Весомость факторов, влияющих на процесс формообразования поверхностей, при электроэрозионной обработки, определяется степенью их влияния на показатели определяющие характеристики: инструмента, обрабатываемой поверхности детали и экономических показателей процесса электроэрозионной обработки.

Наибольшее значение в данном направлении будет иметь объём и уровень исследованных и выявленных функциональных связей между факторами и показателями процесса формообразования поверхностей при электроэрозионной обработки.

Функциональные связи между параметрами обработки, условиями эксплуатации в процессе электроэрозионной обработки и технологическими показателями электроэрозионной обработки.

Я выделил следующие три основные группы факторов:

1. Параметры обработки:
2. Сила тока, протекающая между электродами (I) – P₁.
3. Напряжение, приложенное к электродам (U) – P₂.
4. Мощность импульсов – P₃.
5. Энергия импульсов – P₄.
6. Количество импульсов – P₅.
7. Амплитуда импульсов – P₆.
8. Частота повторения импульсов – P₇.
9. Длительность импульса – P₈.
10. Межэлектродный зазор – P₉.
11. Количество выплавленного металла – P₁₀.

1. Условия эксплуатации:
2. Скорость съёма металла – f₁ (P₁₁).
3. Подача электрода-проволоки – f₂ (P₁₂).
4. Траектория движения электрода-проволоки – f₃ (P₁₃).
5. Среда обработки – f₄ (P₁₄).
6. Обрабатываемый материал – f₅ (P₁₅).

1. Технологические показатели:

1. Точность – E₁.
2. Производительность – E₂.
3. Жесткость системы – E₃.
4. Износостойкость детали – E₄.
5. Прочность детали – E₅.
6. Твёрдость поверхностного слоя детали – E₆.
7. Шероховатость поверхности детали – E₇.
8. Стойкость электрода-проволоки – E₈.
9. Равномерный износ электрода-проволоки – E₉.
10. Себестоимость – E₁₀.

Рисунок 1 – Функциональные связи факторов и показателей процесса формообразования при электроэрозионной обработке.

Прочитав большое количество литературы и проанализировав множество проведенных ранее исследований, “прикоснувшись к процессу электроэрозионной обработке” на практике на реальном производстве, я смог выявить и определить внутренние функциональные связи факторов процесса формообразования, и внешние связи между факторами и показателями.

Анализ и структурирование собранной информации позволит мне объединить все полученные знания в единую базу и упростить последующий процесс создания САПР инструмента, я объединю ключевые функциональные зависимости между факторами процесса формообразования поверхностей и представлю их как матрицу МФ вида (Матрица функциональных связей между Факторами).

Представлю математическую матрицу следующим образом:

Где- элемент матрицы, представляющей собой многомерную матрицу (рис.1) которая состоит из совокупности функциональных зависимостей, табличных данных, непроверенных и неподтвержденных на эксперименте сведений, которые являются связующим звеном между рассматриваемыми факторами процесса формообразования, представленные в виде i-ой строки и j-м столбце матрицы вида МФ. Пусть номер строки соответствует N – номеру фактора и изменяется в пределах, где i=11,…,N для N<15, и номер столбца изменяется в пределах j=1,2,…,10 , соответствует номеру фактора j=N-10 для N>10. В зависимости от установленных функциональных связей или их отсутствия будет изменяться вид, структура и форма элементов  матрицы вида МФ.

Издревле известно, что любая система входит в состав более глобальной системы и содержит в себе простые и более сложные механизмы взаимодействия с другими системами, поэтому рассмотрю более сложные элементы взаимодействия в процессе формообразования в электроэрозионной обработке с помощью трехмерной матрицы (рис.2) , это позволит мне ещё глубже и качественнее проанализировать и зафиксировать все факторы взаимодействия не только в рамках электроэрозионной обработки, а также учитывая другие смежные области: материаловедение, сопротивление материалов, энергетика и т.д. Это позволит расширить фокус внимания и оценить эффективность процесса электроэрозионной обработки и даст возможность увидить новые рычаги решения задач актуальных на данный момент в инструменетальном производстве.

