Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Характерной тенденцией современного машиностроения является сокращение сроков подготовки производства, снижение трудоемкости изделий, повышение их качества. Одним из путей решения этой проблемы является совершенствование и создание принципиально новых технологических процессов изготовления металлопластиассовых конструкций (МПК) изделий. Определяющую роль в обеспечении комплекса улучшенных качественных характеристик МПК играют их исполнительные поверхности из композиционных полимерных материалов (КПМ). Не сиотря на успехи, достигнутые в исследовании МПК изделий, остаются неизученными применительно к исполнительным поверхностям из КПМ принципиальные вопросы точности формообразования, прочности соединения, определяющего работоспособность МПК, знание которых позволяет вести целенаправленную разработку МПК с заданными параметрами. Актуальной является также задача научного обоснования путей создания перспективных технологических процес-' сов, основанных на нетрадиционных способах изготовления МПК. Особую актуальность приобретает решение этих вопросов в условиях единичного и мелкосерийного производств, где затрачивается много ручного труда при механической обработке и сборке.
В связи с этим настоящая работа посвящена решению важной народнохозяйственной проблемы - повышению качества и совершенствованию методов технологического обеспечения требуемых точностных характеристик МПК изделий, эффективности их производства на базе комплексного анализа конструктивно-технологических факторов,экономии материальных и трудовых ресурсов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка научных основ технологии изготовления МПК изделий, обеспечивающих повышение эффективности их производства, путем моделирования точности формообразования исполнительных поверхностей ИЗ КПМ. -.'
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: разработать способы формообразования исполнительных поверхностей металлопластиассовых конструкций;
исследовать механизм влияния пространственных связей изделия на формирование технологической системы;
разработать математическую модель, отражающую взаимосвязи точности исполнительных поверхностей с факторами, обеспечивающими качество технологии изготовления МПК;
исследовать факторы, оказывающие доминирующее влияние на об
щий баланс погрешностей изготовления МПК, и разработать техноло
гические методы и средства достижения требуемой точности изготов
ления исполнительных поверхностей изделий при оптимальных трудо
вых затратах; .< ,
установить закономерности, позволяющие прогнозировать погрешности, обусловленные упругими деформациями МП соединения, под действием нагрузки и управлять точностью формообразования;
разработать принципы модификации мегаллополимерных и полимерных материалов, а также рекомендации по регулированию . физико-механических, термомеханических, триботехнических и других характеристик материалов и изделий;
разработать математическое обеспечение подсистемы автоматизированного технологического проектирования процессов изготовления МПК на основе физической модели поведения диамагнетика в электромагнитном поле.
Работа выполнялась в соответствии с заданиями всесоюзных научно-технических программ, по планам Госкомгидромета СССР (приказ N 250 от 12.12.88г.) и по договорам с машиностроительными предприятиями.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработаны научные основы, базирующиеся на теории размерных цепей, и методы технологического управления качеством МПК изделий в процессе их проектирования и изготовления с минимальными трудовыми затратами. Система формообразования исполнительных поверхностей МПК рассмотрена как замкнутая динамическая система с учетом взаимного влияния технологических процессов и процессов перехода КПМ в необратимое агрегатное состояние с требуемыми служебными характеристиками.
Разработаны методики и алгоритмы решения задачи автоматизированного технологического проектирования изготовления МПК с использованием модели целевой функции, предусматривающих минимум экономических затрат и позволившие оптимизировать выбор варианта из множества конкурирующих.
Установлены закономерности и определены статистические характеристики рассеивания погрешностей при формообразовании испол-
нигельных поверхностей МПК, что позволило обосновать экономически достижимую точность изготовления различных групп изделий и осуществить отработку технологичности конструкций сборочных единиц и их критерии на основе расчетов параметров объектов с помощью ЭВМ при переходе к МП техгологии изготовления МПК.
Вскрыта сущность процессов, происходящих при формировании МП соединений, и на их основе выявлен комплекс параметров, наиболее достоверно определяющий его статическую прочность, и найден способ повышения точности изготовления МПК изделий.
Разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния МПК, отражающая взаимосвязь нагрузки, напряжений в полимерном покрытии, шероховатости подложки, ее площади и других факторов. Разработаны алгоритмы и программы для расчета нагрузочной способности МП соединений, конструктивных параметров соединений, используемых при конструировании изделий и обеспечении служебных функций.
На основе теории электромагнитного поля описаны явления, протекающие в предложенном принципиально новом технологическом процессе изготовления деталей из КПМ, позволившем исключить традиционные способы переработки пластмасс в пресс-формах.
Новизна результатов подтверждена авторским свидетельством и патентом на изобретения.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. На базе развития концепции о решающей роли процесса формообразования в обеспечении качества МПК изделий и новых подходах к управлению их точностью предложены пути создания перспективных технологических процессов различного назначения.
