Влияние развития науки на состояние технологий машиностроения

В современных технологиях приборо- и машиностроения очень широко используются достижения науки. Одним из наиболее характерных и хронологически ранних примеров технологического использования электричества являются основанные на электролизе электрохимия и электрометаллургия (электролиз алюминия, получение редких металлов, жаропрочных сплавов, электросинтез органических соединений, применение металлопокрытия в декоративных целях и для защиты от химического разрушения деталей в агрессивных средах и др.). Все это начало приобретать большое практическое значение только лишь в 1920 – 1930-х годах, хотя теоретические исследования и первые опыты в электрохимии относятся к более раннему периоду.

В 1930-х годах в разных странах началось изучение законов электродных реакций, лежащих в основе электролиза. Это вызывалось чисто практическими соображениями, но привело к возникновению новой науки – электрохимической кинетики. Электролиз начал применяться для получения меди, цинка, кобальта, извлечения золота и серебра из полиметаллических руд и в других случаях. Селективная флотация полиметаллических руд (т.е. разделение их при помощи химических флотореагентов) ускорила процессы и уменьшила потери в цветной металлургии.

Особой отраслью электрохимии и электро-металлурги является электрическая обработка металлов, элементы которой зародились в конце 1920-х годов, а начало практического применения относится ко времени второй мировой войны.

В 1928 – 1932 гг. в отечественной и зарубежной литературе стали появляться работы, доказывающие целесообразность использования электрохимических процессов для шабровки, сверления, изготовления штампов и других видов обработки металлов.

В 1929 г. в СССР В.Н. Гусев предложил электрохимический способ переноса металла, помещенного в раствор кислот под действием постоянного тока. Металл переносился с анода на катод, причем анодом являлось обрабатываемое изделие. Под действием электролита на аноде-изделии образовывалась защитная пленка, удаление которой с помощью подвижного катода в местах, подлежащих обработке, создавало непрерывный съем металла в желаемом месте. Предложение В.Н. Гусева возникло в результате изучения электроэрозии в процессе износа контактов электроаппаратов. Оно было следствием стремления использовать непосредственное воздействие электричества на структуру обрабатываемого металла путем съема металла действием электродинамических сил. Выполнение предложения предполагало использование точных технологических и измерительных приборов, к чему в 1929 г. наша промышленность еще не была готова. Поэтому изобретение В.Н. Гусева оставалось неиспользованным элементом будущей техники. Дальнейшим развитием его идеи следует считать появившуюся в начале 1940-х годов в СССР анодно-механическую резку металла.

В 1943 – 1944 гг. в лабораториях электрохимии Уральского политехнического института им. С.М. Кирова был разработан способ электролитического полирования металлов, основанный на анодных процессах при электролизе растворов специального состава. Тогда же Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко предложили нашедший сейчас применение и имеющий еще большие перспективы электроискровой способ обработки металлов. Обрабатываемый металл и «инструмент» являются как бы электродами. При расстоянии в 1÷3 мм между ними возникают мощные электрические разряды огромного ударного действия, сосредоточенного в одной точке. Электрическая искра сопровождается локализованным выделением тепла и появлением значительных электродинамических сил. Происходит местное расплавление металла, выведение его из анода, частичный перенос его на катод и значительное распыление.

Электроискровым способом можно получать точные фигурные отверстия, шлифовать, выполнять граверные работы, получать металлы и сплавы в виде порошков и т.д. Способ предполагает автоматизацию процесса (человек не в состоянии действовать искрой как резцом). Его применение облегчает автоматизацию производства. Поэтому электроискровой способ обработки металлов является элементом будущей техники.

К технологическому использованию электричества относятся также электросварка и нагрев поверхности металлов токами высокой частоты, позволяющие легко автоматизировать производственные процессы, включающие в себя сварку и термическую обработку. В основе современной техники электросварки лежат открытия и изобретения Д.А. Дульчевского, К.К. Хренова, Е.О. Патона и В.П. Никитина. В 1927 г. Д.А. Дульчевский разработал способ дуговой электросварки под слоем порошкообразного горючего вещества (флюса). В 1932 г. К.К. Хренов предложил подводную электродуговую сварку и резку металлов. Работы академика Е.О. Патона позволили внедрить в промышленность скоростную автоматическую сварку под слоем флюса. Академик В.П. Никитин изобрел автоматическую сварку с разделением процессов тепловой подготовки основного и присадочного металлов.

Успехи радиотехники, создание совершенных ламповых, а позднее полупроводниковых генераторов электромагнитных волн высокой частоты позволили в 1935г. советскому ученому В.П. Вологдину разработать метод и создать аппаратуру для поверхностной закалки металлов токами высокой частоты. Токи высокой частоты находят применение в сушильных аппаратах, в звукотехнике, в горном деле и других отраслях. Теория сушки материалов в высокочастотном электрическом поле конденсатора разрабатывалась в 1930-х годах Н.Е. Селюгиным и А.Н. Иоффе. Широкое же практическое применение этот способ нашел во второй половине 1940-х и в начале 1950-х годов. Тогда же начали использоваться в промышленности инфракрасные лучи (радиационная сушка).

С электрификацией производства тесно связано другое направление современной научно-технической революции – электроника. Можно без преувеличения сказать, что электроника является основой новейшей и будущей техники. Она возникла из радиотехники, но сейчас представляет собой самостоятельную техническую науку и отрасль техники.

В Советской России первые шаги в области электроники были сделаны в работах Физико-технического института, которые велись с 1918 г. под руководством академика А.Ф. Иоффе. В них принимали участие И.В. Курчатов, П.И. Лукирский, Я.И. Френкель, Д.Н. Наследов, Д.А. Рожанский, В.Е. Лошкарев, А.Н. Алиханов, А.Л. Чернышев и др. Научные и практические работы велись также в Нижегородской радиолаборатории, где М.А. Бонч-Бруевич в 1919 г. создал первый в мире генераторный триод с водяным охлаждением анода. Еще в 1920-х годах появился очень существенный элемент современной электроники – полупроводники. Сотрудник Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосев впервые осуществил генерацию высокочастотных колебаний при помощи полупроводников и создал регенеративный радиоприемник без электронных ламп. Это открытие стало известно специалистам многих стран и вызвало очень большой интерес.

Кэди и Пирс использовали явление пьезоэлектричества в кварцевых кристаллах для стабилизации частоты в передающих устройствах. Кросслей предложил схему кварцевого возбудителя. В 1927 г. Грондаль обнаружил фотоэлектрические свойства окиси меди, а в 1928 г. А.Ф. Иоффе высказал мысль о термоэлектрогенераторах на основе полупроводниковых материалов и начал их систематическое изучение.

