винта шнека.

Рисунок 3 – К определению скоростей 2v , 3v и 4v .

Производительность модуля загрузки.

Производительность модуля загрузки определяется по формуле kSv 4nQ , (5)

где n - насыпная плотность гранул полиэтилена;

kS - расчетная площадь поперечного сечения канала при движении материала

вдоль оси корпуса. Площадь kS (на рисунке 4 не заштрихована) определяется по формуле

tg

xhhDD

22k 2

4S , (6)

где X - ширина нарезки винта шнека; h - высота винтовой нарезки шнека.

tg

x

D

h

D -2h

h

x tg

x

Рисунок 4 – К определению площади поперечного сечения канала шнека

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


141

С учетом формул (1), (3) и (6) формула (5) принимает вид

sin

sinsinh2

460

n 22

tg

xhDD

DQ n . (7)

Распределения давления по длине зоны загрузки. Для определения угла , знание которого необходимо для проведения расчетов

по формуле (7), установим закон распределения давления по длине зоны загрузки. Для этого определим силы, действующие на гранулы полимера в зоне загрузки. Выделим бесконечно малый элемент загрузки dz (рис.2). Координатные оси направим таким образом:

1. Ось ОХ - перпендикулярно направлению нарезки винта шнека; 2. Ось ОZ - параллельно направлению нарезки винта; 3. Ось Ol - влоль оси корпуса и шнека.

На выделенный элемент действуют следующие бесконечно малые силы: 1. kdF - сила трения материала о стенки корпуса, которая направлена в сторону

противоположную скорости 3v ;

2. vdF - сила трения материала о стенки внутренней поверхности шнека, которая

направлена в сторону противоположную скорости 2v ;

3. ndF - сила нормального давления толкающего витка;

4. trdF - сила трения, вызванная силой ndF , т.е.

2tr fdFdF n , (8)

где 2f - коэффициент трения гранул полимера по материалу шнека (коэффици-

ент внешнего трения). Для определения силы ndF спроектируем силу kdF на ось ОХ.

sinkn dFdF . (9)

С учетом (9) выражение (8) принимает вид sin2tr fdFdF k . (10)

Результирующая сила RdF определяется как сумма проекций всех сил на ось OZ.

trvR dFdFdFdF cosk .

С учетом выражения (10) находим, что vkR dFfdFdF sincos 2 . (11)

С учетом допущения 3 о том, что давление материала на стенки корпуса равно давлению материала на элементы шнека можно записать:

1fdSpdF kk ; 2v fdSpdF v , (12)

где p - давление материала на стенку корпуса и поверхность шнека, имеющую

диаметр (D-2h); 1f - коэффициент трения гранул полимера, находящегося в межвитковом

пространстве относительно гранул полимера, находящегося в продольных пазах на внутренней поверхности корпуса (коэффициент внутреннего трения); kdS - поверхность трения бесконечно малого элемента о стенку корпуса;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


142

dSv - поверхность трения бесконечно малого элемента о стенки внутренней поверхности шнека.

;dlDdSk dlhDdSv 2 , (13)

где dl - длина бесконечно малого элемента вдоль оси шнека. dphbdFR , (14)

где cose tb - ширина канала шнека;

dp - приращение давления. С учетом выражений (12), (13) и (14) выражение (11) преобразуется в следующее дифференциальное уравнение

.

2sincos

1

22

1 dlD

hD

f

ff

hb

fD

p

dp

(15)

После интегрирования получаем следующее выражение

Cl

D

hD

f

ff

hb

fDp ln

2sincosln

1

22

1

,

где С – константа интегрирования, которая определяется из начального условия:

при ,0l 0pp , где 0p - давление в начале зоны загрузки; 0pC .

После преобразований приходим к следующему выражению, которое описывает распределение давления в материале по длине зоны загрузки

l

D

hD

f

ff

hb

fDpp

2sincosexp

1

22

10

. (16)

Радченко Л.Б. предлагает определять величину угла из условия, что выраже-

ние в квадратных скобках в формуле (16) равно нулю, мотивируя это тем, что в начале зоны загрузки повышение давления незначительно [4]. По нашему мнению эта мотива-ция является не убедительной, так как не понятно как при таком допущении проводить расчеты по формуле (16). Кроме того, при таком допущении угол не зависит от дав-

лений в начале зоны загрузки и на границе зон загрузки и плавления, что противоречит физическому смыслу. В связи с этим, нами предлагается величину угла определять из граничного

условия, что при Ll , где L - длина зоны загрузки, 21 pp , где 21p - давление на гра-

нице зоны загрузки и зоны плавления.

L

D

hD

f

ff

hb

fDpp

2sincosexp

1

22

1021

. (17)

После преобразований выражения (17) приходим к следующему тригонометри-ческому уравнению относительно угла

LfD

p

phb

D

hD

f

ff

1

0

21

1

22

ln2

sincos

. (18)

При решении уравнения (18) введем вспомогательную константу А и вспомога-тельный угол следующим образом:

sin1 A ; cos2 Af . (19)

Возведя в квадрат и сложив левые и правые части выражений (19), определяем вспомогательные величины А и :

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


143

221 fA ;

221

1arcsin

f . (20)

С учетом выражений (19) и (20) решение уравнения (18) имеет вид

LfD

p

phb

D

hD

f

f

ff 1

0

21

1

2

22

22

ln2

1

1arcsin

1

1arcsin

. (21)

Давление в начале зоны загрузки 0p принимается равным давлению гранул по-

лиэтилена в выпускном отверстии загрузочного бункера, которое определяется по фор-муле, предложенной Рогинским Г.А. [5]

jf

kRgp n

1

0

, (22)

где n - насыпная плотность гранул полиэтилена; g - ускорение при свободном

падении; R - гидравлический радиус выпускного отверстия бункера; k - коэффициент, зависящий от режима работы бункера (для не полностью опорожняемых бункеров

5,1k ); 1f - коэффициент внутреннего трения материала; j - коэффициент подвижно-

сти материала. Рогинский Г.А. рекомендует при расчетах принимать среднее значение величины jf 1 , которое для сыпучих материалов составляет 0,18.


Разработана математическая модель зоны загрузки экструдера, включающая вы-ражения (4), (7), (17), (21), (22), отличающаяся от известной модели, предложенной Радченко Л.Б. тем, что давление в начале зоны загрузки принимается равным давлению материала в выпускном отверстии загрузочного бункера. Кроме того, отличие от из-вестной модели заключается также в том, что величина угла между максимальной ли-нейной скоростью точек на внешней поверхности шнека и скоростью перемещения гранул материала относительно корпуса определяется с учетом соотношения между давлениями материала на входе и на выходе из зоны загрузки. Предложенная модель позволяет проанализировать влияние различных факто-ров на распределение давления по длине зоны загрузки и на производительность. На основании этого анализа может быть обоснована длина зоны загрузки и частота враще-ния шнека, при которой, при заданных геометрических размерах рабочих органов и заданном давлении на границе зоны загрузки и зоны плавления, обеспечивается задан-ная производительность. Список литературы: 1. Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением. М.: Химия, 1974. – 271 с., ил. 2. Техника переработки пластмасс/Под ред. Н.И. Басова и В. Броя. - Совместное издание СССР и ГДР (Издательство «Дейтчер Ферлаг Фюр Грундштоффиндустри», г. Лейпциг). М.: Химия, 1985.–528 с., ил. 3. Про-блемы выявления и устранения возможных дефектов в процессе получения изделий из термопластов: учебное пособие /А.Н. Садова, Т.Р. Дебердеев, О.Н. Кузнецова, О.В. Стоянов. – Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – 123 с., ил. 4. Радченко Л.Б. Переробка термопластів методом екструзії. К.: ІЗМН, 1999. – 220 с., и . 5. Рогинский Г.А. Дозирование сыпучих материалов. М.: Химия, 1978. – 174 с., ил.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


144

ИССЛЕДОВАНИЕ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ВЫГРУЗКИ ИЗВЕСТИ ИЗ ШАХТНОЙ ОБЖИГОВОЙ ПЕЧИ

Храпач А.В. (каф. МОЗЧМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

Известь, как известно, широко используется в качестве флюса в металлургическом производстве с целью удаления из чугуна и стали серы и фосфора. В настоящее время ее получают путем обжига известняка в барабанных вращающихся печах и печах шахтного типа. Благодаря ряду преимуществ, в последние годы предпочтение отдают шахтным обжиговым печам. Их устойчивая, т.е. в заданном технологическом режиме, работа во многом определяется надежностью и техническими возможностями системы выгрузки обожженной извести. Сотрудниками кафедры МОЗЧМ Донецкого национального технического универ-ситета при участии автора доклада на основе результатов анализа достоинств и недо-статков известных систем [1 - 4] предложено устройство для разгрузки шахтной обжи-говой печи, снабженное столом, совершающим плоскопараллельное движение относи-тельно ее корпуса. Устройство (рис. 1) включает под 1, установленный с

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


145

ской передачи 16 связанной с мотор-редуктором 17, закрепленном на наружной по-верхности приемного бункера 5. Подшипниковые опоры всех зубчатых колес размеще-ны на опорной раме 18, установленной на несущие стойки 19.

Проверку правильности технических решений, заложенных в конструкцию новой системы выгрузки сыпучего материала из шахтной обжиговой печи, выполнили на ее физической модели, изготовленной в масштабе 1: 10 (фото на рис. 2) с соблюдением

Рисунок 2 – Физическая модель разработанной системы выгрузки шахтной обжи-говой печи

геометрического, кинематического и динамического подобий, а также равенств крите-риев Ньютона, Фруда и Струхаля

Ne = Pн /(ρнvн2Lн

2)= Pм / (ρм v2м

L2м

);

Fr = vн2 /(g Lн) = v2

м /(g Lм);

St = (vн tн)/Lн = (vм tм)/Lм .

В этих выражениях: P – характерная действующая сила; ρ - плотность сыпучей среды; v - скорость движения потоков сыпучего материала; L - характерный линей-ный размер; g - ускорение силы тяжести; t – время. C учетом того, что масштабные множители плотности, линейных размеров и ско-рости соответственно равнялись аρ= 1; аl = 10; аv= аl

0,5 = 3,16, значение масштабного множителя сил составляло:

аF = аρ аl 2 аv

2 = 1. 10 2 . 3,16 2 = 1000.

В ходе лабораторного эксперимента для регистрации в режиме реального време-ни энергосиловых параметров функционирования привода системы использовали контрольно-измерительный комплекс, включающий специально изготовленный тен-зорезисторный преобразователь, четырехканальный усилитель переменного тока УТЧ – 1 и IBM-компьютер с установленной на его шине платой L - 154 12-разрядного многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) фирмы L-CARD. Струк-турная схема контрольно-измерительного комплекса приведена на рис. 3.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


146

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

Рисунок 4 – Характерный вид сигнала, регистрировавшегося при контроле момента сопротивления, преодолеваемого приводом модели системы выгрузки

Используя измеренные значения крутящих моментов, развиваемых при функцио-нировании модели системы выгрузки извести из обжиговой печи, на основании рас-считанного масштабного множителя силы аF оценили возможные нагрузки на рабо-чие органы промышленного образца разгрузочного механизма, внедрение которого в производство позволит повысить равномерность выдачи материала, благодаря воз-можности ее реализации в непрерывном режиме с одновременным сбросом извести всеми ножами по периметру подвижного пода. Список литературы: 1. Монастырев А.В., Александров А.В. Печи для производ-ства извести. Справочник. – М.: Металлургия, 1979. – 232 с. 2. Табунщиков Н.П. Про-изводство извести. – М.: Химия, 1974. – 240 с. 3. Монастырев А.В. Производство изве-сти. – М.: Высшая школа, 1978. – 225 с. 4. Производство извести и сатурацион-ного газа на сахарных заводах / Н.П. Табунщиков, Э.Т. Аксенов, Р.Я. Гуревич, Л.Д. Шевцов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 176 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


147

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОЛОМОК РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА РЕСУРС ПРИВОДА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА

Шабаев О.Е., Бридун И.И., Зинченко П.П. (каф. ГМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

В процессе эксплуатации проходческого комбайна возникают случайные полом-ки резцов, которые приводят к изменению схемы набора резцов на коронке, схемы стружкообразования и в результате – вектора внешнего возмущения, приложенного к исполнительному органу. Это может привести к существенным отклонениям показате-лей технического уровня комбайна от соответствующих значений, приведенных в его технической характеристике. Поэтому необходимы исследования влияния поломок режущего инструмента на основные показатели технического уровня – производитель-ность и ресурс. В случае выявления существенного влияния необходимо обоснование диагностируемого параметра, а также его предельного значения, при котором дальней-шая эксплуатация комбайна должна быть прекращена до устранения неисправности.

Объектом исследования принят проходческий комбайн КПД, оснащенный двумя поперечно-осевыми коронками диаметром 1000 мм. При исследовании была использо-вана разработанная авторами математическая модель рабочего процесса проходческого комбайна, с учетом возможной поломки резца. В ходе моделирования были приняты следующие условия эксплуатации комбайна: забой состоит из 3-х пластов одинаковые по долям объема: порода кровли со средневзвешенной контактной прочностью

400кp МПа, угольная прослойка сопротивляемостью резанию 250 Н/мм, порода

почвы с 800кp МПа. Взято 3 варианта сечения выработки в проходке по техниче-

ским характеристикам комбайна – 11; 16 и 25 м2. На рис. 1 приведено изменение толщины среза на отдельных резцах за один обо-

рот коронки в режиме бокового реза (а) и вертикальной зарубки (б) без учета динамики движения исполнительного органа. Очевидно, поломка резца №5 более существенно скажется на формировании вектора внешнего возмущения в режиме бокового реза, а резца №9 – вертикальной зарубки, следовательно, предусматриваем оба возможных варианта. Поэтому в качестве параметров технического состояния приняты схемы набора: с полным комплектом резцов; без резца №5 (более существенно нагружен при боковом резе); без резца №7 (одинаково нагружен при боковом резе и зарубке); без резца №9 (более существенно нагружен при зарубке).

Рисунок 1 – Толщина стружки на резцах коронки при боковом резе (а) и верти-

кальной зарубке (б)

Параметры режимов разрушения забоя коронками: шаг фрезерования H , глу-

бина зарубки В, скорости вращения и подачи пV существенно влияют на нагружен-

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


148

ность исполнительного органа. Поэтому при планировании вычислительного экспери-мента задавались различные значения H и В (с учетом конструкции исполнительного органа), а значения скоростей подбирались на основе рекомендаций работы [1].

Результаты моделирования показали что, выход резца из строя приводит к зна-чительному росту динамичности нагрузок (в качестве примера реализация момента для бокового реза приведена на рис. 2), причем в первую очередь за счет увеличения не-равномерности низкочастотной составляющей нагрузки (частота вращения коронки).

