Введение к работе
Актуальность темы. Проблема комплексного обеспечения конкурентоспособности продукции является первоочередной для отечественного машиностроения. Конкурентоспособность определяется такими факторами как: соотношение цена-качество создаваемой продукции; запланированный срок службы; расходы на эксплуатацию, расходы на профилактическое обслуживание; ремонтопригодность, характеристики ресурсосбережения, экологические характеристики, возможность утилизации и др. Традиционный подход к обеспечению срока службы в жизненном цикле изделия (ЖЦИ) базируется в основном на «статичном» представлении указанного периода. Однако, современные условия, характеризуемые высокой степенью динамичности, делают такой подход неприемлемым. Выходом из сложившегося положения является поиск алгоритмов решений по обеспечению требуемого срока службы. Эффективность таких решений обеспечивается возможностью осмысленного и целенаправленного оперативного изменения требований к каждому реализуемому этапу ЖЦИ.
В современных условиях важнейшим средством обеспечения конкурентоспособности продукции страны является обновление продукции, повышение ее качества за счет реализации научно-технических разработок, что возможно при одновременном росте технического уровня производства, который обуславливает технологическую возможность создания высококачественной продукции и снижение необходимых затрат на ее производство. Для этого необходимо: улучшение характеристик изделия, увеличение срока его службы; выбор экологичных материалов и веществ; выбор экологически чистых производственных и технологических процессов и минимизация рисков для здоровья человека.
Одним из важных вопросов для предприятий легкой промышленности является обеспечение работоспособности технологического оборудования, работающего в тяжелых условиях (высокие скорости, знакопеременные нагрузки, недостаточная смазка и т.д.). В результате изнашивания деталей снижается производительность оборудования, качество выпускаемой продукции, увеличиваются затраты на техническое обслуживание и ремонт.
Одним из путей увеличения ресурса деталей и повышения параметров работоспособности оборудования является применение технологий металлоплакирова-ния. Совершенствование существующих и создание новых способов нанесения покрытий, изучение их структуры и свойств, блокирование поступления водорода в поверхностный слой материалов деталей, разработка новых составов материалов, адаптация технологий металлоплакирования к специфике изготовления, эксплуатации и ремонта деталей оборудования легкой промышленности является актуальной задачей.
Важной составляющей рассматриваемой проблемы является комплексное технологическое обеспечение оптимального функционирования изделий на этапах их жизненного цикла. Очевидно, что технологическая поддержка жизненного цикла изделий будет более эффективной при использовании ее создателями и потребителями единых методологических подходов при производстве, эксплуатации и ремонте, основанных на согласованных математических моделях. В данной работе представлены принципы системного подхода к оценке эффективности технологического обеспечения работоспособности оборудования легкой промышленности применением технологий металлоплакирования на этапах жизненного цикла.
Объект исследования — процесс технологического обеспечения работоспособности оборудования легкой промышленности на этапах изготовления и эксплуатации.
Предмет исследования — оборудование легкой промышленности.
Цель работы. Разработка научных, методических основ и технических решений технологического сопровождения этапов жизненного цикла оборудования легкой промышленности формированием многофункциональных покрытий метал-лоплакированием.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
Анализ условий работы и причин потери работоспособности деталей оборудования легкой промышленности, выбор и обоснование методов упрочнения и восстановления.
-
Теоретическое обоснование направлений исследований:
- исследование параметров работоспособности оборудования легкой про
мышленности;
определение путей повышения качества покрытий;
разработка методик расчета технологических режимов нанесения покрытий;
изучение и выбор приемлемых методов расчета энергетических характеристик частиц напыляемого материала;
изучение целенаправленного влияния факторов на структурно-фазовые изменения при формировании покрытий.
-
Экспериментальные исследования влияния режимов напыления на свойства покрытий и эксплуатационные характеристики деталей;
-
Экспериментальные исследования по изучению влияния энергетических характеристик частиц на качество покрытий;
5. Экспериментальные исследования по изучению влияния структурно-
фазовых изменений в напыляемом материале на качество покрытий;
6. Адаптация процесса газотермического напыления к особенностям обору
дования легкой промышленности, его эксплуатации и ремонта.
Методы исследовании. Теоретические исследования выполнены с использованием: основных положений технологии машиностроения, термодинамики, аппарата системного анализа, теории вероятностей и математической статистики. Для разработки информационно-программного обеспечения использовались методы объектно-ориентированного программирования, для анализа данных — параметрические и непараметрические статистические методы.
