Устранение трения при обработке алюминиевых сплавов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ТРЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

. ВЫБОР МЕТОДА ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЗНАКОВ ПАТЕНТОСПОСОБНОСТИ

. ОПИСАНИЕ И ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Техническое творчество - важная сфера интеллектуальной деятельности человека. Это способность преобразовывать материальный мир вокруг себя, адаптировать его к своим нуждам.

Отличительной особенностью любого творческого человека является критический взгляд на предметы и явления. Именно это позволяет выявлять недостатки и несовершенства различных объектов, что является верным путем к их устранению.

Очевидно, что очень немногие люди обладают указанными качествами. Но с уверенностью можно сказать, что своим движением вперед по пути технического прогресса человечество обязано им. И Египетские пирамиды, и Великая китайская стена - результат труда инженеров - людей, способных выявлять несовершенства предметов и явлений, а также с помощью оригинального образа мышления создавать что-то новое.

Постепенно, с развитием техники и образования начали появляться инженеры в различных областях: металлургия, строительство и т.д., что создало предпосылки для специализации инженерного дела: технологи, механики, конструкторы. Возникла необходимость создания методов - инструментов инженерного труда. Методов технического творчества. Некоторые из них складывались исторически (метод проб и ошибок, морфологический анализ, мозговая атака), другие развивались с развитием общества (функционально - стоимостный анализ, теория решения изобретательских задач).

Методы технического творчества развиваются и сейчас, помогая находить все боле новые и совершенные решения технических и организационных проблем.

1. СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ТРЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

При обработке алюминиевых сплавов такими методами как резка, сверление, формовка, протяжка и другие, обычно сталкиваются с достаточно высоким трением. В результате чего получается низкое качество поверхности, а иногда и повреждение детали, не устраняемые никакой дальнейшей обработкой, в результате чего данные детали отправляют на переплавку, а это лишние материальные и физические затраты.

Для устранения этих дефектов, используются разные методы: разные углы наклона при резке, сверлении, а так же широко используются различные смазки.

Смазки бывают твердые, жидкие, газообразные и в разных случаях используют разные смазки. Их использование позволяет, если не устранить трение, то значительно уменьшить его, в результате чего процессы протекают более гладко и процент брака сокращается.

2. ВЫБОР МЕТОДА ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ

Существует ряд методов, позволяющих решать задачи инженерного характера. Далее приведена их краткая характеристика.

Метод проб и ошибок

Заключается в переборе различных вариантов: возможных и невозможных, осуществимых и неосуществимых. Сегодня метод может быть использован при решении несложных задач.

Метод контрольных вопросов

Заключается в том, что инженер, отвечая на предложенные ему вопросы, подходит к решению своей задачи или определяет новое направление, в котором лучше искать, расширяя при этом зону поиска. С начала 20 века разными авторами было предложено много различных вариантов списков контрольных вопросов. В качестве примера можно привести список вопросов по Т. Эйлорту:

1.      Перечислить все качества и определения предполагаемого технического решения.

2.      Сформулировать задачу четко и ясно. Попробовать новые формулировки. Определить второстепенные и аналогичные задачи, выделить главные.

.        Перечислить недостатки имеющихся вариантов решения, их основные принципы и предположения.

.        Привести фантастические, биологические, экономические и другие аналогии.

.        Попробовать различные виды материалов и энергии: газ, жидкость, твердое тело; тепловую, магнитную энергию и т. д.; переходные состояния вещества: замерзание, испарение и другие.

.        Постоянно думать о проблеме, сжиться с ней.

.        Определить идеальное решение, разрабатывать возможные варианты перехода к нему.

.        Кто решил похожую проблему, как он это сделал и т. д.

Метод контрольных вопросов может быть использован на начальных стадиях постановки или решения технически несложных задач.

Метод морфологического анализа

В современной форме морфологический анализ создан швейцарским астрофизиком Ф. Цвикки. В 30-е годы прошлого века он применил его к решению астрофизических проблем и предсказал существование нейтронных звезд. Метод заключается в попытке охватить все многообразие возможных решений задачи, которые вытекают из закономерностей строения (т. е. морфологии) исследуемой системы. Он предусматривает:

1.      Формулировку задачи.

