Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Формирование показателей точности при обработке стеклопластиков 10
1.1. Область применения деталей из стеклопластика в промышленности 10
1.2. Особенности процесса резания стеклопластиков 16
1.3 Анализ причин снижения производительности при механической обработке стеклопластиков 22
1.4. Особенности процесса стружкообразования 29
1.5. Выводы 40
Глава 2. Экспериментальные исследования процессов формирования показателей точности при сверления и растачивания отверстий в деталях из стеклопластика 43
2.1. Цель, задачи и методика экспериментальных исследований 43
2.2. Построение модели «черного ящика» процесса сверления и рассверливания, выбор контролируемых параметров 47
2.3. Описание и состав экспериментальной установки 50
2.4. Построение математических моделей процессов формирования показателей точности отверстий 58
2.5. Влияние режимов резания и конструктвно-геометричеких параметров на вид образуемой стружки 64
2.6. Выводы 68
Глава 3. Синтез новых технологических решений с помощью И-ИЛИ графа 69
3.1. Анализ известных способов, реализующих автоматическую поднастройку режущего инструмента 69
3.2. Обоснование выбора метода синтеза технологических решений 73
3.3. Построение И-ИЛИ-графа конструкций для поднастраивания режущего инструмента 74
3.4. Формирование модели оценки технологических решений 79
3.5. Синтез способов обеспечения заданных показателей шероховатости 81
3.6. Схемные проработки синтезированных структур компенсационного механизма расточного резца 83
3.7. Выводы 85
Глава 4. Методика проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика 86
4.1. Алгоритм автоматизированного проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика 86
4.2. Пример проектирования маршрута обработки партии корпусов геофизических приборов из стеклопластика 95
4.3. Выводы 101
Общие выводы и результаты работы 102
Список литературы 104
- Особенности процесса резания стеклопластиков
- Построение модели «черного ящика» процесса сверления и рассверливания, выбор контролируемых параметров
- Обоснование выбора метода синтеза технологических решений
- Пример проектирования маршрута обработки партии корпусов геофизических приборов из стеклопластика
Введение к работе
Стеклопластик представляет собой слоистый материал, у которого наполнителем служит стекловолокно. Благодаря высоким механическим свойствам, малому удельному весу и высокой теплостойкости стеклопластик является перспективным материалом и широко применяется в различных отраслях машиностроения. При этом к ряду деталей из стеклопластиков таких, как: корпуса летательных аппаратов, магнитопрозрачные кожухи и корпуса геофизических приборов, высоковольтные электроизоляторы, телескопические шахтные стойки и т.д., предъявляются достаточно высокие требования по точности размеров, расположения поверхностей и шероховатости: точность размеров 9-11 квали-тет, шероховатость Ra=l,0...6,3 мкм, отклонение от круглости 0,05-0,20 мм.
Наиболее сложными и трудоемкими операциями изготовления ответственных деталей из стеклопластика является обработка базовых отверстий. Типовой маршрут обработки отверстий может содержать такие операции, как сверление, рассверливание, черновое и чистовое растачивание. Существующие в настоящее время рекомендации и нормативные материалы по выбору оптимального маршрута обработки отверстий в большинстве случаев не учитывают особенностей механической обработки стеклопластиков. К таким особенностям относятся: повышенный износ режущего инструмента; упругое восстановление материала детали, его низкая теплопроводность и склонность к образованию прижогов и растрескиванию. Специфической особенностью обработки стеклопластика является одновременное образование стружки трех типов: элементной, сегментной и сливной. Превалирующий тип стружки оказывает непосредственное влияние на организационно-технические мероприятия по ее удалению и обеспечению санитарных норм безопасности, что также должно учитываться при проектировании маршрута изготовления отверстия. Выполнение этого условия возможно только при оптимизации маршрута механической обработки отверстий в деталях из стеклопластика.