В тридцатых годах систематическое изучение полупроводников не прекращалось как в СССР, так и в других странах. В 1938 г. в США Л. Мич предложил мостиковую схему стабилизации с пьезокварцем. В СССР в 1939 г. исследовалось поведение полупроводников в сильных электрических полях, а в 1940 г. был создан синхронный самовозбуждающийся генератор с возбуждением от полупроводниковых выпрямителей с автоматическим регулированием напряжения. В 1943 г. термическая ЭДС на основе полупроводников использовалась для питания полевых радиоприемников. Это было важное практическое использование полупроводников.

Так постепенно на базе радио- и электротехники возникала производственная электроника – технические средства, решающие логические задачи в производстве. Приборы подобного назначения конструировались в СССР в 1937 - 1945 гг., но только после 1945 г. в СССР, США и в других странах появляются серийные, работоспособные фотоэлементы, фотоумножители, ионные анемометры, электронно-лучевые и радиочастотные приборы, электронные усилители постоянного, переменного и импульсного тока и др. В 1943 г. в США была построена первая электронная цифровая вычислительная машина «ЭНИАК». В СССР работы по созданию таких машин начались в 1946 г., а первая малая машина начала работать в институте электротехники АН УССР в 1950 г.

Наряду с электроникой большое значение в создании технических средств, способных решать в производстве логические задачи, имеет атомная техника, т. е. приборы, в которых используются свойства атома. Искусственным путем радиоактивные изотопы были получены впервые в 1934 г. Ф. Жолио и И. Кюри.

В последующие годы искусственные радиоактивные изотопы были обнаружены у многих химических элементов. К 1940 г. было открыто более 200 искусственных радиоактивных изотопов, а к 1960 г.– 1400. Они обладают большой энергией излучения, позволяющей обнаруживать ничтожно малые их количества. Радиоактивные изотопы используются как источники излучения или как индикаторы. Метод меченых атомов позволяет создавать приборы, выполняющие за человека на производстве логические функции.

Фотографический способ обнаружения или регистрации радиоактивных изотопов был открыт во Франции А. Беккерелем, который обнаружил способность радиоактивного излучения вызывать почернение фотографической эмульсии. В настоящее время этот метод широко применяется в гамма-дефектоскопии сварных швов, стальных и бетонных изделий и т. п.

Второй метод – ионизационный – основан на способности радиоактивных излучений ионизировать атомы и молекулы, что обнаруживается различными приборами, например газоразрядными счетчиками, предложенными еще в 1908 г. Гейгером и Резерфордом.

Третий метод обнаружения радиоактивного излучения основан на свойстве некоторых веществ, называемых сцинтилляторами (йодистый натрий, сернистый цинк, нафталин и др.), под действием излучения давать световые вспышки. Это явление было замечено раньше, но практическое применение оно получило только с 1947 г., когда к сцинтиллятору был добавлен фотоумножитель; таким образом, создан сцинтилляционный счетчик, которым и пользуются теперь для обнаружения радиоактивного излучения.

С изучением строения вещества и использованием его свойств связано и другое направление современной научно-технической революции – химизация производства и получение искусственных материалов с заранее заданными свойствами. Автоматизация производства облегчается при уменьшении количества деталей на каждую сборочную единицу, а это оказывается возможным при условии замены многих существующих материалов материалами с заранее установленными свойствами. Автоматизации также способствует замена механических операций химическими реакциями. В СССР уже с 1918 г. вопрос о химизации производства начал ставиться по научному и весьма широко.

Развитие техники химической промышленности оказывало большое влияние на другие отрасли. Химизация производства интенсифицировала многие процессы в промышленности, расширяла ее сырьевую базу. В 1930-х годах были разработаны методы контроля люминесцентного и полярографического анализа, решены многие вопросы применения в промышленности высоких и сверхнизких температур, высокого давления и вакуума и т.д.

После второй мировой войны во всем мире широкое развитие получило производство новых синтетических волокон (нитрона, лавсана, ровила, фибравина и др.), а также пластических масс: полиэтилена, фенопластов и др., которые начали применяться в промышленности и внедряться в машиностроении в качестве конструкционных материалов.

Новым направлением химической технологии стало также получение сверхчистых материалов, которые обладают значительно более высокими качествами, чем те же материалы даже с незначительными примесями.

Применение новых материалов, в том числе искусственных веществ с заранее запроектированной молекулярной структурой в соответствии с заранее заданными свойствами, косвенно способствует созданию приборов, выполняющих логические функции. Это значительно расширило возможности создания различных конструкций, приборов и агрегатов, работающих при сверхвысоких и низких температурах и давлениях, позволяет выполнять детали более сложных конфигураций и при этом отказываться от традиционной обработки их на металлорежущих станках, облегчает автоматизацию изготовления деталей и особенно сборку и т. д.

Но химия не только косвенно, но и непосредственно участвует в процессе освобождения человека от выполнения производственных функций. Химизация производства – одно из средств его автоматизации. Развитие техники химической промышленности оказывает большое влияние на другие отрасли. Химизация производства интенсифицирует многие процессы в промышленности и расширяет ее сырьевую базу.

Особенности макромолекул создают основу для использования «опыта» природы «конструирования» живых организмов для совершенствования технических устройств, орудий труда и преобразования технологии производства. Такое использование «опыта» природы в технике носит название бионики – новой науки, имеющей большие перспективы в будущем.

Академик Н.Н. Семенов предвидит возможность создания из искусственных полимерных материалов совершенно новых машин, осуществляющих непосредственное превращение химической энергии в механическую (аналогично процессам сокращения и расслабления мышц). Модели таких машин уже демонстрировались на выставках. В этих машинах механическая работа совершается самим конструкционным материалом посредством сжатия и выпрямления молекул под влиянием изменения кислотности среды.

Применение полимерных материалов в автоматических системах открывает возможность создать принципиально новые регулирующие устройства, действие которых будет основано на взаимных переходах механической и химической форм движения материи. Несомненно, практика откроет и другие возможности использования химии и химизации производства, которые пока еще трудно себе представить, но тенденция развития очевидна – все большая и эффективная передача машинам всех производственных, в том числе и логических, функций человека.

Получение новых материалов относится не только к химической технологии, но и к более старой отрасли промышленности – металлургии. Более совершенным способом изготовления металлов нужной структуры, химического состава и физико-механических свойств является порошковая металлургия. Промышленное значение порошковая черная металлургия стала приобретать после второй мировой войны.

Еще большее значение имеют порошки в цветной металлургии. В начале 1920-х годов К. Шретер и другие усовершенствовали производство металлокерамических твердых сплавов на основе карбидов вольфрама и молибдена. В основе их производства был положен метод спекания заготовок, спрессованных из порошков карбида вольфрама с добавкой 3 ÷ 10% кобальта или другого металла группы железа. Использование металлокерамических твердых сплавов интенсифицировало процессы металлообработки и потребовало изменения конструкции многих металлообрабатывающих станков.

