ПЕРСПЕКТИВНЫЕ  НАПРАВЛЕНИЯ  В  МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ.  УВЕЛИЧЕНИЕ  ЭФФЕКТИВНОСТИ  ПРОИЗВОДСТВ

Кузьмина  Татьяна  Александровна

магистрант  1  курса,  кафедра  «Технология  машиностроения»  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail:  kuz-tan@mail.ru

Масягин  Василий  Борисович

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  профессор  РАЕ,  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

Существует  целый  ряд  направлений,  инновации  в  которых  появлялись  и  будут  появляться  регулярно,  особенно  с  учетом  высокой  скорости  прогресса  в  области  компьютерных  технологий.  Часть  из  этих  направлений  находится  пока  в  стадии  разработки,  другие  —  проходят  апробацию,  третьи  же  начинают  постепенно  внедряться  в  производство.  К  последним  можно  отнести  исследования  в  области  достижения  более  высокого  КПД  оборудования;  создание  новых  систем  автоматизированного  проектирования;  разработка  механизмов  и  аппаратов,  уменьшающих  вмешательство  человека  или  вообще  исключающих  человеческий  фактор  из  процессов  металлообработки.

Новые  системы  автоматизированного  проектирования  (САПР)

Развитие  САПР  сегодня  происходит  путем  реализации  комплексного  подхода  к  максимальной  автоматизации  процессов  проектирования  на  всех  уровнях.  Также  упрочняется  и  расширяется  связь  процессов  проектирования  с  процессами  изготовления  конструкций.  Следует  также  работать  над  возможностью  усовершенствования  систем,  поскольку  прогресс  в  области  вычислительной  техники,  оборудования  для  производства  вычисляемых  конструкций,  а  также  сами  конструкции  со  временем  эволюционируют.  Поэтому  должна  обеспечиваться  согласованная  работа  всех  элементов  автоматизированных  систем,  причем  желательно  добиваться  того,  чтобы  это  происходило  без  вмешательства  человека  в  процессы  обработки  массивов  информации  при  переключении  с  одного  этапа  проектирования  на  другой. 

До  недавнего  времени  программа  AutoCAD  считалась  лидером  в  этой  области.  Однако  сейчас  идет  активная  работа  по  созданию  новых,  более  совершенных  программ,  в  частности  способных  не  только  служить  «электронным  кульманом»,  но  и  рассчитывать  динамические  и  статические  нагрузки,  которые  будет  испытывать  проектируемые  конструкции.  Одной  из  таких  систем  стала  APM  WinMachine.  Эта  САПР  позволяет  создать  узлы  и  конструкции,  оптимальные  по  заданным  параметрам,  благодаря  различным  модулям,  к  примеру  APM  Structure3D.  Кстати,  APM  WinMachine  разработана  отечественной  компанией  —  НТЦ  АПМ. 

Модуль  APM  Structure  3D  позволяет  выполнять  расчеты  таких  параметров,  как  величины  деформации  и  напряжений  в  любой  точке  программируемой  системы  или  узла;  стабильность  отдельных  элементов  и  всей  конструкции  в  целом;  динамические  характеристики  механических  колебаний  (вынужденных  и  собственных).  Расчеты  могут  вестись  как  для  стабильно  нагруженных  конструкций,  так  и  для  систем  с  переменным  нагружением. 

Внедрение  таких  систем  позволяет  упростить  работу  конструкторов  и  проектировщиков,  исключить  ошибки,  ускорить  процессы  создания  новых  узлов,  деталей  и  массивных  конструкций,  разработать  изделия  и  документацию  в  соответствии  со  стандартами  РФ.  Благодаря  тому,  что  САПР  теперь  разрабатываются  и  в  нашей  стране,  их  использование  дает  существенную  экономию  на  приобретении  программного  обеспечения.  Исходя  из  вышесказанного,  можно  сделать  вывод,  что  отечественные  системы  автоматизированного  программирования  в  ближайшее  время  начнут  активно  вытеснять  импортные  аналоги. 