Для разработки нормативных материалов должны быть установлены взаимосвязи между показателями точности, конструктивно-геометрическими параметрами инструмента, режимами обработки и отклонением от круглости и шероховатостью поверхности. Это позволяет проектировать оптимальный маршрут обработки, повысить производительность и снизить себестоимость обработки.
Таким образом, исследования, направленные на формирование оптимального маршрута обработки отверстий в ответственных деталях из стеклопластика с минимальной себестоимостью при заданных показателях точности и производительности, являются актуальными.
Цель работы. Повышение производительности обработки отверстий в деталях из стеклопластика за счет оптимизации процесса формирования показателей точности и шероховатости поверхностей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Установить зависимости параметров точности формы и шероховатости поверхности от режимов обработки отверстий при растачивании и сверлении (рассверливании).
Установить зависимости погрешности обработки (упругих отжатий) от режимов обработки и типов сменных многогранных пластин при растачивании деталей из стеклопластика.
Исследовать влияние технологических параметров на тип образующейся стружки, определить специфику процесса стружкообразования на проектировании технологического процесса для операций растачивания и сверления стеклопластика.
Разработать методику проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика при заданной производительности и себестоимости.
5. Внедрить в производство результаты исследования.
Результаты проведенного исследования заключается в следующем:
Получены математические модели для расчета погрешности обработки (величина упругих отжатий) в деталях из стеклопластика в зависимости от режимов резания и типа многогранной неперетачиваемой пластины при растачивании.
Установлены зависимости точности размера, формы (отклонения от крутости) и шероховатости обработанного отверстия в деталях из стеклопластика от режимов резания при растачивании и сверлении (рассверливании).
Выявлено влияние технологических параметров (v, S, t) на тип образующейся стружки, учтена специфика процесса стружкообразования при проектировании технологического процесса для операций растачивания и сверления стеклопластика.
4. Предложено методическое, информационное (свидетельства Роспатента о
регистрации баз данных №2007620219, №2007620118, №200720122,
№2007620162, №2007620057) и программное обеспечение для выбора опти
мального маршрута и проектирования операций обработки отверстий в дета
лях из стеклопластика с учетом заданной производительности и себестоимо
сти обработки.
Рекомендации для выбора технологических параметров операций сверления, растачивания, обеспечивающие получения заданного типа стружки с учетом условий реализации операций (типа производства, нормы безопасности жизнедеятельности).
Методика исследования процесса формирования показателей точности и автоматизированный стенд сбора и обработки технологической информации, позволяющий исследовать процесс формирования показателей качества обработки отверстий в деталях из стеклопластика.
Конструкции режущего инструмента и устройства для его подналадки (патент на изобретение №2307017 от 27.09.2007г. и №2325974 от 10.06.2008г), позволяющие в процессе резания компенсировать возникающие погрешности обработки отверстий.
8. Предложена методика проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика, позволяющая решить многовариантную задачу, имеющую множество ограничений, связанных с особенностями обработки стеклопластика и обеспечить достижение требуемого качества поверхностей, а также снизить влияние вредных производственных факторов на человека и окружающую среду, за счет оптимизации процесса формирования показателей точности и шероховатости поверхностей. Методика рекомендована к внедрению на предприятиях: ООО «Проектный центр БиКЗ», (г.Бийск), ОАО «АЛТАИГЕОМАШ» (г.Барнаул), ожидаемый экономический эффект составляет 395000 рублей в год.
Основные положения и результаты исследований докладывались на совместных научных семинарах кафедр «Менеджмент технологий», «Общая технология машиностроения» и «Технология автоматизированных производств» (АлтГТУ, Барнаул) в 2004-2009 годах, международной научно-технической конференции «СТСМ-2005» (Барнаул, 2005), II—VII Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» (Новосибирск 2004-2009), четвертой Всероссийской юбилейной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (Бийск, 2004), Всероссийской научно-технической конференции «Наука и молодежь» (Барнаул, 2004), третьей межрегиональной научно-практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Барнаул, 2005), четвертой межрегиональной научно-практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийск, 2006), VI-VII городских научно-практических конференциях «Молодежь -Барнаулу» (Барнаул, 2004-2005), III—IV всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученных «Наука и молодежь» (г.Барнаул 2006-2007), Всероссийском форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (Санкт-
Петербург, 2007), Т-Ш всероссийских научно-практических конференциях «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийск, 2006-2008).
