125211 (Підвищення якості й експлуатаційних властивостей деталей поліграфічного обладнання)

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

„КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

На правах рукопису

Олійник Володимир Григорович

УДК 655.1/.3(043)

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ Й ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПОЛІГРАФІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ

Спеціальність 05.05.01 – Машини і процеси поліграфічного виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному технічному університеті України „Київський політехнічний інститут”

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України Киричок Петро Олексійович, директор Видавничо-поліграфічного інституту НТУУ „Київський політехнічний інститут” (м. Київ), завідувач кафедри технології поліграфічного виробництва.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Гавенко Світлана Федорівна, Українська академія друкарства (м. Львів), завідувач кафедри технології друкованих видань і паковань кандидат технічних наук Ткачук Микола Петрович, відкрите акціонерне товариство „Видавництво „Київська правда”” Державної акціонерної компанії „Укрвидавполіграфія” Державного комітету телебачення і радіомовлення України, завідувач лабораторії.

Захист відбудеться 29.05. 2008 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.002.10 в Національному технічному університеті України „Київський політехнічний інститут”, м. Київ, вул. Володимирська, 7, корпус № 25

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”, м. Київ, проспект Перемоги, 37.

Автореферат розіслано 24.04. 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.А. Ковальов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасне поліграфічне обладнання характеризується безперервним збільшенням потужностей, навантажень, швидкостей і точності позиціювання виконавчих органів машин. Це потребує значного збільшення надійності роботи, а також довговічності функціювання деталей та вузлів поліграфічного обладнання в процесі експлуатації, що призводило б до підвищення ефективності поліграфічного виробництва. Для вирішення цієї задачі необхідне застосування більш якісних матеріалів, вдосконалення конструкції обладнання і процесів обробки його деталей, особливо на завершальних етапах. Разом з тим, при виході з ладу тієї чи іншої деталі через зношування, корозію, недостатню герметичність та контактну жорстокість виникає необхідність швидкої заміни або відновлення деталі. Останнє можливо здійснити із застосуванням фінішних операцій. Отже, при розробці технологічних процесів виготовлення деталей поліграфічного обладнання важливою є оздоблювально-зміцнююча обробка (ОЗО).

У зв’язку з цим актуальною є проблема з єдиних технологічних позицій встановити взаємозв’язок між технологічними факторами ОЗО деталей поліграфічного обладнання, геометричними і фізико-механічними характеристиками якості їх поверхні й поверхневого шару, що формуються під час ОЗО, експлуатаційними характеристиками деталей та поліграфічного обладнання загалом.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота пов’язана з науковими дослідженнями кафедри технології поліграфічного виробництва ВПІ НТУУ „КПІ”, а також виконувалась у рамках договору № 0106 та № 007487.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка теоретико-експериментальних основ керування технологічними процесами ОЗО для покращення показників якості й експлуатаційних властивостей деталей поліграфічного обладнання і, як наслідок, підвищення ефективності поліграфічного виробництва. Для досягнення вказаної мети в роботі вирішено низку питань, з яких на захист виносяться:

Технологічна система ОЗО в параметричному зображенні з науково обґрунтованими причинно-наслідковими зв’язками.

Математичні моделі технологічних процесів ОЗО, що дозволяють цілеспрямовано керувати процесами обробки.

Технологічний процес ОЗО деталей поліграфічного обладнання.

Аналітичні залежності між параметрами частково регулярного мікрорельєфу (ЧРМР) поверхні, що задаються під час ОЗО, та технологічними факторами.

Алгоритм керування якістю поверхні та поверхневого шару, експлуатаційними властивостями деталей поліграфічного обладнання при технологічних процесах ОЗО.

Пристрій та інструмент для ОЗО поверхонь деталей поліграфічного обладнання.

Методика проведення теоретичних і експериментальних досліджень.

Результати експериментальних досліджень впливу технологічних факторів на параметри ЧРМР, фізико-механічні характеристики поверхневого шару, а також на експлуатаційні властивості виробів.

Результати впровадження теоретико-експериментальних досліджень у виробництво.

Об’єктом досліджень є технологічна система ОЗО в параметричному зображенні, що взаємно пов’язує технологічні фактори ОЗО деталей поліграфічного обладнання, якість їх поверхні, експлуатаційні властивості деталей та поліграфічного обладнання в цілому.