2.      Составление списка характерных параметров (или признаков) объекта. К параметрам предъявляются определенные требования. Они должны быть существенными для любого решения, независимыми друг от друга, охватывающими все аспекты задачи, достаточно немногочисленными, чтобы обеспечить быстрое изучение.

.        Перечисление всех возможных вариантов изменения каждого параметра.

.        Рассмотреть все возникающие варианты решения от комбинирования всех возможных сочетаний параметров. На практике происходит составление двухмерных или многомерных таблиц или матриц. В случае наличия только двух параметров получается двухосная таблица, где по осям располагаются варианты изменения параметров, а каждая клетка в середине таблицы - возможны вариант решения.

.        Анализируются полученные варианты и отбираются лучшие решения.

Метод целесообразно использовать при решении конструкторских задач, при проектировании, модернизации технических систем, при поиске компоновочных решений.

Методы мозговой атаки

Наибольшее распространение получил метод прямой мозговой атаки, который состоит из следующих этапов:

.        Составление формулировки задачи, которая должна четкой и понятной для всех участников группы.

.        Формирование творческой группы.

.        В ходе работы должны выполняться следующие правила для участников:

- максимальное число высказываемых идей;

запрещено высказывание критических идей;

одобрять и принимать любые идеи;

создание непринужденной обстановки, шутки, юмор, смех;

развитие, комбинирование и улучшение высказанных ранее идей;

обеспечение между участниками дружелюбных и доверительных отношений.

4.      Руководителем (ведущим) выбирается наиболее опытный участник группы, который должен:

- представить участников группы, давать им лестную характеристику;

ознакомить с правилами проведения сеанса;

изложить формулировку задачи, чётко и эмоционально;

обеспечить соблюдение всех правил, не пользуясь приказами и критическими замечаниями;

обеспечить непрерывное высказывание идей, заполнять паузы поощрительными репликами;

- направлять обсуждение, расширять сферу поиска;

следить за регламентом работы.

5.      Оповещение участников должно быть осуществлено за 2-3 дня с изложением целей и задач Организация и проведение самого сеанса (продолжительность 1,5 - 2 часа) должны включать следующие моменты:

- представление участников и ознакомление с правилами - 5-10 мин;

- постановка ведущей задачи с ответами на вопрос -10-15 мин;

- проведение сеанса - 30-40 мин;

перерыв -10 минут;

- составление отредактированного списка идей - 30-45 мин.

6.      Запись и оформление результатов сеанса.

После сеанса проходит коллективное редактирование полученного списка идей с полукритическим отношением. При этом можно не только обсуждать, отбрасывая заведомо невыполнимые идеи, но и развивать приемлемые и дополнять список новыми предложениями. Все идеи делят на три группы:

а) наиболее применимые и легко реализующиеся;

б) наиболее эффективные перспективные

в) другие

Далее список передается заинтересованным лицам.

Функционально - стоимостный анализ (ФСА)

В основе метода лежат идеи советского инженера Ю.М. Соболева и американских инженеров, развиваемые с конца 50-х годов прошлого столетия. Методика ФСА предусматривает последовательное выполнение семи этапов работы: подготовительного, информационного, аналитического, творческого, исследовательского, рекомендательного и внедренческого.

Информационный этап заключается в поиске, сборе, систематизации и изучении информации о конструкции, технологии изготовления, об эксплуатационных и экономических показателях анализируемого объекта и его аналогов. Составляется структурная схема объекта, таблицы технических и экономических показателей.

Аналитический этап посвящен детальному изучению свойств объекта. Исследуют функции объекта (включая его узлы и детали) и выделяют среди них основные и вспомогательные, а среди последних - лишние. Составляют матрицу функций, таблицу диагностики недостатков, перечень требований к объекту и другие рабочие документы. Формулируют задачи поиска идей, новых технических и организационных решений, призванных обеспечить достижение цели.

На творческом этапе генерируют идеи и предложения по совершенствованию объекта, устранению выявленных недостатков. Ведут поиск с использованием различных методов творчества.

Исследовательский этап является продолжением творческого, здесь изучают, анализируют и проверяют поступившие предложения и технические решения, оформляют их в виде эскизов, схем, макетов.

