1. Создание технологий и технологических систем нового поколения нормальной, высокой и сверх высокой производительности
Данное научное направление на кафедре «Технология машиностроения» основано профессором, д.т.н. Михайловым. По этому направлению опубликовано множество научно-технических работ, статей, монографий, учебные пособия, получены авторские свидетельства и патенты на изобретения. По этому направлению под руководством профессора, д.т.н. Михайлова А.Н. защищены кандидатские диссертации следующих соискателей: Матвиенко А.В., Ищенко А.Л., Малышко И.И., Водолазской Н.В., Чернышевым Е.А., Буленковым Е.А.
В настоящее время активно развивается это научное направление следующими учеными кафедры: доцентами, к.т.н. Ищенко А.Л., Чернышевым Е.А. и Буленковым Е.А..
Создание технологий и технологических систем нового поколения нормальной, высокой и сверхвысокой производительности основывается на синтезе поточно-пространственных технологических систем. Анализ процесса создания и функционирования, высокоэффективных поточно-пространственных технологических систем непрерывного действия, позволил установить следующие основные принципы их проектирования:
- повышения мощности концентрации множества технологических элементов (блоков технологического воздействия);
- составления из концентрированного множества технологических элементов специальных р-мерных групп с подсистемами к-го класса;
- обеспечение упорядочивания многомерной замкнутой рекуррентной структуры технологических элементов за счет упорядочивания подсистем (к-1)-го класса в каждой подсистеме к-го класса;
- пространственной композиции технологических элементов и перехода от их линейно-пространственной компоновки к поверхностно-пространственной компоновке и затем к объемно-пространственной компоновке;
- пространственного компактирования структуры технологических элементов в пространственные компактные структуры и увеличения коэффициента использования технологического пространства;
- обеспечения сложной кинематической структуры транспортного движения многомерной замкнутой структуры технологических элементов;
- обеспечения соответствия (равенства) общего числа элементарных транспортных движений количеству классов подсистем сложной многомерной замкнутой рекуррентной структуры технологических элементов;
- обеспечения параллелелизма функционирования подсистем (к-1)-го класса в подсистемах к-го класса сложной многомерной замкнутой структуры технологических элементов;
- обеспечения последовательного фазового смещения процесса выполнения заданных основных и вспомогательных функций в подсистемах (к-1)-го класса подсистем к-го класса сложной многомерной замкнутой структуре технологических элементов;
- обеспечения непрерывности функционирования всех подсистем сложной многомерной замкнутой структуры технологических элементов системы;
- модульность проектирования подсистем и всей технологической системы;
- реализация принципов мехатроники и адаптроники при создании новых технологий и технологических систем.
На базе этих технологических систем выполняется комплексная автоматизация производственных процессов. Использование приведенных технологических систем в народном хозяйстве позволяет существенно повысить технико-экономические показатели производства изделий в машиностроении и других отраслях.
2. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий машиностроения
Это научное направление предложено профессором, д.т.н. Михайловым А.Н. в 2005 году. В настоящее время оно активно развивается, опубликовано ряд научно-технических работ, монографий, патентов на изобретения. По данному направлению в 2011 г. защищены диссертационные работы Михайловой Е.А. и Маджидом Джалилем (Ирак). Проводится активная работа следующих соискателей: Лахиным А.М., Сидоровой Е.В., Аль-Судани Таха (Ирак).
Функционально-ориентированные технологические процессы основаны на итерационном рекуррентном (возвратном) замкнутом подходе проектирования, состоящем из следующих этапов:
1. Анализ особенностей эксплуатации изделия в машине и формирование структуры эксплуатационных функций.
2. Деление изделия на функциональные элементы по уровням «глубины технологии» и их классификация.
3. Формирование маршрута функционально-ориентированного технологического процесса на базе особых принципов ориентации технологических воздействий и свойств функциональных элементов изделия. С помощью особых принципов ориентации технологических воздействий и свойств функциональных элементов изделия происходит рекуррентное замыкание последовательности данной методики проектирования.