Рисунок 2 – Изменение момента в трансмиссии, приведенного к исполнительно-

му органу, при боковом резе с полным комплектом резцов (а) и без 5-го резца (б) Проходческий комбайн с аксиальной коронкой, имеет большое число режимов

разрушения забоя (см. рис. 3). Но при образовании нагруженности трансмиссии имеют значение наиболее интенсивные режимы. К таким режимам относятся боковой рез и вертикальная зарубка.

Рисунок 3– Схема обработки забоя Длительность этих режимов, при объемных долях разрушаемых платов

321, dиdd с контактными прочностями 321, ккк pиpp , разрушение і–го пласта можно

определить:

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


149

при боковом резе брiпi

iчкчбрi

VН

dHLSt

.

)2(60

, ;3..1i (1)

при вертикальной зарубке взiп

iчвзi

V

dHt

.

60 , ,3..1i (2)

где чS , чH - площадь сечения и высота выработки; кL - длина коронки; брiпV . ,

взiпV . - скорость подачи коронки при боковом резе и вертикальной зарубке по і–му пла-

сту; iН - шаг фрезерования і–го пласта.

Накопленная повреждаемость на 1 м проходки выработки

3

1 00

maxmax

)()(2 i

M

взim

взi

M

брim

брiL dMMfMtdMMfMtB

НП

, (3)

где , M - угловая скорость и крутящий момент рассматриваемого элемента

трансмиссии; maxM - значение крутящего момента, рассматриваемого элемента транс-миссии; m - показатель степени кривой усталости для рассматриваемого элемента;

)(Mfбрi , )(Mf взi - плотности вероятности крутящего момента в режимах бокового реза и вертикальной зарубки по і–му пласту.

Снижение ресурса элементов трансмиссии определим путем сравнения накоп-ленных повреждаемостей с полным и частичным наличием режущего инструмента:

,1001

11

L

LL

НП

ПННПT (4)

где LL ПННП , - накопленные повреждаемости соответственно при работе с

полным комплектом резцов и с поломанным резцом соответственно. На основе результатов расчетов накопленных повреждаемостей за цикл обра-

ботки забоя можно сделать выводы: а) работа с поломанными резцами приводить к существенному снижению ресур-

са элементов трансмиссии исполнительного органа комбайна – на величину до 60-70% для валов и зубчатых колес, до 22-25% для подшипников;

б) влияние поломки резца на ресурс элементов трансмиссии зависит от положе-ния резца на коронке согласно схеме набора: для резцов №5 и №7 эффект существен-ный, тогда как поломка резца №9 приводит к снижению ресурса не более чем на 10-12%

в) площадь сечения забоя не оказывает существенного влияния на относитель-ное снижение ресурса.

При этом для существующих проходческих комбайнов поломка резца не может быть выявлена до остановки машины, поэтому необходима разработка средств техни-ческой диагностики технического состояния режущего инструмента без остановки комбайна.

Список литературы: 1. Адаптивная оптимизация цикла обработки и парамет-

ров режима разрушения забоя проходческим комбайном избирательного действия по критерию темпа проходки / О.Е. Шабаев, А.К. Семенченко, Н.В. Хиценко // Прогрес-сивные технологии и системы машиностроения: междунар. сб. науч. тр. – Донецк, 2010. – Вып. 39. – С.210-219.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


150

УДК 621.9.06 АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ИЗНОСА СВЯЗКИ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ

КРУГОВ

Шароварская М.В., Гусев В.В., Моисеев Д.А. (кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (066) 3086754;

E-mail:msmo@fimm/dgtu.donetsk.uamailto:[email protected]

Аннотация: в статье рассмотрена методика определения интенсивности изнашива-ния связки шлифовального круга под воздействием на нее потока абразивных частиц. Приведены графики зависимости изнашивания, от скорости потока абразивных ча-стиц и от угла атаки. Проанализировано влияние этих параметров на интенсивность изнашивания. Ключевые слова: изнашивание, шлифование, абразивные частицы, связка.

1. Введение На данный момент, одним из основных видов финишной обработки керамиче-

ских материалов является шлифование. Так как процесс обработки производится путем непосредственного контакта двух поверхностей, то и качество шлифования напрямую зависит от характеристики и состояния этих поверхностей. Если характеристика абра-зивного инструмента зависят от его вида, то состояние его рабочей поверхности меня-ется в процессе эксплуатации.

При шлифовании имеет место процесс износа, который происходит путем исти-рания, скола зерен и вырыва их из связки. Одновременно с износом зерен, также наблюдается процесс износа связки. Износ зерен происходит быстрее, чем износ связ-ки, что приводит к затуплению абразивного инструмента и увеличению силы резания.

Если механизм износа алмазных зерен хорошо известен [1], то износ связки опи-сан не достаточно подробно.

Целью данной работы является разработка модели износа связки шлифовально-го круга под воздействием шлама, действующего на связку при шлифовании.

2. Основное содержание и результаты работы Существует несколько классификаций видов изнашивания, охватывающих прак-

тически все его разновидности. Однако наиболее распространенными видами изнаши-вания являются абразивное, адгезионное, усталостное, кавитационное, коррозионное и эрозионное [2].

В процессе шлифования шлам, полученный во время обработки, взаимодейству-ет с рабочей поверхностью круга, что и является причиной изнашивания связки. Это явление относится к эрозионному изнашиванию – изнашиванию поверхностей твердых тел потоком частиц [3].

Наиболее подробно рассмотрен данный механизм у Крагельского И. В. [2]. Для оценки износа он предлагает рассчитывать интенсивность изнашивания. В условиях пластического контакта Крагельский предлагает следующую формулу :

I =1,75 ρS ρr

34

e0

2∙

1+k'∙ f

1− k'∙ f

∙(v0 sin α0

√c σT)

7

2(ctg α0− f ), (1)

где I – интенсивность изнашивания при пластическом контакте;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


151

ρS и ρr – плотности изношенного материала и изнашивающих частиц соответ-ственно;

e0 – параметр кривой фрикционной усталости, по величине близко к значению относительного удлинении при разрыве;

k'= 2

HB

σT;

f – коэффициент трения; v0 – скорость частиц; α0 – угол атаки; c – коэффициент формы частицы (для сферы c≈3); σT – предел текучести изнашиваемого материала. Данное соотношение (1) позволяет проанализировать влияние свойств материа-

лов и условий работы на износ. Скорость частиц v0 влияет на износ в степени большей

двух, при пластическом контакте I v00,5(t +1)+2

. Для оценки зависимости износа от скорости частиц и угла атаки в частных усло-

виях, возьмем за основу теорию предложенную Крагельским. Скорость частиц определяется скоростями двух движений – движения круга и

потока абразивных частиц, поступающих вместе с СОТС. Эти скорости составляют (25-35) м/с и 3 л/мин = 0,021 м/с (при площади сечения трубки для подачи СОТС 40 мм2) соответственно. Если сопоставить эти две величины, то очевидно, что определяющее влияние на скорость частиц оказывает движение круга. Поэтому при расчетах будем считать, что скорость движения частиц равна скорости движения круга, т. е. v0 = 25÷35 м/с.

Величина угла атаки α0 также, не является определенной и изменяется в преде-лах 5÷15º.

Для оценки влияния скорости частиц на интенсивность изнашивая, принимаем: v0 = 25÷35 м/с; α0 = 10º. Тогда, используя данные полученные из расчетов интенсивности износа по фор-

муле (1), построим график, который показывает зависимость интенсивности изнашива-ния от изменения скорости круга.

Как видно из представленного на рис. 1 графика, с увеличением скорости круга, увеличивается и интенсивность износа связки.

Рис. 1. График зависимости интенсивности изнашивания связки от скорости аб-

разивных частиц

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


152

Для оценки влияния угла атаки частиц на интенсивность изнашивания, прини-маем:

v0 = 30 м/с; α0 = 5÷15º. Проанализировав график, представленный на рис. 2, делаем вывод, что влияние

угла атаки абразивных частиц на интенсивность износа связки описывается параболи-ческой зависимостью.

Рис. 2. График зависимости интенсивности изнашивания связки от угла атаки

частиц

Для того, что бы оценить правильность и полноценность расчета износа круга, по приведенной выше методике, приведем данные экспериментальных исследований и сравним полученные результаты.

Экспериментальные исследования проводились применительно к двум обраба-тываемым образцам, изготовленным из разных материалов – ситалл АС-370 и керамика Al2O3 (Гп).

Линейный износ круга )(L измеряли с помощью специального стационарного приспособления в шести фиксированных точках по периферии и в трех точках вдоль образующей круга с точностью 0,001мм. Измерение диаметра шлифовальных кругов менее 50 мм в процессе его работы производили микрометрами с погрешностью ±0,004мм. Удельный расход алмазного инструмента определяли согласно ГОСТ 16181-70 и методики, приведенной в работе [1].

При проведении исследований в каждой экспериментальной точке число повторных измерений было не менее трех. С целью устранения влияния ширины образцов на полученные результаты для сопоставления обрабатываемости различных видов керамики силы резания приводились к единице ширины образца, т.е. определялись погонные значения сил резания при плоском врезном шлифовании периферией круга [3].

По мере удаления материала припуска происходит изменение состояния рабочей поверхности ШК. В результате различных видов износа происходит изменение параметров распределения Вейбулла характеризующих разновысотность зерен на рабочей поверхности круга, которые приведены в таблице 1 [4].

Плотность распределения алмазных зерен по высоте приобретает левостороннюю

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


153

асимметрию (=1,58; ()=0,01 и =84; ()=10). С износом ШК уменьшается высота рабочего слоя (R) с 75мкм до 35 мкм ((R)=2) и среднее число алмазных зерен на единице рабочей (nз) поверхности с 21шт/мм2до 17шт/мм2 ((nз)=1,5) [3].

Таблица 1 - Изменения параметров рабочей поверхности круга 1А1 200х20х32

АС6-4-М2-01-125/100 при плоском врезном шлифовании периферией круга ситаллов и керамики с режимами резания: Vк=24м/с; V=6м/мин; t=0,1мм.

Обраба-тываемый материал

№

Объем мате-риала, см3/мм

Удельные силы реза-ния, Н/мм

Глу-бина РПК ∆R, мкм

Ли-ней-ный

износ ∆L, мкм

Плот-ность зерен

n3, шт/мм2

Параметры закона распределения

Вейбула

PH PT δ λ χ2

Al2O3 (Гп) K1c=4,2

МПам0,5, HV=14,9

ГПа

1 0 4,1 2 60 0 20 2,07 1220 4,14 2 0,2 4,54 2,27 45 30 17,7 1,73 217 7,17 3 0,7 5,3 3,15 35 51 15,8 1,69 234 7,1 4 1,2 6,1 4,1 35 65 16,4 1,65 192 3,9

5 2,2 8,6 5,3 35 108 16,5 1,61 130 1,68

АС-370 K1c=2,1

МПам0,5, HV=8 ГПа

1 0 4 1,2 70 0 20,5 2,1 1648 8,68 2 1,5 6,4 1,6 37 31 15 2,09 835 5,2 3 3,2 7,2 1,9 40 81 15,8 2,01 513 5,35 4 4,9 7,4 2,15 40 107 16,4 1,86 227 3,01 5 5,8 7,8 2,25 40 125 16,5 1,71 190 2,1 6 6,6 8,65 2,35 35 143 16,8 1,58 84 2,89

Используя данные, приведенные в табл. 1, построим графики зависимости вели-чины линейного износа и глубины РПК от объема снятого материала при обработке Al2O3 и ситалла АС-370.

Из рисунка 4 видно, что в начале высота выступления зерен из связки R уменьшается, но в некоторый момент времени величина R стабилизируется и стано-вится неизменной. Это говорит о том, что износ зерен и связки одинаковый, поэтому, при стабильном значении R, можно посчитать интенсивность износа связки. Как вид-но из графиков, после стабилизации высоты выступания зерен, интенсивность изнаши-вания связки становится постоянной.

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

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


154

I =V св

V мат

=

3

4πD ∆ L

V мат

, (2)

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

I Al 2O 3= 0,018 ; I AC− 370= 0,0099 .

Результаты, полученные по формуле (2) отражают изменение интенсивности из-нашивания связки, которое связанно с изменение плотности обрабатываемых образцов

( ρAl2O

3(ГП )= 3,97 кг /см

3

; ρАС − 370= 2,65 кг/см3

), что определяется и зависимостью 1. Сравним значения интенсивности изнашивания, полученные эксперименталь-

ным методом и теоретически рассчитанные по формуле (1). Величина интенсивности изнашивания рассчитанная теоретическим методом является минимум на 2 порядка меньшей, чем полученная по результатам проведенных экспериментов, для обоих об-рабатываемых образцов. Это означает, что в процессе работы шлифовального круга, имеет место не только эрозионный износ, а также и другие виды износа.

3. Заключение Проанализировав приведенные выше графики, можно сделать вывод, что при

увеличении скорости круга, интенсивность изнашивания связки растет. Аналогичный вывод можно сделать и из второго графика – при увеличении угла атаки, интенсив-ность изнашивания связки так же увеличивается. Так как данная методика расчета из-носа связки не учитывает многих характеристик используемых материалов, в дальней-шем планируется продолжение исследования данного вопроса, с использованием иных методик оценки изнашивания связки алмазных шлифовальных кругов, также изучение других видов изнашивания, в частности – абразивного.

Список литературы: 1. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмаз-

но-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. – М.: Машиностроение,1977. – 263с. 2. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М., «Машиностроение», 1977, 526 с.. 3. Крагельский И. В., Михин Н. М. Узлы трения машин: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987 – 280 с., ил – (Основы проек-тирования машин). 4. Гусев В.В., Медведев А.Л., Савельев В.В. Закономерности изме-нения эксплуатационных характеристик рабочей поверхности алмазного круга при шлифовании керамики.

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

155

ПОВЫШЕНИЕ ЭКПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ОСНОВЕ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗОН ЗУБЬЕВ

Васильев Е.В., Лахин А.М. (ДонНТУ, г. Донецк) Тел./Факс: +38 (062) 3050104;E-mail: [email protected]

Аннотация. В работе выполнен анализ основных эксплуатационных свойств зубчатых колес и рассмотрены способы повышения износостойкости зубьев и снижения шума в работе зубчатых передач. Предложен вариант отделочной обработки зубьев на осно-ве нанесения многослойных покрытий, позволяющий обеспечить равномерность износа зубьев по функциональным зонам. Ключевые слова: зубчатые передачи, износ, шум.