Рекомендательный этап заключается в экспертизе полученных предложений и решений, которые затем утверждаются и принимают статус официальных рекомендаций. Сроки реализации и ответственные исполнители устанавливаются планом - графиком внедрения.

На заключительном внедренческом этапе на предприятии на основании плана - графика разрабатывают техническую и другую документацию, осуществляют подготовку производства и реализуют запланированные работы. В заключение составляется отчет о результатах ФСА и акт внедрения.

Несмотря на большое количество необходимых работ, на длительные в случае сложного объекта сроки их проведения в результате ФСА достигается большой технико-экономический эффект. Первые опыты использования ФСА относятся к совершенствованию выпускаемых изделий, но далее определили, что метод приносит гораздо больший экономический эффект при использовании на стадии разработки ТС. Его можно эффективно использовать для совершенствования проектирования, технологии, организации производства, улучшения управления и планирования, упорядочения снабжения и т. д.

Теория решения изобретательских задач

Работы по созданию метода были начаты в 40-е годы прошлого века в нашей стране Г.С. Альтшуллером. Приведем основные положения одного из алгоритмов метода.

I часть. Анализ задачи.

.        Необходимо записать условия мини - задачи по следующей форме: ТС, части системы, технические противоречия (ТП1, ТП2, и т. д.), указать желаемый результат.

Мини - задачу получают из ситуации, водя ограничения. Все остается без изменений или упрощается, но при этом появляется требуемое действие или исчезает вредное действие (свойство).

2.      Выделяется и записывается конфликтующая пара элементов - «изделие и инструмент».

Изделие - это элемент, который по условиям задачи нужно обработать (изменить).

Инструмент - элемент, с которым непосредственно взаимодействует изделие.

.        Составляются графические схемы технических противоречий.

.        Из схем конфликта выбирается та, которая обеспечивает наилучшее осуществление главной полезной функции (основной функции ТС, указанной в условиях задачи). Указывается эта функция.

.        Усиливается конфликт, указывается предельные состояния (действия) элементов.

.        Записывается формулировка модели задачи, в которой указывается:

конфликтующая пара;

усиленная формулировка конфликта;

что должен сделать вводимый для решения задачи «икс - элемент» (сохранить, улучшить, обеспечить и т.д.)

II часть. Анализ модели задачи.

Цель: учет ресурсов, которые можно использовать: ресурсов пространства, времени, вещества и полей.

1.      Определить оперативную зону - пространство, в пределах которого возникает конфликт (ОЗ).

2.      Определить оперативное время (ОВ). Это имеющиеся ресурсы времени: конфликтное Т1 и время до конфликта Т2. Конфликт иногда может быть устранен в течении Т2.

3.      Описать вещественно - полевые ресурсы (ВПР) рассматриваемой системы, внешней среды и изделия. Составить список ВПР.

III часть. Определение идеального конечного результата (ИКР) и физических противоречий (ФП).

Цель этапа: сформулировать идеальное решение (ИКР).

1.      Записать формулировку ИКР-1: икс-элемент не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет вредное воздействие в течение ОВ в пределах ОЗ.

2.      Усилить Формулировку ИКР-1 рядом дополнительных требований: в систему нельзя вводить новые вещества и поля, необходимо использовать ВПР.

3.      Записать ФП на макроуровне. Например, ОЗ должна быть горячей (1 свойство) и одновременно холодной (2 свойство).

.        Записать ФП на микроуровне: в ОЗ должны быть частицы обеспечивающие 1 свойство и частицы обеспечивающие 2 свойство.

5.      Записать формулировку ИКР-2: ОЗ должна сама обеспечивать противоположные состояния.

IV часть. Мобилизация и применение ВПР.

Цель: проведение плановых операций по увеличению ресурсов.

1.      Использовать метод «моделирования маленькими человечками» (ММЧ):

а) используя метод ММЧ построить схему конфликта;

б) изменить построенную схему так, чтобы маленькие человечки действовали, не вызывая конфликта;

в) перейти от абстрактной к технической схеме.

V часть: Применение информфонда.

Цель: использование опыта, сконцентрированного в информфонде ТРИЗ, межотраслевом фонде эвристических приемов и фонде физических эффектов.

Эти фонды содержат данные о всех возможных способах преобразования ТС, о различных физических эффектах, которые могут быть внесены в задачу или как-либо использованы.

VI часть: Изменение и/или замена задачи.

Для сложных задач:

1.      Если задача решена перейти от физического ответа к техническому: схема, способ и т.д.

2.      Если ответа нет - проверить I этап: не является ли формулировка сочетанием нескольких задач: изменить, выделить главную задачу.

3.      Если ответа нет, изменить задачу, выбрав на шаге другое ТП.

4.      Если ответа нет, заново сформулировать задачу, отнеся ее к надсистеме.

VII часть: Анализ способа устранения ФП.

Цель: проверка качества полученного ответа.

.        Контроль ответа. Рассмотреть вводимые поля и вещества.

2.      Провести предварительную оценку полученного решения.

.        Проверить по патентным данным новизну.

.        Какие подзадачи возникнут при технической разработке идеи?

VIII часть: применение полученного ответа.

1.      Определить, как должна быть изменена надсистема.

2.      Проверить может ли измененная система (надсистема) применяться по- новому.

.        Использовать полученный ответ при решении других задач.

Из всех описанных методов наиболее универсальным является теория решения изобретательских задач. Этот метод развивается и в настоящее, а алгоритм, предложенный Г.С. Альтшуллером, позволяет решить изобретательские задачи практически любого характера.

Применительно к способу определения методов устраниения трения при обработке изделий из алюминиевых сплавов в качестве одного из варианта решения данной задачи можно применить следующее: исследуемые объекты подвергают штамповке с использованием твердых смазок с применением больших усилии штамповки. Техническим результатом заявленного изобретения является более высокая точность и меньшая трудоемкость способа.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЗНАКОВ ПАТЕНТОСПОСОБНОСТИ

Указанное техническое решение может считаться изобретением, если оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Данное решение может считаться новым, так как при исследовании и анализе данной сферы научной деятельности оно не встречается, то есть такой способ не опубликован и не запатентован.

Изобретательский уровень данного способа обеспечивает то, что явно это решение не следует из уровня техники. Ясно, что для такого способа необходимо и новое лабораторное оборудование.

Также не вызывает сомнения, что решение найдет применение в промышленности, так как поведение металлов и сплавов в процессе эксплуатации до конца не изучено, что открывает пути поиска более точного анализа его свойств.

4. ОПИСАНИЕ И ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

инженерный решение трение обработка

Способ устранения трения при обработке изделий из алюминиевых сплавов с использованием твёрдых смазок является эффективным при устранении трения и улучшения качества отштампованной поверхности.

При использовании смазок удаётся снизить коэффициент трения в 1.5-2 раза.

Так же при волочении вид смазки и качество подготовки поверхности тоже влияет на коэффициент трения:

При наличии нужных данных таких как отношение  и  можно узнать коэффициент трения по следующему графику:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были рассмотрены способы снижения трения при обработке алюминиевых сплавов с использованием различных видов. Их анализ выявил необходимость поиска нового технического решения с целью усовершенствования.

Поиск нового решения производился на основе запатентованных методов. Была проведена работа по анализу и выбору патентов, описывающих наиболее универсальные и точные способы определения прочности. Они и стали прототипами нового способа.

С помощью метода инженерного творчества, а именно, теории изобретательских задач, были выявлены некоторые технические противоречия (относительная простота способа - неточность результатов и узкая область применения). Алгоритм теории позволил найти новое техническое решение, удовлетворяющее всем признакам изобретения.

Таким образом, найденное решение оказалось новым, универсальным и более точным.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.      Хардин, М.В. Основы технического творчества [Текст]: методические указания по выполнению домашнего задания/М.В. Хардин. - Самара: СГАУ, 2009. - 15 с.

.        Хардин, М.В. Основы технического творчества [Текст]: курс лекций/М.В. Хардин. - Самара: СГАУ, 2009. - 28 с.

.        А.П. Грудев, Ю.В. Зильберг, В.Т. Тилик Трение и смазки при обработке металлов давлением. - Москва, Металлургия, 1982

.        Патенты: RU 2049990 C1 10.12.1995, RU 2122200 С1 20.11.1998.