Технологический процесс изготовления корпуса

Приспособление работает следующим образом. Задняя бабка отводится в крайнее правое положение вращая винт, расположенный на уголке 3. Деталь устанавливается в патроне 2 и зажимается гидроцилиндром. При перемещении задней бабки влево, наконечник 12 перемещается по контролируемому пазу. По показания индикатора 25 регистрируем отклонение стенок пазов детали.

9. Научные исследования по совершенствованию обработки алюминиевых сплавов

Описание ситуации

Повышение производительности при обработке алюминия является важной задачей в современном машиностроении. Она может быть разрешена различными методами, такими как оптимизация режимов резания, применение высокопроизводительного оборудования, быстропереналаживаемой оснастки, применение инструмента высокой стойкости и другими. Наряду с повышением производительности необходимо повысить точность обработки и качество поверхностей детали операций растачивания, фрезерования, сверления и т. д.

В настоящее время все большее внимание в мире уделяется проблеме повышения скоростей резания как одной из составляющих производительности труда, улучшения качества обработанных поверхностей, экономии материальных и трудовых ресурсов. Высокоскоростное резание является перспективным направлением повышения эффективности механической обработки и важным экономическим рычагом снижения ее себестоимости. При высоких скоростях резания возможно, в некоторых случаях, исключить промежуточные операции, например, получистовое шлифование, а в отдельных случаях - и финишные операции.

Таким образом высокоскоростное резание является быстро развивающимся технологическим процессом с большими потенциальными возможностями для современной металлообработки. Актуальность его применения в современных условиях постоянно повышается, что связано с высоким уровнем автоматизации производственных процессов, изменивших структуру временных затрат на изготовление деталей и предопределивших необходимость сокращения основного времени на их обработку.

Анализ ситуации. Потенциальные возможности высокоскоростной обработки обусловлены следующими ее особенностями: большим удельным съемом материала в единицу времени; высоким качеством обработки материала; уменьшение силы резания; уменьшением образования заусенцев; уменьшением нарушения целостности верхних слоем материала. В месте с тем высокоскоростной обработке присущ ряд существенных недостатков. Наиболее важными из них можно считать: необходимость повышения мощности приводов, разработки и изготовления опор вращающихся и перемещающихся узлов, тщательной балансировки вращающихся узлов, создание новых инструментальных материалов, высокие температуры, возникающие в зоне резания, недостаточная теплостойкость применяемых режущих инструментов и т. д.

Разработка обобщенного технического решения

Реализация технологии высокоскоростного резания предполагает решение многочисленных технологических задач. В наибольшей степени это касается режущих инструментов, так как уровень применяемых скоростей резания в современной металлообработке ограничивается свойствами инструментальных материалов и определяется способностью режущих инструментов противостоять изнашиванию и разрушению при повышенных температурах.

В Московском комбинате твердых сплавов в настоящее время разработан новый ассортимент сменных многогранных пластин с четырехслойным износостойким покрытием. Покрытия МТ и МА толщиной h = 8 - 10 мкм предназначены для токарной обработки. Составы покрытий представлены на листе 06.М.15.64.80 графической части.

Среди материалов, не требующих покрытий, наиболее близок к идеальному материалу поликристаллический алмаз. Являясь одним из наиболее твердых материалов, он в тоже время благодаря ультрамелкозернистой структуре обладает достаточной вязкостью и по этому пригоден для обработки (со скоростью v = 300 - 600 м/мин) цветных металлов и сплавов, а также композитов. При аналогичной твердости КНБ (кубический нитрид бора) более хрупок и в большей степени подходит для «сухой обработки» материалов твердостью выше 50 HRC (при содержании в инструменте до 60 % КНБ) и чугунов в широком интервале скоростей (300 - 800 м/мин) с небольшими припусками и подачами. Расширение эффективной области высокоскоростной обработки достигается использованием керамических инструментов нового поколения из нитридной, армированной или слоисто-градиентной керамики. Нитридно-кремниевая керамика, которая тверже твердого сплава, обладает большей хрупкостью и поэтому используется только для обработки чугунов и алюминия с v = 500 - 1000 м/мин.

Положительный опыт внедрения и эксплуатации керамических режущих инструментов нового поколения при высокоскоростной обработке деталей из разных материалов показывает высокую технико-экономическую эффективность этих операций. Однако даже керамические инструменты, изготовленные по современным технологиям и прошедшие системный контроль качества, оказываются недостаточно надежными для высокоскоростной обработки. В условиях термомеханических нагрузок и неблагоприятного воздействия отдельных факторов высокоскоростной обработки существует высокая вероятность непрогнозируемого выхода керамических инструментов из работоспособного состояния. Это связано с тем, что износ и разрушение высокоплотных керамических материалов имеет достаточно сложный характер и зависит от температурного режима эксплуатации. Критический градиент термических напряжений в непосредственной близости от режущей кромки инструмента приводит к сколам керамического материала на контактных площадках режущих инструментов и последующему разрушению режущего инструмента.

Армирование нитридно-кремниевой керамики нитевидными кристаллами карбида кремния способствует повышению ее предела прочности при изгибе у_и до 900 МПа и коэффициента К_1с интенсивности напряжений в вершине трещины до 10 МПа^. м^1/2. Улучшение свойств композиционного материала происходит за счет суммирования положительных свойств матрицы и уникальных параметров нитевидных кристаллов, которые являются барьером при распространении трещин в керамических материалах.

Композиционную керамику инструментального назначения разрабатывали на основе системы Si₃N₄ - Y₂O₃ - Al₂O₃ (условное обозначение РКС 11). В процессе исследования выведена оптимизированная система Si₃N₄ - Y₂O₃ - Al₂O₃ - SiC_н.к. (условное обозначение РКС 33). Инструмент с многогранной неперетачиваемой пластиной из керамики состава Si₃N₄ - Y₂O₃ - Al₂O₃ - SiC_н.к. в максимальной степени удовлетворяют требованиям высокоскоростного резания. Структуру керамики Si₃N₄ - Y₂O₃ - Al₂O₃ - SiC_н.к. формируют зерна нитрида кремния размером 0,5 - 2 мкм и межзеренная фаза из активаторов спекания и нитевидных кристаллов карбида кремния, не имеющих определенной пространственной ориентации в матрице.

