«Современные проблемы технологии производства машин» (стр. 5 )

Цель разработки комбинированных методов – возможность создания процессов обработки, которые обеспечивают требуемые качественные показатели изготавливаемых деталей. В качестве признаков, подлежащих усилению

Лекция 13. Тема 9 – Технологии быстрого прототипирования (RP) и аддитивные технологии. Сущность новых технологий. Способы материализации 3D CAD-моделей. Состав центра RP. На передний план выходит применение новейших технологий, способных существенно сократить время разработки, освоения и производства нового изделия. Время рассматривается как стратегическое оружие в конкурентной борьбе, как эквивалент финансов, качества, производительности. Традиционная аналоговая технология основана на послойном удалении материала заготовки для получения детали заданных размеров, формы и качества. Время создания продукта существенно влияет на конкурентоспособность предприятия. Сущность способа быстрого прототипирования (Rapid Prototyping)- органичное соединение возможностей компьютерных технологий обработки информации и трехкоординатного моделирования (CAD) и современных способов изготовления. Способ позволяет во времени и пространстве совместить или чрезвычайно сблизить конструирование и изготовление типовой или единичной модели или непосредственно детали, чтобы сократить время на их изготовление в зависимости от степени сложности на 30-70%. Области применения «ускоренного прототипирования» широкие: машиностроение, авиация, космические исследования, автомобилестроение, электроника, медицина, бизнес и др. Можно утверждать, что современны те отрасли промышленности, где применяется RP.

Построение прототипа обычно происходит на основе твердотельной модели из CAD-систем или модели с замкнутыми поверхностными контурами. Эта модель разбивается на тонкие слои в поперечном сечении с помощью специальной программы, причем толщина каждого слоя равна разрешающей способности оборудования по z-координате. Обычно при разбиении дается припуск на механическую обработку. Построение детали происходит послойно до тех пор, пока не будет получен физический прототип.

Принципиальная схема всех установок прототипирования одинакова: на рабочий стол, элеватор установки, наносится тонкий слой материала, воспроизводящего первое сечение изделия, затем элеватор смещается вниз на один шаг и наносится следующий слой. Так слой за слоем воспроизводится полный набор сечений модели повторяя форму требуемого изделия. При этом на некотором слое может оказаться, что отдельные элементы "повисают" в воздухе, поскольку они должны крепиться к верхним слоям. Чтобы избежать такой проблемы, 3D модель предварительно подготавливается, в ней строится система поддержек на каждый такой элемент. Основным различием между технологиями прототипирования является прототипирующий материал, а также способ его нанесения. В мире существует всего несколько компаний, изготавливающих RP-установки, они постоянно совершенствуют технологию и разрабатывают новые материалы.

Стереолитография является самым первым и наиболее распространенным методом прототипирования, во многом благодаря достаточно низкой стоимости прототипа. Технология SLS (Selective Laser Sintering - лазерное спекание порошковых материалов). SLS это единственная технология, которая может быть применена для изготовления металлических деталей и формообразующих для пластмассового и металлического литья. Технология FDM (Fused Deposition Modeling - послойное наложение расплавленной полимерной нити). Технология применяется для получения единичных образцов изделий, по своим функциональным возможностям приближенных к серийным, а также для производства выплавляемых моделей для литья металлов. Технология струйного моделирования (Ink Jet Modelling). Данный метод позволяет получать прозрачные и окрашенные прототипы с различными мехпническими свойствами - от мягких, резиноподобных до твердых, похожих на пластики. Технология склеивания порошков (binding powder by adhesives). Такие технологии позволяют не просто создавать 3D-объекты произвольной формы, но еще и раскрашивать их.

Лекция 14. Тема 9 – Нанотехнологии в машиностроении. Основы нанотехнологии. Наноматериалы. Технология нанообработки деталей машин. Прогресс в развитии технологии машиностроения совпадает с этапом миниатюризации изделий, повышения технологических и эксплуатационных характеристик практически всех классов деталей. «Нано» (н, n)- греческая приставка «nanos» к наименованию единиц физических величин для образования наименьшей дольной единицы, равной 10-9 от исходной, например,

1 нм =10-9 м, 1 нг = 10-9 г. Она применима к особому классу технологий, материалов, конструкций и систем – наноэлектромеханическим системам «НЭМС». Нанотехнологии – умение целенаправленно создавать объекты с заранее заданным составом, размерами и структурой в диапазоне приблизительно 1-100 нм. Это технологии нового поколения качественного уровня, обеспечивающая изготовление деталей машин, сборку устройств с наперед заданными свойствами и молекулярной структурой путем поэтапной сборки сборочных элементов с наивысшими параметрами качества. Нанотехнология объединяет различные способы размерной обработки: механические, электрофизические и электрохимические, комбинированные. В нанотехнологии решают технологические задачи, характерные для обработки прецизионных и сверхпрецизионных деталей, связанных с управлением процесса технологического наследования. Наноразмерные структуры формируются и функционируют на молекулярном уровне, где перестают действовать традиционные физические законы машиностроения: законы теоретического металловедения, законы известных теорий размерной обработки резанием, законы сопротивления материалов, механики, используемые для расчетов узлов машин и их сборки. Здесь вступают в действие законы квантовой механики, которые приводят к неожиданным последствиям.