Основные положения диссертации опубликованы в 36 печатных работах. В том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 28 тезисов докладов, 4 свидетельства об официальной регистрации базы данных, 2 Роспатента.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность исследования, элементы научной новизны и практической значимости работы.
В первой главе рассмотрено состояние вопроса и проведен анализ работ, посвященных обработке отверстий в деталях из стеклопластика, доказана актуальность выбранной проблемы, определены цель и задачи исследований. Описываются известные методики проектирования технологического процесса обработки отверстий в деталях из стеклопластика, выбора инструментальных материалов и конструктивно-геометрических параметров режущих инструментов, а также методики назначения вида обработки и режимов резания для отверстий различного диаметра. Указаны их преимущества и недостатки, устранение которых позволит повысить производительность обработки отверстий в деталях из этих материалов, снизит себестоимость их изготовления, и вредное воздействие на человека и окружающую среду. На основе проведенного литературного обзора сформулирована цель и определены задачи исследования.
Вторая глава посвящена методике исследования процесса формирования показателей точности на операциях сверления и растачивания, а также изучению стружкообразования на данных операциях. Обоснован выбор режущего инструмента, экспериментальных образцов, металлорежущего оборудования, контрольно-измерительной аппаратуры и режимов обработки; описана методика обработки экспериментальных данных, выявлены способы управления видом стружки стеклопластика и построены математические модели процесса
стружкообразования. Представлены технические характеристики используемых измерительных преобразователей при проведении экспериментов. Приведены алгоритмы обработки и анализа полученных экспериментальных данных. Результаты исследований представлены в виде диаграмм упругих отжатий и шероховатости, номограмм для определения вида стружки.
В третьей главе представлен анализ известных способов поднастройки режущего инструмента при механической обработке и описана методика синтеза новых технологических решений с помощью И-ИЛИ-графа, направленная на сокращение вспомогательного времени. Приведен пример, иллюстрирующий возможность синтеза новых технических решений.
В четвертой главе разработана методика проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика при требуемых производительности и себестоимости. Приведен алгоритм автоматизированного проектирования операций обработки, позволяющий с учетом параметров точности и шероховатости выбрать минимальный набор операций, а также управлять процессом стружкообразования для снижения воздействия на человека и окружающую среду вредных производственных факторов.
В заключении изложены основные выводы и результаты проведенного исследования.
Автор выражает искреннюю благодарность профессору, д.т.н. A.M. Маркову, профессору, д.т.н. Е.Ю.Татаркину, д.т.н., профессору В.А.Хоменко, к.т.н. Мостовой Я.Г., а также коллективам кафедр «Менеджмент технологий», «Технология машиностроения» и «Технология автоматизированных производств» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова за помощь, оказанную при выполнении данной работы.
Особенности процесса резания стеклопластиков
Обработка резанием полимерных композиционных материалов обладает рядом особенностей, отличающих ее от аналогичной обработки металлов. Это объясняется характерными свойствами и структурой обрабатываемых материалов. При обработке некоторых видов мягких и непрочных пластмасс происходит интенсивное изнашивание режущего инструмента, даже оснащенного твердым сплавом. Это объясняется особыми процессами, протекающими в зоне резания. Вопросу исследования процесса резания различных полимерных материалов, в частности стеклопластика, посвящено большое количество работ: А. И. Исаева [50], С. В. Егорова [41, 42], В. И. Дрожжина [36, 37 ,38], Д. В. Коптева [63], Б.П. Штучного [149, 150, 151], А. Кобаяши [57] и других авторов [4, 9, 15,80,83,92].