Установлено значительное влияние количества вводимых нитевидных кристаллов на прочность, трещиностойкость, термостойкость и эксплуатационные показатели инструментов из армированной нитридно-кремниевой керамики, результаты которой представлены на листе 06.М.15.64.80. Из графика следует, что максимальное увеличение стойкости инструментов обеспечивает введение в керамическую матрицу SiС_н.к в количестве 10-15%. Увеличение их содержания в нитридно-кремниевой матрице свыше 15 % приводит к снижению стойкости режущих инструментов. Работоспособность инструментов из композиционной керамики, в которой содержится 25% SiС_н.к, является неудовлетворительной, так как стойкость этих инструментов ниже стойкости инструментов из матричной керамики.

Максимальные значения прочности, трещиностойкости и термостойкости также имеет керамика, в состав которой 10-15% SiС_н.к. Важной особенностью разработанной композиционной керамики РКС33 является высокая прочность при температуре 1200 °С, которая в результате армирования увеличивается до 600МПа. Армированная керамика выдерживает максимальные термические нагрузки и не разрушается даже после 1200 термических циклов «нагрев - охлаждение», что превышает термостойкость матричной керамики на 30%.

Повышенные эксплуатационные характеристики режущих инструментов из армированной нитридно-кремниевой керамики РКС 33 обеспечивают его эффективное применение. Приведенные на листе 06.М.15.64.80 графической части зависимости показывают удельный съем металла Q за период стойкости инструментов из РКС 33 и РКС 22 при точении алюминиевых сплавов. На всех режимах резания использование инструментов из РКС 33 обеспечивает значительное увеличение удельного съема металла.

Таблица 9.1

Параметр	Значение параметра для керамики
	РКС 11 Si3N4 - Y2O3 - Al2O3	РКС 33 Si3N4 - Y2O3 - Al2O3 - SiCн.к.
Плотность, г/см3 Пористость, % Твердость HRC Предел прочности при изгибе (20°С/1200°С), МПа Коэффициент К1с, МПа. м1/2 Число циклов «нагрев до 1200°С - охлаждение 400°С» до разрушения образцов	3.18 - 3.22 0.6 - 0.9 92 720/480 6.4 - 7.2 926	3.2 0.5 - 1.2 92 880/600 8.3 - 9.3 1220

Исследование эксплуатационных показателей режущих инструментов из РКС 33 при точении алюминиевых сплавов в широком диапазоне режимов резания показали их высокую эффективность. Влияние скорости резания на стойкость режущих инструментов из ВК6, РКС22, РКС 33 при обработке алюминиевых сплавов представлено на листе 06.М.15.64.80 графической части.

Результаты исследования влияния подачи при точении на стойкость керамических инструментов показали, что наибольшую стойкость на малых подачах имеют режущие инструменты из ВОК 71, но с увеличением подачи стойкость ВОК 71 снижается, а лучшие результаты обеспечивают режущие инструменты из РКС 33. Влияние подачи на стойкость керамических режущих инструментов из ВОК 71, РКС22 и РКС 33 при растачивании представлено на листе 06.М.15.64.80 графической части.

Другой проблемой, решаемой технологами и конструкторами является разработка высокоскоростного оборудования и оснастки.

Повышение производительности станков с ЧПУ связано с увеличением скоростей подач рабочих органов станка. Это может быть реализовано за счет применения современных более динамичных приводов станка, разработки новых несущих систем станков с улучшенными динамическими характеристиками, а также систем управления. Приводы подач большинства современных станков отечественного и иностранного производства, как правило, обладают возможностью реализовывать требуемые скорости подач и достаточно высокие ускорения при разгоне - торможении. Кроме того, многие современные станки обеспечивают большую часть требуемых частот вращения шпинделя. Системы же управления станков часто ограничивают производительность работы станка. Даже в современных системах ЧПУ последних моделей применяемый метод управления движением не позволяет достичь заданной технологом скорости подач.

Причиной этого является принцип движения с разгоном - торможением от нуля до нуля скорости в каждом кадре управляющей программы. В соответствии с этим принципом каждый кадр управляющей программы выполняется автономно от других кадров.

В таблице 2 приведены некоторые результаты сравнительных расчетов теоретического времени обработки и реального с учетом разгона - торможения в каждом кадре для случая движения по прямолинейному участку траектории, состоящему из множества кадров равной длины.

Как видно из таблицы 9.2 реальное время может быть в несколько раз больше определенного по режиму резания и зависит от соотношения величин подачи, ускорения и длин кадра. Это объясняется тем, что эпюра скоростей подач представляет собой треугольник и реальная подача не достигает величины, заданной технологом.

Таблица 9.2

Скорость подачи, мм/мин	Ускорение, м/с2	Длина кадра, мм	Суммарный путь обработки, м	Теоретическое время, мин	Реальное время, мин
400	0,025 0,5 0,5 1	0,2	200,4	501 501 501 501	2987,4 2112,4 835 668
400	0,05	1 5	200,4	501 501	1169 634,6
100 150 200 Более 200	0,05	0,2	200,4	2004 1336 1002 Менее 1002	2839 2588,5 2112,4 2112,4

Задачей повышения производительности связана с задачей уменьшения или полного исключения разгонов и торможений в процессе движения, обеспечивающий сокращение времени обработки. Это может быть осуществлено: - применением специальных способов управления движением, позволяющим на трехмерной траектории, состоящей из непрерывной последовательности кадров, которую желательно выполнять на заданной скорости подачи, управлять скоростью движения узлов без разгона от нуля до нуля; - повышение самой величины допустимого ускорения системы, что приведет к уменьшению времени разгона - торможения.