Предметом досліджень є технологічні фактори ОЗО, геометричні та фізико-механічні характеристики деталей поліграфічного обладнання, а також експлуатаційні властивості деталей та поліграфічного обладнання в цілому.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше запропоновано технологічну систему ОЗО в параметричному вигляді, що дозволяє на основі встановлених автором взаємних зв’язків між технологічними факторами ОЗО, параметрами якості поверхні й поверхневого шару, експлуатаційними властивостями деталей поліграфічного обладнання та поліграфічного обладнання в цілому задаючи режими обробки, отримувати певні параметри якості приповерхневого шару, експлуатаційні властивості деталей та експлуатаційні характеристики поліграфічного обладнання.

Для розробленого технологічного процесу вперше встановлено аналітичні залежності між параметрами ЧРМР і технологічними факторами.

Розроблено алгоритм цілеспрямованого керування якістю поверхні та поверхневого шару деталей поліграфічного обладнання, а також експлуатаційними характеристиками деталей та обладнання.

Запропоновано розподіл математичних моделей, що пов’язують технологічні фактори, параметри якості поверхні деталей, їх експлуатаційні властивості й експлуатаційні характеристики обладнання, на класи відповідно до вхідних та вихідних параметрів.

Розроблено нові пристрої та інструменти для утворення ЧРМР.

Виявлено закономірності формування фізико-механічних властивостей (залишкові напруги, мікротвердість, фазово-структурний склад) поверхневого шару деталей поліграфічного обладнання при ОЗО.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Використання науково обґрунтованих рекомендацій, аналітичних залежностей, математичних моделей та алгоритмів:

для визначення оптимальних режимів, параметрів якості поверхні та експлуатаційних властивостей деталей поліграфічного обладнання при ОЗО з метою врахування їх під час проектування технологічних процесів виготовлення деталей поліграфічного обладнання;

для подальших наукових досліджень процесів ОЗО науковцями і аспірантами та для практичної роботи інженерно-технічних працівників поліграфічних підприємств;

у навчальному процесі студентів ВПІ НТУУ „КПІ” в курсах „Технологічні процеси механічної обробки деталей поліграфічного обладнання”, „Поліграфічне устаткування”.

2. Використання у виробництві поліграфічного обладнання розроблених технологічних процесів та пристроїв, новизну яких захищено патентами.

Особистий внесок здобувача полягає у безпосередньому виконанні робіт на всіх етапах теоретичних та експериментальних досліджень, зокрема в літературному та патентному огляді фінішних методів обробки деталей поліграфічного обладнання, розробці технологічної системи ОЗО таких деталей, встановлені аналітичних залежностей між режимами обробки та якістю поверхні деталей. Також автором розроблено алгоритм керування технологічним процесом ОЗО, запропоновано пристрої та інструмент для ОЗО, проведено експериментальні дослідження, оформлено результати наукових і експериментальних досліджень у вигляді патентів на винаходи, публікацій і доповідей на конференціях.

У спільних публікаціях автору належить провідна роль у виконанні дослідів та обговоренні їх результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися на науково-технічних конференціях і семінарах: „Технологія і техніка друкарства”, Київ, НТУУ „КПІ”, 2004 р.; VII міжнародна науково-технічна конференція АС ПГП „Промислова гідравліка та пневматика”, м. Вінниця, 2006 р.; кафедри технології поліграфічного виробництва ВПІ НТУУ „КПІ”.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 18 наукових праць, у тому числі 6 патентів, 1 навчальний посібник, 2 методичні вказівки.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку літератури, додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано її мету та завдання, представлено нові наукові результати, доведено їх практичну цінність, подано результати апробації роботи.

Підвищити ефективність поліграфічного виробництва можливо не тільки за рахунок застосування нових матеріалів (фарб, паперу, лаків і т.п.), розробки і удосконалення конструкцій друкарських машин, окремих їх пристроїв і вузлів, але й розробляючи чи удосконалюючи нові технологічні рішення щодо виготовлення деталей поліграфічного обладнання та продовжуючи термін їх експлуатації, зокрема, за рахунок відновлення параметрів. Важлива роль в цьому відводиться фінішним процесам обробки поверхні, таким як ОЗО.

У літературному та патентному огляді проведено аналіз сучасного стану фінішних методів обробки деталей поліграфічного обладнання і вивчення впливу параметрів якості приповерхневого шару деталей на експлуатаційні властивості. В досліджених роботах частково розглянуто вплив технології виготовлення деталей на параметри якості приповерхневого шару та експлуатаційні властивості виробів. Проведений аналіз показав, що в теперішній час не розроблено технологічних основ, які б дозволили за допомогою застосування нової фінішної технології ОЗО відтворювати необхідну для експлуатації якість деталей поліграфічного обладнання та обладнання в цілому, але дозволив обґрунтувати доцільність і перспективність застосування цієї технології для покращення і прогнозування експлуатаційних властивостей поліграфічного обладнання. Це, зокрема, стосується таких деталей поліграфічного обладнання як зажимні планки офсетних полотен, направляючі планки, контактні кільця друкарського механізму, офсетні циліндри друкарських машин та ін.

У другому розділі автором розроблено параметричну технологічну систему, в якій встановлюється взаємний зв’язок між технологічними факторами ОЗО, характеристиками якості поверхні й поверхневого шару деталей, їх експлуатаційними властивостями та експлуатаційними характеристиками обладнання, а також виділено та систематизовано фактори та параметри названих об’єктів (Рис.1).

До технологічних факторів ОЗО належать зусилля деформуючого вдавлювання інструменту (Р), радіус деформуючого інструменту (Rg), кількість обертів шпинделя верстата (nш), кількість обертів автономного електроприводу (nа. е), ексцентриситет деформуючого інструменту (е), подача заготовки або деформуючого інструменту (S), кількість деформуючих інструментів (K), кількість подвійних ходів інструменту (n п. х).

Якість поверхонь деталей з регулярним мікрорельєфом характеризується такими параметрами: відносна площа, що її займають регулярні нерівності (Fн), глибина (h), ширина (b) і висота напливів (hH) регулярної нерівності, питомий об’єм нерівності (Vк), кут сітки (α), кут напрямку (θ) нерівностей, крок по вісі (So) та по колу (Sк) нерівностей, амплітуда безперервної регулярної нерівності (А), висота елемента (R), кількість елементів на 1 мм2 площі (N), відносна площа опирання (Тр), де р – значення рівня перетину поверхні, кути напрямку розташування нерівності (β, γ), радіус закруглення заглибин (r) та виступів (r1), залишкові напруги (σ), мікротвердість (Hμ), глибина наклепу (Ннакл), фазово-структурний стан (Фс), коефіцієнт перекриття (Kn).

Вказані технологічні фактори впливають на якість поверхні та поверхневого шару деталей поліграфічного обладнання, цим самим визначаючи їх експлуатаційні властивості: зносостійкість (Zзн), маслоємність (Zм), герметичність (Zгерм), довговічність (Zд), надійність (Zн), термін служби (Zт. с), корозійну стійкість (Zк. с), коефіцієнт тертя (Zт), час припрацювання (Zпр) та ін.

В залежності від технологічних факторів ОЗО, параметрів якості поверхні й поверхневого шару деталей, експлуатаційних властивостей кожної окремої деталі поліграфічне обладнання характеризується такими параметрами: точністю позиціювання (Sт.п.), герметичністю вузлів (Sгерм),

Рис.2. Параметричне зображення технологічного процесу ОЗО.

міцністю нерухомих з’єднань (Sміцн), терміном служби (Sтерм), довговічністю (Sд), контактною жорсткістю (Sк. ж), надійністю роботи без відмов (Sн), а також продуктивністю (Sпрод).

Таким чином, технологічні процеси ОЗО деталей поліграфічного обладнання представлено у вигляді технологічної системи, де технологічні фактори ОЗО виступають у якості вхідних параметрів, характеристики якості поверхні і поверхневого шару деталей та експлуатаційні властивості деталей – проміжних параметрів, а експлуатаційні характеристики поліграфічного обладнання – вихідних параметрів.

Для цілеспрямованого керування технологічними процесами ОЗО на основі аналізу вказаної технологічної схеми розроблено алгоритм (Рис.2). Відповідно до нього, спершу вводяться вхідні дані (матеріал, твердість, шорсткість, геометричні параметри виробу, метод попередньої обробки). Потім визначається вид мікрорельєфу (шахова, циклоїдна, чотирикутна або кільцеве розташування нерівностей, відсутність, неповний або повний перетин нерівностей опуклої або увігнутої форми). Виходячи із матеріалу, геометрії поверхні, твердості виробу, що оброблюється, обирається геометрія та розраховується зусилля вдавлювання інструменту. Після цього здійснюється вибір обладнання, пристроїв та інструменту для ОЗО.