Для всестороннего исследования процесса резания стеклопластиков следует в первую очередь выявить специфические его особенности. Эти особенности, как показывают многочисленные исследования [77, 78, 80, 81, 83, 90 и др.], сводятся к следующим:
1. Металлы, имеющие кристаллическое строение, с определенным допущением можно считать изотропными, а стеклопластики, наполнителем в которых являются волокнистые материалы различного состава, обладают анизотропией свойств. Это определяет различие процесса резания, в частности стружко-образования, при обработке вдоль и поперек армирующих волокон. Существенным образом схема армирования будет влиять и на качество получаемой поверхности, поэтому при разработке технологической операции механической обработки стеклопластиков следует учитывать и направление обработки относительно направления армирования.
2. Относительная сложность получения высокого качества поверхности. Вследствие невысоких прочностных характеристик полимерных композиционных материалов (особенно при повышенных температурах), а также из-за их слоистой структуры и в ряде случаев низкой адгезионной связи наполнителя со связующим их обработку следует производить острозаточенным инструментом. При больших затуплениях инструмента из-за низкой адгезии связующего с армирующим волокном при увеличении сил резания образуются трещины между волокном и связующим, происходят выкрашивания связующего с обрабатываемой поверхности изделия, особенно в местах входа и выхода инструмента, что, естественно, сказывается на качестве обработки. Слоистая структура приводит к тому, что при повышенных износах инструмента происходит расслоение материала. Кроме того, при перерезании армирующих волокон, особенно при перекрестном армировании, наблюдается разлохмачивание перерезанных волокон, что ухудшает качество обработанной поверхности и заставляет иногда применять дополнительную отделочную операцию, например зачистку шкуркой.
3. Высокая твердость наполнителя. Она у некоторых стеклопластиков вызывает целый ряд трудностей их обработки. Поэтому для обработки таких материалов могут быть применены только твердосплавные материалы, причем и в этом случае проблема обработки не снимается, так как соотношение микро-твердостей инструментального и обрабатываемого материалов составляет всего 2,5, а для эффективного осуществления процессов резания соотношение микро-твердостей должно составлять 4—6.
4. Низкая теплопроводность стеклопластиков, которая существенно влияет на соотношение составляющих общего теплового баланса. Так, теплопроводность стеклопластиков составляет 0,14—0,50 Вт/(м К), что в несколько сот раз меньше, чем у металлов. Это обусловливает слабый отвод теплоты со стружкой и в обрабатываемое изделие, поэтому при обработке стеклопластиков основная доля теплоты отводится через режущий инструмент. Так, по данным В. Н. Дрожжина, расход теплоты при обработке полимерных композиционных материалов распределяется следующим образом: в инструмент — 90 %, в стружку — 5%, в обрабатываемую деталь — 5% [37].
5. При обработке металлов до 90% теплоты уносится стружкой и только 10% поглощается деталью и инструментом. Такое перераспределение расходной части теплового баланса накладывает определенные условия на применяемый режущий инструмент, который должен интенсивно отводить образующуюся в зоне резания теплоту. Наибольшие трудности возникают при обработке стеклопластиков, обладающих высокой твердостью и абразивной способностью. Наличие в зоне резания твердых составляющих приводит к абразивному износу инструмента, который при обработке стеклопластиков, имеет преобладающее значение. Следовательно, обработка резанием стеклопластиков определяется во многом свойствами наполнителя.