При высокоскоростном фрезеровании необходимо учитывать стратегию обработки. Это резание только в одном направлении: попутное фрезерование при черновой и получистовой обработок и встречное для чистовых операций. При попутном фрезеровании выделяется меньше теплоты, меньше ударные нагрузки на режущие кромки инструмента и, как следствие, наибольшая продолжительность работы инструмента и меньший расход ресурса шпиндельного узла станка. При встречном фрезеровании за счет уменьшения изгиба режущего инструмента повышается геометрическая точность.

При высокоскоростном фрезеровании рекомендуется траектория движения инструмента по эквидистанте или трохоидальную обработку.

При высокоскоростной обработке температурный фактор является лимитирующим при выборе параметров резания и материала режущего инструмента. Верхний предел скорости резания ограничен в основном такими значениями температуры резания, при которых инструментальные материалы еще могут сравнительно успешно работать. Данные температуры соответствуют для большинства металлокерамических твердых сплавов 800…1000_ЄС, для синтетических алмазов 800 _ЄС, для нитридной керамики 800…1000 _ЄС и для КНБ - около 1500 _ЄС. В случае возникновения в зоне резания температур, превышающих указанные значения, происходит катастрофический износ инструмента.

Поиск информации

Таблица 9.3

Название статьи, автор	Библиографические данные	Краткое содержание	Примечания
Оснастка для станков с ЧПУ/ Кузнецов Ю. И., Маслов А. Р., Байков А. Н.	Москва: Машиностроение, 1990 г. - 507 с.	Приведены сведения о прогрессивной технологической оснастке: станочных писпособлениях, режужем и вспомогательном инструменте, устройствах для контроля, настройки и автоматической смены инструментов для станков с ЧПУ.	Рассмотрены конструкции зажимных устройств для высокоскоростных станков с ЧПУ.
Теплофизические особенности применения инструментов, оснащенных износостойким покрытием, для высокоскоростной обработки./ Кирюшин Д. Е., Насад Т. Г.	Труды всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» Тольятти: 2005 -430 с.	Изложены сведения о теплофизических особенностях инструментов, оснащенных износостойким покрытием.	Представлены результаты опытов, показывающие зависимость износа инструмента от температуры.
Новый ассортимент сменных многогранных пластин для металлообработки/ Самойлов В. С.	СТИН, 1996. №6	Приведены разработки специалистов МКТС в области применения СМП с многослойными износостойкими покрытиями.	Показаны результаты сравнительных производственных испытаний СМП нового ассортимента и стандартных СМП.
Инструментальное обеспечение высокоскоростной обработки резанием/ Кузин В. В., Досько С. И., Попов В. Ф.	Вестник машино-строения, 2005. №9	На основе исследования физико-механической модели высокоскоростного резания сформулированы специальные требования к высокоскоростным инструментам и разработан структурно-параметрический подход к созданию их режущей части. На основании результатов лабораторных и производственных исследований сделан вывод о высоких эксплуатационных показателях режущих инструментов из армированной керамики, областью рационального применения которых является высокоскоростное резание на повышенных подачах.	Разработаны режущие инструменты из нитридно-кремниевой керамики, армированной нитевидными кристаллами карбида кремния.
Особенности высокоскоростного точения труднообрабатываемых	СТИН, 2002. №12	Рассмотрены резервы повышения производительности при обработке жаропрочных сплавов на основе опыта	Приведен сравнительный анализ традиционных способов
материалов/ Силин С. С., Проскуряков С. Л.		зарубежных и отечественных предприятий.	точения и высокоскоростной обработки с применением сверхтвердых материалов на основе модификации нитрида бора.
Тенденции развития высокоскоростной обработи	Международная научная конференция «Высокоскоростная металлообработка»	Рассмотрен режущий инструмент, используемый при высокоскоростной обработке. Дан сравнительный анализ некоторых инструментальных материалов.
Прочность и износостойкость режущего инструмента/ Т.Н. Лоладзе	Москва: Машино-строение, 1982 - 319 с.	Рассмотрен механизм разрушения и износа режущего инструмента в различных условиях обработки, а так же вопросы хрупкой и пластической прочности режущей части инструмента. Изложена теория адгезионно-усталостного и	Рассмотрено влияние различных факторов на износ инструмента
		диффузионного износа инструментов Даны рекомендации по повышению стойкости инструментов и повышению производительности обработки резанием.
Тенденции развития высокоскоростной токарной обработки/ Ахрамович В. Н.	Машиностроитель, 1996, № 11	Рассмотрена тенденция развития высокоскоростной обработки во всем мире. Представлены сведения о достижениях некоторых фирм, работающих в этом направлении.	Описаны проблемы развития высокоскоростной токарной обработки.
Оптимальные траектории высокоскоростного фрезерования. Ю.Г. Кабалдин	Вестник машиностроения 2005г. №7	Рассмотрены стратегии обработки при высокоскоростном фрезеровании.
Оптимальные режимы высокоскоростной обработки. М. Г. Исупов	Вестник машиностроения 2005г. №5	Рассмотрены требования, предъявляемые к высокоскоростному оборудованию.	Режимы резания
Пути производительности станков с ЧПУ.	Вестник машиностроения, 2004 г, №4	Рассмотрены пути повышения скорости обработки заготовок
Исследование процесса высокоскоростного резания керамическими инструментами	Вестник машиностроения, 2004 г, №3	Рассмотрен режущий инструмент, используемый при высокоскоростной обработке.
Основные аспекты применения и совершенствования режущих инструментов с износостойкими покрытиями/ А.С. Верещака	СТИН, 2000. №9	Рассмотрены основные аспекты совершенствования и практического применения инструмента с покрытиями на основе обобщения многолетних научных разработок, а так же проблемы создания оборудования и технологий, интегрирующих преимущество ХТО, стимулированной газовым разрядом, и вакуумно-дугового синтеза покрытий.	Износостойкие покрытия

Выбор конкретного технического решения

В качестве базового варианта для создания, будущего технического решения позволяющего повысить производительность обработки принимаем совершенствование инструмента с материалом режущей части из нитридно-кремниевой керамики, армированной нитевидными кристаллами карбида кремния. Кроме того для достижения высоких скоростей обработки необходимо использовать оборудование с приводами большой мощности, шпиндельными узлами на воздушных керамических подшипниках скольжения с нагнетателем воздуха, сбалансированными движущимися частями, направляющими из металлокерамики. Для более высокой скорости обработки необходимо повысить величину допустимого ускорения системы, для уменьшения времени разгона - торможения. Также на черновых операциях фрезерования необходимо вести обработку попутно, а при чистовом фрезеровании - встречно. Данный выбор обоснован тем, что по сравнению с другими способами повышения производительности режущий инструмент и оборудование обладают рядом преимуществ, описанных в пункте 3.