Разработаны новые технологические процессы изготовления МПК, базирующиеся на получении исполнительных поверхностей изделий из КПМ свободным литьем, прямым прессованием, литьем под давлением, литьевым прессованием, электромагнитным формообразованием, обеспечивающие повышение качества и эффективность изготовления МПК при одновременном снижении их трудоемкости в 15...20 раз; повышении точности изделий на 1...2 квалитета; снижение уровня шума на 7...10%; уменьшение металлоемкости изделий на 30...40% и обеспечение стабильности технологических процессов изготовления МПК.
Предложены новые рецептуры металлосодержащих КПМ, содержащие
- б -
до 10...18 мас.ч. металлических порошков для холодно твердеющих композиций и до 3...6 мас.ч.- для реактопластов, триботехническо-го и конструкционного назначения - износо-и термостойкие для узлов трения с повышенной точностью геометрических размеров, упрочненные и стойкие к динамическим нагружениям.
Создан программно-методический комплекс автоматизированного проектирования технологии изготовления МПК с использованием системы технологических ограничений и целевой функции - минимум экономических затрат, позволяющий принять оптимальное решение из множества конкурирующих вариантов.
Предложен новый метод модификации растворов КПМ ультразвуком, позволивший интенсифицировать технологию изготовления МПК, сократить длительность процесса полимеризации в 2...5 раз и уменьшить усадку композиционного полимера после его отвердевания в 2 раза.
Созданы новые конструкции машиностроительных изделий с исполнительными поверхностями из КПМ, металлопластмассовая технологическая оснастка для их изготовления, отличающаяся высоким уровнем технологичности.
Опробование и внедрение результатов работы осуществлялось на предприятиях: п.я.Г-4227, п.я.А-1780, п.я.А-7134, п.я.Г-4249, П.Я. А-7734, П.Я.А-7162, П.Я.А-1427, П.Я.А-3744, П.Я.М-5481, п.я.В-8062, а также на АО "Буммаш", АО "Коломенский завод", АО "Днепропетровский электровозостроительном завод", ОКТБ "Восход". Авторское свидетельство N908535 внедрено на 275 предприятиях страны. Применение предложенной в работе технологии изготовления дег.ГИЗОї.02, ГИ302. 02П позволило повысить надежность газогенераторов ГИ2С, ГНЗС на 10% и уменьшить пассивную массу на 12%, повысить технологичность конструкции и снизить трудоемкость изготовления газогенераторов на 30.
НАУЧНАЯ АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на всесоюзных конференциях по применению полимерных материалов в машиностроении (Москва, 1971, 1978,1982,1985,1986,1988; Гомель, 1972,1982; Запорожье, 1972; Ташкент,1976,1980; Ленинград, 1981,1990; Рига,1983; Пермь,1985; Ворошиловград,1987,1990; Брянск,1976); всесоюзных конференциях по проблемам совершенствования сборочных процессов в машиностроении (Киев,1974; Москва,1975,1986); всесоюзной конфе-
ки полимерных материалов в крупно - и мелкосерийном производстве (Москва,1974; Ленинград,1977; АлмаАта,1980); всесоюзных конференциях по научным основам автоматизации производственных процессов и управления качеством в машиностроении и приборостроении (Москва,1979,1981 ,1984 ,1986; Ленинград,1982,1987; Саратов,1983; Владимир,1984); Московской международной конференции "Композиты в машиностроении" (Москва,1990); республиканских и областных конференциях по повышению качества, надежности и долговечности деталей машин технологическими методами (Пермь,1971,1973; Пенза,1980; Сызрань,1980; Ижевск,1981,1983,1985,1986,1988; Ярославль, 1985); прогрессивные технологические процессы в машиностроении (Курган,1974; Ижевск,1983; Свердловск,1970,1984,1985); совершенствование технологических процессов в механосборочном производстве (Ижевск, 1978,1981,1989,1990,1982,1983,1984,1994; Курган,1974; Пенза,1982; Устинов,1985).
Тексты докладов автора опубликованы в трудах международных конференций по применению пластмасс в машиностроении (Будапешт,1981, 1982, Венгрия; Братислава,1979,1982,Словакия; София, 1981,Варна, 1988, Болгария); основы технологии изготовления металлопластмассовых конструкций (Берлин,1978,1980,1982 Д984,1988, 1989,1991; Дрезден,1982,Карл-Маркс-Штадт,1983,Германия;Готвальдов, 1981,Чехия).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 121 работа,. в том числе 1 монография, 118 печатных работ в отечественных и зарубежных изданиях, 1 авторское свидетельство и 1 патент на изобретения.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 352 стр., из которых основной текст составляет 222 стр., остальной объем занимают 155 рис., 10 табл.