6. Деструкция полимерного связующего при резании. Характерной осо бенностью пластмасс, и стеклопластиков в частности, является наличие в мате риале полимерного связующего. Под воздействием в процессе резания механи ческих нагрузок и выделяющейся в зоне резания теплоты происходит неизбеж ная деструкция связующего. За счет действия больших локальных напряжений и высокой температуры, превышающей теплостойкость полимера происходит массовый разрыв химических связей у молекулярных цепей полимера, образу ется большое количество свободных макрорадикалов, обладающих избыточной энергией. Происходит образование вязкотекучего в микрообъемах полимера, являющегося поверхностно-активным веществом (ПАВ). Мигрируя по поверх ности механически напряженного режущего клина инструмента и по дефектам его поверхности, деструктированный полимер ПАВ снижает поверхностную энергию металла (эффект Ребиндера), что облегчает отрыв от его поверхности отдельных микро- и макрочастиц. В результате этого возникает механохимиче ский адсорбционный износ инструмента как одна из составляющих его сум марного износа [65, 82]. Такой вид износа характерен только для обработки по лимерных материалов.
Построение модели «черного ящика» процесса сверления и рассверливания, выбор контролируемых параметров
Для разработки методики экспериментальных исследований необходимо определить входные и выходные параметры процесса сверления и растачивания для дальнейшего планирования и проведения экспериментов.
Были выделены следующие входы процесса механической обработки заготовок из стеклопластика: физико-механические свойства заготовки, режимы резания (у, п, t, s), геометрия режущей части (а, у, (р, ері) (рисунок 2.2).
В процессе изготовления, в результате локальных механических напряжений, высокой температуры, интенсивных окислительных процессов, изменяется структура и химический состав поверхности детали, которые оказывают существенное влияние на эксплуатационные свойства изделия: прочность, трение и износ, влагопоглощение, диэлектрические показатели. Поэтому параметры шероховатости детали и характеристики деформации (упругих отжатий) поверхностного слоя являются важными показателями качества изделия в целом.
АССОТИ включает в себя: станки токарне—винторезный модели 1К62 и вертикально-сверлильный 2А135, набор сверл и расточной тензометрический резец, тензостанцию УТ4-1; многофункциональную плату ввода/вывода (АЦП) ЛА-70; компьютер; профилограф-профилометр 250 (завод «Калибр»); кругло-мер 290 (завод «Калибр»), инструментальный микроскоп УИМ - 21.
Литературный обзор и предварительно проведенные эксперименты позволили установить, что силы резания при растачивании стеклопластика на порядок меньше сил при резании металлов. Поэтому для контроля силы Р был спроектирован и изготовлен резец с уменьшенным сечением державки (рисунок 2.4).
При этом осевая сила Рх создает дополнительный изгибающий момент, который искажает действительное значение силы Ру. Для исключения этого влияния проведен ряд экспериментов на одних и тех же режимах резания с продольной подачей и без нее. Результаты этих экспериментов позволили выявить значение коэффициента влияния изгибающего момента от силы PN на действительное значение силы Ру. Рисунок 2.4 - Расточной резец для контроля силы резание Р
Для контроля величины деформации державки (а следовательно, силы резания) использовались фольговые тензодатчики номинальным сопротивлением 200 Ом, которые позволяют измерить деформацию с заданной точностью. Перед наклейкой места установки тензодатчиков тщательно очищаются от загрязнений с помощью абразивных средств и обезжириваются. Чистота обработки поверхности в местах размещения тензодатчиков соответствовала 6-7-му классам. После зачистки производилась наклейка тензодатчиков с помощью экспресс-клея типа циакрин, при этом размер «а» (а=80мм для спроектированного резца) (рисунок 2.4) выдерживается максимально возможным для того, чтобы обеспечить высокую чувствительность тензодатчиков при минимальном прогибе державки инструмента. Расточной резец с наклеенными тензодатчиками является частью автоматизированного стенда сбора и обработки информации (АССОИ). Наиболее распространенным инструментальным материалом для обработки стеклопластика является группа однокарбидного твердого сплава. Для проведения экспериментов использовались расточные резцы с СМП (табл. 2.3) из твердого сплава марки ВК8, применяемого в условиях неравномерного сечения срезаемого слоя из-за наплывов затвердевшей смолы на поверхности заготовки и непрерывном резании. Твердосплавные пластины обеспечивают требуемое качество обработанной поверхности и обладают достаточно высокой стойкостью, не предъявляют чрезмерно жестких требований к характеристикам системы станок - инструмент - деталь и не вызывают дополнительных трудностей при заточке и доводке инструмента. Из всех твердых сплавов группы WC-Co, наиболее распространенным и дешевым является сплав ВК8, поэтому применение более износоустойчивых и дорогих сплавов ВКЗМ и ВК2 не целесообразно.