Из всех видов силовых передач, зубчатые получили наиболее широкое примене-ние. Это обусловлено их преимуществами, в числе который малые габариты и масса, высокая нагрузочная способность, высокий КПД и прочие. Вместе с тем к зубчатым колесам предъявляется ряд требований к точности и качеству рабочих поверхностей зубьев, которые обуславливают требуемые эксплуатационные свойства зубчатых пере-дач. Достижение заданных параметров качества рабочих поверхностей и точности зуб-чатых колес происходит на заключительных, отелочных операциях обработки зубьев. Поэтому совершенствование данных операций является главной задачей при решении вопросов повышения качества и эксплуатационных свойств зубчатых колес.

Среди требований, определяющих эксплуатационные свойства зубчатых колес, наиболее важными являются требования к износостойкости зубьев и уровню шума при работе зубчатой передачи. Первые требования определяют долговечность зубчатых ко-лес, а вторые - условия работы и уровень комфорта в зоне работы зубчатой передачи. Поэтому основной целью данной работы является разработка методов направленных на повышение износостойкости зубьев и снижение уровня шума зубчатой передачи за счет совершенствования методов отделочной обработки с учетом функциональной направленности технологических воздействий.

Основное содержание работы. Износ зубьев зубчатых колес обусловлен трением контактных поверхностей

зубьев, действием контактных напряжений вызывающих выкрашивание с рабочих по-верхностей, заеданием в результате попадания посторонних частиц в зону зацепления, и пластической деформацией отдельных зубьев. Как правило, износ зубьев в период приработки носит упорядоченный характер и является необходимым условием дости-жения требуемых характеристик работы зубчатой передачи. В данный период исправ-ляются погрешности окружного шага зубьев, исправляется огранка зубьев, профиль зуба приобретает форму более близкую к номинальному, с поверхности удаляются де-фекты механической обработки и т.д. Для удаления продуктов износа после приработ-ки требуется обязательная замена смазочного материала зубчатой передачи. Дальней-ший износ, кроме механического, как правило, не является упорядоченным, и вызван главным образом изменениями в условиях работы зубчатой передачи, в частности: циклическими изменениями нагрузки на зубья, погрешностями расположения осей зубчатых колес, попаданием посторонних частиц в зону зацепления и т.п. Обычно для снижения или предотвращения износа вследствие указанных причин требуется рацио-нальный выбор метода термической обработки с учетом условий эксплуатации, и тща-тельная очистка смазочного материала.

Неизбежным является механический износ зубьев, вызванный трением контакт-


156

ных поверхностей зубьев, причем скорости взаимного скольжения профилей зубьев починяются некоторым закономерностям.

В процессе зацепления, в зоне контакта сопряженной пары зубьев [1] вектор скорости в зацеплении складывается из суммы нормальной и тангенциальной состав-ляющих:

.nv v v

Поскольку необходимым условием зацепления является равенство нормальных составляющих скоростей шестерни и колеса [1], очевидно, что касательные составля-ющие скоростей шестерни и колеса будут непрерывно изменяться вдоль линии зацеп-ления в процессе работы зубчатой передачи. Это вызывает помимо перекатывания (ка-чения), проскальзывание профилей сопряженных зубьев, скорость которого определя-ется разностью касательных составляющих скоростей в точке контакта.

Рис. 1. К определению скорости взаимного скольжения профилей в зубчатом за-

цеплении: а) график изменения скорости взаимного скольжения; б) скорости в начале зацепления; в) скорости в конце зацепления.

Следствием взаимного скольжения является механический износ зубьев вдоль

его профиля. Причем характер износа по высоте зуба, при постоянных свойствах мате-риала зубчатых колес неравномерен и в целом соответствует графику скорости взаим-ного скольжения (рис. 1, а) [2]. При этом наибольший износ возникает в зонах у ножки и у головки зуба. Это приводит к значительному отклонению реального профиля зуба от номинального и ухудшению характеристик работы зубчатой передачи.

Величина износа в каждой точке профиля зуба зависит от геометрических па-раметров и шероховатости зубьев, свойств материала зубьев в зоне контакта, силы за-цепления и величины касательной составляющей скорости взаимного скольжения, и определяется согласно выражению [2]:

2 21 2 1 2

1,2 1,2 1,2 1,2 1,2

1 2 1 2 1,2

1 12, 25 ск

h n п

vh I P n z t

E E v

,

где Ih – интенсивность износа: 2 431

100

1

m mmm

Hh

см

RTI k

HB h Q

.

Данный параметр зависит от физико-механических свойств материала зубчатых колес и характеристик смазочного материала. При этом существует возможность обес-


157

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

Рис.2. Нанесение многослойных покрытий на поверхности зубьев Последующие слои (слои 3 и 4, рис.2) имеют толщину 6-8 мкм и 4-6 мкм соот-

ветственно, и наносятся на участки ближе к полюсной линии и обеспечивают ступенча-тое уменьшение износостойкости и коэффициента трения. Последовательное уменьше-ние толщины слоев 2-4 необходимо для компенсации повышенного износа профиля зуба на участках с наибольшей скоростью взаимного скольжения, что позволяет обес-печить минимальное искажение формы профиля зуба в течении всего срока эксплуата-ции. Использование данного способа нанесения покрытия позволяет увеличить ресурс зубчатых колес и обеспечить равномерный износ зуба по его высоте.

Уровень шума зубчатых передач повышается с увеличением скорости, и зависит от точности зубчатого зацепления, жесткости элементов зубчатой передачи, состава и вязкости смазочного материала. Основным источником шума являются удары зубьев в следствии разности шага ведущего и ведомого колес, и их окружной скоростью. При-чинами, способствующими повышения уровня шума могут быть повышенные погреш-ности установки заготовок при нарезании зубчатых колес, вызывающие неудовлетво-рительную форму пятна контакта между сопряженными зубьями, а также погрешности в кинематической цепи привода подачи зуборезного станка, вызывающие погрешности шага. Наиболее благоприятна с точки зрения уровня шума, непрерывная форма пятна контакта, распределенная в центре рабочей поверхности зуба и не выходящая к ее кра-ям.

Среди основных способов снижения уровня шума работы зубчатой передачи от-


158

метим конструкторские и технологические. Конструкторские способы основаны на совершенствовании формы зуба, уже-

сточение требований к точности зубчатых колес, а также применение виброустойчивых материалов при изготовлении зубчатых колес. Применение бочкообразной формы зуба (продольная модификация) позволяет уменьшить влияние перекоса осей зубчатых ко-лес и погрешностей угла наклона зубьев, при этом обеспечивается благоприятное пятно контакта в зацеплении, исключает кромочный контакт и улучшается демпфирующее действие смазочного материала. Фланкирование профилей зубьев позволяет компенси-ровать погрешности при изготовлении и монтаже зубчатых колес, а также уменьшить влияние вибрации вследствие упругих деформаций зубьев при их работе под нагруз-кой.

Технологические способы снижения шума направленны на исправления по-грешностей формы зуба путем применения дополнительной отделочной обработки. Применение зубошевингования позволяет повысить плавность зацепления за счет ис-правления огранки зубьев, сглаживания микронеровностей и удаления следов и остат-ков предыдущей обработки. Также эффективным способом снижения шума работы зубчатой передачи является притирка зубьев, прикатка с эталонным колесом и искус-ственная приработка пары зубчатых колес. Однако применение после данных операций термической обработки вызывает температурные деформации, снижающие степень точности на 1-2 класса, что неизбежно повышает уровень шума зубчатой операции. Для уменьшения шума после термообработки наиболее эффективно зубошлифование, од-нако данная обработка является весьма трудоемкой и дорогостоящей. Большая произ-водительность и низкая себестоимость обработки достигается при использовании зубо-хонингования или зубопритирки. В результате данных видов обработки происходит снятие тонкого припуска за счет действия абразивных зерен инструмента (зубчатого хона или зубчатого колеса на которое наносится абразивная паста). Кроме этого повы-шенному уровню шума способствует недостаточная точность баз используемых при отделочной зубообработке, которые могут привести к искажению формы зуба и нару-шению плавности работы зубчатой передачи. Поэтому после термической операции обязательным этапом является чистовая обработка баз, используемых при отделочной обработке зубьев.

Выводы. Таким образом в работе выполнен анализ основных эксплуатационных характеристик зубчатых колес. Рассмотрены причины износа зубьев а также предложен способ обработки, позволяющий значительно снизить механический износ и увеличить ресурс зубчатой передачи. Также рассмотрены причины и выполнен анализ конструк-торских и технологических способов снижения шума при работе зубчатых передач.

Список литературы: 1. Кудрявцев В.Н. Зубчатые передачи. - М.: «Машгис», 1957. – 263 с. 2. Когаев В.П. Прочность и износостойкость деталей машин. Учебное по-собие для машиностроительных специальностей вузов / В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. – М.: Высш. школа, 1991. – 319 с. ISBN 5-06-001905-5. 3. Михайлов А.Н., Лахин А.М., Соосар В.А. Синтез технологического обеспечения производства зубчатых колес на ба-зе функционально-ориентированного похода. Известия Тульского Государственного университета. Технические науки. Выпуск 8. Изд.-во: ТулГТУ, Тула, 2013. – С. 28-36.


159

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЧИСТКИ ПОДЗЕНЫХ ЕМКОСТЕЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Гокун В. В. (каф. ЭМС, г. Донецк, Украина)

Для повышения эффективности работы водоотливной установки шахты необходимо

своевременно производить очистку водосборных емкостей. Очистка водосборников от шлама позволит увеличить ресурс работоспособности водоотливной установки в це-лом, посредством увеличения ресурса быстро изнашиваемых деталей, для которых ра-бота на чистой воде является первоочередной необходимостью. В настоящее время ра-боты по очистке водосборных емкостей в основном выполняется рабочими вручную.

Результаты исследований, выполненных в ДонНТУ [1] и подтвержденных практи-кой успешного внедрения на шахтах, позволяют сделать вывод, что наиболее приемле-мым способом удаления плотного вязкого и увлажненного материала (шлама) из от-стойников и водосборников является гидравлический способ чистки, отличающийся надежностью, простотой и высокой производительностью. Фактически возможны раз-личные схемы гидравлической чистки емкостей: при помощи эрлифтов различной кон-струкции, углесосов, шламовых насосов и гидроэлеваторов. Рассмотрим гидроэлева-торную чистку подземных емкостей. Основной агрегат гидроэлеваторной чистки — это гидроэлеватор. Этот аппарат не имеет движущихся и вращающихся частей, прост в из-готовлении, имеет небольшую массу и габариты. Эти качества при низких капитальных и эксплуатационных затратах и высокой подаче обеспечивают надежную и долговеч-ную работу в сложных и стесненных подземных условиях: под завалом, в затопленном или загазованном пространстве. Основным недостатком в работе гидроэлеватора явля-ется низкий КПД (10 – 15%), но при этом имеет очень широкое и довольно успешное применение.

Добиться увеличения эффективности гидродинамической очистки подземных емко-стей можно несколькими способами, а именно: применение перемычек в водосборнике, для концентрирования шлама в конкретном месте (место расположение инструмента очистки); применение наиболее подходящей и эффективной схемы гидроэлеваторной установки; улучшение характеристик самого гидроэлеватора (импульсная подача рабо-чей жидкости, многосопловые гидроэлеваторы, нетрадиционные сечения камеры сме-шения и конструкции сопла и т.д.); смешанная очистка водосборников (механическая совместно с гидромеханизированной). Также существуют схемы, предотвращающие заиливания водосборников. Они возможны путем применения самосмывающихся водо-сборников. Это также создает предпосылки для сокращения их рабочего объема почти на 30%, т.е. на величину допустимого заиливания [2]. Применение вертикальных водо-сборных емкостей вместо горизонтальных, позволяет значительно уменьшить трудоза-траты при эксплуатации водосборника. Следует сказать, что в данном случае наиболее рациональным и эффективным является применение схемы эрлифтной установки с эжектором.

Численное моделирование рабочего процесса гидроэлеватора выполняется при по-мощи программы FlowVision. Программа позволяет наглядно посмотреть какие про-цессы происходят в гидроэлеваторе. FlowVision предоставляет возможность провести большое количество испытаний без особых затрат (нет необходимости изготавливать опытный образец или стенд). Для проведения эксперимента по увеличению характери-стик гидроэлеватора, были взяты расчетные данные гидроэлеваторной установки из


160

примера, приведенного в книге «Гидроэлеваторы на угольных шахтах» авторов Н. Н. Безуглова, Л. Н. Безугловой, А. Я. Горчакова[3]. В ходе эксперимента создана модель внутренней полости гидроэлеватора которая заполняется жидкостью в программе КОМПАС, файл сохраняется в формате STL для экспорта в FlowVision. В FlowVision задаются параметры уже рассчитанного гидроэлеватора и снимаются данные (давле-ние, скорость, концентрация и т.д.). Таким образом у нас получается математическая модель реально работающего гидроэлеватора, для дальнейшего проведения экспери-мента изменяем конструктивный элемент гидроэлеватора (сечение смесителя, сопла; количество всасывающих патрубков, сопел; угол конусности диффузора, конфузора; длина смесителя, всасывающей трубы; формы сопел и т.д.), просчитываем в FlowVision и сравниваем с математической моделью реального образца. В конце эксперимента приводим анализ между реальным и подвергнутым изменениями струйного насоса. Сделать вывод, появился ли положительный эффект после проведения эксперимента и если да, то разработать рекомендации по повышению эффективности применения гид-роэлеваторов при чистке шахтных подземных емкостей.

Вывод. Применение гидромеханизированного способа очистки водоотливных емко-стей рационально с технической и экономической точек зрения. Это позволяет полно-стью механизировать и автоматизировать процесс очистки тем самым уменьшить число обслуживающего персонала.

Список литературы: 1. Энциклопедия эрлифтов / Папаяни Ф.А., Кононенко А.П., Козыряцкий Л.Н. и др. – Донецк, Москва: Информсвязьиздат, 1995. 2. Комплексный поход к решению проблемы нормализации работы водоотливного хозяйства шахт и охраны гидросферы по компоненту Взвешенные вещества/ Научное издание «Пробле-мы экологии» (ДонНТУ) / Матлак Е. С., Заика Т. И., Заика А. И. 3. Гидроэлеваторы на угольных шахтах / Безуглов Н. Н., Безуглова Л. Н., Горчаков А. Я. – Москва: Недра, 1985


161

УДК 621.923 СВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ВЕЛИЧИНАМИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Махоткин Д.В., Полтавец В.В. (Кафедра МСМО, ДонНТУ, г. Донецк) E-mail: [email protected]

Аннотация. В статье описана взаимосвязь показателей качества обработанной по-верхности с регулируемыми величинами при шлифовании и влияние режимов обработ-ки на микрогеометрию шлифованной поверхности. Отмечены показатели, пригодные для формирования задающей функции для системы автоматического регулирования. Ключевые слова: шлифование, регулируемая величина, шероховатость, микропрофиль.