Формирование научных целей и задач

Целью данных исследований является изучение проблем высокоскоростной обработки. Задачи данного исследования состоят в том, чтобы после изучения интересующих нас факторов, влияющих на процесс высокоскоростной обработки, выбрать объективные методы, повышающие производительность обработки. Также необходимо выдвинуть предположение о наиболее вероятной степени влияния того или иного параметра исследуемого объекта на показатели его функционирования.

Формирование исходной научной гепотизы

Считаем что наиболее существенными факторами, оказывающими влияние на показатели функционирования объекта (производительность механической обработки), являются недостаточная стойкость режущего инструмента и малое сопротивление развитию трещин.

Выбор вида исследований

Вследствие отсутствия материальной базы и недостаточного объема практических знаний в данной области в качестве вида исследований выбираем литературные, основанные на создании, в соответствии с выбранной методикой и критериями (научно-субъективные знания), новых объективных знаний.

Подготовка исследований

В качестве источников информации используем научно-техническую литературу, посвященную высокоскоростным методам обработки. В данной литературе изложены теоретические основы высокоскоростного растачивания отверстий, приведены прогрессивные инструментальные материалы, обеспечивающие оптимальные характеристики процесса.

Данные о проведении исследований

В качестве исследований выбрали литературные исследования, основанные на теоретических данных. Для решения проблем, описанных в пункте 2, была использована литература, приведенная в пункте 4. В ней были найдены общие технические решения, позволяющие решить некоторые из этих проблем. Все известные технические решения описаны в пункте 3. Проведен их субъективный анализ, на основе которого выбрано одно комплексное техническое решение, которое в большей степени решает поставленную задачу - повышение производительности механической обработки.

Обработка результатов

Повышение производительности при растачивании, фрезеровании и сверлении является важной задачей в современном машиностроении. Эта задача решается с помощью применения высокоскоростной обработки. Наиболее важной проблемой при высокоскоростной обработке является выбор материала режущего инструмента. В результате проведенных литературных научных исследований предлагается применить инструмент с материалом режущей части из нитридно-кремниевой керамики, армированной нитевидными кристаллами карбида кремния. Кроме того для достижения высоких скоростей обработки необходимо использовать оборудование с приводами большой мощности, сбалансированными движущимися частями, направляющими из металлокерамики.

10. Патентные исследования

Обоснование необходимости проведения патентных исследований

Одним из путей совершенствования расточки отверстий является совершенствование режущего инструмента. Усовершенствовать борштангу можно путем использования прогрессивных технических решений, созданных в последнее время. Выявить прогрессивные технические решения, которые могут лечь в основу конструкции усовершенствованного инструмента можно в результате патентного исследования достигнутого уровня развития вида техники «Борштанги».

Таким образом будем исследовать вид техники «Режущие инструменты», объект техники «Борштанги».

Описание объекта

Борштанга состоит из держателя инструмента, резцовой головки, с расположенным на ней режущей пластиной, посадочного отверстия, расположенного в державке, винта, фиксирующего резцовую головку.

Инструменту сообщают вращательное движение, а заготовке -поступательное перемещение параллельно оси вращения. В результате инструмент снимает с заготовки слой материала в виде стружки, которая сходит по передней поверхности режущей пластины, завиваясь в стружкозавивающей канавке в спираль.

Рисунок 10.1 Эскиз борштанги

1 - резец; 2 - режущая пластина; 3 - держатель инструмента; 4 - винт;

Недостатками данной борштанги является низкая производительность, плохое качество обработанных поверхностей, большая шероховатость.

Цель патентного исследования

Целью исследования достигнутого уровня развития вида техники является повышение производительности расточной операции, улучшение качества поверхности путем использования прогрессивной конструкции расточной борштанги.

Выбор стран проверки, обоснование выбора

Исследование патентного уровня проводим в отношении ведущих стран. В области машиностроения ведущими странами являются Япония, Чехия, Германия, Швеция, Россия.

Выбор технических решений, подлежащих исследованию

Определение категории объекта

Борштанга характеризуется конструктивными признаками - перечнем элементов и их формой, материалом, взаимным расположением и взаимосвязью, соотношением размеров. Следовательно как объект изобретения борштанга представляет собой устройство.

Выявление технических решений, используемых в объекте

Исследуемый объект - борштанга содержит следующие технические решения:

- борштанга, общая компоновка;

- резец-вставка, форма режущей части;

- материал режущей части;

- технологический процесс, положенный в основу работы борштанги - расточная операция;

- способ изготовления.

Определение ИТР в зависимости от объема выпуска или экспорта объекта, его сложности и значимости для объекта в целом

При исследовании достигнутого уровня развития вида техник с целью повышения производительности путем выбора наиболее прогрессивной конструкции борштанги будем исследовать общую компоновку борштанги.

Определение ИТР в зависимости от срока известности

а) Общая компоновка. Предварительное знакомство с патентной документацией показало, что в ведущих странах регулярно патентуются конструкции борштанг. Поэтому оставляем в перечне для исследования.

б) Форма режущей части известна и не подлежит дальнейшему исследованию.

в) Материал режущей части известен и не подлежит дальнейшему исследованию.

г) Технологический процесс, положенный в основу работы борштанги известен и не подлежит дальнейшему исследованию.

