Научно-методическое обеспечение технологической унификации операций электрохимической размерной обработки изделий авиационной техники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Саушкин, Степан Борисович

• Саушкин, Степан Борисович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Саушкин, Степан Борисович

Введение.

Глава 1 Состояние вопроса и постановка задач исследования.

1.1 Применение электрохимических технологий в современном машиностроительном производстве.

1.2 Основные тенденции развития технологий и оборудования для электрохимической размерной обработки.

1.3 Унификация, как эффективное средство совершенствования машиностроительного производства.

1.4 Проблемы и перспективы повышения уровня унификации электрохимических технологий

1.4.1 Теоретические и экспериментальные исследования высокоскоростного анодного растворения материалов, как основа создания банков технологических знаний.

1.4.2 Создание унифицированных средств технологического оснащения.

1.4.3 Организационно-технические особенности унификации и внедрения технологий ЭХРО.

1.5 Выводы по главе 1. Основные задачи исследования.

Глава 2 Методология и общая методика исследований.

2.1 Структурно-логическая схема и формулирование вопросов исследований.

2.1.1 Основные вопросы экспериментальных исследований.

2.1.2 Основные вопросы теоретических исследований.

2.1.3 Основные технологические и конструкторские разработки.

2.2 Проведение экспериментальных исследований.

2.2.1 Исследуемые материалы и их свойства.

2.2.2 Применяемые электролиты.

2.2.3 Электрохимические измерения.

2.3 Оценка технологических характеристик операций ЭХРО.

2.3.1 Физическое моделирование.

2.3.2 Станочные эксперименты.

2.3.3 Измерения показателей качества поверхностного слоя.

2.4 Статистические исследования.

2.5 Выводы по главе 2.

Глава 3 Моделирование элементов унифицированной технологической системы электрохимической обработки изделий.

3.1 Моделирование унифицированного технологического процесса электрохимической обработки

3.1.1 Классификационная модель способов и технологий ЭХРО.

3.1.2 Структурная модель способа ЭХРО.

3.1.3 Теоретико-множественные модели.

3.1.4 Алгоритмические модели.

3.2 Моделирование унифицированных средств технологического. оснащения.

3.2.1 Общая методика подбора оборудования для операций ЭХРО.

3.2.2 Моделирование электрохимического станка.

3.2.3 Моделирование технологической оснастки.

3.2.4 Применение элементов CALS-технологий при проектировании унифицированных операций ЭХРО.

3.3 Выводы по главе 3.

Глава 4 Методическое и информационное обеспечение процесса проектирования унифицированных технологий ЭХРО.

4.1 Подготовка базы данных для проектирования унифицированных технологических процессов ЭХРО.

4.1.1 Структура базы данных.

4.1.2 Обрабатываемость исследуемых материалов в условиях ЭХРО.

4.1.3 Выбор рабочих жидкостей.•.

4.1.4 Электрохимическая характеристика пары «металл-электролит».

4.1.5 Технологические характеристики, достигаемые при ЭХРО изделий из авиационных материалов.

4.1.6 Паспорт электрохимической обрабатываемости материала.

4.2 Разработка расчетных процедур для проектирования технологий ЭХРО обработки пера лопаток компрессора.

4.2.1 Обоснование конкурентоспособности технологии ЭХРО пера лопаток компрессора.

4.2.2 Методика назначения параметров режима.

4.2.3 Анализ достижения заданной точности изготовления пера.

4.2.3.1 Теоретический анализ точности изготовления пера.

4.2.3.2 Статистический анализ точности операции ЭХРО профиля пера типового представителя лопаток компрессора.

4.2.4 Оптимизация ¡параметров режима.

4.3 Выводы по главе 4.

Глава 5 Разработка унифицированных технологий ЭХРО.

5.1 Унифицированные операции производства лопаток компрессора.

5.1.1 Рекомендации по унификации технологий изготовления лопаток.