Износ режущей кромки при обработке композиционных материалов был достаточно хорошо изучен Рудневым А.В. и Королевым А.А. В экспериментальных исследованиях принято допущение о применении острозаточен-ной режущей кромки инструмента. Это условие выполнялось с помощью поворота граней МНП при механической обработке образцов деталей.
Проведенный анализ процесса резания деталей из стеклопластиков позволяет определить, какая необходима материальная база и условия для проведения экспериментов направленных на получение выходных параметров. Все это позволяет правильно сформулировать задачи и получить необходимые данные для дальнейших исследований.
Известно, что после отвода сверла из зоны резания происходит упругое восстановление стеклопластика, то есть сжатие отверстия. При этом из-за неоднородности структуры материала сжатие происходит неравномерно. В следствие чего отверстие приобретает овалообразную форму [133].
Обоснование выбора метода синтеза технологических решений
Наиболее удобной и компактной формой представления информации об известных технических решениях является древовидная структура в виде связного графа, не содержащего циклов и петель [13, 29, 32]. Граф G(X,U) включает в себя два типа множеств: множество вершин X и мнолсество ребер U. Вершины графа описывают элементы и признаки технологических решений, выявленные в результате предварительно проведенной декомпозиции. Ребра - показывают иерархическую соподчиненность между элементами и признаками, а также принадлежность признаков элементам. Мнолсество вершин X состоит из пары подмнолсеств: X =X!UX2, причем, мнолсество образованное их пересечением, является пустым, то есть X!UX2=0. Вершины подмнолсества Xi называются И-вершинами, они представляют собой элементы технических объектов, общие для всех технологических решений. Подмнолсество Х2 составляют ИЛИ-вершины, которые объединяют аль тернативные элементы и признаки, учитывающие особенности каждого из технологических решений.
Форма представления информации о прототипах в виде связного И-ИЛИ-графа, кроме наглядности и удобства выбора позволяет проводить синтез новых технологических решений. Это обосновывается рядом причин. Во-первых, к настоящему времени известно большое количество конструкций компенсационных механизмов резца. Это число ежегодно увеличивается. Во-вторых, соответствующие элементы, входящие в состав большинства конструкций, сходны по выполняемым ими функциям. В-третьих, получивший распространение в последнее время принцип конструирования металлорежущего инструмента позволяет получать конструкции расточных резцов, состоящие из элементов, которые при необходимости могут быть легко заменены на подобные.
Последовательность построения И-ИЛИ-графа для поиска технических решений, удовлетворяющих заданным требованиям, изложена в пяти пунктах:
1. Создание информационной базы из государственных и отраслевых стандартов, каталогов на режущий инструмент, описания отечественных и зарубежных патентов и авторских свидетельств на изобретения. Критерием отбора конструкций - оригинальность, перспективность, высокие технико-экономические показатели.
2. Анализ конструкций и их составляющих для выявления альтернативных вариантов реализации требуемых функций, на основе данных которых построены конструктивно-функциональные структуры.
3. Построение И-деревьев для каждого технологического решения и дополнение их конструктивно-функциональной структуры признаками, характеризующими взаимное расположение элементов в пространстве, характер взаимосвязи, геометрическую форму, материал, соотношения параметров, особенности конструктивного исполнения.
4. Выявление элементов и признаков, реализующих альтернативные функции, т.е. определение ИЛИ-вершин.
5. Объединение всех групп вершин в общее И-ИЛИ-дерево возможных вариантов конструкций приспособлений.