Рисунок 2 –  Трехмерная матрица с множественными функциональными связями.

Запишу таким же образом матрицу вида МФП (Матрица, показывающая взаимосвязи Факторов и Показателей) процесса формообразования поверхностей при электроэрозионной обработке, т.е. матрица связи обработки, технологических показателей и условий эксплуатации:

Данная математическая матрица будет записана следующим образом:

e₁-e₁₀ – это технологические показатели;

P₁-P₁₀ – это параметры обработки;

P₁₁-P₁₅ – это условия эксплуатации.

где  - элемент данной матрицы, образующий собой многомерную матрицу, которая включает в себя: сумму функциональных зависимостей, табличных данных, неисследованных и неустановленных сведений, связывающих между собой рассматриваемые факторы, расподложенные в i-ой строке, и показатели, расположенные в j- ом столбце, матрицы МФП процесса формообразования. Номер строки соответствует номеру фактора на рис.1 и изменяется в диапазоне от i=1,2,…,15, и номер столбца соответствует номеру показателя, и изменяется в диапазоне j,2,…,13. Вид, структура и форма элементов  матрицы МФП, построены аналогично (см. рис.2) элементам матрицы МФ. При этом, при отсутствии установленных функциональных связей элемент матрицы.

Представление исследованной и полученной информации таким образом, значительно упрощает систематизацию процесса построения базы данных и дальнейшего его использования. Данные матрицы могут рассматриваться как основа построения базы данных знаний процесса электроэрозионной обработки. Эти матрицы могут быть использованы как панель управления накопленными базами информации о данном процессе формообразования. Элементы данной системы не равные по значению нулю, можно рассмотреть в качестве папки системы управления, в которая будет содержать и накопливать всю информацию о взаимосвзях между фактормаи и параметрами процесса формообразования при электроэрозионной обработке.

Для создания Системы Автоматизированного Проектирования инструмента главным будет являться система показателей, которой будет удовлетворять процесс формообразования при электроэрозионной обработке. Данная система показателей будет включать в себя факторы и функциональные связи с ними.

На рис.3 приведена построенная на основе модификации матрица вида МФ, матрица инциденций связей между факторами процесса формообразования, и на рис.4 – приведена построенная на основе модификации матрицы вида МФП – матрица инциденций связей между факторами и показателями процесса формообразования при электроэрозионной обработке.

Рисунок 3 – Единичная матрица функциональных связей между факторами.

Рисунок 4 – Единичная матрица функциональных связей факторов и показателей.

Построенные матрицы инциденций выглядят как пульт управления над имеющейся информацией о процессе формообразования поверхностей при электроэрозионной обработке. Элементы данной матрицы представлены как клавиши различных цветов, цвет и значение кототрых зависит от степени формализованности функциональных связей.

Рассмотрю на примере математической матрицы функциональных связей между факторами, решение конкретной задачи. Как можно решить актуальную задачу, используя данную матрицу, например, как создать такие условия электроэрозионной обработки, при которых достигается максимальная скорость съёма металла.

P₁-P₁₀ – это параметры обработки (см. рис.1),

а P₁₁ – это интересующая нас скорость съёма металла.

Решение матрицы будет сводится к тому, что нужно будет произвести математический расчёт только одной 1-й строки, которая будет соответствовать P11 то есть максимальной скорости съёма при электроэрозионной обработке, зависящей от парметров электроэрозионной обработки P1-P10.

При решении данной задачи, необходимо сравнивать результат и его влияние на процесс электроэрозионной обработки, затем выбирать наиболее подходящий – оптимальный.

Также возможно рассчитать такие показатели, как максимальная производительность процесса электроэрозионной обработки, при этом производительность будет зависеть не только от параметров обработки, но и от условий эксплуатации, при этом сама матрица будет уже учитывать большее количество зависимостей.

e2 – производительность, она зависит, к примеру, от таких параметров, как мощность импульсов в межэлектродном пространстве P₃ и от условий эксплуатации – среда обработки P₁₄, при решении такого уравнения получается несколько результатов, из них необходимо выбрать тот или те, наибольшее влияние которых окажет на снижение себестоимости процесса обработки.