Наноматериалы определяют как совокупность знаний о свойствах вещества в нанометровом масштабе. Наноматериалы делят на свободные и связанные. Свободные наноматериалы в зависимости от размерности делят на ульрадисперсные (1-50 нм), высокодисперсные (50-500 нм) и грубодисперсные (500-10000 нм). Первые две категории соответствуют коллоидному состоянию вещества, тогда ка третья состоит из отдельных частиц и их агломератов. К ним относят различные порошки металлов и их оксидов, углерода, оксида кремния, полимеров и др. Другие наноматериалы значительно взаимодействуют с вмещающей или контактирующей средой, поэтому получили наименование связанных ( абразивные пасты и суспензии, металлополимеры, нанокерамика и др.). Наноматериалы обладают рядом особых физико-химических свойств: при увеличении дисперсности частиц происходит существенное изменение их физико-химических свойств. Основные методы получения наноматериалов: химический гельзольный метод, газодисперсный синтез, низкотемпературное водородное восстановление, взрыв проводников, электронная бомбардировка, осаждение из раствора или суспензии, конденсация в дуговых разрядах и в плазме, физическое измельчение грубодисперсных частиц.

Нанотехнологии применяют широко в медицине, полиграфии, вычислительной техники. Известны алмазное наноточение, наноабразивное шлифование и полирование. К типовым процессам нанотехнологии относится производство промышленных зеркал. В промышленности применяют технологии, оборудование и средства технологического оснащения для лезвийной обработки суперточных деталей. К таким деталям относят детали информационных, оптических систем, зеркала большой мощности для технологических лазеров, оптики, видеоаппаратуры, точного прецизионного машиностроения.

Лекция 15. Тема 10 - Перспективные направления развития науки технологии машиностроения. Перспективы развития технологии сборки машин, технологии производства деталей машин. Одним из факторов, определяющих ускорение научно-технического прогресса, является быстрое развитие технологии при опережающем развитии фундаментальных исследований. Необходимость разработки новых технологий остро ощущается в тех производствах, где старые методы себя исчерпали, а совершенствование традиционных методов не дает ощутимой экономической эффективности. Наблюдается переход от традиционных технологических методов обработки к более прогрессивным физическим, химическим и биологическим методам. В технологии машиностроения применяется в настоящее время более эффективный режущий инструмент, горячее и холодное объемное деформирование, сварка, штамповка, поверхностное упрочнение деталей, методы порошковой металлургии. Продолжается нарастать процент использования в современном производстве изделий станков с ЧПУ, многоцелевых станков типа «обрабатывающий центр». Все большую роль в производстве играют лазерный луч, магнитное поле, ультразвук и другие способы воздействия на материал изделия. С помощью лазерной технологии с большой производительностью и точностью можно обрабатывать различные по химическому составу и твердости материалы. Перспективным является применение станков с ЧПУ, в которых режущим инструментом является электрическая искра (электроискровые станки с ЧПУ, в частности, Японского производства).

К основным направлениям развития технологии производства любых машин следует отнести: создание принципиально новых технологических процессов; комплексная автоматизация производства на основе применения новых видов технологического оборудования; совершенствование систем управления технологическими процессами на основе программно-целевого метода.

Для современного машиностроения характерна тенденция внедрения информационных технологий, которые позволяют выполнять обработку, хранение и передачу огромной по объему информации. Высшая цель автоматизации производства – это создание безлюдного производства на базе широкого использования многоцелевых станков, робототехники, информационных технологий, применения новых методов получения заготовок и методов обработки их поверхностей, внедрения нанотехнологий, использования электроискровых станков с ЧПУ.

Наукоемкими конкурентоспособными считаются такие технологии, которые базируются на последних достижениях науки; системном построении; моделировании; оптимизации себестоимости изготовления, эксплуатации и ремонта изделия; новых и комбинированных наукоемких методах обработки и техпроцессах; компьютерной технологической среде и комплексной автоматизации производства, что позволяет им быть конкурентоспособными. Реализация таких технологий требует соответствующего технического оснащения (прецизионное высокоточное оборудование технологическая