1. Введение При управлении технологическим процессом шлифования в качестве выходных

или регулируемых величин могут быть приняты или отдельные технологические пара-метры (усилия резания, мощность, затрачиваемая на шлифование, скорость съема ме-талла и т.д.), или их определенные сочетания, или некоторые обобщенные параметры (коэффициент толщины срезаемой стружки, мгновенный параметр резания и т.п.) [1]. В качестве регулируемой величины процесса должен приниматься такой параметр, кото-рый наиболее полно отражает качественные показатели процесса обработки. Однако выбор выходной величины представляет собой не простую технологическую задачу с однозначным решением, а сложную, комплексную. При этом должен приниматься во внимание целый ряд технологических, конструктивных, экономических и других фак-торов. Конструкторы и технологи, связанные с автоматизацией шлифовальных станков, прежде чем решить вопрос о возможности использования того или иного параметра для оптимизации процесса шлифования и использования его в качестве регулируемой ве-личины, должны получить соответствующую информацию [2].

Немаловажную роль для осуществления обоснованного выбора играет доступ-ность численной оценки или измерения регулируемого параметра.

Хотя в литературе и имеются некоторые рекомендации по выбору регулируемой величины при автоматизации процесса шлифования, однако в целом эти вопросы оста-ются еще недостаточно исследованными. Эта задача не может быть решена в общем виде: для каждого конкретного процесса шлифования будут иметь место свои частные решения и оптимальными будут свои регулируемые параметры [1].

Известно, что качество шлифованных деталей оценивается целым рядом показа-телей: точность основных размеров, точность геометрии детали, шероховатость по-верхности, микроструктура поверхности, стоимость обработки и др. Очевидно, найти взаимосвязи какой-то регулируемой величины со всеми показателями качества не представляется возможным. Как правило, принимают во внимание или основные пока-затели качества технологического процесса, или те, которые наиболее трудно обеспе-чить в процессе управления. Приняв во внимание лишь один или несколько показате-лей качества, уже можно установить их связь с той или иной регулируемой величиной, а на этой основе и обосновать алгоритм управления процессом шлифования [2].

Учитывая, в первую очередь, сложность обеспечения требуемых значений, при-мем в качестве важнейшего показателя качества обработанной поверхности отклонения её микропрофиля и рассмотрим характер взаимосвязей этого показателя с регулируе-мыми величинами при шлифовании. Выделим математические описания таких взаимо-


162

связей, пригодные для использования в системе автоматического регулирования. 2. Взаимосвязь показателей микропрофиля с параметрами шлифования Между некоторыми показателями качества шлифования и регулируемыми вели-

чинами существуют лишь случайные, вероятностные взаимосвязи, не позволяющие установить детерминированные законы управления таким процессом. В частности, от-клонение размеров деталей, обрабатываемых на плоскошлифовальных станках, рабо-тающих по упорам, носит вероятностный характер по причине воздействия на техноло-гический процесс ряда случайных возмущений [3]. Соответственно, для использования в системе автоматического регулирования необходима детерминированная зависимость между показателем качества и регулируемой величиной.

Для большинства технологических процессов шлифования можно установить од-нозначные функциональные зависимости шероховатости от режимов шлифования. Из-вестно, что при прочих равных условиях высота микронеровностей обработанной по-верхности Rz определяется скоростью съема метала Vд в радиальном направлении [1]. На рис. 1, а кривая 1 представляет зависимость Rz = f (Vд) применительно к шлифова-нию колец подшипников, кривая 2 – экспериментальную зависимость Rz = f (Vд), полу-ченную при шлифовании отверстий колец подшипника. Эта зависимость аналитически может быть представлена в виде степенной функции [4]:

Rz = 5,9∙ .

Рис. 1 Зависимость шероховатости шлифованной поверхности от скорости съема

металла (а), скорости круга (б), удельной радиальной силы (в), скорости детали (г) [3]


163

Аналогичные функциональные взаимосвязи существуют и между шероховатостью поверхности и линейными скоростями шлифовального круга Vк и детали Vдет. Экспери-ментально установленная зависимость величины среднеарифметического отклонения профиля Ra от Vк приведена на рис. 1, б для нормальных (кривая 1) и пористых шлифо-вальных кругов (кривая 2). На том же рис 1, б (кривая 3) приведена зависимость между значением среднеарифметического отклонения профиля Ra от Vк, полученная в лаборато-рии фирмы «Цинциннати» [3]. Видно, что эта зависимость однозначна и носит примерно степенной характер. Таким образом, зависимости Ra = f (Vк) являются степенными вида:

Ra =с1∙ , где n = 0,7-0,8 – показатель степени.

На рис. 1, г представлены зависимости Ra от скорости вращения изделия Vдет, а на рис. 1, в приведена зависимость Ra от удельной радиальной силы Fуд (нормальная cостав-ляющая силы резания, отнесенная к ширине шлифования). Зависимость Ra = f (Fуд) может быть представлена аналитически в виде функции:

Ra = 0,96∙ .

Из приведенных данных следует, что шероховатостью шлифуемой поверхности можно управлять, принимая соответственно за регулируемые величины скорости Vдет или Vк. Стабилизируя величину нормальной составляющей силы резания (если она принята за регулируемую величину), можно соответственно стабилизировать и шероховатость обра-ботанной поверхности детали на шлифовальном станке [1].

В основу прогнозирования геометрических параметров обработанной шлифованием поверхности положен следующий принцип. Если известно число вершин зерен, формиру-ющих микропрофиль поверхности, геометрия вершин этих зерен и их распределение по высоте и длине профиля, то при совмещении контуров вершин зерен можно получить очертания неровностей обработанной поверхности. Влияние всех основных факторов аб-разивной обработки на формирование шероховатости поверхности можно объяснить из-менением либо числа вершин зерен, формирующих микропрофиль поверхности, либо гео-метрических характеристик вершин этих зерен, либо закона распределения вершин зерен по высоте профиля [5]. На основе этого подхода в работе [6] было получено следующее уравнение для расчета наибольшей высоты Rmax неровностей профиля плоском шлифова-нии периферией круга:

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


164

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

где Ra, Rz, S, Sm, tp – параметры шероховатости поверхности, предусмотренные ГОСТ 2789-73; Rp, Rv – высота выступов и глубина впадин профиля.

Степень uн и глубину hc наклепа поверхностного слоя в условиях бесприжогового шлифования (когда доминирует силовой фактор над температурным) можно определить по следующим формулам [6]:

где b*, kh – расчетные коэффициенты пропорциональности; σти – предел текучести матери-ала поверхностного слоя заготовки, сформированного до операции шлифования; σви – ис-тинный предел прочности материала поверхностного слоя; Θmax – максимальная темпера-тура в зоне контакта круга с заготовкой; Тн – температура начала структурно-фазовых пре-вращений в обрабатываемом материале; аz – среднее значение глубины внедрения верши-ны абразивного зерна в обрабатываемый материал при шлифовании.

3. Заключение Приведенные зависимости дают возможность осуществить целенаправленный выбор

условий шлифования, которые позволят обеспечить требуемые параметры микропрофиля. За счет установления связей между шероховатостью и обуславливающими её факторами возможно сформировать подходящие по точности алгоритмы автоматического корректи-рования микрогеометрии поверхности, а на их базе создать системы автоматического ре-гулирования процесса шлифования в реальном масштабе времени.

Список литературы: 1. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифова-нием / В.Н. Михелькевич. – М: Машиностроение, 1975. – 304 с. 2. Новоселов Ю.К. Дина-мика формообразования поверхностей при абразивной обработке / Ю.К. Новоселов. – Се-вастополь: СевНТУ, 2012. – 304 с. 3. Широков А.В. К вопросу о прогнозировании и обес-печении параметров шероховатости шлифованной поверхности / А.В. Широков, А.П. Оси-пов // Известия вузов. Машиностроение. – 2007. – № 6. – С. 76-88. 4. Лурье Г.Б. Прогрес-сивные методы шлифования / Г.Б. Лурье. – Л: Машиностроение, 1973. – 150 с. 5. Горленко О.А. Методы управления процессом формирования качества поверхности при механиче-ской обработке заготовок деталей машин / О.А. Горленко, С.Г. Бишутин // Технологиче-ское управление качеством поверхности деталей. – Киев: АТМ Украины, 1998. – С. 51-60. 6. Бишутин С.Г. Прогнозирование и обеспечение параметров шероховатости шлифованной поверхности на основе моделирования процессов правки круга и обработки / C.Г. Бишу-тин. – Брянск, 1998. – 172 с


165

УДК 621.923 ПРЕДПОСЫЛКИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Шахова И.Ю., Байков А.В. (гр. ИТМ-15м, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР)

Аннотация. Приведены результаты изменения распределения вершин абразивных зе-рен по высоте рабочей поверхности шлифовального круга в зоне контакта для ин-струмента на эластичных связках и предложен метод обеспечения шероховатости обработанной поверхности за счет воздействия на связку круга. Ключевые слова: шлифование, шероховатость, связка, модуль упругости.

1. Введение Тенденции развития современной технологии обработки материалов предпола-

гают концентрацию технологических операций, увеличение плотности и интенсивно-сти воздействия на предмет обработки. Это требует разработки новых схем технологи-ческого воздействия, совершенствование оборудования и применяемого инструмента.

Традиционные технологические процессы обработки поверхностей деталей шлифованием характеризуются общностью технологических факторов: кинематиче-ской схемой обработки, оборудованием, оснасткой, схемой базирования. Достижение требуемого качества обработанной поверхности обеспечивается преимущественно за счет варьирования характеристик шлифовального инструмента, в первую очередь зер-нистости. С целью обеспечения комбинированной обработки, т.е. совмещения опера-ций черновой и чистовой обработки при шлифовании, предлагаются различные кон-струкции шлифовальных кругов. В конструкции инструмента, предложенной в [1], корпус шлифовального круга несет крупнозернистый абразивный слой и подвижные элементы с мелкозернистым абразивным слоем, которые посредством гидроцилиндра и распорного кольца перемещаются в радиальном направлении. В [2] предлагается ин-струмент на органической связке с абразивом основной зернистости для удаления при-пуска и введенными в состав связки эластичными элементами, которые вступают в ра-боту за счет собственной упругости по мере удаления припуска и перехода в режим выхаживания. Предлагаемый способ комбинированного шлифования [3] предусматри-вает сначала обработку крупнозернистой абразивной поверхностью, а затем мелкозер-нистой, которую на ходу вводят в зону обработки путем радиального перемещения кольцеобразного режущего элемента.

Предлагаемые решения концентрации технологических операций предваритель-ного и окончательного шлифования существенно усложняют конструкцию шлифоваль-ных кругов, что сказывается на стабильности и надежности технологического процесса. Поэтому для управления характеристиками шлифовального инструмента необходимо искать новые технические решения.

2. Основное содержание и результаты работы Среди характеристик шлифовального инструмента наиболее существенное вли-

яние на параметры шероховатости оказывает зернистость абразива. Для шлифовально-го инструмента на эластичном полимерном связующем не менее важную роль играет модуль упругости связки [4]. Вследствие упругих свойств полимерной связки абразив-ные зерна под действием усилий резания перемещаются от статического положения в направлении нормальной составляющей силы резания, увеличивая количество одно-временно работающих алмазных зерен и уменьшая разновысотность режущих профи-


166

лей. Для описания характера распределения вершин режущих зерен в зоне контакта с

обрабатываемым материалом необходимо знать закономерности поведения абразивно-го зерна, закрепленного в упругом основании, под нагрузкой. Задача решалась с ис-пользованием программного комплекса Cosmos Works [5]. Расчеты показали, что вели-чина перемещения алмазного зерна в эластичной связке линейно увеличивается с ро-стом нагрузки и уменьшается по гиперболической зависимости с увеличением модуля упругости связки. Глубина относительной заделки зерна оказывает на его перемещение незначительное влияние

Для расчета шероховатости обработанной поверхности или производительности обработки более удобно оперировать понятием обобщенной податливости связки Ω, определив его как отношение величины погружения зерна в связку Y к нормальной силе P. Зависимость величины податливости от модуля упругости связки E и относи-тельной величины заделки зерна ε представлена на рис. 1. Как видно из графика, подат-

ливость, также как и перемещение вершины зерна, существенно зависит от величины модуля упругости связки и практически не зависит от величины относительной заделки зерна.

Как показали расчеты, измене-ние положения вершины алмазного зерна, лежащего в i -м интервале от-носительно ненагруженного состояния будет:

cighi 11 .

где g - величина сближения

шлифовального инструмента и обра-батываемой поверхности, выраженная в интервалах условного деления по-верхностного слоя круга: g - количе-ство интервалов, - ширина интерва-ла, мкм.

i – номер интервала, в котором расположены данные зерна (расчет от интервала, в котором расположены наиболее вы-ступающие зерна).

Ω - обобщенная податливость связки, мкм/Н. c - коэффициент, получаемый эмпирическим путем; зависит от физико-

механических свойств обрабатываемого материала. Графическая иллюстрация распределения по высоте вершин абразивных зерен

для шлифовального круга зернистостью 10 при шлифовании изделий из мрамора для различной величины податливости связки представлены на рис. 2.

Как видно из представленных графиков количество активных вершин абразив-ных зерен, формирующих шероховатость обработанной поверхности, существенно за-висит от модуля упругости связки.

Известно, что физико-механические характеристики полимерных материалов, используемых в качестве связки для эластичного шлифовального инструмента, суще-

Рис.1. Зависимость податливости связки шлифовального круга от модуля упругости и величины относительной заделки зерна


167

ственно изменяются в зависимости от температуры полимера. В частности, с увеличе-нием температуры полимера от 20°С до 60°С модуль упругости каучуковых связок и полимеров на основе эпоксидных смол уменьшается в 1,3 – 1,5 раза [6, 7]. Это позволя-ет управлять процессом обеспечения требуемой шероховатости поверхности изделия за счет влияния температурного фактора на изменения упругих свойств связки.

3. Заключение Шероховатость поверхности, обработанной шлифовальным инструментом на

полимерной эластичной связке, определяется характером распределения вершин ак-тивных абразивных зерен в зоне контакта. Установлено, что характер распределения вершин зерен зависит главным образом от модуля упругости связки. Оказывая требуе-мое тепловое воздействие на полимерную связку шлифовального инструмента возмож-но, за счет изменения значения модуля упругости, получать требуемую величину ше-роховатости обработанной поверхности.

