Повышение энергоэффективности и производительности изготовления деталей машин при интеграции многолезвийной механической обработки и поверхностно-термического упрочнения источниками концентрированной энергии на единой станочной базе

Объектом данных исследований является технологический процесс изготовления деталей машин, основанный на использовании гибридного станочного оборудования, объединяющего механическую и поверхностно-термическую обработки. Работа направлена на решение фундаментальной научной проблемы: повышение технико-экономической эффективности технологического процесса изготовления деталей машин, содержащего операции поверхностной закалки и механической обработки. В результате выполнения первого этапа НИР получены следующие результаты: 1. Разработано гибридное металлообрабатывающее оборудование с числовым программным управлением, написан уникальный постпроцессор к нему, позволяющий реализовать все функциональные возможности данной станочной системы и технологию комбинированной обработки в целом. Спроектирована и изготовлена специальная оснастка и инструмент, обеспечивающие все необходимые требования к процессу поверхностной закалки ВЭН ТВЧ. Проведённый комплекс работ и апробация технологии интегрированной обработки в реальных условиях по сравнению с традиционными методами построения технологического процесса изготовления деталей позволили зафиксировать следующие результаты: повышение производительности обработки в 1,9 раза; исключение возможности появления брака при финишном шлифовании; сокращение вспомогательного и подготовительно-заключительного времени; снижение межоперационных заделов деталей; 2. В результате проведенных исследований установлено, что внедрение предложенного принципа интеграции, обеспечивающего обработку деталей от единой технологической базы, позволяет существенно сократить припуск на окончательное шлифование. Это обеспечивает повышение качества поверхностного слоя изделий. В частности, при осуществлении абразивного шлифования и выхаживания повышаются достигнутые в процессе ВЭН ТВЧ показатели микротвердости и уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое материала на 6…8%; 3. Разработана методика моделирования сборного абразивного инструмента, использующая теорию графов и матричный анализ. Этот подход позволяет не только анализировать и синтезировать конструктивные решения, но и значительно повышать эффективность инструментального обеспечения при производстве изделий из высокопрочных и тяжело обрабатываемых материалов. По результатам проведенных теоретических исследований установлено, что использование разработанной методики модельного проектирования позволяет повысить эффективность процесса проектирования сборного абразивного инструмента в диапазоне от 2 до 4 раз, в зависимости от сложности конструкции инструмента; 4. На основе установленных функциональных зависимостей, связывающих волнистость, шероховатость и микротвёрдость материала со временем выхаживания, была разработана методика назначения режимов для нового метода интегральной обработки. Данная методика уникальна, поскольку учитывает физико-механическое состояние материала (глубину и твёрдость упрочнённого слоя, распределение остаточных напряжений по глубине материала) наряду с микро- и макрогеометрическими параметрами поверхности обрабатываемой детали. Таким образом, предлагаемый подход позволяет более точно контролировать процесс обработки и повышать качество готовых изделий; 5 Результаты НИР внедрены в учебный процесс при подготовке бакалавров и магистров, обучающихся по направлениям 15.03.02, 15.03.05 и 15.04.05. На основе результатов заключительного этапа НИР подготовлено и опубликовано 9 работ: 3 из которых индексируются в международных базах Web of Science и SCOPUS; 5 статей опубликованы в журнале, индексируемом РИНЦ, и одно учебное пособие (индексируется в базе РИНЦ). Научная значимость реализации данного проекта заключается в развитии методов концептуального проектирования гибридного металлообрабатывающего оборудования, что позволит повысить эффективность ранних стадий проектных работ на промышленных предприятиях машиностроительного профиля. Выполнение проекта позволило получить информацию для решения критической проблемы современного машиностроения: обеспечение заданного высокого качества продукции и сокращение производственного цикла изготовления изделий, минимизации себестоимости выпускаемых деталей машин, преодоление предела обрабатываемости материалов и формирование новых поверхностных характеристик деталей. Совместное использование гибридного оборудования и разработанной комплексной методики назначения технологических режимов интегральной обработки позволит повысить производительность формообразования и снизить энергозатраты на финишной стадии технологического процесса изготовления деталей машин. Следовательно, задачи решены в полном объеме, а цель, поставленная в проекте, достигнута.