Главное, что отличает директивные и перспективные технологические процессы, заключается в том, что экономический эффект от применения директивных технологических процессов, чаще всего направленных на повышение качества, проявляется главным образом в сфере эксплуатации изделия и в увеличении объемов продаж новой конструкции изделия с улучшенными качественными свойствами. А у перспективных технологических процессов эконо мический эффект от ресурсосбережения проявляется в первую очередь в сфере производства изделия и увеличения объема продаж от снижения цены изделия.
Конструкции новых изделий в целях существенного повышения их качества (конкурентоспособности, тактико-технических данных, технического уровня изделия) весьма часто содержат новые конструкторские решения. К ним относят: более совершенные материалы; повышенные требования, например, к точности и шероховатости обработки поверхностей; они содержат новые элементы конструкций изделий, покрытия, которые не могут быть изготовлены с помощью существующих технологических процессов на предприятии. В этой связи для постановки на производство новых изделий проектные организации должны обеспечивать для данного предприятия создание новых так называемых директивных техноло гических процессов, которые устраняют несоответствие новой кон струкции, ее элементов с повышенными качественными свойствами и сложившейся технологической системой действующего предприятия.
В настоящее время наметилось четыре основных направления создания директивных технологических процессов.
1. Изготовление и обработка новых конструкционных материалов. Например, сварка взрывом композиционных материалов, У которые обеспечивают коренное улучшение эксплуатационных свойств изделия (например, замена меди на композиционный материал «молибден–медь–титан», полученный импульсным нагруженном, улучшает эксплуатационные характеристики изделия в условиях высокоскоростного трения в сотни раз).
2. Изготовление принципиально новых для конкретного предприятия сборочных единиц и деталей. Например, в целях существенного увеличения частоты вращения шпинделя высоко скоростного станка требуется замена подшипников качения актив ными магнитными подшипниками. Технологические процессы их изготовления относятся в данном случае к директивным.
Реализация названных технологических процессов может предусматривать использование в качестве заготовок: специальных методов литья, в том числе получением структуры направленной кристаллизацией и монокристаллов; уникальных штамповок (изотермическая, высокоскоростная, взрывом, в условиях сверхпластичности металла); применение ротационной вытяжки; электровысадки; использование композиционных, керамических и нанокристаллических материалов и т.п.
3. Обеспечение повышения качества поверхностного слоя деталей или структуры материала. Спектр рекомендуемых для использования технологий, особенно в области создания покрытий, довольно широк: от электрохимического окрашивания деталей из сплавов алюминия в различные цвета для улучшения сопротивления коррозии, солнечному облучению и улучшения эстетических свойств..., до упрочнения деталей машин различными способами (термомеханическое, электромеханическое, газотермическое, лазерное термоулучшение, термодиффузионное хромирование, плазменно-шликерная обработка и т.п.). Эти технологии чаще всего обеспечивают повышение надежности и долговечности изделий.
Данные работы по улучшению качества поверхности наиболее нагруженных деталей машин часто могут быть связаны с применением новых методов формирования физико-химического и структурно-фазового состояния поверхностного слоя, обеспечи вающего повышение эксплуатационных свойств изделия (износо-стойкости, коррозионной и эрозионной стойкости, фреттинг-стойкости, длительной жаропрочности, жаростойкости, пластичности, пористости, долговечности и др.) и повышение надежности (снижение вероятности разрушения, повышение безотказной работы или снижение интенсивности отказов) деталей, сборочных единиц и изделий в целом.
Получение заданных параметров поверхностного слоя, обеспечивающего долговечность и надежность деталей (шерохо ватости, степени и глубины наклепа, остаточных макро- и микро напряжений, физико-химических свойств и структурно-фазового состояния), нередко обеспечивают путем применения на стадии окончательной обработки деталей специальных методов:
- отделочно-упрочняющих (пневмо- и гидродробеструйное, вибро-и пневмодинамическое упрочнение, виброшлифование и алмазное выглаживание, виброконтактное полирование алмазными лентами, упрочнение микрошариками, металлическими щетками и ультразвуком);
- химико-термических (азотирование, цементация, цианирование, одно- и двухстадийные диффузионные покрытия);
- поверхностно-термических (интенсивный нагрев и резкое охлаждение), поверхностно-термомеханических и механо-термических (нагрев с одновременной деформацией);
- электрохимических (нанесение одно- и многокомпонентных по крытий);
- химических (нанесение однокомпонентных покрытий);
- физических (вакуумноплазменные одно- и многокомпонентныепокрытия, лазерное, электронное, ионное модифицирование и их комбинирование; плазменные одно- и многокомпонентные покрытия в контролируемой атмосфере и т.п.).
4.Обеспечение специальных геометрических форм деталей, например: изготовление тонкостенных алюминиевых отливок в бегущем магнитном поле; изготовление глубоких отверстий диаметром менее 1,0 мм в труднообрабатываемых сплавах электроструйной прошивкой или электроэрозионной обработкой.
Основные требования к проектированию перспективных технологических процессов изготовления типовых изделий, или технологий изготовления типовых элементов деталей формулируются в другом ключе. Перспективные технологические процессы так же, как и директивные технологические процессы, нередко предусматривают использование наиболее прогрессивных методов формообразования:
скоростное протягивание, высокоскоростное резание, вибрационное сверление и развертывание, глубинное шлифование, электрофизи ческие и электрохимические методы обработки и другие прогрес сивные способы изготовления, но делается это в первую очередь для обеспечения ресурсосбережения в производственном процессе.
Основная часть технологических процессов и операций при разработке проекта технического перевооружения или реконструкции претерпевает замещение не только по изменению метода или способа обработки (сборки). В проектном деле широко используют изменение структурного состава технологических операций, переходов, парка технологического оборудования, инструментов, приспособлений в целях повышения технического уровня производства, обеспечения роста объемов выпуска продукции в условиях ресурсосбережения.
Применение перспективных технологических процессов можно рассматривать в приложении к различным стадиям жизненного цикла изделия: технической подготовки производства, собственно производства, эксплуатации, ремонта и утилизации. В данном издании перспективные технологические процессы эксплуатации, ремонта и утилизации машин и приборов, а именно:
- восстановления изношенных деталей (например, плазменной и электрошлаковой наплавкой, плазменным напылением...);
- извлечения вторичных ресурсов, например драгоценных металлов на стадии утилизации изделия другие технологии – мы подробно рассматривать не будем.
Для математического моделирования и оптимизации перспективных технологических процессов рассмотрим только материало-, трудо-, энерго- и фондосберегающие технологические процессы основного производства.
Материалосберегающие технологические процессы принято классифицировать на мало- и безотходную технологию; технологии эко номии драгоценных и остродефицитных материалов (вольфрама, тан тала, кобальта, золота, серебра, платины...); технологические процес сы, обеспечивающие сокращение производственных потерь от брака.
Мало- и безотходные технологические процессы основного производства, например безуклонная или изотермическая штамповка в режиме сверхпластичности, точное литье тонкостенных отливок и другие технологии позволяют не только повысить коэффициент использования материала, но и в ряде случаев устранить дисбалансы производственных мощностей в механических цехах, что может служить важной профилактической мерой капиталовложений в их реконструкцию.
Материалосберегающие технологические процессы вспомогательного производства в отличие от основного производства обеспечивают экономию вспомогательных материалов и использование вторичных ресурсов. В этой области инноваций можно определить следующие направления работ:
- переработка отходов, например изготовление из алюминиевых отходов основного производства тонкостенных деталей из дискретных материалов; изготовление из стружки титана медицинских приспособлений и других изделий;
- восстановление формовочной смеси (вакуумное прошивание, разрушение и выбивка литейных форм, электрообеспыливание конвейеров в целях возврата пылевых фракций и т.п.);
- очистка промышленных стоков в целях возврата технической воды в производственный процесс, например: ионообменная технология очистки промышленных стоков гальванических цехов, технологии регенерации водных и масляных СОЖ (смазывающе-охлаждающих жидкостей);