Вслед за твердыми и тугоплавкими сплавами появились металлокерамические материалы на основе меди и других, в том числе и редких, металлов. В СССР и в других странах стала развиваться порошковая металлургия титана, лития, стронция, бериллия, циркония, гафния, кадмия и др., а также редкоземельных металлов (рения и др.).

В 1944 г. в СССР начались работы по разработке технологии получения титана, что привело, в частности, к открытию титаната бария. В производство были внедрены сплавы, обладающие очень высокой остаточной индукцией и нашедшие применение в хирургических инструментах, измерительных приборах, электрических машинах, станках и т.д.

Одним из направлений современной научно-технической революции является освоение космоса. Оно стало возможным в связи с развитием ракетной техники, основанной на принципе реактивного движения. Применение этого принципа имеет значение также и для земных условий.

Основной особенностью технологического применения электричества, электроники, использования свойств атома, химизации производства и средств освоения космоса является решение без непосредственного участия человека логических задач. Но чтобы получать при этом реальный результат производства, они должны либо одновременно решать также и технологические задачи, либо соединяться для этого с рабочими машинами. Создание технических средств, решающих в производстве одновременно технологические, логические и другие функции, представляет собой автоматизацию производства, а такие технические средства являются средствами его автоматизации.

Элементы автоматизации производства были заложены в механических автоматических системах, однако до развития и применения электроники автоматизация производства находилась в зачаточном состоянии.

Наиболее полно автоматизация проявляется в полуавтоматах, автоматах и автоматических линиях. Автоматические линии состоят из автоматов, т.е. устройств, выполняющих одну или несколько операций без непосредственного участия в них человека, автоматически действующих транспортирующих средств, передающих детали от автомата к автомату, а также приборов, выполняющих контрольные и избирательные функции.

Первая из таких линий появилась в 1923 – 1924 гг. Это была автоматическая станочная линия для механической обработки блоков цилиндров и других крупных деталей на заводе фирмы «Моррис моторз» в Англии. Линия действовала только механическими рычагами, не была надежной, и от нее скоро отказались.

Столь же кратковременно работала автоматическая линия но производству автомобильных рам, пущенная в 1928 г. на заводе А.О. Смит и К в США (в штате Милуоки). На ней выполнялись только операции штамповки и клепки. Линию обслуживали 120 наладчиков, она давала 10 000 рам в день. В конце 1930-х гг. на заводе Форд Мотор и К действовала автоматическая линия по сборке.

Следующие автоматические линии появились в СССР. В 1939 – 1940 гг. на ГПЗ-1 была создана автоматическая линия из трех шлифовальных станков для обработки колец подшипников. Одновременно на Сталинградском тракторном заводе, по инициативе И.П. Иночкина, была создана автоматическая линия из пяти модернизированных станков, соединенных конвейером, которые предназначались для обработки роликовых втулок гусеничных тракторов. Были пущены также автоматические линии для механической обработки деталей, сконструированные Остроумовым, Севрюковым, Беляевым и Васильевым.

Созданию автоматических линий в СССР предшествовала большая подготовительная работа. Часть ее не была связана с идеей автоматизации, а являлась результатом стремления облегчить работу на том или другом станке или агрегате; в других же случаях конструкторы, научные сотрудники и изобретатели ставили перед собой в качестве сознательной цели автоматизацию производства.

В капиталистических странах понятие «автоматизация производства» возникло лишь в начале 1950-х годов. Хотя первые автоматические линии появились в 1920-х годах в Англии и США, тем не менее, можно с полным основанием утверждать, что автоматизация как направление развития техники возникла прежде всего в СССР.

Механические системы, как уже указывалось, не дают возможности создавать устойчивые и эффективные автоматические устройства, поэтому в конце 1930-х годов стали пытаться создавать гидравлические и пневматические приборы и оборудовать ими станки и агрегаты. Гидравлическое и пневматическое управление станком осуществляется одной ручкой независимо от количества скоростей, позволяет вводить автоматическую блокировку между остановкой станка и переключением скорости, дает возможность централизовать управление и расположить его в наиболее удобном месте, оно компактно, просто, автоматично и обладает другими преимуществами.

Станки-автоматы с гидро- и пневмоприводом стали появляться, как в СССР, так и за границей, во второй половине 1930-х годов. Так, в 1937 г. станкостроительный завод им. С. Орджоникидзе изготовил пневматический патрон с автоматической перестановкой детали без снятия последней. Однако еще большее значение для развития автоматизации имела электрификация станков и агрегатов, которая представляла собой непосредственную предшественницу автоматизации с применением электроники.

В 1936 – 1937 гг. в Экспериментальном научном институте металлорежущих станков (ЭНИМСе) были созданы электрические реле (давления, счетное, времени, путевые выключатели и др.), устройства для измерения размеров деталей в процессе их обработки и для закрепления деталей на станках с помощью электромагнитных плит. Также были разработаны способы точного останова шпинделей станков в заранее заданном положении при помощи низкооборотного электрометра малой мощности и другими методами. Всесоюзный энергетический институт (ВЭИ) сконструировал электроконтактные индуктивные, емкостные, фотоэлектрические и другие датчики для контроля различных величин и т.д.

Первые электронные устройства автоматического управления уже достаточно широко применяются в 1940-х гг. в США, Англии и СССР в металлорежущих станках, металлургических агрегатах транспортных средствах, бумагоделательных машинах и т.д. Во многих приборах электрический принцип действия сочетался с механическим, гидравлическим, пневматическим или оптическим.

Еще во время войны в СССР началось проектирование и строительство автоматических линий, которые были пущены в первые годы после войны. В 1950 г. был пущен первый в мире завод-автомат по производству поршней для автомобильных двигателей, представляющий собой «более высокий тип автоматизации и одновременно необыкновенно раннюю дату в ее истории»

Революция в технике представляет собой переход ее на новый качественный уровень, возникновение в ней принципиально нового качества, выражающегося в ее способности впервые решать задачу производства, которая до этого (на предыдущем качественном уровне техники) решалась только непосредственно человеком.

ЛЕКЦИЯ 2

Надежность и долговечность, экологическая безопасность и энергоэффективность по целевым функциям и функционалам качества как определяющие показатели совершенства объектов машиностроения. Риски, возможные дефекты и отказы: локальные и глобальные.

Общие принципы процедуры оценки качества технических изделий. Качество технической продукции оценивается показателями ее технического уровня (уровня качества, уровня технического совершенства) на всех этапах жизненного цикла изделия: при проектировании и конструировании, при изготовлении и в процессе эксплуатации.

В соответствии с официальной формулировкой, под техническим уровнем (ТУ) продукции понимается относительная характеристика качества продукции, основанная на сопоставлении (соотношении/значений Показателей свойств, отражающих техническое совершенство продукции, с соответствующими значениями лучших отечественных и зарубежных (базовых) образцов техники.

