Организационно-технологическое обеспечение оптимальной долговечности деталей машин (16.02.2009)

Автор: Говоров Игорь Витальевич

6. Определение оптимального технологического решения для анализируемой функциональной поверхности с учетом характера конкретного рассматриваемого варианта КОТМ и соответствующих стоимостных ограничений (табл. 1).

Рассмотренный алгоритм реализован программно в среде Microsoft Visual Studio Express 2008 C#. База данных технологических решений, составляющая ядро информационного обеспечения рассматриваемой автоматизированной системы, сформирована на основе систематизации имеющихся литературных данных и результатов проведенных экспериментальных исследований по технологическому обеспечению параметров качества деталей машин, определяющих их эксплуатационные свойства. Она функционирует под управлением СУБД реляционного типа Firebird v. 2.0 и предусматривает возможность дополнения, а также редактирования имеющегося информационного массива.

Практическое применение системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин рассмотрено на примере деталей, имеющих различные ограничения по возможным вариантам реализации КОТМ: установочных элементов (УЭ) технологической оснастки и опорного катка круглопильного полуавтомата.

Специфические особенности УЭ связаны с характером их эксплуатации (постоянная смена сопряженного тела) и ограничениями требованиями стандартов возможностей по оптимизации долговечности. Основной причиной потери УЭ работоспособности является превышение допустимого износа их рабочих поверхностей, непосредственно контактирующих с устанавливаемыми в приспособлении заготовками. В связи с этим, в качестве критерия оптимальной долговечности УЭ приняты минимальные удельные затраты, приходящиеся на одну деталеустановку.

Из всего многообразия рассмотренных (и допускаемых требованиями стандартов) технологических решений наиболее эффективным признано лазерное борохромирование УЭ, изготовленных из стали 40Х. Внедрение предлагаемой технологии в условиях ЗАО «Термотрон-завод» (г. Брянск) позволило получить годовой экономический эффект в размере 480,0 тыс. руб. по всей номенклатуре используемой на предприятии технологической оснастки.

Каток опорный является примером нестандартной детали, использование которой в машине (круглопильном полуавтомате) ограничивается износом наружных конических поверхностей катания. Организационная проблема эксплуатации этой детали заключается в малой долговечности (10…13 мес.) и высокой вероятности выхода из строя до очередного ремонтного мероприятия, периодичность проведения которых один год, в результате чего возникают незапланированные аварийные остановки. Таким образом, в данном случае критерий оптимальной долговечности может быть связан с минимальными затратами, приходящимися на деталь за межремонтный период.

Анализ возможных вариантов КОТМ позволил сформировать массив конструкторско-технологических мероприятий, наиболее эффективными из которых (с учетом эксплуатационных ограничений) признаны: внесение изменений в конструкцию катка, обеспечивающих оперативность разборки и сборки соответствующего узла, использование для изготовления детали стали 45 с последующим ее диффузионным борохромированием. Внедрение указанных технических решений в условиях ООО «Мебельная фабрика «Белые Берега» (г. Брянск) позволило сократить аварийные остановки и незапланированные простои технологического оборудования, что сопровождается годовым экономическим эффектом в размере 350,0 тыс. руб.

Комплексное применение предложенной системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин осуществлено в условиях ООО «Уральский моторный завод» (г. Екатеринбург) для изделий, составляющих оборотный фонд запасных частей к технологическому оборудованию предприятия, и позволило получить в течение 2008 г. экономический эффект в размере 1,1 млн. руб., при ожидаемом эффекте за расчетный период – более 5,0 млн. руб.

Апробация разработанной системы для изделий, составляющих основную номенклатуру производства и весь жизненный цикл которых может регулироваться изготовителем, осуществлена в условиях ООО «Ремонт и модернизация» (г. Екатеринбург). Ожидаемый экономический эффект за предполагаемый период использования технологических решений (6 лет) составляет более 9,0 млн. руб.

В приложении приведены акты внедрения результатов исследований в условиях промышленных предприятий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Получено решение научной проблемы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин, заключающееся в комплексном рассмотрении затрат на их изготовление, ремонт, восстановление и утилизацию.

2. Установлено, что повышение конкурентоспособности изделий машиностроения возможно на основе определения и организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности составляющих их деталей с учетом всех этапов жизненного цикла этих деталей.