Оптимальным решением данного уравнения будет область решения этого уравнения.

Использование данного представления матриц позволит в значительной степени структурировать и формализовать процесс создания САПР режущего инструмента. Также, данная система позволяет более глубже оценить степень формализации и качественные показатели функциональных связей. Благодаря чему можно оптимизировать процесс формообразования при электроэрозионной обработке так как требуют текущие поставленные задачи инструментального производства.

Представленные матрицы инциденций могут также служить в качестве “компаса и карты” в области развития исследований процесса формообразования. При этом сами матрицы связей вида МФ и вида МФП, по мере накопления знаний, будут изменяться, как по составу факторов и показателей, так и по глубине формализации связей между ними, что даст более полную картину закономерностей, влияющих на процессы формообразования при электроэрозионной обработке.

Выводы:

1. Процесс формообразования характеризуется огромным количеством взаимосвязей факторов, которые необходимо разделять на внутренние – парметры, и внешние – показатели, что упростит понимание, структурирование и дальнейшее применение этих знаний.
2. Взаимозависимости функциональных связей между факторами, между факторами и показателями, представленными в виде матриц, позволяют структурировать, систематизировать, формализовать и использовать эти представления для решения конкретных задач.
3. Матрицы функциональных связей организационно представлены в виде четкой структуры накопленной информации в области процесса формообразования при электроэрозионной обработке.
4. Полученные матрицы вида МФ и вида МФП можно легко преобразовать в матрицы инциденций, которые представлены в виде графических панелей управления информацией и могут быть использованы для управления информацией о процессе формообразования при электроэрозионной обработке.
5. Матрицы инциденций позволяют спланировать направление последующих исследований для формализации функциональных связей процесса формообразования при электроэрозионной обработке и значительно ускорить процесс исследования.

Сколько людей трудится на вашем предприятии?

Сколько молодых специалистов из общего числа?

Сколько примерно человек очень хорошо разбирается в том, что они делают?

Сколько человек знает, что от него требуется в его работе?

Есть ли у каждого сотрудника необходимые инструменты, материалы, средства, чтобы выполнять свою работу как надо?

Есть ли у каждого рабочего и специалиста вашей компании возможность делать, то что он делает наилучшим образом каждый день?

Получают ли ваши сотрудники признание или похвалу за хорошую работу?

Относятся ли ваши менеджеры или руководители к каждому сотруднику как к личности?

Считаются ли в вашей компании с мнением каждого сотрудника?

Заставляет ли чувствовать каждого сотрудника, видение и миссия вашей компании, что его работа важна и значима?

Ваши сотрудники заинтересованы в качественном выполнении своей работы?

В вашей компании кто-нибудь ведёт работу по профессиональному росту и развитию каждого сотрудника?

Сотрудники вашей компании имеют возможность обучаться и профессионально расти на работе?

Гордятся ли ваши сотрудники, тем что они делают?

Значима ваша компания для ваших сотрудников?

Значима ли работа для ваших сотрудников?

Чувствуют ли ваши сотрудники себя живыми в конце рабочего дня?

Сколько человек, работающих в вашей компании приносят большую часть прибыли?

Сколько так уже продолжается?

Сколько ещё это будет продолжаться?

Кто на это влияет? От кого все зависит?

Кто ответственен за эффективность работы всего производства?