Оценка технического уровня продукции состоит в установлении соответствия продукции мировому, региональному (например, европейскому), национальному уровню качества или уровню качества отрасли. Соответствие оцениваемой продукции мировому или другому уровню устанавливается на основе сопоставления значений показателей технического совершенства (качества) продукции и базовых образцов.

Оценка ТУ и, следовательно, качества продукции производится для объективного решения следующих основных задач:

обеспечения и управления качеством;

аттестации продукции по категориям качества;

выбора наилучшего (или оптимального) варианта продукции;

планирования показателей качества создаваемой техники;

контроля качества;

анализа изменения уровня качества.

Поэтому при оценке ТУ продукции первоначально устанавливают цель определения численного значения показателя уровня качества оцениваемой технической продукции.

Обычно цель предопределяет метод аналитической оценки технического уровня продукции. При этом первоначально классифицируют оцениваемую продукцию, а потом осуществляют выбор и обоснование метода оценки ТУ продукции. Методика этого выбора будет рассмотрена нами ниже, но описана она была впервые в "Методических указаниях по оценке технического уровня и качества промышленной продукции" (РД 50-149-79) (М.: Изд-во стандартов, 1979 г.) и в ГОСТ 22732-77 "Методы оценки уровня качества промышленной продукции. Основные положения".

Последующий выбор базового образца регламентируют "Методические указания. Установление базовых образцов для оценки технического уровня и качества промышленной продукции" (РД 50-451-84) (М.: Изд-во стандартов, 1984 г.), а также "Общие методические рекомендации по оценке технического уровня промышленной продукции" ГКНТ СССР от 24.10.89 № 665.

После этого осуществляют выбор (или назначение) и обоснование номенклатуры (перечня) показателей качества для адекватной оценка интересующей нас продукции. Это делают в соответствии с ГОСТ 22851-77 "Выбор номенклатуры показателей качества промышленной продукции. Основные положения".

Следующим и наиболее трудоемким является этап определения (путем измерений, испытаний, расчетов, сбора информации и т.д.) численных значений показателей качества, характеризующих свойства оцениваемого и базового (базовых) образца (образцов). Только после этого и в соответствии с принятым методом оценки ТУ продукции производят расчеты показателей качества, а потом уровней качества, т.е. технического уровня оцениваемого и базового (базовых) образцов аналогичной техники.

Результаты определений всех показателей качества и технических уровней продукции отражают в специальной карте уровня по ГОСТ 2.116-84 "Карта технического уровня и качества продукции" или в сопоставительной "Таблице качества". Данные карты (таблицы) уровня анализируются по специальным методикам, учитывающим специфику изделий. На основе анализа делаются выводы о качестве (техническом совершенстве) оцениваемой продукции.

В соответствии с "Общими методическими рекомендациями по оценке технического уровня промышленной продукции" образцы промышленной продукции по результатам оценки их технического уровня относятся к одной из трех градаций:

продукция превосходит мировой уровень (П);

продукция соответствует мировому уровню (С);

продукция уступает мировому уровню (У).

Ранее (до 1989 г.) эти градации качества назывались "категориями качества". Изделия, технический уровень которых выше мирового, считались изделиями высшего качества. Изделия, соответствующие по качеству лучшим в мире образцам, относили к высококачественным. Если изделие немного уступало по качеству базовым образцам, то его относили к качественным, И наконец, если изделие существенно (по нескольким показателям) уступало лучшим мировым достижениям, то качество такого изделия оценивалось как низкое, а изделие признавалось некачественным. Это вполне соответствует и современной градации технических изделий по уровням качества и может быть отражено в табл.

 

Градация технической продукции по уровню качества

№ п/п	Градация качества продукции	Качественная характеристика продукции
1	Градация П — превосходный (высший) уровень качества	Превосходит лучшие мировые достижения; соответствует требованиям международных стандартов
2	Градация С — средний уровень качества	Соответствует лучшим мировым достижениям и требованиям международных стандартов
3	Градация У — удовлетворительный уровень качества	Удовлетворяет требованиям потребителей и имеет спрос, но уступает лучшим мировым достижениям; соответствует требованиям стандартов и технических условий; морально устарела, подлежит модернизации
4	Продукция низкого качества	Морально устаревшая, но еще пользуется спросом и поэтому не снятая с производства; изготовлена без отступлений от требований стандартов и технических условий; подлежит снятию с производства
5	Некачественная (бракуемая) продукция	Изготовленная с отступлением от требований стандартов и технических условий

 

Промышленная продукция, которая по показателям технического уровня и качества превосходит лучшие отечественные и зарубежные достижения или соответствует им, определяет технический прогресс, обеспечивает значительное повышение производительности труда, экономию материалов, топлива и электроэнергии, экологически безопасна, удовлетворяет потребности населения страны, и конкурентоспособна на внешнем рынке. Эта продукция должна характеризоваться стабильностью показателей технического уровня и качества, основанной на строгом соблюдении технологической дисциплины и высокой культуре производства. На продукцию высшей категории качества изготовителем должны обеспечиваться повышенные гарантии надежности, безопасности и других важнейших показателей качества.

Промышленная продукция, которая по показателям технического уровня и качества соответствует современным требованиям стандартов (технических условий), экологически безопасна, удовлетворяет потребности народного хозяйства и населения страны, характеризуется стабильностью показателей технического уровня и качества, основанной на строгом соблюдении технологической дисциплины и высокой культуре производства.

Промышленная продукция, которая по показателям технического уровня и качества не соответствует современным требованиям народного хозяйства и населения страны, морально устарела и подлежит модернизации или снятию с производства.

Итак, в общем виде оценка уровня качества продукции для принятия управленческих решений состоит из следующих основных этапов:

установления цели оценки уровня качества (технического уровня) изделия; выбора номенклатуры, показателей качества оцениваемого и базового образцов, обоснования его необходимости и достаточности; выбора или разработки метода и приемов определения значений показателей качества; выбора или определения базовых значений показателей качества и поиск исходных данных для определения фактических значений показателей качества оцениваемой продукции; определения фактических значений показателей качества и их сопоставления с базовыми; оценки уровня качества и выработки рекомендаций для принятия управленческих решений.

ЛЕКЦИЯ 3

Современное интеллектуальное производство. Изделие. Жизненный цикл изделий машиностроения, их функциональное назначение и качество. Интеллектуализация производственных систем. Технологическая среда. Высокие технологии.

Электронные технологии полностью меняют современный мир. Интеллектуализация производства сегодня – неотъемлемый атрибут движения по пути прогресса. Даже обычные дома стали наделять интеллектуальными функциями. Такой бурный рост новых технологий имеет объективные предпосылки, связанные с:

заменой старого оборудования на новое с большим сроком эксплуатации;

созданием гибкой модели производства, когда смена технологических режимов происходит быстро, без больших трудозатрат и затрат времени;

возможностью экономии за счет более эффективной эксплуатации оборудования.