Список литературы: 1. Патент RU № 2153973 C2. Шлифовальный круг / Худо-

бин Л.В., Псигин Ю.В.; заявитель и патентообладатель: Ульяновский государственный технический университет. – опубл. 10.08.2000. 2. Патент на корисну модель UA № 28660 U. Абразивний інструмент / Покладій Г.Г., Філоненко С.Ф., Кобичев О.С., Чер-нишев О.І., Самойленко О.І. – опубл. 25.12.2007. 3. Патент RU № 2211754 C1. Способ комбинированного шлифования / Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Поляков А.И., Фо-мин Д.С., Бородин В.В., Кобзев Д.Л.; .; заявитель и патентообладатель: Орловский гос-ударственный технический университет. – опубл. 10.08.2003. 4. Щеголев В. А. Эла-стичные абразивные и алмазные инструменты (теория, конструкции, применение) / В. . Щеголев, М.Е. Уланова - Л. : Машиностроение (Ленинград. отд-ние), 1977. – 179 с. 5. Влияние характеристик эластичного шлифовального инструмента на перемещение алмазных зерен в матрице / А.В. Байков, А.Н. Михайлов, Р.М. Грубка, К.А. Билищук // Материалы двенадцатого международного научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 2-х томах. - Донецьк : ДонНТУ, 2011. - Т. 2. - С. 141–143. 6. Рабинович Э. С. Оценка твердости (относитель-ной деформации) вулканизатов каучуковых связок алмазного инструмента при повы-шенных температурах / Э.С. Рабинович, Л.Ф. Макарова, И.А. Щиголева // Сверхтвер-

0 5 10 150

5 103

0.01

0.015

0 5 10 150

5 103

0.01

0.015

Рис. 2. Характер распределения вершин зерен в контакте с обрабатываемым мате-

риалом: a) Ω=20 мкм/Н; b) Ω=5 мкм/Н

a) b)

f(x) f(x)

h, мкм h, мкм


168

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

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ АШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

168

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ ФИНАНСОВОЙ

БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ

Бибик Ю.В. Манеров Г.Н. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк)

Постановка проблемы. Эффективное обеспечение финансовой безопасности

предприятий на современном этапе развития экономики невозможно без системного

подхода к нему. Поэтому актуальным является решение проблем совершенствования

механизма управления финансовой безопасностью предприятий в условиях рыночной

экономики.

Цель статьи состоит в разработке основных направлений совершенствования ме-

ханизма управления финансовой безопасностью предприятия.

В современной экономике существует ряд научных работ, посвященных управле-

нию финансовой безопасностью. Так, Загорельская Т. Ю. считает, что управление фи-

нансовой безопасностью предприятия является одновременно и процессом, в ходе ко-

торого реализуются соответствующие функции, и системой, которая через организаци-

онную систему осуществляет эти функции [1]. Кузенко Т. Б. под управлением финан-

совой безопасностью понимает систему принципов и методов разработки и реализации

управленческих решений, связанных с обеспечением защиты финансовых интересов

предприятия от внешних и внутренних угроз по различным направлениям деятельности

предприятия [2]. Кириченко О. А. предполагает, что управление финансовой безопас-

ностью – совокупность отношений, реализованных с помощью организационной струк-

туры и функций управления, нормативно-правового и организационно-экономического

обеспечения, процессов реагирования на угрозы и наличие модели принятия решений в

зависимости от ситуации [3].

Таким образом, основной задачей процесса управления финансовой безопасно-

стью является определение, реагирование или устранение действий угроз, способству-

ющие снижению уровня эффективной деятельности предприятия и нарушению поли-

тики безопасности предприятия.

К угрозам, как правило, относят: неэффективную финансовую политику предпри-

ятия; нехватку финансовых ресурсов предприятия; недостаточный контроль за руко-

водством, оптимизацией активов и пассивов предприятия; высокий уровень конкурен-

ции на рынке; нестабильную ситуацию экономики, вследствие которой можно наблю-

дать обострение всех этих факторов [4].

В таблице 1 приведена взаимосвязь принципов управления финансовой безопас-

ностью с существующими угрозами ее снижения.

Анализ табл. 1 свидетельствует о том, что несоблюдение принципов управления

безопасностью значительно ухудшит финансовое положение предприятия и приведет к

снижению ее уровня. Поэтому совершенствование механизма управления финансовой

безопасностью позволит смягчить или избежать действия данных угроз.

При невыполнении принципов обеспечения финансовой безопасности управление

ею может быть неэффективно и повлечь за собой последствия, связанные с ухудшени-

ем деятельности, снижением уровня платежеспособности, привлекательности предпри-

ятия для инвесторов, ухудшением качества продукции, повышением затрат, уменьше-

нием спроса на продукцию, производимую данным предприятием, снижением финан-

совой независимости предприятия, возникновение финансового кризиса на предприя-

тии [4].

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


169

Таблица 1 – Принципы и угрозы управления финансовой безопасностью на пред-

приятии

Принципы Угроза 1 2

Владение необходимой ин-

формацией

Несоответствие фактически предоставленной инфор-

мации с реальными действиями влечет за собой нега-

тивные последствия. Не предоставление и недосто-

верность информации о состоянии рынка, уровня

конкуренции также снижает финансовую безопас-

ность предприятия Мониторинг за выполнением

плана по управлению финан-

совой безопасности

Несвоевременное осуществление контроля или невы-

полнение его вообще влечет за собой возможность

отклонения от плана, некачественную деятельность

сотрудников, повышение затрат Гибкость. Своевременное

выявление факторов нега-

тивного влияния на финан-

совую безопасность

Возникновение негативных последствий, связанных с

невозможностью оперативно реагировать на внешние

и внутренние угрозы

Необходимость разработки

стратегии обеспечения фи-

нансовой безопасности в ви-

де программы на перспекти-

ву

Спонтанная деятельность может привести к неэффек-

тивному использованию финансовых ресурсов, а в

дальнейшем – их нехватке, или невыполнении зада-

ний в поставленные сроки

Необходимость организаци-

онного и методического

оформления подсистемы фи-

нансовой безопасности

Недостаточная квалификация работников, нежелание

выполнять своих обязанности, чрезмерная загружен-

ность влияет на качество выполнения работы. Соот-

ветствующее распределение финансовых интересов,

обязанностей и ответственности между руководите-

лями, подразделениями и персоналом

Механизм управления финансовой безопасностью предприятия – это система ор-

ганизационных, финансовых и правовых средств воздействия, которые имеют целью

своевременное выявление, предупреждение, нейтрализацию и ликвидацию угроз фи-

нансовой безопасности предприятия [1].

Существующий механизм управления финансовой безопасностью предприятия

состоит из следующих элементов: функции управления, методы управления, финансо-

вые инструменты, критерии оценки, повышение уровня финансовой безопасности (см.

рис. 1).

В условиях рыночной экономики, учитывая финансово-экономический кризис

предприятия, нами предлагается уточнение механизма управления (рис. 2).

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


170

Рисунок 1 – Существующий механизм управления финансовой безопасностью предприятия

Механизм управления финансовой безопасностью предприя-

тия

Функции управления

функции управления финансовой безопасностью

предприятия как управляющей системы

функции управления финансовой безопасностью

предприятия как специализированной системы

менеджмента

административные

экономические

организационные

Финансовые инструменты

платежные инструменты

кредитные инструменты

депозитные инструменты

инструменты страхования

Критерии оценки

Критерии оценки уровня финансовой безопасности предприятия

Критерии оценки эффективности управления финансовой безопасно-

стью предприятия

Принятие решений по повышению уровня финансовой безопасности

Методы управления

социально-психологические

маркетинговые

правовые

математические

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


171

Рисунок 2 – Предлагаемый механизм управления финансовой безопасностью

предприятия

функции управления финансовой без-

опасностью предприятия как специали-

зированной системы менеджмента

функции управления финансовой без-

опасностью предприятия как управляю-

щей системы

Методы управления

административные

экономические

организационные

социально-

психологические

маркетинговые

правовые

математические

Финансовые инструменты

платежные инструменты

кредитные инструменты

депозитные инструменты

инструменты страхования

Ин

форм

аци

он

ное

обес

печ

ени

е

Оценка уровня риска финансовой безопасности

Принятие решений по повышению уровня финансовой безопасно-

сти

Контроль использования финансовых ресурсов

Функции управления

Механизм управления финансовой безопасностью предпри-

ятия

Управленческий персонал

Критерии оценки

Критерии оценки уровня финансовой

безопасности предприятия

Критерии оценки эффективности

управления финансовой безопасно-

стью предприятия

Цели Задачи

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


172

Предлагаемый механизм управления финансовой безопасностью предприятия со-

держит элементы, которые позволяют принять оптимальное решение по повышению

уровня финансовой безопасности предприятия и будут способствовать его эффектив-

ному функционированию. Отличительной чертой предлагаемого механизма является

его завершенность, выраженная наличием более полной информационной базы. На наш

взгляд, управленческий персонал, функции управления, методы управления, финансо-

вые инструменты, информационное обеспечение являются важными в структуре меха-

низма управления финансовой безопасностью предприятия.

Выводы. Таким образом, для гарантии эффективной деятельности любого пред-

приятия, а также его противостояния внешним и внутренним угрозам необходимо в

дальнейшем совершенствовать механизм управления финансовой безопасностью с це-

лью рационализации использования финансовых ресурсов.

Список литературы: 1. Т.Ю. Загорельская Финансовая безопасность предприя-

тия как объект управления / Загорельская Т.Ю. // Научные труды ДонНТУ. – 2006. –

№103-4. – С. 215 – 218. 2. Кузенко Т.Б. Фінансова безпека підприємства: Навч. посіб-

ник. / Т.Б. Кузенко, Л.С. Мартюшева, О.В. Грачов, О.Ю. Литовченко. – Харків: Вид.

ХНЕУ, 2010. – 304 с. 3. Кириченко О. А. Вдосконалення управління фінансовою безпе-

кою підприємств в умовах фінансової кризи // Финансовые рынки и ценные бумаги. –

2009.– №16. – С. 22 – 28. 4. Кузенко Т.Б. Управление финансовой безопасностью пред-

приятия в соответствии с принципами ее обеспечения / Т.Б. Кузенко, К.А. Усенко //

БІЗНЕСІНФОРМ. – 2011. – №2(1). – С. 136 – 138.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


173

ФИНАНСОВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ – ОСНОВА ЕГО

ЭФФЕКТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Бибик Ю.В. Манеров Г.Н. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк)

Постановка проблемы. В современных экономических условиях, предприятия

функционируют в нестабильной внешней среде, порождающей угрозы его эффектив-

ной деятельности и развития.

Актуальность исследования обусловлена обеспечением финансовой безопасно-

сти субъектов хозяйствования в нестабильной внешней среде рыночной экономики.

Целью статьи является раскрытие основных характеристик финансовой безопас-

ности предприятия как подсистемы экономической безопасности.

Экономическая безопасность – это состояние защищенности предприятия путем

нейтрализации всевозможных внешних и внутренних угроз, которое позволяет ему ста-

бильно функционировать и эффективно развиваться [1]. Одной из главных составляю-

щих экономической безопасности предприятия является финансовая безопасность. Так

Горячева К.С. считает, что финансовая безопасность – это такое финансовое состояние,

характеризующееся, во-первых, сбалансированностью финансовых инструментов, во-

вторых, стойкостью к внешним и внутренним угрозам, в-третьих, способностью фи-

нансовой системы предприятия обеспечить реализацию его финансовых интересов, це-

лей и задач достаточным объемом финансовых ресурсов, в-четвертых, обеспечивать

развитие всей финансовой системы [2]. Реверчук Н.И.говорит о том, что финансовая

безопасность предприятия – это защита от возможных финансовых убытков и преду-

преждение банкротства предприятия, достижение наиболее эффективного использова-

ния корпоративных ресурсов. По нашему мнению такое определение является наиболее

приемлемым, т.к. в рыночных условиях хозяйствования финансы являются двигателем

любой экономической системы [3]. Мунтиян В.И. рассматривает финансовую безопас-

ность предприятия как состояние наиболее эффективного использования корпоратив-

ных ресурсов предприятия, выраженное в значениях финансовых показателей при-

быльности и рентабельности, качества управления, использования основных и оборот-

ных средств предприятия, структуры его капитала [4]. А. Кириченко, Ю. Ким опреде-

ляют финансовую безопасность предприятия как финансовое состояние, способное

обеспечить предприятию эффективное развитие его деятельности [5].

Исходя из вышесказанного, нами предлагается уточнение понятия финансовой

безопасности, сущность которого заключается в следующем:

- защите от возможных финансовых убытков;

- предупреждении банкротства;

- обеспечении достаточной финансовой независимости;

- достижении наиболее эффективного использования корпоративных ресурсов.

Рассматривая факторную характеристику финансовой безопасности предприя-

тия, необходимо уделить особое внимание следующим моментам:

- объектом финансовой безопасности предприятия является финансовая дея-

тельность предприятия, безопасность которой необходимо обеспечить;

- субъекты финансовой безопасности представлены руководством предприятия и

его персоналом независимо от занимаемых должностей и выполняемых работ;

- предмет финансовой безопасности предприятия – деятельность субъектов фи-

нансовой безопасности (реализация принципов, функций, конкретных мер по обеспе-

чению финансовой безопасности), которая направлена на соответствующие;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


174

- основная цель обеспечения финансовой безопасности заключается в непрерыв-

ном и постоянном поддержании такого состояния финансовой деятельности предприя-

тия, характеризующегося сбалансированностью и качеством всех финансовых инстру-

ментов, технологий и финансовых услуг, устойчивостью к воздействию внутренних и

внешних угроз [6Главные функциональные цели финансовой безопасности следующие:

обеспечение высоких финансовых результатов деятельности предприятия; обеспечение

и поддержка финансовой устойчивости и независимости предприятия; обеспечение

технологической независимости и технического потенциала предприятия; достижения

высокой конкурентоспособности; обеспечение эффективности финансового менедж-

мента; обеспечение высокой ликвидности активов предприятия [1

Для обеспечения финансовой безопасности предприятия необходимо осуще-

ствить защищенность его финансовых ресурсов от внешних и внутренних угроз. Таким

образом, всестороннее изучение угроз, их видов и классификации, приобретают весо-

мое значение в исследовании сущности финансовой безопасности предприятия.

Угроза финансовой безопасности предприятия – это имеющийся или потенци-

ально возможный фактор, который создает опасность для реализации финансовых ин-

тересов предприятия и не дает возможность эффективно использовать корпоративные

ресурсы.

На рисунке 1 изображена классификация угроз финансовой безопасности пред-

приятия.