На первом этапе создавался информационный массив. Его источниками являются государственные и отраслевые стандарты, каталоги на металлорежущий инструмент, описания отечественных и зарубежных патентов и авторских свидетельств на изобретения. Для повышения его информативности и снижения трудоемкости построения И-ИЛИ-дерева из полученного множества отобраны только те конструкции инструмента, которые отличаются оригинальностью, перспективностью и высокими технико-экономическими показателями. Из них составлено исходное множество.
На втором этапе проводится функциональный анализ каждой из конструкций, составляющих исходное множество. С целью выявления альтернативных вариантов реализации функций инструмента заполнены таблицы "Элемент - функции элемента", а на их основе построены конструктивно-функциональные структуры.
Третий этап разработки И - ИЛИ - графа связан с построением И-деревьев для каждого из технологических решений, входящих в исходное множество. Для этого их конструктивно-функциональные структуры дополнены признаками, характеризующими функциональные элементы: взаимное расположение элементов в пространстве, характер взаимосвязи, геометрическая форма, материал, соотношения параметров, особенности конструктивного исполнения. Полученные структуры не содержат альтернативных элементов или признаков.
На четвертом этапе среди построенных И-деревьев выявлены технические решения с инвариантными функциями. Эти конструкции объединены в группы. В каждой образованной группе объектов И-деревья содержат некоторое множество одинаковых вершин. Например, одинаковыми являются вершины "контроль износа", "Способ крепления", "Механизм подачи". Это позволяет представить структуры технологических решений группы в виде одного дерева, которое, кроме вершин "И", содержит вершины "ИЛИ", в которых будут размещаться альтернативные реализации функций элементов и признаков. Фрагмент объединенного И-ИЛИ-дерева для группы технологических решений, изображен на рисунке 3.1.
Объединение осуществляется от корня графа к вершинам, от наиболее общих структурных элементов к более частным. Особенность построенного таким образом И-ИЛИ-дерева заключается в том, что уже на данном этапе в нем содержатся такие конструкции инструмента, которые при разработке дерева не учитывались. Синтезирование "новых" технологических решений возможно в результате комбинирования элементов и признаков исходного множества.
На пятом этапе все И-ИЛИ-деревья групп объединены в общее И-ИЛИ-дерево всего класса компенсирующих механизмов. Для этого использовались те же принципы, что и на предыдущем этапе.
Дерево, полученное в результате совмещения общих элементов и признаков конструкций, называется деревом прошлого опыта. Оно обладает незначительной информативной мощностью по новизне технологических решений. Инженерная практика показывает, что наиболее оригинальные и эффективные решения часто включают элементы, которых нет у известных технических объектов.
Пример проектирования маршрута обработки партии корпусов геофизических приборов из стеклопластика
Теоретические и экспериментальные исследования, направленные на решение проблемы обеспечения параметров качества деталей из стеклопластиков прошли промышленную апробацию и внедрены на предприятиях Алтайского края.
В работе рассматривается группа деталей типа тел вращения: крышка геофизического прибора (рисунок 4.4), высоковольтный электроизолятор (рисунок 1.6) и др. К поверхностям деталей предъявляются повышенные требования к качеству обрабатываемых поверхностей. Не допускается наличие прижогов, отслоений и разлахмачивания наполнителя. Служебным назначением корпусных деталей является защита оборудования, размещенного в корпусе прибора, от воздействия атмосферных осадков, солнечных лучей. В процессе эксплуатации, исключается попадание влаги внутрь и не допускается наличие разлохмоченных волокон на внутренней поверхности детали для обеспечения точности запрессовки втулки и во избежание нарушения целостности корпуса прибора. Качество поверхностного слоя определяет надежность работы стыка, его целостность и срок службы конструкции.