Во-первых, за счет увеличения межповерочного и межремонтного интервала. Во-вторых, за счет сокращения ручного труда.

Россия, к сожалению, пока отстает от цивилизованной Европы по количеству внедренных АСУ, однако по темпам внедрения нисколько не уступает. Правда, следует уточнить, что львиную долю заказа на аппаратуру КИП и АСУ обеспечивают газовики и нефтяники, чья отрасль сегодня имеет высокие доходы.

Внедрение подобных систем стимулирует рост и развитие рынка производства аппаратуры АСУ, растет качество производимого оборудования и номенклатура представленной аппаратуры. Производители оборудования получают возможность не просто выживать, но и успешно развиваться. Предприятия других отраслей, которые также нуждаются в нововведениях, но имеют более скромные доходы, могут применять у себя уже готовые решения, тем самым для них себестоимость модернизации снижается. В результате складывается достаточно благоприятная ситуация – представители газовой и нефтяной отраслей идут в авангарде развития автоматизации и внедряют инновационные решения, предприятия других отраслей применяют уже проверенные средства. Таким образом, для компаний-производителей оборудования и для внедренческих компаний складываются условия для дальнейшего развития и совершенствования.

База знаний наукоемкого производства. В стандартах и литературе по ИПИ-технологиям наукоемкого производства не встречаются слова «знание» и «база знаний». Стандартизируются и обсуждаются только базы данных, в которых можно найти данные о составе и структуре изделия, данные о физических, функциональных, эксплуатационных и других характеристиках изделия, сведения о версиях моделей и т. д. Записи в ЦВМ таких данных (информационных единиц) либо уже имеют, либо нетрудно организовать такую запись в ЦВМ этих данных, которая придала бы каждой информационной единице следующие свойства: 1) уникальное имя; 2) внутреннюю интерпретируемость; 3) структурированность; 4) связанность (функциональную, каузальную, семантическую или структурную); 5) активность.

Перечисленные пять особенностей информационных единиц определяют ту грань, за которой данные превращаются в знания, а базы данных перерастают в базы знаний. В системах ИИ знания являются основным объектом формирования, обработки и исследования. Одни и те же знания могут быть представлены различными способами, однако сами знания однозначно отражают исследуемую предметную область (если они объективны), и возможности интеллектуальной системы принципиально зависят от полноты и точности описания знаниями предметной области.

В каждой предметной области встречается множество разнообразных категорий знаний. Выделение категорий помогает структурировать систему знаний, что значительно облегчает ее использование. Поэтому естественным представляется в первую очередь определить категории знаний, встречающиеся в предметной области «наукоемкое производство». Не претендуя на полноту списка, выделим следующие категории:

1. Стандарты, нормативы, правила, которым должно подчиняться наукоемкое производство.

2. Стандарты и требования к выпускаемой продукции.

3. Глубинные знания:

– структурные и функциональные блок-схемы объекта;

– теоретические законы, на основании которых работают объект и его блоки;

– имитационные математические модели объекта и его блоков различных уровней (репрезентативные, диагностические и т. д.);

– алгоритмы управления, мониторинга, обнаружения и идентификации дефектов и т. п.;

– условия эксплуатации объекта, описания внешних воздействий и их допустимых границ.

4. Поверхностные – о видимых взаимосвязях между отдельными событиями и фактами предметной области, экспериментальные характеристики и т. п.

5. Знания прототипов, их достоинств и недостатков.

6. Эвристические знания экспертов.

7. Знания технологий и т. д.

Приведенный далеко не полный перечень знаний характеризует наукоемкое производство как предметную область с огромной и разнообразной по существу базой знаний. Добавим к этому, что наукоемкое производство, как правило, является распределенным, территориально не сосредоточенным в одном месте: производственные подразделения могут располагаться в различных, часто отдаленных друг от друга, регионах страны. Наиболее перспективным подходом к разработке интеллектуальных программных продуктов для таких сложных предметных областей в настоящее время признан распределенный агентно-ориентированный подход.

Агентские технологии появились примерно 6–7 лет назад. За это время научные разработки этих технологий нашли коммерческие и промышленные приложения. Подходы, основанные на технологии интеллектуальных агентов, становятся одними из наиболее перспективных при разработке больших программных продуктов, в том числе средств управления крупными и сложными системами, к которым относятся, в частности, распределенные наукоемкие производства.

Интеллектуальный агент – это программная система, обладающая:

– автономностью: агенты могут в некоторых пределах самостоятельно управлять своими действиями;

– социальными чертами: агенты могут взаимодействовать между собой (и, возможно, c человеком) посредством некоторого языка коммуникации;

– реактивностью: агенты воспринимают окружающую среду, которая может быть физическим миром, множеством других агентов, сетью Интернет или комбинацией всего этого, и реагируют на ее изменения;

– активностью: агенты могут действовать целенаправленно, проявляя инициативу.

Основные задачи создания агентно-ориентированной системы в области наукоемкого производства – разработка архитектуры языка программирования агентов, реализация переговоров интеллектуальных агентов и разработка языков для этой цели, координация поведения агентов.

Технологическая среда. Сегодня технологическая среда остается, возможно, самой главной силой, определяющей наше существование. Наше отношение к новым технологиям зависит от того, на что мы больше обращаем внимание — на приносимую ими пользу или на связанные с ними опасности.

Технологическая среда – это совокупность сил, создающих новые технологии, благодаря которым возникают новые товары и маркетинговые возможности. Технологическая среда изменяется постоянно и очень быстро. Достаточно оглянуться и посмотреть, сколько вокруг нас предметов, которых не было 100 и даже 30 лет назад. Во времена Авраама Линкольна (1809-1865) не существовало автомобилей, аэропланов, фотоаппаратов, радио и электрического освещения. А современники Джона Кеннеди (1917—1963) обходились без персональных компьютеров, проигрывателей для компакт-дисков, видеомагнитофонов.

Новые технологии создают новые рынки и новые возможности, вытесняя при этом старые технологии. Производство транзисторов, например, привело в упадок индустрию электронных ламп, изобретение ксерокопирования нанесло ущерб выпуску копировальной бумаги, рост автомобильной промышленности замедлил развитие железнодорожной сети, появление компакт-дисков практически свело на нет выпуск обычных пластинок и т.д.

Компании, не поспевающие за техническим прогрессом, обречены на выпуск устаревших товаров. К тому же они упускают перспективные возможности выпуска товаров и освоения рынков. США занимают первое место в мире по ассигнованиям на научно- исследовательскую деятельность и опытно-конструкторские разработки. Сегодня ученые помогают разрабатывать новые товары и услуги, проводя исследования в таких областях, как практическое использование солнечной энергии, создание электромобиля, лекарства от рака, управляемых голосом компьютеров.