Рисунок 1 – Классификация угроз финансовой безопасности предприятия

Из рисунка 1 следует, что вышеприведенные угрозы крайне отрицательно ска-

зываются на финансовой безопасности предприятия. По нашему мнению глобальные

потери предприятие понесет при осуществлении следующих угроз: экономический

кризис, выкуп долгов предприятия недоброжелательными партнерами, кадровая со-

Классификация угроз финансовой безопасности предприятия

Факторы внешней среды Факторы внутренней среды

- развитие рынка капиталов;

- открытость внутреннего рынка;

- характер финансово-кредитной

политики;

- социально-экономическая и по-

литическая стабильность;

- выкуп долгов предприятия

недоброжелательными партнера-

ми;

- недобросовестность контр-

агентов;

- экономический кризис

- кадровая составляющая эконо-

мической безопасности;

- информационная составляю-

щая экономической безопасности;

- ресурсная составляющая эконо-

мической безопасности;

- дефицит оборотного капитала;

- умышленные или случайные

ошибки в управление финансами

предприятия;

- недостача финансовых ресурсов;

- наличие значительных финансо-

вых обязательств

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


175

ставляющая экономической безопасности. Для минимизации вероятности реализации

данных угроз необходимо разработать концепцию финансовой безопасности.

Концепция финансовой безопасности – это определенная совокупность взглядов

на обеспечение финансовой безопасности, которая предусматривает комплексное опре-

деление угроз и системное понимание путей их устранения. Концепция должна вклю-

чать пути выявления и устранения угроз, принципы, которые необходимо при этом ис-

пользовать, совокупность прогнозируемых ситуаций с состоянием финансовой без-

опасности, инструменты и технологии, необходимые для этого, а также алгоритм обес-

печения финансовой безопасности.

Выводы. Таким образом, главной составляющей экономической безопасности

предприятия является финансовая безопасность. Обеспечение эффективного развития

предприятия предполагает разработку концепции финансовой безопасности, которая

предусматривает комплексное определение угроз и системное понимание путей их

устранения.

Список литературы: 1. Васькова Ю.І. Фінансова безпека підприємства –

провідна складова економічної безпеки та засіб попередження кризи підприємств /

Ю.І. Васькова // Наука й економіка. – 2014. – №1(33). – С. 230 – 234. 2. Горячева К.С.

Механізм управління фінансовою безпекою підприємства: автореф. дис. на здобуття

наук. ступеня канд. екон. наук: спец. 08.06.01 «Економіка, організація і у правління

підприємствами» / К.С. Горячева. – Київ, 2006. – 16 с. 3. Реверчук Н.Й. Управління

економічною безпекою підприємницьких структур: монографія / Реверчук Н.Й. −

Львів: ЛБІ НБУ, 2004. −195 с. 4. Мунтіян В. І. Економічна безпека України : моно-

графія / В. І. Мунтіян. – К. : КВІЦ, 1999. – 464 с. 5. Кириченко О.А., Кім Ю.Г. Вплив

інфляційних процесів на фінансову безпеку підприємства / О.А.Кириченко, Ю.Г.Кім //

Фондовый рынок. – 2009. – №13. – С. 34-40. 6. Є.П. Картузов Визначення фінансової

безпеки підприємства: поняття, зміст, значення і функціональні аспекти / Картузов Є.П

// Актуальні проблеми економіки. – 2012. – №8(134). – С. 172 – 181.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


176

ФИНАНСОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ – ОСНОВЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

СТАБИЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ

Бедим Л.В. Манеров Г.Н. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк)

Современные условия развития региональной экономики требуют кардинально

изменить стратегический подход к оценке финансовой устойчивости предприятия.

Обобщая методологические и методические принципы определения финансовой

устойчивости, в современной научной литературе, концептуально экономическую

сущность категории финансовой устойчивости предприятия можно определить как

аналитическую интерпретацию общей характеристики финансового состояния пред-

приятия, степени зависимости предприятия от привлеченных источников финансиро-

вания, и своевременных расчетов по своим обязательствам.

Финансовая устойчивость предприятия является предпосылкой его экономиче-

ского развития. В связи с обострением финансовых проблем на многих предприятиях

региона значительное внимание должно уделяться мониторингу финансовой устойчи-

вости, предусматривающему обеспечение механизма постоянного наблюдения за ее

уровнем в условиях финансово-экономического кризисного.

Целью системы мониторинга финансовой устойчивости является своевременная

аналитикасостояния и причин снижения ее уровня, связанных с ухудшением финансо-

вого состояния предприятия, а также разработка и прогнозирование мероприятий по

корректировке направлений его финансово-хозяйственной деятельности.

Для проведения мониторинга необходимо сформировать группу показателей, да-

ющих в совокупности комплексную характеристику состояния и перспектив стабиль-

ности и развития предприятия.

Стабильность финансового состояния предприятия в рамках региональной эконо-

мики обусловлена в значительной степени его деловой активностью, зависит от широ-

ты рынков сбыта продукции, его деловой репутации (имиджа), степени выполнения

плана по основным показателям хозяйственной деятельности, уровня эффективности

использования ресурсов (капитала) и стабильности экономического роста. Наиболее

информативные аналитические выводы формируются в результате сопоставления тем-

пов их изменения.

Экономическая стабильность предприятий региона - это повышение эффективно-

сти производства, снижение себестоимости продукции, эффективное использование

потенциала, имеющихся в распоряжении предприятия, поддержание финансовой

устойчивости.

Финансовые методы представляют собой совокупность способов, с помощью ко-

торых предприятие формирует и расходует денежные фонды, управляет денежными

потоками. Финансовые рычаги представляют собой финансовые средства (инструмен-

ты), применяемые в финансовых методах для выполнения функций финансового меха-

низма промышленного предприятия и решения определенных финансовых задач. В

первую очередь для увеличения дохода и снижения риска, также к финансовым ин-

струментам относятся: первичные финансовые инструменты (договор займа, кредит-

ный договор, договор банковского счета, договор банковского вклада, договор финан-

совой аренды, договоры поручительства и банковской гарантии).

Согласно общетеоретическому подходу, инструмент - это то, с помощью чего

осуществляется воздействие на объект, в данном исследовании под объектом понима-

ется деятельность промышленного предприятия, т.е. конкретные способы воздействия,

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


177

анализа, стимулирования деятельности, то есть инструменты реализации функций ме-

ханизма управления.

Под финансовыми инструментами понимается совокупность финансовых рычагов

и собственно финансовых инструментов, с помощью которых происходит целенаправ-

ленное воздействие на деятельность промышленного предприятия.

Сущность и содержание механизма управления финансовой устойчивостью пред-

приятия раскрывается в его функциях, обеспечивающих достижение цели и выполне-

ние комплекса задач данного механизма. Проанализировав труды ученых, посвящен-

ные исследованию экономических и финансовых механизмов предприятия, можно вы-

делить следующие основные функции механизма управления финансовой устойчиво-

стью промышленного предприятия: регулирующая, перераспределительная, аккумуля-

ционная, воспроизводящая и контрольная.

Эти функции определяются целью, хозяйственной деятельности и объектом, по-

этому функции аккумуляции и перераспределения финансовых ресурсов являются

функциями, определяемыми сущность механизма финансирования, а функции регули-

рования (управления) и контроля - функциями, относящимся к механизму распределе-

ния, способствующему эффективному достижению общей цели механизма управления

финансовой устойчивостью предприятия.

Аккумуляционная и перераспределительная функции заключаются в том, что ме-

ханизм управления финансовой устойчивостью промышленного предприятия способ-

ствует рациональному привлечению распределения и использования финансовых ре-

сурсов по инвестиционным проектам, которые в рамках инвестиционного портфеля

обеспечивают оптимальный прирост стоимости предприятия, учитывая стратегическую

оценку финансовой устойчивости предприятия. Функции привлечения и распределения

финансовых ресурсов отражают процесс финансирования, а размещение финансовых

ресурсов - процесс инвестирования.

Формирование финансовых активов осуществляется посредством привлечения

денежных средств за счет собственных доходов, накоплений и капитала, а также раз-

личного вида поступлений. При этом эффективность привлечения финансовых активов

зависит от операционной оценки финансовой устойчивости предприятия.

Обеспечить экономическую стабильность предприятие имеет возможность за счет

прибыли, направляемой на расширение производства (реинвестирование), амортиза-

ции, от продажи готовой продукции, сверхурочных запасов товарно-материальных

ценностей, инкассации дебиторской задолженности, привлечение средств других пред-

приятий и взносов добровольных вкладчиков.

Для оценки влияния факторов, отражающих эффективность деятельности на ве-

личину экономической стабильности предприятия, применяют следующую модель:

Кэ.с. = Р × Ф × Кз × Кс

где Кэ.с – коэффициент экономической стабильности;

Р - рентабельность реализованной продукции;

Ф – фондоотдача;

Кз – коэффициент задолженности;

Кс – коэффициент самофинансирования (финансовой автономии).

Для оценки влияния факторов, отражающих эффективность финансовой деятель-

ности на величину экономической стабильности предприятий можно применять рас-

ширенную модель

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


178

Кэ.с= Пр × Р × Ф × Кс × Кок × Кда. × Км × Кз × Кл × Кбр,

Пр - реинвестированная прибыль;

Кок - коэффициент оборота основного капитала;

Кда - коэффициент деловой активности;

Км - коэффициент маневрирования;

Кл - текущий коэффициент ликвидности;

Кбр - коэффициент быстрого реагирования.

Цель финансовой стабильности предприятий реализуется путем внедрения опера-

тивных, тактических и стратегических механизмов и считается достигнутой, если: до-

стигнуто устранение текущей неплатежеспособности благодаря реализации оператив-

ных мероприятий, то есть сумма планируемого положительного денежного потока по

всем видам хозяйственной деятельности должна превышать сумму запланированного

отрицательного денежного потока.

Таким образом, финансовую устойчивость хозяйствующих субъектов следует

рассматривать как комплексную категорию, отражающую уровень финансового состо-

яния и финансовых результатов предприятия, способность выполнять свои обязатель-

ства и обеспечивать развитие деятельности при сохранении платежеспособности.

Условием жизнеспособности предприятия и основой его стабильности в конку-

рентной среде является ее финансовая устойчивость.

В основе достижения внутренней устойчивости предприятия лежит своевремен-

ное и гибкое управление комплексными факторами его деятельности, то есть главная

роль в системе антикризисного управления должна принадлежать широкому примене-

нию внутренних механизмов финансовой стабильности.

С целью преодоления финансовой неустойчивости предприятий и укрепления

конкурентоспособности целесообразно использовать комплексный подход к совершен-

ствованию управления финансами, основной направленностью которого является в

краткосрочной перспективе - устранение проявлений неплатежеспособности при поте-

ре конкурентных преимуществ; в среднесрочной - устранение причин, генерирующих

неплатежеспособность и адаптация к условиям деятельности в конкурентной среде; в

долгосрочной - обеспечение финансовой устойчивости предприятия к воздействию

внешних факторов конкурентной среды.

Список литературы: 1.Докиенко Л.Д. Управление финансовой устойчивостью предприя-

тий торговли / Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук.

Киев – 2005. 2. Е. В. Мних Экономический анализ: Учебник. - Киев: Центр учебной лите-

ратуры, 2003. - 412 с. 3. Старостенко Г. Г., Мирко Н. В. Финансовый анализ: Учеб. Посо-

бие. - М .: Центр учебной литературы, 2006. - 224 с. 4. Лахтионов Л.А. Финансовый анализ

субъектов хозяйствования: Монография. - М.: КНЭУ, 2001. - 387 с. 5. Ю. С. цал-Цалко

Финансовая отчетность предприятий и ее анализ: Учеб.пособие. - М .: ЦУЛ, 2002. - 360 с.

6. Крамаренко Г. О. Финансовый анализ и планирование. - Киев: Центр учебной литерату-

ры, 2003. - 224 с. 7. Грачев А. Основы финансовой устойчивости предприятия // Финансо-

вый менеджмент. - 2003.-Ст.4. - С. 15-34. 8. Грачев А. В. Финансовая устойчивость пред-

приятия: анализ, оценка и управление: Учебно-практическое пособие / А. В. Грачева. - М .:

Дело и Сервис, 2004. - 192 с.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


179

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ

МЕХАТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Горобец И.А., Голенков Е.А., Голубов Н.В. (ДонНТУ, г. Донецк)

Аннотация. В статье рассмотрена поддержка жизненного цикла изделия мехатрон-

ного оборудования, при помощи CALS-технологий. Проанализирован состав жизненно-

го цикла изделия и общая структура CALS.

Ключевые слова: ЖЦИ, CALS, CAD, САМ, PDM.

1. Введение

Одной из важных отраслей промышленности Донбасса является горно-

металлургический комплекс. В настоящее время в качестве машин и механизмов про-

мышленности используются сложные мехатронные изделия, состоящие из механиче-

ской, электронной частей и привода. Наиболее тяжелонагруженными мехатронными

изделиями, срок межремонтного сервиса которого достигает до 3 месяцев, является

горно-шахтное оборудование. Учитывая высокую стоимость мехатронных изделий и

трудности нынешнего экономического положения региона, представляется актуальным

и экономически целесообразным решение вопроса текущих и капитальных ремонтов

изделий горного шахтного сектора.

2. Основное содержание и результаты работы Рассмотрим жизненный цикл изделия (далее ЖЦИ), как совокупность этапов,

через которые проходит изделие за время своего существования, рис.1. К ЖЦИ отно-

сятся: маркетинговые исследования, составление технического задания, проектирова-

ние, технологическая подготовка производства, изготовление, поставка, эксплуатация,

ремонт и утилизация объекта [1].

Для обеспечения согласованной работы всех предприятий, участвующих в про-

ектировании, производстве, реализации и эксплуатации сложной техники, в настоящее

время используется информационная поддержка этапов ЖЦИ, основанная на CALS-

технологиях. Под аббревиатурой CALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support)

понимают непрерывное интегрированное информационное обеспечение участников

жизненного цикла изделия данными об изделиях, связанными с ними процессами и

средой преимущественно в электронном виде.

Прежде всего, CALS — бизнес-стратегия интеграции информационных процес-

сов между участниками жизненного цикла изделия (заказчиков, разработчиков, произ-

водителей, поставщиков, эксплуатационных, обслуживающих и ремонтных предприя-

тий, предприятий по утилизации) с целью обеспечить их необходимыми для бизнеса

данными об изделии и связанными с ним процессами и средой [1, 2].

Во многих экономически развитых странах мира CALS рассматривается как

стратегия выживания в рыночной среде, позволяющая:

- расширить области деятельности предприятий (рынков сбыта) за счет коопера-

ции с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизацией представления ин-

формации на разных стадиях и этапах жизненного цикла;

- повысить эффективность бизнес-процессов, выполняемых в течение жизненного

цикла продукта, за счет информационной интеграции и сокращения затрат на бумаж-

ный документооборот;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


180

Рис.1 – Состав ЖЦИ

- обеспечить заданное качество продукции путем электронного документирования

всех выполняемых процессов и процедур;

- повысить «прозрачность» и управляемость бизнес-процессов за счет лучшей

сбалансированности звеньев;

- повысить конкурентоспособность изделий и услуг;

- сократить затраты времени;

- снизить общую стоимость жизненного цикла;

- снизить затраты на поддержку эксплуатации;

- получать точную информацию в точное время;

- улучшить взаимодействия потребителя с поставщиком;

- снизить объемы незавершенного производства;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


181

- принимать лучшие решения;

- повысить квалификацию персонала.