Результаты исследования внедрены на предприятиях Алтайского края, в частности, в проектном центре Бийского котельного завода и ОАО «АЛТАЙ-ГЕОМАШ» принята к использованию методика проеісгирования токарной и сверлильной операций, основанная на методах принятия решений, позволяющих повысить производительность механической обработки деталей из стеклопластиков, а также снизить влияние вредных производственных факторов на человека и окружающую среду за счет управления процессом стружкообразо-вания. Кроме того, на этапе технологической подготовки используются рекомендации по выбору типа сменных многогранных пластин из твердого сплава для чернового и чистового растачивания заготовок из стеклопластиков и базы данных технологической оснастки, предназначенной для синтеза технических решений, обеспечивающих достижение требуемых показателей точности обработанной поверхности.
Использование указанных методик позволяет находить рациональные технические решения при проектировании технологических процессов изготовления деталей из стеклопластиков, разрабатывать эффективные конструкции специализированных инструментов и оснастки для осуществления этих процессов, с учетом особенностей различных видов обработки. Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 395тыс.рублей в год (экономический расчет приведен в приложении 9).
1. Разработана программа для автоматизированного расчета себестоимости механической обработки деталей из стеклопластика, позволяющая учесть тип режущей части, режимы резания.
2. Разработанные базы данных «Операция точения (растачивания) заготовок из стеклопластика» свидетельство об официальной регистрации базы данных №2007620074 и «Режимы резания при механической обработке заготовок из стеклопластика» свидетельство об официальной регистрации №2007620118 позволяют осуществлять выбор технологических параметров при проектировании маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика.
3. Разработана методика проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика, позволяющая при заданных параметрах качества и точности обработанной поверхности назначать оборудование, режущий инструмент, режимы резания, обеспечивающие заданные производительность и себестоимость обработки.
4. Разработанная методика внедрена на этапе технологической подготовки производства ОАО «АЛТАЙГЕОМАШ» и ООО «Проектный центр БКЗ». Акты внедрения приведены в приложении 4 и приложении 5. Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 395 тыс. рублей.
1. Установлена взаимосвязь в виде математических моделей между выходными параметрами технологических операций растачивания и сверления (видом стружки, параметрами точности: отклонение от круглости, шероховатость, точность размера (упругие деформации) и режимами резания, позволяющая эффективно управлять процессом обработки деталей из стеклопластика.
2. Выявлено влияние технологических параметров на процесс стружкооб-разования и построены номограммы для определения типа образующейся стружки при растачивании и сверлении стеклопластика.
3. Установлено, что при механической обработке на подачах 0,3-0,4 мм/об величина упругих отжатий при растачивании стеклопластика пластинами HNUA и PNUA выше на 40%, чем при использовании пластин HNUM и PNUM. Отсюда следует, что для определения упругих отжатий тип сменной многогранной пластины является одним из основных факторов.
4. Разработанная база данных «Синтез технических решений конструктивно-геометрических параметров сверла» (Свидетельство Роспатента об официальной регистрации базы данных №2007620122) позволяет синтезировать технические решения, обеспечивающие достижение требуемых показателей точности обрабатываемой поверхности и обладающие патентной чистотой.
5. Алгоритм автоматизированного проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика, реализующийся с помощью математических моделей формо- и стружкообразования, позволяет повысить производительность и снизить себестоимость обработки за счет применения новых технологических решений, направленных на снижение вспомогательного времени обработки.
6. Разработана автоматизированная система проектирования операций изготовления отверстий, включающая в себя выбор марки материала, оптимальных режимов резания (Свидетельство Роспатента об официальной регистрации базы данных №2007620118), конструкции режущего инструмента (Свидетельство Роспатента об официальной регистрации базы данных №2007620122)
7. Методика проектирования маршрута обработки отверстий в деталях из стеклопластика внедрена на этапе технологической подготовки производства ОАО «АЛТАЙГЕОМАШ» г.Барнаул и ООО «Проектный центр Бийского котельного завода» г.Бийск. Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 395 тысяч рублей в год.