В настоящее время исследования ведутся в основном группами ученых, а не исследователями- одиночками, такими как Томас Эдисон, Сэмюэл Морзе или Александр Белл. Кроме того, ученые работают над такими почти фантастическими проектами, как летающие автомобили, трехмерное телевидение и создание космических поселений. В каждом случае это вопрос не только технической реализации, но и коммерции — как создать практичные и недорогие версии этих продуктов.

По мере усложнения товаров и технологий общество все более настоятельно требует гарантий их безопасности. Поэтому правительственные органы изучают и запрещают потенциально опасные товары. В США, например, комиссия по безопасности потребительских товаров разработала стандарты безопасности для потребительских товаров; к компаниям, которые этих стандартов не придерживаются, применяются штрафные санкции. Подобное ужесточение государственного контроля привело к значительному удорожанию исследований и увеличению промежутка времени между созданием нового товара и его появлением на рынке.

Высокие технологии это наиболее новые и прогрессивные технологии современности, которые являются важнейшим звеном научно-технической революции (НТР) на современном этапе. К высоким технологиям обычно относят самые наукоемкие отрасли промышленности: микроэлектроника, вычислительная техника, робототехника, атомная энергетика, самолетостроение, космическая техника, микробиологическая промышленность.

 

ЛЕКЦИЯ 4

Традиционные и нетрадиционные методы обработки материалов.

Непрерывное усложнение технологических задач производства наукоёмкой техники, связанных с обеспечением заданных требований производительности и качества обработки изделий новых поколений, требует создания технологических систем, основанных на ис­пользовании новых физических, химических и других явлений и процессов.

Так, создание изделий реактивной авиации новых поколений выявило несоответствие существующих технологических систем требованиям производи­тельности обработки деталей из жаропрочных, титановых и высокоточных спла­вов и сталей. Создание методов формообразования, основанных на обработке лезвийными и абразивными инструментами в сочетании с электрическим, тепло­вым, магнитным и другими видами воздействия на обрабатываемые материалы, позволило многократно увеличить производительность процессов удаления при­пуска. Повышенным требованиям промышленной чистоты прецизион­ных деталей по ряду характеристик не соответствовали методы обычной про­мывки этих деталей в технологических процессах их изготовления. Создание специальных технологических моющих сред в сочетании с определенным режи­мом движения этих сред в процессе промывки и наложением ультразвуковых ко­лебаний на эту среду позволило обеспечить заданные требования чистоты.

Решения по созданию и совершенствованию ТС отличаются между собой широ­ким диапазоном глубины проработки, трудоемкости и затрат на их реализа­цию. Известны решения по созданию высокопроизводительных процессов электроалмазного шлифования тонкостенных деталей из титановых сплавов на базе новых составов электролитов, когда было использовано ранее применяемое технологическое оборудование [64]. Вместе с тем, отдельные решения требуют создания специального оборудования и производственных помещений, на­пример, при реализации процесса удаления заусенцев деталей детонационным ме­тодом с помощью взрывчатых веществ.

Основные направления создания и совершенствования ТС, приведенные на рис. 4.1, представляют собой схему, которая включает три направления.

Первое направление - это расширение технологических возможностей ТС (рис. 4.1-1). Оно предусматривает сочетание базового процесса с воздействием на обрабатываемые изделия другими физическими или (и) химическими процес­сами, которые приведены в табл. 4.1. Процессы, приведенные в этой таблице, применяют и как самостоятельные, базовые для решения инженерных задач раз­мерной, отделочно-зачистной модификации и других видов обработки.

Второе направление расширения возможностей ТС, приведенное в табл. 2.2, вклю­чает изменение условий технологического воздействия созданием опти­мального уровня температур рабочей среды, механических характеристик и дру­гих условий.

 

 

Базовый процесс известной ТС

Расширение технологических возможностей ТС

1 Сочетание базового процесса с другими физическими или (и) химическими процессами воздействия на изделие

2 Изменение применявшихся технологических сред, материалов, инструментов, их характеристики и режимов воздействия

3 Назначение более эффективных схем взаимодействия рабочей среды и инструмента с обрабатываемым изделием

 

Рис. 4.1. Направление повышения технологических возможностей ТС за счет комбинированного воздействия и интенсификации процессов

 

                                                                            Таблица 4.1

Процессы технологического воздействия
01	Ионные	07	Радиационные
02	Лазерные	08	Химические
03	Мощным ионным пучком	09	Электрические
04	Магнитные	10	Электронные
05	Механические	11	Другие процессы
06	Плазменные

 

Третье направление (рис. 4.1-3) включает приёмы назначения более эффектив­ных схем обработки поверхности изделий.

Таблица 4.2

Условия технологического воздействия
01	Создание оптимального уровня температур рабочих сред и материалов (в диапазоне от криогенных до температур испарения материалов)
02	Обеспечение необходимых механических характеристик системы “техноло­гическая среда - инструмент - изделие”, в т. ч. давления, параметров трения (в диапазоне от параметров вакуума до сверхвысоких давлений)
03	Наложение импульсного и колебательного воздействия в ТС, включая воз­действия взрывом, наложение ультразвуковых колебаний
04	Назначение заданной скорости, продолжительности воздействий, размеров обрабатываемого участка и других характеристик технологического ре­жима
05	Обеспечение оптимального состава, концентрации, свойств и параметров инструментов и технологических сред

При решении практических задач  в конкретных производственных условиях выбор варианта решений производят, прежде всего, исходя из экономической це­лесообразности достижения заданного технического эффекта, связанного с увели­чением производительности процессов, повышения качества изделий или других характеристик. С учетом этого в большинстве случаев реализуют следующий порядок принятия решений:

- первоочередные решения могут быть реализованы на существующем техноло­гическом оборудовании на имеющихся производственных площадях;

- если принятие решения не обеспечивает достижения заданного техниче­ского эффекта, то используют дополнительное технологическое оборудование на имеющихся производственных площадях;

- если принятое производственное решение не обеспечивает необходимого тех­нологического эффекта, то наряду с применением дополнительного оборудо­вания расширяются производственные площади в отдельных случаях - с изоли­рованными помещениями (обработка взрывом, плазменные технологии и т.п.).

Отдельные примеры создания ТС приведены в табл. 2.3. Ряд примеров созда­ния для обработки изделий из труднообрабатываемых сплавов с интенсифика­цией процесса нагревом материала срезаемого слоя, с комбинированным воздей­ствием алмазной размерной обработки в сочетании с процессом электрохимиче­ской обработки и другие примеры приведены в настоящей главе и в других гла­вах, где рассмотрены ТС отделочно-зачистной, модифицирующей и других видов обработки.