В контексте современного ведения успешного бизнеса назначением CALS-

технологий является представление необходимой информации в нужное время, в нуж-

ном виде, в конкретном месте любому пользователю на всех этапах жизненного цикла

изделия.

Суть бизнес-концепции CALS состоит в применении принципов и технологий

информационной поддержки на всех стадиях ЖЦ продукции, основанного на использо-

вании ИИС, обеспечивающей единообразные способы управления процессами и взаи-

модействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков (произ-

водителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. В ИИС информа-

ция создается, преобразуется, хранится и передается от одного участника ЖЦ к друго-

му при помощи прикладных программных средств, к которым относятся системы CAD

/ CAE /CAM, PDM, MRP/ERP, SCM и др., рис.2. Здесь ЖЦ изделия представлен в виде

линейки от маркетинговых исследований и до утилизации объекта.

Поскольку реализация CALS-технологий подразумевает использование ИТ,

включающие компьютерное оборудование и программные средства, то все программ-

ные продукты, используемые в CALS-технологиях, можно разделить на две группы:

1. Программные продукты, используемые для создания и преобразования инфор-

мации об изделиях, производственной среде и производственных процессах,

применение которых не зависит от реализации CALS-технологий;

2. Программные продукты, применение которых непосредственно связано с CALS-

технологиями и требованиями соответствующих стандартов.

К первой группе относятся программные продукты, традиционно применяемые

на предприятиях различных отраслей промышленности и предназначенные для

автоматизации различных информационных и производственных процессов и

процедур. К этой группе принадлежат следующие программные средства и си-

стемы [2, 3, 4]:

• подготовки текстовой и табличной документации различного назначения

(текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д. - офисные системы);

• автоматизации инженерных расчетов и эскизного проектирования (САЕ-

системы);

• автоматизации проектирования и изготовления рабочей конструкторской

(проектной) документации (CAD-системы);

• автоматизации технологической подготовки производства (САМ-

системы);

• автоматизации планирования производства и управления процессами из-

готовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т.

д. (системы MRP/ERP);

• идентификации и аутентификации информации (средства ЭЦП).

Ко второй группе принадлежат программные средства и системы:

• управления данными об изделии и его конфигурации (системы PDM -

Product Data Management);

• управления проектами (Project Management);

• управления потоками заданий при создании и изменении технической до-

кументации (системы WF - Work Flow);

• обеспечения информационной поддержки изделий на постпроизвод-

ственных стадиях ЖЦ;

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


182

• функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнес-

процессов.

Рис. 2. Структура CALS и корреляция этапов жизненного цикла изделий


Таким образом, в контексте ЖЦИ, основными задачами CALS-систем:

- структурирование и моделирование данных об изделиях и процессах;

- обеспечение эффективного управления и обмена данными между всеми

участниками жизненного цикла изделия или процесса;

- создание и сопровождение документации, необходимой для поддержки всех

этапов жизненного цикла изделий, в том числе и для осуществления ремонта ме-

хатронного изделия, с учетом всей истории создания объекта и технологии его изготов-

ления.

Эффективность управления данными подразумевает прежде всего представле-

ние информации в форме, обеспечивающей легкость ее восприятия и однозначное ее

понимание всеми участниками жизненного цикла изделий. Это требование распростра-

няется на любую документацию, используемую в разных процедурах этапов жизненно-

го цикла.

Список литературы: 1. Информационно-вычислительные системы в

машиностроении CALS – технологии/ Ю.М.Соломенцев, В.Г.Митрофанов, В.В.Павлов,

А.В.Рыбаков – М.: Наука, 2003, 293 с. 2. Горобец И.А., Грищенко И.Н. Классификация и

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


183

критерии выбора автоматизированных систем технической подготовки производства -

Материалы пятнадцатой научно-практической конференции «Практика и перспективы

развития партнерства в сфере высшей школы». В 3-х кн.. - Таганрог. Изд-во ЮФУ.

Кн.3 2014 №14–с.47-53. 3. Григоров А.В., Горобец И.А., Лысенко О.Н., Голубов Н.В.

Интеграция информационной среды и управление проектными данными

предприятий - Материалы тринадцатого научно-практического семинара «Практика и

перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 3-х кн.. - Таганрог. Узд-

во ТТИ ЮФУ. Кн.3 2012 №12 –с.72-80. 4. Григоров А.В., Савченко Д.Н., Бороздов

А.В., Горобец И.А., Лысенко О.Н. Использование платформы программных средств

АСКОН для автоматизации технической подготовки производства /Современные

проблемы техносферы и подготовки инженерных кадров // Сборник трудов 3

международного научно-методического семинара в г.Табарка с 06 по 15 октября. -

Донецк: ДонНТУ, 2011. С.100 – 105.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


184


УСТОЙЧИВОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ

ЭКОНОМИКИ

Манеров Г.Н., Бедим Л.В. ( каф. ФИБ, ДонНТУ, Донецк)

Постановка проблемы. В современных условиях хозяйствования, особенно в

условиях финансового кризиса и социально-политической нестабильности перед пред-

приятиями стоит сложная задача обеспечения их устойчивого и эффективного функци-

онирования. Однако не только влияние факторов внешней среды негативно влияет на

деятельность предприятий, но и отсутствие эффективного механизма управления фи-

нансовой устойчивостью предприятий, который мог бы противостоять постоянным из-

менениям в условиях хозяйствования. Определение основных составляющих механиз-

ма обеспечения финансовой устойчивости предприятия относится к числу наиболее

важных и актуальных на сегодняшний день проблем, поскольку недостаточность фи-

нансовой устойчивости может привести к неплатежеспособности предприятия, разру-

шению стратегического потенциала и угрозы его финансовой безопасности.

Условием устойчивого развития предприятия в целом является его эффективная

хозяйственная деятельность, направленная на обеспечение собственного выживания,

стабильности, развития и приближения к намеченным целям. Таким образом, одним из

основных факторов устойчивого развития предприятия должен стать механизм, кото-

рый бы отслеживал выполнение поставленных задач в долгосрочной перспективе.

Анализ исследований и публикаций. Совершенствование механизма управления

финансовой устойчивостью предприятия отражены в работах отечественных и зару-

бежных ученых, среди которых следует выделить следующих авторов: В. С. Бугай, С.

С. Гринкевич, И. А. Мазуркевич, А. Г. Сокол, О. А. Шенаев и другие.

Целью данной статьи является обоснование теоретических основ и направлений

оптимизации механизма управления финансовой устойчивостью предприятия.

Изложение основного материала. Финансовая устойчивость предприятия явля-

ется качественной характеристикой его финансового состояния и характеризуется, как

способность предприятия эффективно функционировать и развиваться, обеспечивая

при этом его платежеспособность и ликвидность.

Управление финансовой устойчивостью с применением финансового механизма

может достичь необходимого результата только при сочетании целесообразно направ-

ленного взаимовлияния всех его элементов. Для этого он должен отвечать следующим

требованиям: настрой каждого элемента финансового механизма на его эффективное

выполнение; слаженности действий всех элементов финансового механизма, который

обеспечивает интересы субъектов финансовых отношений; обратная связь элементов

финансового механизма вертикальных и горизонтальных уровней; своевременность ре-

акции элементов финансового механизма высшего уровня на изменения, которые про-

исходят под влиянием элементов низшего уровня. [1]:

Механизм управления финансовой устойчивостью предприятия является частью

общей системы управления предприятием, от которой зависит конечный результат дея-

тельности хозяйствующего субъекта.

Процесс формирования механизма управления финансовой устойчивостью

предприятия необходимо начать с характеристики его составляющих, а также опреде-

ления последовательности определенных этапов. Поскольку механизм строится на ос-

нове системного подхода, то правомерным будет выделение таких его составляющих,

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


185

как объекты и субъекты. Итак, первый этап процесса формирования должен включать в

себя определение объектов управления; субъектов, которые осуществляли конкретные

действия; а также целей, которые преследуют данные субъекты. В нашем случае объек-

тами могут быть деятельность предприятия или его отдельного подразделения, опреде-

ленный производственный процесс, финансовая деятельность, прибыль, финансовые

ресурсы и др.

Субъектами могут выступать руководители высшего звена, финансовые мене-

джеры, финансовые службы и отделы, аналитики по финансовой безопасности и др.

Целью является сохранение, обеспечение или достижения определенного уровня фи-

нансовой устойчивости предприятия, при котором предприятие получало бы прибыль,

было платежеспособным и рентабельным.

Целесообразно отметить, что в системе управления финансовой устойчивостью

важную роль играет определение главной цели, ведь именно она определяет концеп-

цию развития предприятия, основные направления его деловой активности и служит

ориентиром в среде рыночных преобразований [3].

На втором этапе необходимо оценить текущее состояние и уровень финансовой

устойчивости, а также выявить и провести анализ факторов, влияющих на объект и на

выполнение поставленных задач и целей. Оценка текущего состояния и финансовой

устойчивости предприятия осуществляется на основе различных методов финансового

анализа (так например, расчет показателей и коэффициентов финансовой устойчивости

и сравнение их с базовыми или нормативными значениями и др.).

Следующим шагом в формировании механизма управления является определе-

ние методов воздействия на указанные ранее факторы. Характерным для этого этапа

является применение инструментария управления финансовой устойчивостью, выбор

которого зависит от возможностей предприятия, вида его деятельности, финансового

состояния, уровня организации контроля и управления на предприятии. Инструмента-

рий управления финансовой устойчивостью предприятия представляет собой совокуп-

ность средств, методов, рычагов, способов осуществления управленческого влияния.

Следующий этап включает разработку стратегии управления финансовой устой-

чивостью предприятия, т.е. определение целей, стратегических направлений и перспек-

тив развития предприятия. На этом этапе необходимо согласовать цели разработанной

стратегии общей стратегией предприятия.

Из многочисленных рисков, сопровождающих деятельность предприятия, выде-

ляют риск снижения финансовой устойчивости. Эта проблема широко освещается в

трудах В. И. Плис [5]. Этот риск обусловлено неэффективной структурой капитала (вы-

соким коэффициентом соотношения заемных и собственных средств). Управление

риском снижения финансовой устойчивости составляющей общей стратегии управле-

ния устойчивостью финансового состояния предприятия. Она заключается в разработке

системы мер по проявления и предупреждения негативных последствий риска с целью

ликвидации убытков, связанных с ним.

Для оценки риска снижения финансовой устойчивости используют расчетно-

аналитические методы оценки, которые дают количественное представление об этом

риске [6].

Следующий этап включает разработку стратегии управления финансовой устой-

чивостью предприятия, т.е. определение целей, стратегических направлений и перспек-

тив развития предприятия. На этом этапе необходимо согласовать цели разработанной

стратегии общей стратегией предприятия.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


186

Предпоследним этапом разработки является реализация стратегии. Для ее реали-

зации руководителям необходимо иметь набор методик и моделей, на основе которых

принимать наиболее целесообразные решения. Успех реализации разработанной стра-

тегии предприятия зависит в определенной степени от действующей системы контроля

[4].

Рис. 1. Механизм управления финансовой устойчивостью предприятия

Механизм управления финансовой устойчивостью предприятия

Цель, задачи и функции управления финансовой устойчивостью


Элементы

обеспечения

Выбор инстру-ментов управ-

ления финансо-вой устойчиво-

стью

Информацион-но-

аналитическое обеспечение

Нормативно-

правовоеобес-

печение

Программно-

техническоео-

беспечение

Кадровое обес-

печение

Политика управления объ-емами деятель-

ности

Политика управ-лення активами

Политика управ-лення капиталом

Политика управления де-нежными пото-

ками

Стратегия управления фи-

нансовой устойчивостью

Методы управ-ления финансо-вой устойчивос-

тью

Выявление

риска

Измерение

риска Контроль

риска

Мониторинг

риска

Планирование и прогнозирование результатов управления финансо-

вой устойчивостью предприятия

Разработка рекомендаций по повышению эффективности управления

финансовой устойчивостью предприятия

Управление

риском

Анализ управ-

ления предпри-

ятием

Оценка эффективности управления финансовой устойчивостью


Регули-рование

риска

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.


187

Общим для каждого этапа разработки механизма управления финансовой устой-

чивостью является использование инструментов управления финансовой устойчиво-

стью предприятия. Следовательно, финансовая устойчивость является качественной

характеристикой финансового состояния предприятия и безусловно является одной из

основных финансовых составляющих финансовой безопасности, поэтому есть необхо-

димость дальнейшего совершенствования механизма управления финансовой устойчи-

востью как части общей стратегии управления предприятием. Следовательно, схема

механизма управления финансовой устойчивостью предприятия может иметь вид, ко-

торая приведена на рис.1.

Выводы. Одной из задач на сегодня является обеспечение относительного фи-

нансового равновесия предприятия в процессе его развития. Такое равновесие характе-

ризуется высоким уровнем финансовой устойчивости и платежеспособности предприя-

тия, которое обеспечивается созданием рациональной структуры имущества и капита-

ла, эффективными пропорциями в объемах формирования финансовых ресурсов за счет

различных источников, достаточным уровнем самофинансирования инвестиционных

потребностей. Формирование механизма управления финансовой устойчивостью поз-

волит руководителям использовать его для обеспечения стабильного функционирова-

ния и прогнозирования развития предприятия в будущем.

Таким образом, при условии реализации механизма управления финансовой

устойчивостью предприятия станет возможным достижение долгосрочных целей, как

самого предприятия, так и государства, а также стабилизация национальной экономики

и повышения уровня конкурентоспособности национальной экономики на мировом

рынке.

Список литературы: 1. Артус М. М. Финансовый механизм в условиях рыноч-

ной экономики / М. М. Артус // Финансы Украины. - 2005. - № 5. - С. 54-59. 2. Скляр

Г.П. Механизм обеспечения финансовой устойчивости предприятий потребительской

кооперации и его усовершенствования в условиях переходной экономики / Г. П. Скляр,

А. А. Педик / Электронный ресурс. - Режим доступа :http://ukrcoop-journal.com.ua. 3.

ГринкевичС.С. Экономические основы стратегического управления финансовой устой-

чивостью предприятия в условиях рыночных преобразований / С. С. Гринкевич, М. А.

Михалевич // Вестник НЛТУ Украины. - 2008. - Вып. 18.5. - С. 110-114.