Научная новизна исследований состоит в выявлении закономерностей процессов, обеспечивающих комплексное решение взаимосвязанных задач повышения работоспособности оборудования легкой промышленности на этапах жизненного цикла в условиях вариативности и стохастических связей между параметрами технологической среды и особенностями функционирования, а также в разработке технологических методов, направленных на обеспечение требуемого срока службы деталей машин и агрегатов на основе:
обоснования технологического обеспечения повышения работоспособности машин и оборудования формированием многофункциональных покрытий металло-плакированисм;
аналитического выбора рационального метода нанесения покрытий на единичные, мелкосерийные и серийные детали;
методик выбора режимов технологических процессов восстановления изношенных деталей;
аналитических методик расчета режимов оплавления напыленного покрытия воздушной плазменной струей.
Разработаны методики исследования технологий нанесения покрытий, включающие анализ энергетического состояния частиц порошка во время разгона и разогрева частиц, изучение влияния скорости и температуры частиц на качество получаемых покрытий, исследование фазового состава наносимого слоя.
Обоснованы состав и концентрации меташюплакирующих композиций в смазочно-охлаждающих технологических средах (СОТС).
Экспериментально изучены физико-механические свойства покрытий в зависимости от режимов их нанесения. Получены покрытия с повышенной прочностью сцепления и плотностью с использованием пересжатых детонационных волн.
Практическая значимость.
Разработан метод восстановления нагруженных деталей и узлов оборудования легкой промышленности. Разработаны технологии нанесения износостойких покрытий на детали оборудования.
Разработанные аналитические методики выбора рационального метода нанесения покрытий (в зависимости от серийности производства), а также методики выбора режимов напыления и оплавления, которые позволяют сократить время разработки технологических процессов в 7- 10 раз.
Предложены методы повышения характеристик покрытий за счет увеличения скорости частиц напыляемого материала и управления структурно-фазовыми процессами. Определены принципы выбора исходных порошковых материалов, а также режимов технологического процесса напыления. Разработала технология получения покрытий из недорогих и недефицитных материалов, практически не уступающих по характеристикам покрытиям типа WC-Co, WC-Ni, СгзСг-Ni (прочность сцепления-до 200-250 МПа, твердость- HRC55-60). Разработанные технологические процессы позволили: в 2...4 раза повысить контактную прочность напыленного покрытия, создать высокопрочные (amax = 280 МПа), антифрикционные (fill, = 0,01...0,038), износостойкие (1= 3,2*10~* мм/час) покрытия.
Разработанные с участием автора технологические мероприятия по повышению работоспособности машин и агрегатов реализованы в рамках государственной научно-технической программы «Технологии, оборудование и производства будущего», федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» Минпромнауки РФ, подпрограммы «Инновационные проекты в области сервиса» и др. При участии автора разработан и внедрен на предприятиях комплекс технологических мероприятий, повышения срока службы узлов машин, оборудования и режущего инструмента.! Разработанные методы послужили основой для создания технических устройств,' реализующих технологические процессы повышения срока службы оборудования на этапах изготовления, эксплуатации и ремонта. Результаты работы используются при подготовке инженеров по техническим и технологическим специальностям.
Личное участие автора заключается в постановке, теоретическом обосновании выбора рациональных вариантов решения задач обеспечения работоспособности оборудования легкой промышленности и разработке системы технологического обеспечения его жизненного цикла на основе:
выбора и обоснования методов упрочнения и восстановления деталей оборудования металлоплакированием;
обоснования методов повышения качества покрытий;
разработки методик расчета технологических режимов нанесения покрытий;
технологий повышения срока службы оборудования легкой промышленности.
Достоверность полученных результатов
Достоверность полученных результатов подтверждается практической реализацией и внедрением разработанных научных и технических решений, использованием современных приборов и контрольно-измерительной аппаратуры, одобрением научной общественности.
Апробация работы Основные научные и практические положения работы докладывались и обсуждались на: Международных научно-технических конференциях «Наука — сервису», г. Москва, 1995-2006 гг.; Всероссийских конференциях «Индустрия сервиса в XXI веке», ГКД, г. Москва, 1999-2001 гг.; Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в регионах России», г. Волгоград, 2003 г., 2005 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии - НМТ-2004», г. Москва, 2004 г. и др.
Постановлением Правительства РФ от 17.03.1999 г. автору в составе коллектива присуждена премия Правительства РФ в области науки и техники за «Разработку и внедрение системы экологически чистых технологий нанесения покрытий многофункционального назначения».
По результатам выполненных исследований опубликовано более 60 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и основных выводов, изложена на 383 страницах машинописного текста, содержит 137 рисунков и 25 таблиц, список использованных источников из 257 наименований и приложение.