5.1.2 Проектирование технологии изготовления лопаток компрессора.

5.1.3 Формирование технического облика современного лопаточного станка.

5.1.4 Проектирование унифицированной оснастки.

5.1.4.1 Унификация инструмента.

5.1.4.2 Переналадка и перенастройка средств технологического оснащения.

5.2 Групповая операция трепанации окон в деталях типа «втулка».

5.4 Технико-экономическая оценка эффективности работ по унификации операций ЭХРО.

5.5 Выводы по главе 5.

Основные результаты работы и выводы.

Список используемых источников.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научно-методическое обеспечение технологической унификации операций электрохимической размерной обработки изделий авиационной техники»

Технологии электрохимической размерной обработки (ЭХРО) получили распространение, начиная с 50-х годов прошлого века, в оборонных отраслях промышленности в связи с усложнением конструкций изделий и появлением новых конструкционных материалов [1-3]. К настоящему времени метод электрохимической обработки материалов, способы и технологии на его основе занимают общепризнанное место в современной технологии машиностроения [4-9]. Технологии ЭХРО являются наукоемкими и обладают всеми признаками ключевых обрабатывающих технологий. Считают, что таким технологиям необходимо обеспечить приоритетное развитие [10].

Разработаны научные и технологические основы электрохимической размерной обработки, создан соответствующий парк электрохимических станков. Значительный вклад в развитие технологий ЭХРО внесли российские ученые и инженеры: Ф.В. Седыкин, Ю.Н. Петров. Ф.И. Кукоз, А.Г. Атанасянц, Ю.С. Волков, В.П. Смоленцев, H.A. Амирханова, Г.Н. Корчагин, А.Х. Каримов, Г.Н. Зайдман, Е.М. Румянцев, Л.Б. Уваров, создавшие отечественные научные школы в области электрохимической размерной обработки [11]. Среди зарубежных исследователей заметный вклад в развитие теоретических и прикладных вопросов электрохимической размерной обработки внесли D. Landolt, М. Datta, J. Bannard, J. McGeough, A. De Barr, D. Oliver, Ch. Tobias, J. Kozak, K. Rajurkar, J. Thorpe, T. Degenhardt, W. König, К. Мао, К. Kawafune, М. Kubota. Работы этих ученых и их сотрудников заметно расширили знания по различным аспектам электрохимического формообразования, позволили создать и внедрить ряд эффективных технологий.

В последнее десятилетие ведущие мировые производители наукоемкой продукции, в первую очередь изготовители ракетных и авиационных двигателей, совершенствуют организационно-технические формы применения технологий ЭХРО, создавая специализированные производственные подразделения и современное оборудование [12-16].

Вместе с тем, широкое внедрение технологий электрохимической размерной обработки сдерживается из-за наличия ряда нерешенных научных, технических и организационных проблем.

Одной из таких проблем является относительно низкий уровень унификации технологий ЭХРО. Это приводит к увеличению ресурсозатрат при технологической подготовке производства новых изделий, малой фондоотдаче из-за недостаточной загруженности станочного парка электрохимических станков, снижению производительности труда.

Унифицированные технологические процессы и средсгва технологического оснащения для операций электрохимической обработки развиты недостаточно, справочные и методические материалы для их разработки, пригодные для использования в цеховых условиях, практически отсутствуют.

Сказанное усугубляется тем, что значительный объем экспериментального материала, накопленного в 70-90-е годы прошлого века в области высокоскоростного анодного растворения металлов и технологические разработки в этой области не получили должного обобщения в виде автоматизированных баз знаний. Низкий уровень унификации затрудняет применение современных технологий проектирования операций ЭХРО, снижает их эффективность и конкурентоспособность по отношению к операциям обработки резанием.

Цслыо диссертационной работы является повышение эффективности технологических процессов электрохимической обработки изделий на основе применения принципа технологической унификации.