д) Способ изготовления борштанги известен и не подлежит дальнейшему исследованию.

Таким образом выбираем технические решения - борштанга, общая компоновка.

Определение и подбор технической документации на объект

Исследование будем проводить по следующей технической документации:

1. Официальный бюллетень «Открытия, изобретения»

2. Реферативный сборник ВНИИПИ «Изобретения стран мира»

3. РЖ ВИНИТИ раздел А14

4. Экспресс-информация ВИНИТИ «Режущи инструменты»

Журналы: «СТИН», «Вестник машиностроения», «Машиностроитель», «Изобретатель и рационализатор».

Составление регламента поиска

Задача данного этапа - определить перечень классификационных индексов ИТР, минимальные ретроспективность и широту поиска, а также перечень источников информации, обеспечивающие достаточную полноту и достоверность исследования достигнутого уровня развития вида техники, патентной чистоты объекта.

Определение классификации изобретений, действующих в странах проверки

Классификация изобретений действующая в:

России - Международная классификация изобретений (МКИ), НКИ;

США - МКИ, НКИ;

Чехии - МКИ, НКИ;

Японии - МКИ, НКИ.

Определение рубрики МКИ и индекса УДК для каждого из ИТР

Для определения рубрики МКИ ИТР «Борштанги» определяем ключевое слово. По «Алфавитно-предметному указателю», т. 1, определяем для слова «Борштанги» предполагаемую рубрику В23В29/00.

По указателю МКИ уточняем рубрику МКИ:

В23В29/02 - борштанги.

Установление глубины поиска и ее обоснование

При исследовании достигнутого уровня развития вида техники устанавливаем глубину поиска 20 лет, исходя из того, что наиболее прогрессивные технические решения были созданы в этот период.

Определение источников информации и их обоснование

При исследовании достигнутого уровня будем принимать во внимание все источники информации, указанные в таблице 10.1.

Регламент поиска

Объект - борштанга.

Вид исследования:

- исследование достигнутого уровня развития вида техники;

Патентный поиск Цель патентного поиска - обеспечение достаточной полноты и достоверности исследования достигнутого уровня развития вида за счет тщательного отбора и исследования патентной документации.

Таблица 10.1

Предмет поиска (ИТР)	Страны поиска	Индексы МКИ (НКИ) и УДК	Глубина поиска, лет	Источники информации
1. Исследование патентного уровня развития вида техники.
Борштанга, общая компоновка	Россия Чехия Япония США	МКИ: В23В29/02 В23В29/12 В23В29/18 В23В29/034 В23В27/16 УДК 621.9.02	20 (1986-2006)	РЖ ВИНИТИ 14А «Резание материалов. Станки и инструменты». Реф. Сб. ВИНИИПИ «Изобретения стран мира» Книги в области обработки резанием, токарной обработки, режущего инструмента. Рекламные проспекты зарубежных фирм и отечественных предприятий.

Выбор вида поиска

Будем проводить предметный поиск, поскольку ИТР соответствует небольшому числу классификационных рубрик.

Выбор патентно-технической документации, имеющей отношение к ИТР

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом поиска.

В просмотренных источниках информации выбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР «Борштанга, общая компоновка». По этим документам знакомимся с рефератами, аннотациями, формулами изобретений, чертежами.

Сведения о технических решениях, имеющих отношение к ИТР, «Борштанга, общая компоновка» заносим в таблицу 10.2.

Анализ сущности технических решений

Изучаем сущность технических решений, занесенных в таблицу 10.2, по сведениям, содержащимся в графе 4, а также путем просмотра текстов патентных описаний, статей и т. п. Если из рассмотрения сущности технического решения видно, что оно решает принципиально иную задачу по сравнению с задачей повышения производительности и качества поверхности расточной операции путем использования прогрессивной конструкции расточной борштанги, которую решает ИТР, документ исключаем из дальнейшего рассмотрения. Если видно, что техническое решение решает ту же или близкую задачу, документ включаем в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 6 таблицы 10.2.

Проверка действенности охранных документов

По МКИ, НКИ согласно действующему законодательству стран проверки Япония 62-122210; Россия 4741584/00-80; Россия 485864/00-08;

США 4619564; Чехия 253876.