Автоматизация  производств

Современная  промышленность  неуклонно  наращивает  производительность.  Высокие  скорости  различных  процедур  металлообработки,  повышенные  требования  к  точности  обработки  и  качеству  изделий  —  все  это  приводит  к  тому,  что  производство  становится  более  автоматизированным.  Для  того,  чтобы  минимизировать  участие  человека  в  процессах  изготовления  и  обработки  деталей  и  узлов,  передав  ему  только  управляющие  функции,  инженерная  мысль  движется  в  направлении  роботизации.  Уже  сейчас  действуют  полностью  автоматизированные  системы  обработки  деталей,  так  называемые  обрабатывающие  центры,  выполняющие  различные  процедуры,  например,  токарно-фрезерные  центры  с  ЧПУ,  роботы  для  сварки.  Однако  на  этом  изобретатели  не  останавливаются. 

Процессы  роботизации  и  автоматизации,  осуществляемые  такими  компаниями,  например,  как  FANUC  или  «ФАМ-Роботикс»  решают  любые  производственные  задачи  путем  создания  оборудования,  управляемого  дистанционно  с  компьютеров,  с  помощью  программного  обеспечения.  Оснащение  производств  таким  оборудованием  означает  уменьшение  затрат  на  обслуживание  и  наладку.  Соответственно,  в  связи  со  все  возрастающей  сложностью  оборудования,  возрастают  требования  к  квалификации  персонала.  Это  влечет  за  собой  необходимость  в  обучении  кадров,  повышении  их  уровня  знаний. 

Интеграция  промышленных  роботов  в  производство,  при  кажущейся  затратности,  окупает  себя  в  крупносерийном  изготовлении  деталей,  а  также  в  процессах  металлообработки.  Например,  сварка  с  помощью  промышленных  роботов  FANUC  может  осуществляться  с  гораздо  большей  скоростью,  нежели  вручную.  Кроме  того,  сварка  происходит  по  всем  осям,  перемещение  по  которым  происходит  в  том  порядке,  который  задан  оператором.  Энергоемкость  таких  процессов  существенно  ниже,  а  производительность  —  выше,  чем  при  ручном  способе.  Быстрое  переключение  с  одной  операции  на  другую  позволяет  экономить  рабочее  время.  Около  70  %  эффекта  от  автоматизации  и  роботизации  производства  происходит  благодаря  увеличению  производительности  и  гибкости,  и  остальные  30  %  поровну  делят  между  собой  повышение  качества  и  снижение  процента  брака  (15  %),  а  также  экономия  фонда  оплаты  труда  (15  %).  Плюсом  автоматизации  также  является  то,  что  задачи  людей,  работающих  на  производстве,  как  и  объема  работ,  уменьшаются,  вследствие  чего  улучшаются  условия  труда  и  найма  персонала  становится  гораздо  проще.  Благодаря  роботизации  можно  нарастить  производственные  мощности,  поскольку  автоматизированные  линии  занимают  намного  меньше  площади. 

Выгоды,  получаемые  в  результате  автоматизации  крупных  предприятий,  настолько  очевидны,  что  в  ближайшие  два-три  года  стоит  ожидать  увеличения  количества  производств,  полностью  или  частично  роботизированных.  Поскольку  конкуренция  в  сфере  металлообработки  достаточно  высока  и  постепенно  сегмент  низкопроизводительных  предприятий  уменьшается,  а  крупные  игроки  в  этой  области  активно  развиваются,  будет  с  большой  долей  вероятности  происходить  и  рост  числа  компаний,  предлагающих  услуги  по  автоматизации  и  роботизации  металлообрабатывающих  заводов. 

Высокопрочные  стали

Режущие  инструменты  в  процессах  металлообработки  подвергаются  сильному  износу.  Изнашиваются  также  и  движущиеся  части  обрабатывающих  станков  и  другого  оборудования,  работающего  на  высоких  скоростях  или  с  заготовками  большой  массы.  Повышение  прочности  стали,  из  которой  изготавливаются  эти  части,  относится  к  наиболее  проблемным  вопросам  современной  инженерии.  Поверхностное  упрочнение  лишь  отчасти  решает  эти  проблемы,  поэтому  уже  не  первое  десятилетие  ученые  всего  мира  бьются  над  вопросом  увеличения  прочности  сталей. 