Низкая обрабатываемость резанием многих труднообрабатываемых сталей и сплавов вызывает ряд трудностей при выполнении технологических операций размерной обработки изделий [11]. К числу таких трудностей относятся следую­щие:

- низкая стойкость режущих инструментов и повышенный их расход;

- пониженная производительность обработки, обусловленная назначаемыми режимами резания;

- трудности формирования заданных требований качества в процессе обра­ботки (точности, шероховатости, состояния качества поверхностного слоя);

- недостаточная надёжность автоматизированных технологических систем, свя­занная с повышенным разбросом вводных параметров процесса обработки в связи с низкой обрабатываемостью материала изделий.

В табл. 4.4 приведены сведения по наибольшей производительности процесса точения и фрезерования труднообрабатываемых коррозионно-стойких сталей, ти­тановых и никелевых сплавов. Для сравнения приведены данные по производи­тельности обработки алюминие­вых сплавов и углеродистых сталей. Как следует из табл. 4.4, произво­дительность обработки, оцениваемая объемом материала припуска, удаляемого в единицу времени, у коррозионно-стойких ста­лей, титановых и никелевых сплавов в 2-5 и более раз ниже, чем у углеродистых конструкционных сталей.

 

Таблица 4.4

Производительность процессов удаления припуска разными методами

 обработки резанием^*

 

Параметр	Обрабатываемые материалы	Наружное продоль­ное точе­ние	Торцевое фрезерова­ние
Наибольшая производитель­ность, 104 мм3/мин	Коррозионно-стойкие дефор­ми­руемые алюминиевые сплавы	90-100**	120-150**
	Коррозионно-стойкие стали ау­стенитного класса	25-35	40-50
	Высокопрочные деформи­руемые (a+b) - титановые сплавы	15-20	25-35
	Жаропрочные деформируе­мые сплавы на никелевой основе	7-10	15-20
	Углеродистые качественные кон­струкционные стали	50-70	80-100
Примечания: * приведенные значения производительности соответствуют обработке заго­товок без металлургической корки; ** критерием ограничения производительности, являются техно­ло­гические возможности оборудования. Критерием в остальных случаях - интен­сив­ность изнашивания инструментов.

В табл. 4.4 приведены данные по производительности процессов для условий обработки заготовок без металлургической корки, формируемой при литье, обработке дав­лением, термообработке и в других условиях действия повышенных температур. В условиях повышенных температур металлы активно взаимодействуют с газами атмосферы с образованием поверхностного слоя с повышенной микротвердо­стью. Это наиболее выражено у титановых сплавов. Так, при исходной микро­твердости титановых сплавов 300-370 МПа, микротвердость соединений титана с кислородом составляет (12-13)10² МПа, титана с азотом - (19-
20)10³ МПа. Во мно­гих случаях для металлургической корки характерны раковины, поры и не­ровно­сти на поверхностях заготовок.

Кроме указанных материалов, низкая производительность характерна при обра­ботке заготовок лезвийным инструментом в следующих случаях:

- после наплавки поверхностного слоя;

- при получении заготовок со сварным швом;

- после газопламенного или плазменного нанесения покрытий;

- при формировании поверхностного слоя лазерным, электроэрозионным и другими методами воздействия концентрированными потоками энергии;

- при удалении поверхностного слоя с нагаром, накипью, шаржированием абра­зивными частицами, повышенным наклепом и другими изменениями в про­цессе эксплуатации деталей, которые необходимо удалить в процессе восстанов­ления деталей.

Одним из направлений повышения производительности при обработке трудно­обрабатываемых сталей и сплавов является предварительный нагрев сре­заемого слоя в процессе удаления припуска.

Нагрев срезаемого слоя в процессе обработки преследует цель – снижение харак­теристик твердости, прочности и временное улучшение обрабатываемости материала изделия с последующим воздействием этих характеристик при вырав­нивании температуры материала с окружающей средой после окончания обра­ботки.

Повышение температуры конструкционных сталей и сплавов способствует сни­жению прочностных свойств, твердости и повышению пластичности этих ма­териалов. На рис. 4.2 приведены зависимости предела прочности при растяжении s_в от температуры для разных конструкционных материалов.

 

 

Рис. 4.2. Зависимость предела прочности от температуры: 1 - жаропрочный сплав ХН80ТЮБ; 2 - тугоплавкий сплав ВВ2; 3 - титановый сплав ВТ3-1; 4 - титано­вый сплав ВТ5; 5 - титановый сплав ВТ1-0

Необходимость обработки абразивным и алмазным инструментами материа­лов с высокими прочностными свойствами и твёрдостью требует изы­скания путей увеличения производительности процессов обработки и повышения качества обрабатываемых изделий. В табл. 4.5 приведены сведения по значениям скорости съёма материала припуска при шлифовании абразивными инструмен­тами в условиях оптимальных для каждого из приведённых материалов.

Наряду с труднообрабатываемыми материалами обработке шлифованием под­вергаются упрочненные поверхностные слои деталей, сформированные наплав­кой, газотермическим нанесением покрытий, включая плазменное напыление, лазерной, электроэрозионной и другими технологиями. Для указанных материа­лов характерна производительность процесса шлифования, многократно меньшая по сравнению с обработкой конструкционных сталей.

Высокие температуры в зоне обработки в сочетании с пониженной теплопро­водностью многих рассматриваемых материалов способствуют созда­нию условий для формирования в процессе алмазного шлифования прижогов, структурных изменений, растягивающих остаточных напряжений и других де­фектов в поверхностном слое изделий. Недостаточная производительность и де­фекты при обработке могут быть устранены комбинированным воздействием на обрабатываемый материал.

                                                                                                 Таблица 4.5

 

Значения скорости съёма при шлифовании абразивными инструментами

 

Обрабатываемые материалы	Скорость съёма 10-3, мм3/мин
Углеродистая качественная сталь 30ХНМА	3,5-2,8
Инструментальная сталь  У7	2,7-2,4
Коррозионная сталь Х18Н10Т	2,3-2,2
Титановый сплав ВТ22	2,0-1,8
Жаропрочный сплав ХН75МБТЮ	1,5-1,7
Твердый сплав ВК15	0,3-0,5

 

Пространственно-сложный характер обрабатываемых поверхностей предъяв­ляет повышенные требования к размерной стойкости формообразующего инструмента по всей длине и контуру его рабочей поверхности. В качестве при­мера на рис. 4.3 приведены схемы рабочей части шлифовального круга и обра­батываемой поверхности замка лопатки турбины, материалом которого является труднообрабатываемый сплав на никелевой основе.  

 

 

Рис. 4.3. Схемы профиля инструмента И и обрабатываемой детали Д: 1, 2, 3 - поверхности инструмента с низкой интенсивностью изнашивания

     

Требования точности обраба­тываемого профиля детали соответствуют IT5. Рабочие поверхности шли­фовального круга 1, 2 и 3 имеют разные условия взаи­модействия с обрабатывае­мой поверхностью, и поэтому эти поверхности имеют разную интенсивность из­нашивания, что соответствует разному размерному износу на этих участках. Эти условия обработки требуют принятия мер по повы­шению стойкости инстру­мента.