Рекуррентная последовательность методологии проектирования функционально-ориентированных технологий является главной отличительной особенностью создания этих технологий. При этом каждый из этапов проектирования имеет свои отличительные особенности синтеза технологических процессов. Причем наличие обратных связей в предлагаемой методологии позволяет определять и формировать необходимые технологические воздействия и свойства функциональных элементов, а также всего изделия в целом в зависимости от особенностей их эксплуатации или от заданного, требуемого или предельного эксплуатационного потенциала изделия.
В этом случае, реализуется качественно новый методологический подход в проектировании функционально-ориентированных технологических процессов, заключающийся в формировании технологических воздействий и свойств изделия в зависимости от особенной эксплуатации функциональных элементов изделия. При этом обеспечивается возможность полной адаптации изделия к особенностям его эксплуатации, а также выполнения заданного, требуемого или предельного эксплуатационного потенциала изделия в машине или технологической системе.
Выполненные на кафедре исследования позволили создать нетрадиционные варианты высокоэффективных технологий и технологических процессов на базе функционально-ориентированного подхода. Разработанный подход позволяет изготавливать изделия с качественно новой совокупностью свойств и мерой полезности на базе функционально-ориентированных обычных, макро, микро и нано технологий.
Данные исследования представляют собой разработку нового научного направления в области создания высокоэффективных технологий нового поколения.
3. Основы синтеза комбинированных и гибридных функционально-ориентированных специальных технологий машиностроения
Данное научное направление предложено на кафедре «Технология машиностроения» в 2009 году профессором, д.т.н. Михайловым и является развитием предыдущего научного направления.
К комбинированным методам обработки изделий машиностроения относятся такие, в которых процесс преобразования свойств изделия выполняется в результате действия не менее двух различных типов потоков материи, энергии и информации при технологических воздействиях на него орудий и средств обработки.
Гибридные методы обработки – это помесь не менее двух одновременно действующих различных типов технологических воздействий (материи, энергии, информации) оказывающих взаимное влияние друг на друга и выполняемых новыми методами, производящих преобразование свойств изделий нетрадиционными принципами, позволяющие обеспечить качественно новую совокупность свойств и меру полезности изделий машиностроения.
В данной работе предлагается выполнять синтез комбинированных и функционально-ориентированных технологий на базе композиции следующих принципов:
- принципов синтеза комбинированных и гибридных технологических процессов,
- принципов синтеза функционально-ориентированных технологических процессов.
Данный подход обеспечивает возможность реализации качественно новой совокупности свойств изделий машиностроения и качественно новой меры полезности изделий.
Комбинированные и гибридные технологии, спроектированные на базе функционально-ориентированного подхода, позволяют обеспечивать нетрадиционные свойства изделиям. При этом совместная реализация двух подходов, а именно методов синтеза комбинированных (гибридных) и методов синтеза функционально-ориентированных технологий, позволяет при изготовлении изделий полностью их адаптировать к особенностям эксплуатации в технологической системе, а также обеспечить заданные, требуемые или предельные свойства изделий.
Также можно отметить, что комбинированные и гибридные технологии лежат в основе синтеза наноматериалов с наноструктурой и наносвойствами. Именно на базе этих технологий обеспечивается возможность размельчения и компактирования наноматериалов. При этом благодаря универсальности функционально-ориентированных технологий обеспечивается возможность синтеза новых свойств изделий, а также дальнейшего их повышения свойств.
4. Разработка и нанесение сверх прочных функционально-ориентированных вакуумных ионно-плазменных покрытий изделий машиностроения
Кафедра «Технология машиностроения» Донецкого национального технического университета проводит научно-исследовательские работы по нанесению сверхпрочных и декоративных нитридных, оксидных и карбидных ионно-плазменных покрытий на основе титана, хрома, циркония и других металлов на изделия машиностроения, приборостроения, электронной и электротехнической техники средних и мелких типоразмеров, изготовленных из различных металлов. Это научное направление получило развитие на кафедре в 2004 году.