Таблица 10.2

Патентная документация, отобранная для анализа

Предмет поиска (ИТР)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа, классификационный индекс	Автор, заявитель, страна, дата приоритета, дата публикации, название	Сущность технического решения и цель его создания	Сведения о действиях охранного документа	Подлежит (не подлежит) детальному анализу
1	2	3	4	5	6
1. Расточная борштанга	Япония, № 62-122210 В23В29/034	Хирахара Кодзи Ясухара К. К. Япония 18.05.87г. 25.11.88г. Режущй инструмент	Борштанга состоит из хвостовика и державки резца. Соединяются эти части с использованием конуса с натягом и резьбового хвостовика. В корпусе державки с эксцентриситетом 1.5 мм по отношению к оси присоединительного конуса выполнено центральное отверстие диаметром Ш18Н6. В это отверстие входит своим цилиндрическим хвостовиком поворотный резцедержатель с механизмом автоматического отвода резца. Цель - инструмент выводится из обработанного отверстия без контакта с изделием.	Есть	Подлежит
2. Борштанга	Россия, № 4741584/00-80 В23В29/02	Вождаенко Е. П, Россия 29.09.89 г. 30.08.92 г. Держатель инструмента	Цель изобретения - повышение жесткости за счет предварительного нагружения консольной части держателя напряжениями изгиба и кручения. В процессе эксплуатации равнодействующая сил резания совпадает по направлению с остаточными напряжениями, т. е. стремится изогнуть и закрутить державку в том же направлении, а для этого необходимы усилия, превышающие остаточные напряжения, что позволяет повысить экономические и качественные показатели при резании.	Есть	Подлежит
3. Борштанга	Россия № 485864/00-08 В23В29/02	Рогов В. А., Солодков И. Г., Рогова Н. П., Терминасова Л. Г. 08.08.90 г. Россия Режущий инструмент	Сущность изобретения: резец содержит режущую часть и хвостовик, между которыми установлена втулка, составленная из слоев полимерных волокон. Полимерные волокна выполнены с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника. Площадь поперечного сечения волокон уменьшается в направлении от оси резца. Между слоями с винтовым расположением волокон размещены слои с расположением волокон вдоль оси резца.	Есть	Подлежит
4. Борштанга	США №4619564 В23В29/16 НКИ 408-146	США 28.10.86 г. Режущий инструмент	В корпусе борштанги выполнено отверстие, открытое с двух торцев, ось которого составляет острый угол с осью вращения корпуса. Со стороны первого торца в отверстие корпуса вставлен хвостовик режущего инструмента, а со стороны второго торца - упругое крепление, которое втягивает и удерживает инструмент в отверстии корпуса. Корпус снабжен элементом, фиксирующем хвостовик инструмента в определенном положении в нутрии отверстия. В хвостовике закреплен выступающий в боковом направлении штифт, который при перемещении хвостовика по отверстию передвигается по выполненному в корпусе пазу. Перемещение хвостовика осуществляется вращением навинченной на первый конец корпуса гайки, которая давит на штифт хвостовика.	Есть	Подлежит
5. Борштанга	Чехия а.с. 253876 В23В29/12 В23В29/18	Панек Станислав, Фласка Милош 28.11.86 г. 15.09.88 г. Режущий инструмент. Чехия	В прямоугольном корпусе борштанги выполнен уступ, на котором выполнен паз типа ласточкина хвоста. В этом пазу установлена резцовая головка, корпус которой имеет продольный вырез. Таким образом в резцовой головке образуется два пружинящих выступа. На корпусе борштанги закреплен клин, который входит в вырез резцовой головки. При перемещении резцовой головки вперед, клин раздвигает выступы, на каждом из которых выполнено гнездо для установки режущей пластины. Клин в корпусе установлен на тяге, которая шарнирно соединена с эксцентриковым валом, установленным в хвостовой части корпуса. На эксцентриковом валу выполнено гнездо под ключ. При необходимости концентрации износа режущих пластин оператор поворачивает эксцентриковый вал на определенный угол и раздвигает режущие кромки.	есть	подлежит

Детальный анализ отобранных материалов

Задача данного этапа - путем сопоставления признаков ИТР Борштанги и отобранных технических решений установить:

- какое из отобранных технических решений является наиболее прогрессивным;

- обладает ли объект патентной чистотой в отношении стран проверки.

Определение системы построения патентной формулы, выбор пунктов формулы для анализа

В России, Японии и Чехии действует европейская система построения патентной формулы, по которой самостоятельное значение имеет только её первый пункт.

В США применяется американская система построения патентной формулы, по которой все пункты являются независимыми. Поэтому в патенте США № 619564 будем рассматривать все пункты.

Выявление существенных признаков ИТР борштанги и его аналогов

Выявляем существенные признаки ИТР борштанги и группируем их. Выявленные и сгруппированные признаки ИТР заносим в таблицу 10.3. Проверяем наличие каждого из признаков ИТР в каждом аналоге. Наличие признаков отмечаем в графах 3-9 знаком «+», отсутствие - знаком « - ». Новые признаки аналогов заносим в графы 1, 2, а в графах 3-9 отмечаем их наличие или отсутствие у ИТР и аналогов «+» или « - ».

Таблица 10.3

Существенные признаки ИТР Борштанга

№	Признаки технического решения	ИТР № 62-122210	Аналоги
			№4741584/00-80	№845864/00-08	№4619364	а.с. 253876
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
а) Элементы
1	Держатель инструмента	+	+	+	+	+
2	Резцовая головка	+	+	+	+	+
3	Клин	-	-	-	-	+
4	Пружина	+	-	-	-	-
5	Штифт	+	-	-	+	-
6	Гайка	-	-	-	+	-
7	Втулка	+	-	+	-	-
б) Форма элементов
1	Резцедержатель имеет механизм автоматического отвода	+	-	-	-	-
2	В корпусе борштанги выполнен паз типа «Ласточкин хвост»	-	-	-	-	+
3	Втулка имеет концентричное отверстие	+	-	-	-	-
4	Втулка состоит из полимерных волокон	-	-	+	-	-
5	Плоская головка для закрепления на ней режущей пластины	+	+	+	+	+
6	Корпус борштанги прямоугольного сечения	-	-	-	-	+

Рисунок 10.2 Конструкция усовершенствованной борштанги

Описание усовершенствованной борштанги

На рисунке 10.2 представлена конструкция усовершенствованной составной борштанги состоящей из хвостовика 1 и державки 2 резца. Соединяются эти части с использованием конуса с натягом и резьбового хвостовика.

В корпусе державки 2 с эксцентриситетом в 1,5 мм по отношению к оси присоединительного конуса выполнено центральное отверстие диаметром Ш18Н6. В это отверстие входит своим цилиндрическим хвостовиком поворотный резцедержатель 3 с механизмом автоматического отвода резца состоящим из шарика 4 и пружины 5. Соосно с отверстием, где установлен шарик в корпусе выполнено отверстие 6, диаметр которого меньше диаметра шарика на 0,2…0,4 мм.

В цилиндрический хвостовик резцедержателя 3 запрессован штифт 7. При чем диаметр отверстия выполнен большим (на 1…1,5мм) чем диаметр штифта, что обеспечивает возможность поворота резцедержателя на небольшой угол.

Державка работает следующим образом. В процессе растачивания усилие резания P_z на резце 9 поворачивает резцедержатель до упора пальца 7 в поверхность отверстия. В этом состоянии выполняется расточка отверстия. После прекращения подачи подпружиненный шарик 4 поворачивает резцедержатель в исходное положение и вновь западает в отверстие 6.

При повороте резцедержателя благодаря наличию эксцентриситета вершина резца отойдет от обработанной поверхности и при выводе державки из расточенного отверстия не будет оставлять винтовой риски.