Каждый руководитель машиностроительного предприятия имеет высокую значимость, так как напрямую влияет на производственные мощности станкостроения и инструментального обеспечения всех остальных отраслей, все остальные компании прямо или косвенно зависят от того насколько качественно и эффективно будет работать машиностроительная промышленность. Качество выпускаемой продукции и услуг, а значит и качество жизни людей нашей страны и ближнего зарубежья. Если говорить об эффективности предприятия в целом, то через несколько лет могут исчезнуть множество предприятий в связи низкой производительностью и не конкурентоспособностью с ведущими игроками рынка. Что же отличает успешные компании от остальных? Во-первых руководитель такой компании осознает свою ответственность и признаёт свои ошибки, перестраивает своё мышление и меняет стратегии действия в тех или иных ситуациях при принятии управленческих решений. Каждый руководитель, успешной компании, постоянно обучается и развивается, растит свою команду профессионалов. Постоянно исследует новые методики и способы достижения желаемого результата, возможности снижения издержек, улучшения условий труда, повышения эффективности бизнес-процессов и поиска новых решений для своего бизнеса. При этом у каждого может быть свой путь из точки А (текущее состояние) в точку Б (желаемое состояние), используя и внедряя самые последние разработки мы подвергаемся позитивным изменениям в развитии компании.

Важно понимать российскую действительность машиностроения и смежных рынков, которые так или иначе связаны с машиностроением. Те предприятия, которые выстроят системность ведения бизнеса и внедрят реально действующий менеджмент, который будет не для галочки, а реально работать каждый день получат максимальный скачок в развитии и повышении прибыли. Предприятие выйдет на лидирующие позиции не только при условии системно-выстроенного управления на всех уровнях организации и только при постоянном собственном развитии руководства компании и всех сотрудников в целом. Имеет значение постоянно заглядывать в будущее и видеть, какие изменения ждут нас впереди, как изменится жизнь людей, что потеряет актуальность, какие появятся новые рынки, как подстроится под будущие изменения, какую роль занять в будущем, какая будет миссия у вашей организации непосредственно, что полезного вы сможете дать каждому человеку, что вы сможете сделать лучше других?

И только постоянно задаваясь этими вопросами, можно найти на них ответы и вывести своё предприятие на принципиально новый уровень развития. Каждый год на рынке появляются новые компании, новые идеи и только исследуя и внедряя лучшие технологии можно выйти на новый уровень развития организации.

Конечно же, всё это должен контролировать и организовывать руководящий состав предприятия.

Давайте рассмотрим ключевые компетенции, необходимые современным управленцам для эффективного развития в реалиях текущего времени:

Первое, что должен уметь эффективный руководитель, это анализировать и определять текущее состояние дел, ситуации бизнеса. Собирать, анализировать, обрабатывать, структурировать информацию. Мыслить системно. Видеть во всем систему.

Второе, важное умение каждого руководителя – это умение ставить цели, умение четко представить конечный результат деятельности и донести его до каждого в своей организации, чтобы было всё понятно.

Третье умение – умение планировать, выстраивать систему планов.

Четвертое, что важно знать и уметь руководителю – это управлять мотивацией сотрудников.

Пятое, умение оптимизировать и организовывать и координировать профессиональную деятельность как собственную, так и сотрудников.

Шестое, умение контролировать деятельность сотрудников.

Седьмое, умение осуществлять коррекцию деятельности.

Восьмое, умение подводить итоги.

Современный управленец должен быть лидером для всей организации, быть экспертом в той области деятельности бизнеса, которой занимается, должен быть коучем и наставником для развития собственной команды профессионалов, также технологом бизнес процессов, чтобы создавать архитектуру эффективного бизнеса в рамках своего видения будущего компании, чтобы предприятие работало как механизм часов.

Ну и конечно же тут не обойтись без включенности каждого сотрудника в бизнес-процессы компании, что же должен уметь каждый сотрудник компании, почему современной производственной машиностроительной компании не обойтись без специалиста по инструментальной технике и технологиям формообразования. Важно, чтобы каждый человек осознавал собственное уникальное предназначение и вкладывал все свои усилия для раскрытия и развития собственного таланта в той области к которой лежит его сердце, душа, разум и тело.

Каждый специалист обязан брать на себя ответственность, я не хочу сказать, что он должен, и при этом он обязан, вспомним трагедию, которая произошла 26 апреля 1986 года в СССР на ЧЕрнобыльской АЭС, сколько людей погибло в этой аварии, сколько людей пострадало после аварии в результате последствий аварии, скольким людям была нанесена психологическая травма на всю жизнь из-за потери близких людей, этой ужасной аварии можно было бы избежать, если бы каждый человек был более ответственным за свою жизнь, за то что он делает каждый день, и мне хочется, чтобы каждый осознал серьезность этого вопроса для развития человечества и повышения качества жизни людей на принципиально новый уровень, сегодня каждая нестандартная ситуация на производстве требует от нас иметь смелость брать на себя ответственность и получать результат.

Я хочу рассказать Вам о будущем без технологий формообразования, почему важно об этом знать, любая сфера деятельности, любое предприятие или бизнес строится на создание полезности для большого или малого числа людей, многие люди не берут на себя ответственность за свою жизнь, а наоборот скидывают её на других, на обстоятельства которые складываются в их жизни и тем самым плывут по течению реки как кусок ненужного чего-то, сейчас в век информации люди буквально захлебываются в том инфопотоке, который рушится на них каждый день, необходимо обладать определенными мыслительными навыками, чтобы справляться с обработкой данной информации и успевать осознать и впитать лучшее из того, что имеется. Имея опыт деятельности в области машиностроения, могу с уверенностью сказать что существует множество проблем связанных с организацией производственного цикла, организацией эффективной работы всех людей задействованных в бизнес процессах. Сейчас существует проблема не понимания людей друг друга, многие люди столкнувшись с препятствиями думают что нужно на этом остановиться и не двигаться дальше. Хочу затронуть тему машиностроения, а именно инструментальную технику и технологии формообразования. Любые вещи, которые Вас окружают были произведены на заводах и фабриках, для того, чтобы произвести эти предметы необходимы станки, инструменты, орудия труда и технологии формообразования. Сегодня технологии с огромной скоростью двигаются вперёд, развиваются и совершенствуются. Что двигает остальные сферы жизни человека и повышает качество жизни людей. Но при этом хочется, чтобы каждый человек был ответственным за развитие человечства и собственное развитие. Замечая, как выстроено современное производство, хочется внести ряд изменений, которые бы способствовали совершенствованию процессов и упрощению. Что повысило бы производительность труда и эффективность производства в целом. Я вижу будущее любого предприятие как хорошо выстроенную систему, похожую на механизм швейцарских часов. Где важны: точность, надежность, стабильность и качество. Абсолютное соответствие тем ожиданиям и даже больше. Технологии формообразования будут постоянно меняться и совершенствоваться, меняя весь мир вокруг Вас. Какой мир Вы бы хотели видеть через год, два года, десть лет, двадцать лет?

Почему важно заглядывать в будущее и прогнозировать будущие изменения, которые ждут нас в будущем. Это вопрос достаточно риторический. И каждый ответит на него по своему. У каждого человека есть своя миссия на Земле, но лишь единицам удаётся осознать собственное предназначение и реализовать свою уникальность для всеобщего развития человечества и жизни на планете Земля.

Инструментальная техника и технологии формообразования являются основой для любого производства. Так в любом производстве требуются станки, инструменты и всевозможные приспособления для получения той или иной формы поверхности из различного материала. Сложна геометрия, не стандартные, не прямолинейные контуры. Это всё требует глубоко исследования для дальнейшей оптимизации процесса и создания автоматизированных систем для снижения временных издержек при получении аналогичных результатов. Современное машиностроение основывается на механических способах формообразования, таких как фрезерование, токарная обработка, всё больше и больше распространяется электроэрозионная обработка основанная на действии электрической энергии, при которой съём металла происходит за счёт движения заряженных частиц. Развитие данных технологий позволяет обрабатывать материалы различной твердости и формы поверхности, очевидным преимуществом является возможность получения сложной геометрии поверхности за счёт специфики обработки потоком электроэнергии. Данный метод является весьма дорогостоящим за счёт большого расхода электроэнергии и дороговизны расходных материалов, то есть проволоки и электродов (инструмента второго порядка). Специалисты по инструментальной техники смогут сделать глубокий анализ используемой номенклатуры на предприятии в производстве, провести прогнозирование годовой потребности в той или иной необходимой оснастке, внести ряд изменений в инструментальном обеспечении предприятия для сокращения неактуальных издержек и повышения срока службы текущего ряда инструментов, используемых в технологических процессах. Также инструментальщики способны спроектировать новые технологии производства с меньшими затратами. Всё это будет способствовать снижение текущих издержек, повышению производительности труда и прибыли компании.