Производство  высокопрочных  сталей  обычно  ведет  к  ухудшению  пластичности  и  неспособности  сопротивляться  хрупкому  разрушению.  Поэтому  разработки  в  области  повышения  надежности  сталей  направлены  на  решение  комплексных  проблем  —  корреляции  механических  характеристик  и  эксплуатационных  условий.  Основными  параметрами,  по  которым  оцениваются  высокопрочные  стали,  являются  два  показателя  —  предел  текучести  и  трещиноустойчивость  (вязкость  разрушения). 

Одним  из  самых  простых  методов  создания  высокопрочных  сталей  является  наклеп.  Такая  процедура  применяется,  например,  в  случае  с  высокомарганцевой  сталью,  которая  содержит  до  13  %  марганца  в  своем  составе.  Прочность  этой  стали,  из  которой  производят  в  основном  звенья  гусениц,  железнодорожные  крестовины  и  т.  д.,  сама  по  себе  низкая  —  до  200  НВ.  Путем  наклепа  прочностный  показатель  можно  увеличить  до  600  НВ.  Казалось  бы,  —  чего  больше?  Метод  простой,  а  сталь  —  прочная  и  устойчивая  к  износу.  Однако  это  —  только  на  первый  взгляд.  Увеличивая  прочность  таким  способом,  искусственно  снижают  предел  текучести,  и  сталь  становится  непригодной  для  обработки  гибкой,  сваркой. 

ТРИП-стали  (Transformation  —  Induced  Plasticity)  являются  одной  из  разработок  прошлого  столетия.  Для  получения  этой  стали  в  качестве  легирующего  элемента  вводится  кремний.  Пластичность  этих  сталей  искусственно  повышалась  в  два  раза  по  сравнению  с  обычными  высокопрочными  сталями  за  счет  деформации.  Сейчас  ей  на  смену  приходят  Twinning  —  Induced  Plasticity  (ТВИП)  стали,  легированные  марганцем.  Их  пластичность  увеличивается  благодаря  двойникованию  —  под  действием  внешних  сил,  направленных  по  касательной.  Производство  таких  сталей  обходится  дешевле  и  свойства  их  оставляют  далеко  позади  ТРИП-стали. 

На  отечественный  рынок  поступает  в  последнее  время  сталь  Hardox  производства  компании  SSAB  Oxelosund  AB.  Она  постепенно  отвоевывает  позиции  у  отечественных  высокопрочных  сталей  за  счет  своих  характеристик.  Эта  сталь  может  быть  подвергнута  металлообработке  гибкой,  свариванием  и  другими  способами  без  потери  физических  свойств.  По  шкале  Брюннеля  Hardox  может  достигать  твердости  до  600НВ.  Сварку  и  резку  листов  из  стали  этой  марки  можно  вести  любыми  способами  —  газопламенной,  плазменной,  электродуговой,  лазерной. 

Направление  создания  высокопрочных  стальных  сплавов  активно  разрабатывается  и  в  отечественной  металлургии.  Пока  что  эти  стали  используются  для  создания  горной  и  строительной  техники,  упрочнения  автомобильных  кузовов  и  намного  реже  —  для  изготовления  деталей  станков  и  оборудования.  Можно  предположить,  что  современный  рынок  черных  металлов  постепенно  будет  расширяться  и  дополняться  за  счет  открытия  и  внедрения  новых  способов  упрочнения  инструментальных  сталей.  А  обработка  металлов  с  помощью  инструмента,  изготовленного  из  таких  составов,  станет  еще  более  эффективной  и  производительной.

Список  литературы:

1. Металлообработка  —  2014:  перспективы  технологий  обработки  металла  //  электронное  корпоративное  издание  НПП  Русмет:  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —URL:  http://www.npprusmet.ru