Одним из решений по повышению стойкости формообразующего инструмента в рассматриваемом случае является комбиниро­вание процесса резания с процессом электрохимического воздействия на мате­риал срезаемого слоя.

Значительная протяженность обрабатываемых поверхностей в сочетании с малыми геометрическими размерами зоны обработки отдельных обрабатывае­мых элементов создают такие условия, когда в режиме автоматизированной об­работки, например, на станке с ЧПУ, с одной стороны, недопустима смена изно­шенного инструмента, а с другой стороны, невозможно применение инстру­мен­тов больших размеров. Такой случай представлен на рис. 4.4.

 

Рис. 4.4. Схема размерной обработки поверхностей с ограничением размеров формообразующего инструмента

 

В соответствии с приведенной схемой в процессе шлифования поверхности П возможно применение инструмента, диаметр которого d_ин  d, когда гарантиро­ван зазор h с соседней поверхностью. В этих условиях комбинирование процесса ре­зания с другими процессами снятия припуска является единственным оптимальным решением.

Процесс электроалмазного шлифования, предусматривающий сочетание про­цес­са алмазного шлифования с электрическим воздействием на обрабатывае­мый материал, устраняет многие указанные недостатки, такой комбинированный про­цесс имеет многие преимущества в условиях основного и инструментального производств в машиностроении. Эти преимущества заключаются в следующем:

- повышение производительности процесса в 1,5-5 раз и более;

- уменьшение удельного износа алмазного инструмента в 1,5-3 раза и более и соответствующее уменьшение размерного износа;

- как следствие предыдущего – повышение стабильности выходных характери­стик качества процесса обработки (точности, шероховатости, состояния поверхностного слоя) в пределах обработки партии деталей, что повышает на­дежность автоматизированных систем, основой которых являются рассматривае­мые процессы;

- снижение затрат на правку кругов или полное исключение этой правки;

- повышение стоимости твердосплавного режущего инструмента за счет сниже­ния остаточных напряжений, микротрещин и других дефектов в материале поверхностного слоя режущей части;

- с учетом снижения сил резания обеспечена возможность обработки тонкостен­ных элементов деталей без снижения производительности с обеспече­нием заданных требований качества.

Вместе с тем, рассматриваемый процесс имеет и недостатки, что ограничивает его применение. К числу этих недостатков относится усложнение конструкции станка и его оборудования. Кроме того, при освоении процесса электроалмазного шлифования в производственных условиях решение задач оп­тимизации этого процесса применительно к конкретным условиям требует варь­ирования большего количества факторов (включая электрические пара­метры).

Знание процессов, явлений и закономерностей изменения выходных парамет­ров процесса электроалмазного шлифования в зависимости от исходных условий обработки позволяет с наибольшей эффективностью использовать технологиче­ские возможности этого процесса. С другой стороны, недостаточный учёт всех явлений и закономерностей процесса может привести к резкому снижению эф­фективности его применения.

В машиностроении применяют ряд процессов алмазной и абразивной электро­химической обработки: шлифование, полирование, суперфиниширование, до­водку, хонингование и другие. Эти процессы отличаются кинемати­кой взаимо­действия инструмента и обрабатываемого изделия, применяемым обо­рудованием, оснасткой и другими технологическими условиями. Однако в основе этих про­цессов лежат явления и закономерности взаимодействия инстру­мента и обрабатываемого материала. Рассмотренные ниже закономерности про­цесса электроалмазного шлифования являются общими и для дру­гих процессов.

Общая схема процесса электроалмазного шлифованияотличается от схемы обычного шлифования наличием в ТС источника технологического тока. Такая схема приведена на рис. 4.5.

 

 

Рис. 4.5. Схема процесса электроалмазного шлифования: 1 - обрабатываемое изделие; 2 - алмазный токопроводящий круг; 3 - источник технологического тока

По механизму воздействия на обрабатываемый материал процесс электроалмаз­ного шлифования делят на два вида: алмазно-электрохимическое шлифование (АЭХШ) и алмазно-электроэрозионное шлифование (АЭЭШ). Пред­ставление об этих двух видах механизма можно получить с помощью рис. 4.6.

На схемах приведены наиболее характерные элементы взаимодействия инстру­мента и обрабатываемого материала для двух рассматриваемых процессов: с преобладанием процессов электрохимического съёма (рис. 4.6 А) и с преобла­данием процессов электроэрозионного съёма материала (рис. 4.6 Б).

В обоих разновидностях приведенного процесса электроалмазного шлифова­ния предусматривается доля материалов, удаляемых резанием алмазным зерном с характерным для этого процесса явлением пластической деформации и разруше­ния материала срезаемого слоя, переходящего в стружку. При этом характерны трение на контактных поверхностях инструмента и срезаемого слоя, формирова­ние сил резания, составляющие которых Р_r (радиальная) и Р_ок (окружная) приве­дены на схеме, формирование температуры в зоне резания и тепловых потоков из этой зоны в деталь, инструмент и окружающую среду.

Принципиальное отличие процесса резания алмазным зерном в рассматривае­мых процессах от такого процесса при объёмном шлифовании со­стоит в следующем:

- деформирование, разрушение и переход материала срезаемого слоя в стружку происходят с предварительным частичным разрушением этого слоя анодным растворением (рис. 4.6 А) или электроэрозионным воздействием (рис. 4.6 Б);

- формирование состояния материала поверхностного слоя также отличается в обоих указанных случаях под действием указанных факторов от состояния при обычном резании.

При электрическом растворении материала обрабатываемого изделия парамет­рами, определяющими интенсивность этого процесса, являются плот­ность тока и время растворения.

 

Рис. 4.6. Схема взаимодействия алмазного зерна и обрабатываемого мате­риала в процессе электроалмазного шлифования: А - с преобладанием процессов электрохимического и механического съема; Б - с преобладанием процессов электроэрозионного и механического съема. 1 - то­ко­проводная связка алмазного слоя; 2 - алмазное зерно; 3 - электролит; 4 - обра­ба­тываемое изделие

 

Обработка с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК) находит широкое применение в машиностроении. Из всех направлений, связанных с размерной, отделочной, очистки, упрочняющей и другими обработками обработка с УЗК неэффективна при решении задач дробления стружки.

К необходимости обработки с УЗК приходят двумя путями:

- когда широко известны технологические возможности определённого ме­тода обработки с УЗК, а другие методы воздействия значительно уступают ему по ряду выходных параметров;

- когда варьирование условий обработки без УЗК подбором технологических режимов, параметров инструмента, состава СОЖ и других условий не обеспечи­вает необходимого технического эффекта, как, например, при решении задач многократного повышения стойкости инстру