В часовом производстве используется различное множество технологий производства тех или иных частей механизмов наручных часов, и соответственно в технологическую цепочку включено огромное множество различных инструментов и приспособления для формообразования.

В данном исследовании я рассмотрел процесс электроэрозионной обработки твердосплавной мелкомодульной червячной фрезы, используемой в часовой промышленности для нарезания зубчатых колес, шестеренок механизма наручных часов. Данная фреза имеет диаметр 12 мм и толщину от 4 мм до 16 мм в зависимости от характеристик нарезаемого профиля и геометрии зубьев. Данная фреза, изготавливается из заготовки спеченного твердого сплава марки ВК8 (92% карбид вольфрама и 8% Co – кобальт)

Рис. 1 Заготовка из спеченного твердого сплава под мелкомодульную червячную фрезу.

Как известно, твердые сплавы имеют достаточно высокую твердость (73-76 HRc) и высокую теплостойкость, за счёт высокотвердых материалов на основе карбидов вольфрама и кобальтовой металлической связки.  Что способствует повышению показателей скорости обработки, соответственно и производительности. Как правило заготовки из твердого сплава спекаются в определенных формах под конкретные цели. Представленная заготовочка была изготовлена специально под фрезы и поставляется в виде трубы.

Труба из твердосплавной спеченной заготовки разрезается на электроэрозионном станке.

Рис. 2 Вырезанная заготовка из спеченного твердого сплава под мелкомодульную червячную фрезу на электроэрозионном станке.

Далее с помощью электроэрозионной вырезки формируются стружечные канавки будущей червячной фрезы и заготовка уже принимает формы фрезы.

Рис. 3 Заготовка мелкомодульной твердосплавной червячной фрезы с вырезанными стружечными канавками на электроэрозионном станке.

Уже только после этого на специальном шлифовальном станке алмазными кругами создается профиль зубьев червячной фрезы и появляется затылованная задняя поверхность. Все инструментальщики знают, что без задней поверхности процесс резания практически не возможен.

Рис. 4 Готовая, затылованная мелкомодульная твердосплавная червячная фреза.

Рис. 5 Чертеж мелкомодульной червячной фрезы.

Рис. 6 Профиль зубьев фрезы.

Рис. 7 Пооперационные стадии производства твердосплавной червячной фрезы.

Исследование различных параметров электроэрозионной обработки влияющих на чистоту поверхностного слоя твердого сплава.

Таблица  1. Оптимальные режимы электроэрозионной обработки фрезы из сплава ВК8

Очень важно правильно подобрать технологические характеристики электроэрозионной обработки, необходимо выбрать оптимальные значения ча­стоты, длительности импульсов и силы рабочего тока электри­ческих импульсов. В таблице 2 приведены ориентировочные зна­чения параметров электрических импульсов, можно легко подобрать параметры электрических импульсов, зная необходимую чистоту поверхности после обработки.

Таблица 2. Рекомендуемые режимы обработки твердого сплава ВК8 в зависимости от требуемого параметра шероховатости обработанной поверхности

Рис. 8 Программа ЧПУ на экране электроэрозионного станка

После проведенного исследования, анализа и практики, я сделал вывод, что процесс электроэрозионной обработки твердосплавных инструментов является достаточно комплексным процессом и необходимо учитывать специфику режущего инструмента, геометрию, шероховатость и химические характеристики получаемой поверхности и оптимальные режимы обработки, при этом электро-эрозия будет эффективной так, как твердый сплав имеет высокую твердость и традиционными методами его обработать не удастся.

Рекомендуется учитывать все критерии по выбору параметров электрических импульсов при настройке режимов резания для большей производительности и эффективности производства инструментов.

В следующей статье, я разберу влияние способа электроэрозионной обработки на технологические характеристики формообразованной поверхности.