Определение показателей положительного эффекта (при исследовании достигнутого уровня развития вида техники) борштанги

а) Показатели, обеспечивающие достижение цели усовершенствования объекта - повышение производительности обработки за счет использования прогрессивной конструкции борштанги.

б) Показатели, косвенно содействующие достижению цели - повышение производительности за счет уменьшения износа.

в) Показатели, не влияющие на достижение цели, но усиливающие полезные свойства объекта - повышение точности и качества обрабатываемых отверстий.

г) Показатели, не влияющие на достижение цели, но ослабляющие вредные свойства объекта:

- шероховатость;

- стоимость.

Показатели положительного эффекта заносим в таблицу 10.4.

Таблица 10.4

Показатели положительного эффекта	ТР	Аналоги
	62-122210	4741584/ 00-80	485864/ 00-08	4619564	253876
1	2	3	4	5	6	7
1 2 3 4	а б в г	4 2 3 1	2 1 0 1	2 1 1 0	1 0 0 0	3 2 3 1
Сумма положительных эффектов	10	4	4	1	9

Сопоставительный анализ преимуществ и недостатков аналогов

Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта каждым аналогом в баллах от -4 до +4. Заносим оценки в графы таблицы 10.4. Суммируем оценки по каждому аналогу, заносим их в нижнюю строку таблицы 10.5. Видим, что наибольшую сумму баллов имеет борштанга патент Японии № 62-122210, автора Хирахара Кодзи и др. В этом техническом решении в наибольшей степени обеспечивается повышение производительности обработки за счет прогрессивной конструкции борштанги. Следовательно данное техническое решение является наиболее прогрессивным.

Вывод по результатам патентного исследования

Исследования достигнутого уровня развития вида техники «Борштанга» показало, что цель усовершенствования - повышение производительности обработки за счет прогрессивной конструкции борштанги в наибольшей степени обеспечивается в ТР «Режущий инструмент» по патенту Японии № 62-122210. Кроме того данное ТР позволяет уменьшить шероховатость, улучшить качество и точность обработанной поверхности. Поэтому данное ТР используем в конструкции усовершенствованной борштанги.

11. Проектирование компоновки рабочего места

Рабочее место - это первичное звено производства, от качества работы которого зависят результаты деятельности всего завода. Поэтому необходимо уделять вынимание улучшению организации рабочих мест. Улучшение оснащенности, рациональная планировка, хорошо налаженное обслуживание рабочих мест и другие подобные мероприятия являются важными факторами повышения производительности труда и снижения утомляемости работающего.

Основной задачей проектирования организации рабочего места является создание такой конструкции организационной оснастки и такого расположения оборудования, заготовок, готовых деталей и оснастки, при которых отсутствуют лишние и нерациональные движения и приемы, максимально сокращаются расстояния перемещения рабочего.

На листе 07.М..64.76 графической части изображена планировка рабочего места оператора. Инструментальная тумбочка расположена на расстоянии 2400 мм, справа от рабочего, а слева от него, на расстоянии 2700 мм, расположен приемный стол для тары с заготовками и деталями.

12. Безопасность и экологичность объекта

Описание рабочего места, оборудования и выполняемых технологических операций.

В технологическом процессе используются обрабатывающий центр и горизонтально-протяжной станок. В качестве режущего инструмента на обрабатывающем центре применяются фрезы, резцы, сверла и метчики. На протяжном станке применяется шпоночная протяжка. Все станки подсоединены к электрической сети 380 В и имеют подвод сжатого воздуха, местное освещение и вентиляцию.

В качестве СОЖ на обрабатывающем центре используется 5% раствор СОТС ВЭЛС-1. Для промывки деталей применяется раствор тринатрия фосфата и нитрат натрия, нагретый до температуры 6070С.

Транспортировка заготовок, деталей на склад готовой продукции производится в контейнерах на электропогрузчиках.

Таблица 12.1

Спецификация оборудования, инструментов для рабочего места

№ позиции на эскизе рабочего места	Наименование оборудования, инструмента	Работы, операции, выполняемые на этом оборудовании или этим инструментом
	МАНО МС 50 Расточной резец	Растачивание отверстия
	Торцовая фреза Ш63	Фрезерование поверхностей
	Концевая фреза Ш32	Фрезерование лапок
	Сверло Ш8	Сверление отверстий под заход шпоночной фрезы
	Шпоночная фреза Ш8	Фрезерование шпоночных пазов
	Концевая фреза Ш32	Фрезерование лапок заготовки
	Сверло специальное Ш5,2	Сверление отверстий
	Метчик М6Ч0,8	Нарезание резьбы
	Концевая фреза Ш40	Фрезерование поверхности
	Резец расточной	Растачивание поверхности
	Подрезной резец	Черновое точение
	Подрезной резец	Чистовое точение
	Расточной резец	Чистовое растачивание
	Фреза шпоночная Ш32	Фрезеровать паз
	Концевая фреза Ш40	Фрезерование поверхности
	Расточной резец	Растачивание отверстия
	Расточной резец	Растачивание поверхности
	Расточной резец специальный	Растачивание поверхности
	Сверло специальное Ш5,2	Сверление отверстия
	Метчик М6Ч0,8	Нарезание резьбы
	Сверло специальное Ш4,2	Сверление отверстия
	Метчик М5Ч0,8	Нарезание резьбы
	Концевая фреза	Фрезерование поверхности
	Расточной резец	Растачивание чистовое
	Расточной резец	Растачивание чистовое

Идентификация опасных и вредных производственных факторов

Проведем анализ всех опасных и вредных производственных факторов, которые могут возникнуть в процессе обработки заготовки на обрабатывающем центре.

Травмирование рабочих происходит при отсутствии или некачественном проведение инструктажа и обучения, инструкций по технике безопасности, неправильной организации рабочего места, отсутствии или несоответствии средств индивидуальной защиты, несоответствие требованиям безопасности конструкций технологического оборудования, несовершенство конструкции технологической оснастки, отсутствие защитного экрана, неисправности оборудования, оснастки и транспортных средств, а также оградительных, предохранительных и других технических средств безопасности.