Нанесение сверхпрочных и декоративных покрытий выполняется в вакууме методом плазменной ионной бомбардировки нитридов, оксидов или карбидов металлов (титана, циркония, хрома и других металлов) на поверхностный слой изделия. Большая твердость, высокая износостой-кость, абразивная стойкость, тугоплавкость, пластичность при высоких температурах и другие свойства обусловливают высокие функциональные параметры изделий с покрытиями поверхностного слоя специальными материалами.
В настоящее время разработаны специальные технологии по ионно-плазменному нанесению сверхпрочных и декоративных нетрадиционных покрытий, обеспечивающих качественно новую совокупность свойств изделий. Специальные сверхпрочные и декоративные покрытия повышают ресурс работы деталей и инструментов на 300 - 2000%. На кафедре имеются специальные промышленные установки «Булат - 6» с камерой 500 500 мм и установка ННВ 6.6 – И1 с камерой 600 600 мм.
Кафедра «Технология машиностроения» может выполнять заказы предприятий и фирм по нанесению сверхпрочных и декоративных покрытий на следующие виды изделий различных отраслей народного хозяйства:
- инструменты различного назначения, твердосплавные пластины инструментов, металлорежущие инструменты, иглы, сверла, протяжки, фрезы, резцы и тому подобные инструменты;
- изделия из различных металлов малых и средних типоразмеров, ролики, зубчатые колеса и шестерни, звездочки, шлицевые соединения, валы, подшипники скольжения, поршни и другие детали;
- изделия из металлов для товаров народного потребления, ручки для мебели, фурнитура дверей, мебельная фурнитура, крепежные детали и другие изделия.
Преимущества данных технологий:
- возможность нанесения покрытий практически из любых металлов и сплавов;
- возможность синтеза покрытий из соединений типа оксидов, нитридов, карбидов различного состава в любых комбинациях, в том числе в виде многослойных;
- высокая прочность сцепления формируемых покрытий с подложкой (до 25 кгс/мм2), существенно превышающая адгезионные характеристики покрытий, получаемых гальваническими и другими традиционными методами;
- экологическая безопасность метода;
- температура изделий, на которые наносятся покрытия, определяется параметрами процесса (может составлять от 20°С до 1000°С);
- широкий спектр функциональных возможностей покрытий.
На базе функционально-ориентированных покрытий изделий машиностроения разработана технология ремонта лопаток газотурбинных двигателей. Это специальные технологии, которые базируются на комбинированных методах обработки. Для изучения вопросов ремонта лопаток и нанесения сверхпрочных покрытий на кафедре выполнен комплекс различных исследований.
В настоящее время на кафедре «Технология машиностроения» Донецкого национального технического университета ведется научно-исследовательская работа по созданию технологических процессов комбинированной функционально-ориентированной отделочной обработки для следующих изделий:
- для внутренних цилиндрических поверхностей изделий),
- для лопаток газотурбинных двигателей,
- для зубчатых колес,
- для сверл и других осевых инструментов.
В качестве примера на фотографиях представлены общие изделий после реализации функционально-ориентированных покрытий.
5. Синтез пространственно-модифицированной геометрии зубьев и технологий ее реализации
Это научное направление начало развиваться на кафедре в 70-х годах 20 века под руководством доцента, к.т.н. Филиппова В.М., позднее доцента, к.т.н. Финиченко В.А. Оно получило дальнейшее развитие в 1998 году под руководством профессора, д.т.н. Михайлова А.Н. По данному направлении защищены кандидатские диссертации следующих диссертантов: Лукичев А.В. (1994 г.), Гитуни Ахмед (2009 г., Тунис), Грубка Р.М. (2010 г.).
Основные особенности этого научного направления следующие.
Для обеспечения выравнивания нагрузки в зацеплении зубьев зубчатых муфт и реализации линейных контактов рабочих зубьев муфт, работающих в условиях перекосов и смещений осей, разработана специальная геометрия зубьев, именуемая пространственно-модифицированная геометрия зубьев муфт. Эта геометрия зубьев муфты обеспечивает выравнивание нагрузки в зацеплении и линейный контакт рабочих поверхностей зубьев при наличии их перекоса для центрируемых зубчатых муфт. Это связано с тем, что процесс получения пространственно-модифицированных зубьев муфты основан на разработанном способе обработки, базирующимся на втором способе Оливье и выполнении в процессе изготовления зубьев двух принципов.
Вместе с тем, можно отметить, что технология получения пространственно-модифицированной геометрии зубьев основанная на втором способе Оливье не позволяет получать заданную геометрию высокопроизводительными способами. Это связано с тем, что для осуществления обработки с использованием второго способа Оливье применима только хонинговальная операция с использованием внутреннего зацепления инструмента и обрабатываемых зубьев втулки муфты. При этом снимаемый припуск при хонинговании зубьев обычно составляет 50 ... 70 мкм. Поэтому этим методом снимать большие припуски для пространственно-модифицированных зубьев, в ряде случаев, является длительным низко производительным процессом, а для зубьев крупного модуля вообще не представляется возможным. Это не позволяет получать точную пространственно модифицированную геометрию зубьев муфт.
Выполненные исследования позволили следующее:
- разработать общий подход последовательного приближения геометрии рабочей поверхности зубьев к теоретически точной пространственно-модифицированной геометрии, получаемой с использованием второго способа Оливье;
- разработать общую методику и принципы синтеза структуры технологического процесса и обеспечения последовательного приближения геометрии рабочей поверхности зубьев к теоретически точной пространственно-модифицированной геометрии;
- разработать конкретный технологический процесс приближения геометрии рабочей поверхности зубьев к теоретически точной пространственно-модифицированной геометрии;
- разработать способ и устройство изготовления теоретически точной пространственно-модифицированной геометрии зубьев муфт, получаемой с использованием второго способа Оливье.
В целом выполненные исследования и разработанная технология позволяют комплексно решать задачи повышения качества и эффективности изготовления пространственно-модифицированные зубья муфт.
6. Совершенствование технологии финишной обработки хрупких неметаллических материалов.
На кафедре это научное направление начало развиваться с 1998 г. В настоящее время в этом направлении активно работают доцент Байков А.В. и старший преподаватель Голубов Н.В.
В настоящее время в различных областях машиностроения и приборостроения все шире применяются приборы из материалов, объединенных общим названием: Хрупкие неметаллические материалы. Это, в частности, техническая керамика, стекло и стеклокристаллические материалы, кристаллы, природный и искусственный камень. Все указанные материалы характеризуются сходными физико-механическими свойствами, а именно: высокой твердостью, высокой прочностью на сжатие, высокой термостойкостью, низкой теплопроводностью и одновременно низким пределом прочности на растяжение и изгиб. Сходство свойств обуславливает и сходство технологических процессов механической обработки. Указанные ма-териалы обрабатывают методом шлифования, преимущественно алмазным инструментом.
На основе системного подхода, морфологического анализа и физики поверхностного состояния твердого тела разработаны теоретические основы проектирования высокопроизводительных технологических процессов обработки изделий из хрупких неметаллических материалов на основе новых методов шлифования и конструкций шлифовального инструмента.
7. Исследование возможностей улучшения обрабатываемости труднообрабатываемых материалов посредством применения смазочно-охлаждающих технологических средств
Обработка труднообрабатываемых материалов (жаростойких, жаропрочных, коррозионностойких сталей и сплавов) порождает множество проблем при обработке резанием, связанных с низкой стойкостью инструмента и качеством обрабатываемого материала. Одним из путей решения данной проблемы является применение СОТС. Эффективный выбор технологии применения СОТС должен осуществляться в зависимости от физико-химических условий процесса резания (вида обработки, режимов резания, обрабатываемого материала, материала режущего инструмента). По данному направлению на кафедре ведётся активная научно-исследовательская деятельность. Ряд магистерских работ посвящен данной тематике, а также защищена кандидатская диссертация «Удосконалення забезпечення токарної обробки деталей з важкооброблюваних матеріалів на основі застосування МОТС» (С. Зантур, Тунис).