3. Впервые получены теоретические зависимости для расчета затрат по комплексам организационно-технологических мероприятий (КОТМ), обеспечивающим оптимальную долговечность деталей машин при различных соотношениях их фактической (расчетной) долговечности (Тр) и установленного срока службы машины (Тм).

4. Предложена методология применения разработанной системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин в условиях различных промышленных предприятий.

5. Установлено, что для выявления резервов снижения затрат, сопровождающих все этапы жизненного цикла детали, при оптимизации ее долговечности эффективно может быть использован инженерный анализ, включающий:

– анализ конструкции детали, ее основных эксплуатационных свойств, условий эксплуатации, функциональных поверхностей;

– анализ технологических факторов изготовления детали и получения основных функциональных поверхностей;

– анализ организации эксплуатации детали, применяемых технологий ремонта (восстановления) и утилизации;

– инженерное заключение, позволяющее сформировать принципиальные направления организационно-технологического совершенствования жизненного цикла детали в целях оптимизации ее долговечности.

6. Разработаны технологии модифицирования поверхностного слоя деталей машин, позволяющие повысить их долговечность, на основе:

– диффузионного борохромирования;

– лазерного упрочнения диффузионных борохромированных покрытий;

– лазерного легирования из двух- и многокомпонентных обмазок.

7. Экспериментально определены критические значения плотности мощности импульсного лазерного излучения, определяющие условия протекания процессов поверхностного упрочнения (с оплавлением или без оплавления обрабатываемой поверхности).

8. Получены экспериментальные уравнения взаимосвязи поверхностной микротвердости и прочности образцов из различных материалов с режимами обработки и составом обмазок при поверхностном лазерном борохромировании. Использование данных уравнений позволяет определять состав обмазки и режимы лазерного борохромирования деталей, обеспечивающие их оптимальную долговечность.

9. Впервые определена надежность технологического обеспечения поверхностной микротвердости и прочности деталей при их поверхностном лазерном модифицировании с использованием бор- и хромсодержащих обмазок различного состава.

10. Установлены возможности повышения долговечности деталей машин путем добавления в исследованные двухкомпонентные составы дополнительных соединений. Предложен ряд многокомпонентных обмазок на основе соединений бора и хрома, позволяющих повысить эффективность лазерного модифицирования функциональных поверхностей деталей машин, изготовленных из сталей 20, 45, 40Х. Наиболее эффективными добавками для повышения глубины легированного слоя являются углерод и ферросилиций, для повышения микротвердости и трещиностойкости – оксид титана и карбид кремния.

11. Установлены характерные особенности формирования припусков на окончательную механическую обработку упрочненных в процессе лазерного легирования поверхностей деталей при полном или частичном удалении лазерных валиков.

12. Практическая реализация разработанной системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин позволила получить годовой экономический эффект:

– для детали «каток опорный» в сумме 350,0 тыс. руб.;

– для установочных элементов технологической оснастки в сумме 480,0 тыс. руб.

Комплексное внедрение системы в масштабах промышленных предприятий сопровождается ожидаемым экономическим эффектом (за расчетный период) более 5,0 млн. руб. для условий ремонтного хозяйства и около 9,0 млн. руб. – для основного производства.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Суслова, Р.К. Мещерякова и др. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 944 с. // Говоров И.В., Инютин В.П., Жостик Ю.В. Лазерная обработка (раздел, с. 562-583).

2. Инженерия поверхности деталей: монография / Под. ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2008. – 318 с. // Говоров И.В. и др. Инженерия поверхности деталей машин при их восстановлении (глава, с. 267-281).

Авторские свидетельства и патенты

1. А.с. 1573053 СССР, МКИ3 С23 С12/00, 26/00. Состав для лазерного легирования / Ю.В. Колесников, Ю.В. Жостик, И.В. Говоров.

2. А.с. 1607433 СССР, МКИ3 С23 С12/02. Состав для борохромирования стальных деталей при лазерном нагреве / И.В. Говоров, Ю.В. Колесников, Ю.В. Жостик.

3. Патент РФ № 2005130205/22 МПК С23 С28 / 00 (2006.01) Источник питания для электромеханической обработки деталей машин переменным током / А.Г. Суслов, А.О. Горленко, Д.Н. Финатов, И.И. Кочуев, А.П. Штепа, И.В. Говоров.


загрузка...