Загрязнение воздуха рабочей зоны происходит из-за выделения паров, пыли, задымления. Пары СОЖ выделяются в результате испарения при охлаждении обрабатываемой заготовки. Пыль возникает при шлифовании, уборке помещения, движении людей и транспорта.

Микроклимат зависит от ряда параметров: температуры воздуха, относительной влажности воздуха, скорости движения воздуха, атмосферного давления. При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела и теплоотдача в окружающую среду увеличивается. При пониженной температуре кровеносные сосуды сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется. Повышенная влажность затрудняет терморегуляцию из-за снижения испарения пота, а пониженная влажность приводит к пересыханию слизистых оболочек дыхательных путей. Скорость воздуха оказывает влияние на распространение вредных веществ в помещении. Атмосферное давление влияет на процесс дыхания.

Шум и вибрации. Вибрация подразделяется на: транспортную, которая возникает в результате движения автомобилей по проездам и дорогам и при их строительстве. Транспортно-технологическую, которая возникает при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении или при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадки. Технологическую, которая возникает при работе стационарных машин из-за неуравновешенных силовых воздействий при работе оборудования. Их источниками являются возвратно-поступательно движущиеся детали, неуравновешенные вращающиеся массы. Источником шума является любой процесс, вызывающий местное изменение давления или механические колебания в твердых, жидких или газообразных средах. Действие его на организм человека связано главным образом с применением нового, высокопроизводительного оборудования, с механизацией и автоматизацией трудовых процессов: переходом на большие скорости при эксплуатации различных станков и агрегатов.

Таблица 12.2

№ п/п	Наименование опасного производственного фактора	Виды работ, при которых встречается данный производственный фактор
1	Химическое отравление	На операциях 005, 010, 015, 025 т. к. применяется СОЖ, на моечной операции
2	Поражение электрическим током	На операциях при неправильной эксплуатации оборудования
3	Шум	На операциях механической обработки
4	Вибрации	На операциях при работе станка
5	Загрязнение воздуха	На операциях при использовании СОЖ

Воздействие производственного фактора на организм работающего

По способу передачи на человека вибрации подразделяются на общую, передающуюся через опорные поверхности, и локальную (местную), передающуюся через руки человека. Воздействие на человека вибраций определяется их амплитудой и частотой.

Общая вибрация вызывает сотрясение всего организма, местная вовлекает в колебательное движение отдельные части тела. Вибрация ухудшает самочувствие работающего, ухудшает зрительное восприятие, снижает качество внимания, вызывает утомление, головную боль и снижает продуктивность труда.

Для уменьшения вибрации необходимо покрывать вибрирующие поверхности и оборудование вибропоглащающими и демпфирующими материалами. В качестве средств индивидуальной защиты от вибрации применяют обувь с амортизирующими подошвами, рукавицы с вибропоглащающими упругими прокладками и т.д.

Шум создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие, которое ведет к снижению работоспособности, в первую очередь умственной, так как уменьшается концентрация внимания, увеличивается число ошибок, развивается утомление. Такое состояние неблагоприятно отражается на сердечно-сосудистой системе: изменяется частота сердечных сокращений, повышается или понижается артериальное давление, повышается тонус и снижается кровонаполнение сосудов головного мозга. Постоянное нахождение в зоне повышенного шума приводит к развитию тугоухости. Противошумными средства индивидуальной защиты органа слуха и предупреждения различных расстройств организма, вызываемых чрезмерным шумом являются вкладыши, наушники и шлемы.

В результате охлаждения заготовки смазывающе-охлаждающей жидкостью, в зоне резания образуются пары масла и иных аэрозолей, а также сложных парогазовых смесей, которые являются причиной раздражающего влияния на органы дыхания, а также неблагоприятно воздействуют на другие системы организма.

Поскольку для облегчения процесса резания используемая СОЖ перед подачей в зону резания насыщается кислородом, то в результате происходит окисление поверхностного слоя обрабатываемого материала. Образуется толстый рыхлый слой оксидов, частицы которого уносятся испаряющейся СОЖ. Эти частицы металлической пыли, оседая в верхних дыхательных путях, вызывают воспаление тканевых клеток, что создаёт благоприятные условия для проникновения в организм различных инфекционных болезней. Для исключения данных вредных факторов, в качестве защиты от пыли и газов, выделяющихся в процессе обработки, необходимо применить местную вентиляцию в виде вытяжного зонта.

Объем воздуха, удаляемого вытяжным зонтом, определяется по формуле [1]:

, (13.1)

где F - площадь открытого проема, м²;

v - скорость воздуха в приемном сечении зонта.

Для нетоксичных выделений v = 1.25 м/с.

F = м².

L = 3600^. 0,12^. 1.25 = 540 м³/с

Обеспечение электробезопасности на рабочем месте

Случаи поражения человека током возможны при замыкании электрической цепи через тело человека. Опасность тока, проходящего через тело человека зависит от схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, степени изоляции токоведущих частей цепи.

Основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока:

- случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

- появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования - корпусах, кожухах в результате повреждения изоляции;

- появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного включения установки;

- возникновение шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода на землю.

Основными мерами защиты от поражения током:

- обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения;

- электрическое разделение сети;

- устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других частях электрооборудования, что достигается применением малых напряжений, использованием двойной изоляции, защитным заземлением, занулением, защитным отключением;

- применение специальных электрозащитных средств - переносных приборов и приспособлений;

- организация безопасной эксплуатации электроустановок.

Классификация помещений по опасности поражения током.

Рабочее место относится к помещениям с повышенной опасностью - это помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырость; высокая температура; токопроводящая пыль; токопроводящие полы; возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям и к металлическим корпусам электрооборудования;

Обеспечение пожарной безопасности на рабочем месте

Причинами возникновения пожаров на машиностроительных предприятиях являются: