Г.С. Головкин

Проектирование технологических процессов

Изготовления изделий из полимерных материалов

Учебное пособие

Для вузов

Аннотация

Изложены теоретические основы и методология проектирования технологических процессов изготовления изделий различного назначения из пластмасс и армированных пластиков. Рассмотрены особенности проектирования и организации выполнения технологических процессов, обусловленные химической и физической спецификой переработки полимерных материалов. Приведены варианты выполнения задач на каждом этапе проектирования с учетом объективных условий и ограничений, а также принятых критериев выбора решений. Показаны возможности пооперационного обеспечения заданного качества продукции, экономии материально-технических ресурсов, увеличения производительности труда, экологической защиты рабочих мест и определены основные направления для совершенствования технико-экономических показателей технологических процессов.

Пособие предназначено для подготовки и переподготовки дипломированных специалистов в соответствии с Государственными образовательными стандартами, предусматривающими освоение элементов технологической подготовки производства изделий из различных пластмасс и армированных пластиков, а также может быть необходимо аспирантам и широкому кругу специалистов, работающих в области производства, эксплуатации и ремонта полимерных деталей современных конструкций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Деятельность современных инженеров-технологов постоянно сопряжена с разработкой, совершенствованием и реализацией технологических процессов (ТП) изготовления изделий, отличающихся материалами, свойствами и назначением. Для этого в каждой отрасли промышленности имеются комплексы руководящих, методических и справочных документов, регламентирующих работу специалистов на объективно заданном уровне технологической подготовки производства. Однако быстрое обновление номенклатуры материалов, особенно характерное для пластмасс и армированных пластиков, появление новых технологических способов и технических средств их переработки в изделия, а также интенсивное расширение областей применения продукции из полимерных материалов (ПМ) и постоянное стремление повышать рентабельность производства за счет совершенствования технико-экономических показателей ТП, предопределяют необходимость поиска новых вариантов ТП с учетом новейших достижений техники и технологии.

В отличии от регламентирующей документации учебная литература позволяет получать научные знания, необходимые инженерам-технологам для самостоятельной творческой деятельности, и чем полнее объем этих знаний, тем более эффективными могут стать разработки новых ТП. В этой связи обращает на себя внимание то, что в большинстве случаев учебная литература дифференцированно освещает теорию и практику проектирования ТП изготовления изделий из пластмасс и армированных пластиков, не учитывая ряда обстоятельств. Во-первых, эти виды ПМ основаны на одних и тех же полимерных матрицах (связующих), которые прежде всего обусловливают технологические свойства ПМ. Во-вторых, несмотря на отличительные нюансы, проектирование ТП переработки в изделия пластмасс и армированных пластиков базируется на идентичных методических концепциях и закономерностях. В-третьих, в производстве современной техники оба вида ПМ используются комплексно, а потому разработка ТП осуществляется одними и теми же проектно-технологическими подразделениями предприятий. Исходя из сказанного предлагаемый учебник описывает проектирование ТП изготовления изделий как из пластмасс, так и из армированных пластиков.

Вместе с тем, согласно подразделению дисциплин в Государственных образовательных стандартах по направлениям подготовки дипломированных инженеров-технологов в учебник не включены разделы по системам автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) и по проектированию ТП сборки деталей в узлы и агрегаты. Каждая из этих дисциплин имеет свои комплексы учебников, пособий и методической литературы. Однако полнота информации в данном учебнике достигнута за счет описания основных видов типовых ТП, основанных на современных способах формирования заготовок и формования готовых изделий из ПМ, а также за счет Приложения, включающего справочные, информационные и другие материалы, необходимые для успешного проектирования заданных ТП.

При написании учебника использованы не только авторитетные литературные источники, но и более чем 20-летний опыт автора - профессора МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского, накопленный в ходе преподавания дисциплины «Проектирование ТП изготовления изделий из ПМ» в рамках учебных планов специальностей «Машины и технология производства изделий из пластмасс», «Конструирование и производство изделий из композиционных материалов», «Материаловедение и технология новых материалов». Отсутствие учебника является сдерживающим обстоятельством не только для повышения качества обучения по этим специальностям, но и для полномасштабной реализации других Государственных образовательных стандартов, предусматривающих необходимость изучения аналогичных учебных дисциплин. Предлагаемый учебник призван восполнить эти пробелы.

ВВЕДЕНИЕ

Изучение проектирования технологических процессов (ТП) изготовления изделий из полимерных материалов (ПМ) – заключительный (преддипломный) этап подготовки инженеров-технологов по соответствующим специальностям. Образно выражаясь, этим завершается созидание образовательной пирамиды знаний, умений и навыков, символизирующей структуру и содержание учебных планов подготовки специалистов. В основание «пирамиды знаний» заложены математические и естественнонаучные дисциплины, которые наряду с гуманитарными и социально-экономическими дисциплинами образуют фундамент современного технического образования. Затем следует цикл общепрофессиональной подготовки в виде комплекса общеинженерных дисциплин (начертательной геометрии, инженерной графики, механики, материаловедения, теплотехники, организации производств и др.). И, наконец, верхнюю часть «пирамиды знаний» образуют дисциплины, призванные обеспечить специализированную инженерно-технологическую подготовку, необходимую дипломированному специалисту для его последующей самостоятельной работы.

Перечень и последовательность изложения специальных дисциплин обусловлены задачами профессиональной деятельности инженеров-технологов согласно стандартным Квалификационным характеристикам специалистов по различным направлениям подготовки. Например, в сфере производственно- технологической деятельности эти характеристики выдвигают в качестве первоочередной задачи, как правило, типовое и нетиповое проектирование ТП производства, обработки и переработки традиционных и нетрадиционных материалов. В области научно-исследовательской деятельности одно из первых мест отводится задаче по разработке программ моделирования ТП, а в организационно- управленческой деятельности – управлению ТП в соответствии с должностными обязанностями. Успех выполнения всех этих задач предопределяется всесторонними знаниями о ПМ, средствах технического оснащения ТП, методах и средствах проведения материаловедческих и технологических исследований, о выполнении технико-экономического анализа проектов ТП, а также о современных возможностях охраны труда и окружающей среды от вредных факторов технологического воздействия. Таким образом, знания, полученные в ходе изучения специальных дисциплин приобретают практическое воплощение прежде всего при проектировании, организации или исследовании ТП.

Иногда можно услышать мнение о том, что специалиста в области технологии переработки ПМ может миновать роль разработчика и рационализатора ТП, поскольку существуют типовые ТП, спроектированные и отлаженные ранее. К тому же количество рациональных способов переработки ПМ в изделия весьма ограничено. Однако, как показывает практика, никакой самый совершенный ТП не может быть использован для изготовления различных изделий без каких-либо изменений. Этому препятствуют конструктивно-технологические отличия объектов производства. Не менее проблематичным оказывается использование типового ТП для изготовления одного и того же изделия в условиях различных предприятий. Факторы, препятствующие этому могут быть многочисленными. Наиболее типичными являются различающиеся технологические возможности, начиная с качества исходного сырья и полуфабрикатов и кончая укомплектованностью и состоянием технических средств производства. Не менее важное значение имеют также конкретные организационные и экономические обстоятельства, в частности, тип производства на данном предприятии, программа выпуска продукции, требования заказчика к качеству продукции, возможности по обеспечению рентабельности продукции и др. Следовательно, инженеру-технологу приходится каждый раз адаптировать типовой ТП к условиям конкретного предприятия или, если это оказывается целесообразнее, проектировать новый ТП.

Одновременно насущная необходимость в овладении современной методологией проектирования ТП обусловливается и комплексом других объективных причин. Достаточно очевидной среди них является постоянный рост ассортимента изделий и, следовательно, объемов применения различных ПМ. Наиболее широко востребованы практически во всех отраслях промышленности различные пластмассы, которые в общем объеме мирового потребления всех видов конструкционных материалов в 1980 году составляли 14 %, к 2000г. достигли 22 %, а в 2010г. должны составить не менее 25%. Не менее впечатляющие темпы прироста объемов потребления имеют и армированные пластики – это 6 %, 14 % и 17 % соответственно. Понятно, что растущие разнообразие и востребованность изделий из ПМ сопровождаются увеличением необходимости в проектировании новых ТП.

Вместе с тем, появление дополнительных объектов производства с различными техническими требованиями постоянно обновляет требования к составам и свойствам ПМ, что, в свою очередь, предопределяет расширение их номенклатуры , стимулируя синтез новых полимеров и разработку новых композиционных материалов. При этом, естественно, меняются и технологические свойства ПМ, что иногда делает неэффективными или вообще непригодными уже известные технологические способы и основанные на них ТП переработки ПМ в изделия. Отсюда предопределенность разработки таких технологических способов последних лет, как, например, магнито-импульсное и термокомпрессионное формование, механо-пневмо-штамповка емкостей из литых заготовок и лазерная стереолитография, комплекс оригинальных способов волоконной технологии производства и переработки ПМ и многое другое.

Однако необходимость постоянной работы над созданием новых или модернизацией существующих ТП обусловлена не только этим. Передовые технологии, зарождаясь в ведущих отраслях промышленности, например, в авиакосмической, постепенно становятся достоянием остальных производств, причем не только машиностроения или приборостроения, но и производства изделий бытового, медицинского, спортивного и других назначений. При этом, естественно, меняются производственные условия, техническая оснащенность предприятий, требования к качеству продукции и к технико-экономическим показателям ТП. Все это накладывает существенный отпечаток на проектирование ТП в заданных условиях производства продукции из ПМ.

Исходя из вышесказанного, цель данного учебника – обеспечить изучение современной методологии и дать необходимые навыки проектирования ТП изготовления изделий из пластмасс и армированных пластиков в соответствии с требованиями стандартных Квалификационных характеристик инженеров-технологов по соответствующим направлениям подготовки. Для выполнения этой цели учебник содержит две части – теоретическую, призванную рассмотреть ряд общих вопросов от основных понятий и определений до методов и средств технологического управления качеством продукции из ПМ, и методологическую часть, в которой непосредственно изложены правила и нормативы проектирования ТП. Наряду с этим учебник содержит основные материалы, необходимые для организации в рамках данной учебной дисциплины выполнение комплекса практических занятий и курсового проектирования. Все это в совокупности позволяет наряду с основной задачей обучения решать и важную утилитарную задачу, способствуя подготовке выпускника вуза к успешному выполнению дипломного проекта на соответствующую тему.

Список дополнительно рекомендуемой и использованной литературы приведен в конце учебника.