Прикладная часть работы ориентирована на изделия авиационного двигателестроения, поскольку в этой области технологии машиностроения технологии электрохимической размерной обработки нашли наибольшее применение.

Основные задачи исследования:

1. Разработать модели унифицированного технологического процесса ЭХРО, модели средств технологического оснащения, обеспечивающие структурный анализ объектов моделирования, методику синтеза обьектов моделирования и методику принятия обоснованных технических решений.

2. Обобщить, дополнить и унифицировать базу данных для проектирования технологических процессов ЭХРО изделий авиационной техники.

3. На основе моделирования процессов электрохимического формообразования разработать инженерную методику выбора и оптимизации параметров режима для унифицированной операции ЭХРО пера лопаток компрессора.

4. Обосновать технический облик перспективного электрохимического лопаточного станка, разработать инженерную методику создания переналаживаемой технологической оснастки.

5. Выполнить статистический анализ точности операции ЭХРО обработки пера лопаток с целью обоснования принятых технических решений.

6. Разработать технологические рекомендации и унифицированные технологические операции ЭХРО деталей ГТД.

Научная новизна работы заключается в разработке моделей объектов и процедур унификации технологий ЭХРО, разработке и анализе модели многопереходной операции ЭХРО, обобщении и расширении унифицированной базы данных для технологического проектирования.

Практическая значимость работы заключается в разработке и обосновании инженерных методик расчета, практических рекомендаций, технологических процессов и элементов средств технологического оснащения, обеспечивающих создание высокоэффективных типовых и групповых операционных технологий.

При проведении исследований и опытно-экспериментальных работ автором получены два свидетельства на рационализаторские предложения.

На защиту выносятся:

1. Результаты моделирования процедур и объектов технологической унификации операций электрохимической размерной обработки (расчетные методики, оборудование и оснастка).

2. Результаты моделирования и инженерная методика проектирования и оптимизации многопереходной операции обработки пера лопатки компрессора.

3. Результаты исследования обрабатываемости материалов авиационного моторостроения при высокоскоростном электрохимическом растворении и унифицированная база данных для проектирования технологий электрохимической обработки.

4. Результаты статистического исследования точности операции электрохимической обработки профиля пера лопаток компрессора

5. Технологические рекомендации по унификации, эффективные унифицированные процессы электрохимической обработки и средства технологического оснащения.

Достоверность результатов исследований и разработок обеспечивается научно-обоснованной методологией теоретических исследований, применением апробированных методик и оборудования для экспериментальных исследований, оценкой точности отдельных измерений, преемственностью полученных результатов и проверкой полученных результатов на станочном оборудовании в цеховых условиях.

Личный вклад автора

Автором получены, обобщены и систематизированы экспериментальные результаты, изложенные в данной работе. Разработаны основные модели и проведен анализ этих моделей.

Постановка задач исследований и обсуждение результатов выполнены совместно с научным руководителем. Обсуждение отдельных результатов и подготовка совместных публикаций проводилась вместе с соавторами, указанными в списке опубликованных работ.

Апробация работы

Отдельные результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Молодые ученые - 2006» (г. Москва, 2006 г.); Международной научно-технической конференции «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей» (г.Кострома, 2007 г.); научно-практической конференции «Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности»-(г.Москва, МАИ, 2007г.); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2008» (г.Москва, МАТИ, 2008г.); научно-техническом семинаре «Прогрессивные технологии и оборудование механосборочного производства» (г. Москва, МГТУ «МАМИ», 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Электроэрозионные и электрохимические технологии в производстве наукоемкой продукции» (г. Москва, 2010г.), Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (г. Москва, РГТУ-МАТИ, 2010).

Промежуточные результаты и работа в целом докладывались на научных семинарах кафедры «Технология машиностроения» МГТУ «МАМИ» в 2007-2010 г.г. Научные публикации по теме диссертации.

По материалам диссертации опубликовано 14 работ, б из которых включены в перечень ВАК для опубликования материалов диссертационных работ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из