4. Донченко Т.В. Теоретические основы формирования механизма управления финан-

совой устойчивостью предприятия / Т. В. Донченко / Вестник Хмельницкого нацио-

нального университета. - 2010. - № 1. - Т. 1. - С. 23-27. 5. Плиса В. И. Управление

риском финансовой устойчивости предприятия / В. И. Плиса // Финансы Украины. -

2001. - № 1. - С. 67-73. 6. Мисак Н. В. Стратегические аспекты достижения финансовой

стойкости предприятия / В. Мисак, А. И. Ященко / Научный вестник. - 2005. - Вып.

15.5. - С. 384-389.

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

188

СОДЕРЖАНИЕ


Криволапов А.И., Михайлов А.Н., Михайлов Д.А.

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С 2-D И 3-D

КОМПОНОВКАМИ…………………………………………………………………. 3

Самоздра С.А., Остапенко М.А.

ПРИБОР, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТОВ ВНУТРЕННЕГО И ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ

ГРАНУЛИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА, КАК ОБЪЕКТА ПЕРЕРАБОТКИ

ЭКСТРУЗИЕЙ……………………………………………………………………… 11

ПРОГРЕССИВНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ И

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Антонов А.Ю.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ СПОРТИВНОГО ЛУКА СВОИМИ РУКАМИ………………. 15

Безщекий П.Н. Феник Л.Н.

ПРОИЗВОДСТВО ШВЕЙНЫХ ИГЛ……………………………………………….. 18

Жовтяник А.В., Ивченко Т.Г.

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

ПО КРИТЕРИЯМ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И СЕБЕСТОИМОСТИ…………. 22

Ивченко Т.Г., Михайлов Д.А, Михайлов А.Н., Толстых С.В.

ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-

ОРИЕНТИРОВАННЫХ СВОЙСТВ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД………… 26

Калайда К. А.

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА РЕЖУЩЕГО

ИНСТРУМЕНТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО

НАГРУЖЕНИЯ………………………………………………………………………. 34

Михайлов Д.А., Криволапов А.И., Михайлов А.Н.

ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК ГТД С ЭРОЗИОННО-

КОРРОЗИОННЫМИ РАЗРУШЕНИЯМИ ВАКУУМНЫХ ИОННО-

ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ……………………………………………………… 39

Лыков А.В., Голубов Н.В., Горобец И.А.

СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ЗА

СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ…. 45

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

189

Лыхманюк Е.О., Ивченко Т.Г.

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

ПРИ ТОНКОМ ТОЧЕНИИ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ……………………………. 50

Махоткин М.В., Гусев В.В.

АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАСТОЛЬНО СВЕРЛИЛЬНО-

ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА НА БАЗЕ КОНТРОЛЕРА ТB6560HQT С

ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ……………………………………………………. 55

Михайлов А.Н., Цыркин А.Т., Петров М.Г., Головятинская О.В.

О ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ В ОБЛАСТИ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ

ПОКРЫТИЙ………………………………………………………………………….. 62

Михайлов Д.А., Михайлова Е.А., Рапацкий Е.В., Михайлов А.Н.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ЛОПАТОККОМПРЕССОРА ГТД…………………………………………………... 71

Николаев А.В., Чернышев Е.А.

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

ПАТРОННОГО ПРОИЗВОДСТВА…………………………………………………. 77

Николаенко В.И.

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ ПОЛОСТЕЙ

МАТРИЦ ПРЕСС-ФОРМ…………………………………………………………… 83

Польченко В.В., Васильев Е.В.

ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

В ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ

АВТОМОБИЛЕЙ…………………………………………………………………….. 87

Рапацкий Е. В., Грубка Р. М.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗУБЬЕВ ВТУЛОК МУФТ С ГЕОМЕТРИЕЙ,

ПРИБЛИЖЕННОЙ К ГРУППОВОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ………………….. 89

Голенков Е.А., Горобец И.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕДУКТОРОВ

МЕХАТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ…………………………………………………………. 96

Щербов И.Л., Джура Г.С.

ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ОТ

ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ……………………………………………………….. 99

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

190

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Олейник И. М., Буленков Е. А.

УМЕНЬШЕНИЕ РЕСУРСОЕМКОСТИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ

ПРОИЗВОДСТВА……………………………………………………………….…… 105

Глушко А. С.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭРЛИФТА………… 110

Дуленко Н.Д., Грудева Л.Н., Шаповалова Н.Н.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИТОКАРНЫХ

ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРОВ…………………………………………………. 113

Сидоров В.А., Ошовская Е.В, Ерошенко А.В.

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ РАБОТОСПОСОБНОГО

СОСТОЯНИЯГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ МНЛЗ………………. 118

Закиров А.А. Феник Л.Н.

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ – ОСОБЕННОСТИ И

ПЕРСПЕКТИВЫ……………………………………………………………………… 123

Лыхманюк Я.В., Коваленко В.И.

О ПРИМЕНЕНИИ МНОГОРЕЗЦОВЫХ СТАНКОВ……………………………… 126

Надточий А. Е.,

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ……………. 129

Рапацкий Е. В., Ищенко А. Л.

СИНТЕЗ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВТУЛОК ЗУБЧАТЫХ МУФТНА БАЗЕ

МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА………………………………………………. 131

Самоздра С.А., Остапенко М.А.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗОНЫ ЗАГРУЗКИ ЭКСТРУДЕРА ДЛЯ

ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ……………………………… 137

Храпач А.В.

ИССЛЕДОВАНИЕ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ВЫГРУЗКИ

ИЗВЕСТИ ИЗ ШАХТНОЙ ОБЖИГОВОЙ ПЕЧ…………………………………… 144

Шабаев О.Е., Бридун И.И., Зинченко П.П.

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОЛОМОК РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА РЕСУРС

ПРИВОДА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО

КОМБАЙНА………………………………………………………………………….. 147

Шароварская М.В., Гусев В.В., Моисеев Д.А.

АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ИЗНОСА СВЯЗКИ АЛМАЗНЫХ

ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ………………………………………………………. 150

ИНЖЕНЕР, № 1(19)-2(20)’2015 г.

191

ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

Васильев Е.В., Лахин А.М.

ПОВЫШЕНИЕ ЭКПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА

ОСНОВЕ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗОН ЗУБЬЕВ.. 155

Гокун В. В.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЧИСТКИ

ПОДЗЕНЫХ ЕМКОСТЕЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ…………………………………... 159

Махоткин Д.В., Полтавец В.В.

СВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИС

РЕГУЛИРУЕМЫМИ ВЕЛИЧИНАМИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ…………………... 161

Шахова И.Ю., Байков А.В.

ПРЕДПОСЫЛКИ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ

ШЛИФОВАНИИ……………………………………………………………………... 165

ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ

ПРОИЗВОДСТВОМ

Бибик Ю.В. Манеров Г.Н.


БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ……………………………………………… 168

Бибик Ю.В. Манеров Г.Н.

ФИНАНСОВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ – ОСНОВА ЕГО

ЭФФЕКТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ……………………………………………….. 173

Бедим Л.В. Манеров Г.Н.

ФИНАНСОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ – ОСНОВЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

СТАБИЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ………………………………………………... 176

Горобец И.А., Голенков Е.А., Голубов Н.В

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ

МЕХАТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ…………………………………………….. 179

Манеров Г.Н., Бедим Л.В.


УСТОЙЧИВОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ

ЭКОНОМИКИ………………………………………………………………………... 184

УВАЖАЕМЫЕ КОЛЛЕГИ

Донецкий национальный технический университет с 2000 года выпускает сту-

денческий научно-технический журнал «Инженер». Этот журнал ориентирован на пуб-

ликацию научных работ студентов, магистрантов, стажеров, молодых специалистов,

делающих первые шаги в научной деятельности. Публикации в журнале позволяют

приобрести опыт написания научных статей, познакомится с научной деятельностью

своих коллег, концепциями развития различных отраслей промышленности. В то же

время ученые кафедр, факультетов, научных организаций могут ознакомиться с науч-

ными направлениями молодых ученых, актуальностью их разработок, научным и

народнохозяйственным значением публикуемых ими материалов.

Содержание рукописей должно отражать современные достижения науки и тех-

ники в исследуемой области, содержать актуальность работы, постановку задачи, по-

лученные результаты, их практическое значение, выводы. Материалы должны пред-

ставлять интерес для широкого круга специалистов.

Языки представления рукописей: русский, украинский, английский, фран-

цузский.

Издание журнала планируется с периодичностью 3 … 4 номера в год по мере

поступления материалов.

ОСНОВНАЯ ТЕМАТИКА ЖУРНАЛА

1. Автоматизация в машиностроении.

2. Прогрессивные, специальные и нетрадиционные технологии.

3. Высокоэффективное технологическое оборудование. Проблемы проектирования.

4. Проблемы повышения качества продукции машиностроения.

5. Организация и управление машиностроительным производством.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Для принятия решения о включении рукописи Вашей статьи в сборник необхо-

димо выслать в адрес редакционной коллегии следующее:

заявку с указанием раздела тематики журнала и сведения об авторах статьи;

рукопись статьи в двух экземплярах (второй экземпляр статьи должен быть подпи-

сан всеми авторами);

CD-диск с записью текста статьи и материалов (дополнительно все материалы

необходимо выслать по E-mail).

ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ СТАТЕЙ

Статья должна содержать следующие обязательные разделы:

аннотация и ключевые слова;

введение (описание проблемы, что сделано другими исследователями, задачи ра-

боты);

основное содержание и результаты работы (изложение основного материала ис-

следований, этапы и методы исследования, полученные результаты);

заключение (анализ полученных результатов, направление дальнейших исследова-

ний).

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ СТАТЕЙ

1. Текст рукописи статьи от 3 до 5 полных страниц на белой бумаге формата А4

(210х297 мм) с полями: верхнее и нижнее - 30 мм, левое и правое - 25 мм. Страницы не

нумеровать (нумерацию можно выполнить карандашом в нижнем правом углу). Руко-

пись статьи оформить с применением редактора WinWord (тип файла *.doc) шрифтом

Times New Roman размером 12, распечатать в двух экземплярах с высоким качеством

печати.

2. Порядок оформления. Материалы должны отвечать следующей структурной схе-

ме: УДК, названии статьи, фамилии и инициалы авторов, сокращенное название груп-

пы обучения студента, кафедры, организации, города, страны; текст статьи, список ли-

тературы (см. образец оформления материалов).

УДК – в левом верхнем углу, не отступая от верхнего поля; следующей строкой -

НАЗВАНИЕ статьи: печатать прописными (полужирными) буквами, без переносов,

центрировать. Через 1 пустую строку строчными буквами – фамилии и инициалы ав-

торов (полужирными), рядом в круглых скобках курсивом, шрифт обычный – название

группы обучения студента сокращенное название кафедры, вуза, города, страны

(строку центрировать). Через 1 пустую строку – Аннотация и ключевые слова: аннота-

ция на языке изложения статьи, объем до пяти строк, ключевые слова – 4…6 слов. Че-

рез 1 пустую строку - материалы статьи (язык изложения – по выбору авторов), меж-

строчный интервал 1.

3. Графический материал (рисунки, графики, схемы) следует выполнять размерами

не менее 60х60 мм внедренными объектами (по ходу материалов). Все позиции, обо-

значенные на рисунке, должны быть объяснены в тексте. Под каждым рисунком ука-

зывается его номер и название, например: Рис. 3. Схема устройства.

4. Формулы и математические знаки должны быть понятны. Формулы должны вы-

полняться в соответствии с редактором формул Microsoft Equation. Формулы нумеру-

ются (справа в круглых скобках, не отступая от правого поля), только в том случае, ес-

ли на них в тексте имеются ссылки. Формулы выполняются курсивом. Стиль формул

для Microsoft Equation: Full - 12 pt, Subscript/Superscript - 10 pt, Sub-

Subscript/Superscript - 8 pt, Symbol - 12 pt, Sub-Symbol - 10 pt.

5. Таблицы должны иметь порядковый номер и название и располагаться после

упоминания в тексте. Таблицы отделяются от основного текста пустой строкой. Номер

и название таблицы располагать на одной строке, например: Таблица 2. Классифика-

ция муфт.

6. Список литературы должен быть приведен в конце статьи, через пустую строку

от основного текста в соответствии с образцом. Перечень ссылок должен быть состав-

лен в порядке упоминания в тексте. Ссылки на литературу заключается в квадратные

скобки.

7. Текст рукописи статьи требуется записать на CD-диск, который нужно подписать

следующим образом: фамилии и инициалы авторов, название статьи. Дополнительно

все материалы необходимо выслать по E-mail.

8. Материалы рукописи представляются без изгибов.

9. Материалы, не отвечающие перечисленным требованиям и тематике журнала, а

также не оплаченные в срок, опубликованы не будут.

Образец оформления материалов:

УДК 621.01(06)

ОСНОВЫ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА СБОРОЧНЫХ СИСТЕМ

(пустая строка)

Иванов И.И., Петров П.П. (гр. ИТМ-14, кафедра ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, ДНР)


Аннотация. В статье приведены данные по структурному синтезу сборочных

……………………

………… уравнений описывающих процесс сборки изделий. (курсив, 6 …8 строк)

Ключевые слова: структура технологии, синтез, процесс, сборка. (курсив, 5 слов)


1. Введение

Во введении необходимо представить литературный обзор современного состо-

яния вопроса исследования, показать актуальность работы, поставить цель и опреде-

лить задачи исследований (0,5 … 1,0 страница).

(пустая строка


Для сборки изделий широко применяются технологические системы [1]

…………………..

………… информационные и другие потоки (рис. 5) могут быть описаны выражением.

[4].



Таким образом, выполненные исследования позволили реализовать следующее:

……………………………….. отличительной особенностью данной методики.


Список литературы: 1. Ким И.П. Исследование эффективности роторных ма-

шин. – К.: КПИ, 1985. – 123 с. 2. Устюгов А.В. Надежность технологических машин. –

Донецк: ДонНТУ, 1998. – 425 с.

АДРЕС РЕДАКЦИОННОЙ КОЛЛЕГИИ:

Редакционная коллегия журнала «Инженер»,. кафедра «Технология машино-

строения», ДонНТУ, ул. Артема, 58, г. Донецк, 83001, ДНР.

Тел. (+38 062) 305-01-04, (+38 062) 301-08-05; факс - (+38 062) 305-01-04;

E-mail: [email protected] или [email protected] http: //http://tm.donntu.org

Председатель редакционной коллегии – А.Н. Михайлов, тел. (+38 062) 305-01-

04.

Зам. председателя – А.В. Байков, тел. (+38 062) 301-08-05.

Ученый секретарь – Л.И. Голубова, тел. (+38 062) 301-08-05.



http://tm.donntu.org/

Научное издание

ИНЖЕНЕР

Студенческий научно-технический журнал

№ 1(19)-2(20)'2015

Технический редактор Л.И. Голубова

Издатель: Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический универси-

тет», ул. Артема, 58., г. Донецк, 83001, тел.: (+38 062) 305-01-04

Documents

Студенческий научно-технический журнал "Инженер"