Введение В настоящее время для успешной организации параллельной инженерной работы конструктора и технолога имеются как организационные, так и технические, в том числе технологические, препятствия. Только интегрированное использование организационных методов параллельной инженерной разработки в совокупности с использованием технологических методов обеспечения эксплуатационных  свойств деталей изделий должно существенно повысить уровень технологичности вновь проектируемых изделий машиностроения и объединить процессы разработки конструкторской и технологической документации в единый взаимонеобходимый и взаимодостаточный процесс.Параллельная инженерная разработка имеет ряд конкурентных преимуществ по сравнению с последовательной: ‒ позволяет выполнять проектирование на заданную себестоимость изготовления изделия;‒ сокращает время выхода продукции на рынок;‒ обеспечивает улучшение качества выпускаемой продукции;‒ уменьшает затраты на разработку документации и технологическую подготовку производства.Опыт параллельно-последовательной работы применяется на многих зарубежных фирмах. Например, в авиадвигателестроении данный подход применяется на фирме Snecma (Франция) и др.В России опыт параллельной инженерной разработки в настоящее время на промышленных предприятиях практически не применяется. Кроме организационного подхода требуется понимание и алгоритмизация технического процесса конструирования посредством выбора технологических процессов обработки деталей. Именно поэтому  требуется разработка теоретических положений по этому направлению работы. Остановимся подробнее на технологических препятствиях и возможностях.Современные правила разработки конструкторской документации подразделяются на следующие стадии:‒ разработка проектной конструкторской документации;‒ разработка рабочей конструкторской документации.В основе технологической подготовки производства заложена модель последовательного выполнения этапов освоения изготовления по выпускаемой конструкторской документации: сначала проектной, затем серийной. Таким образом, в настоящее время реализуется последовательный процесс инженерной разработки, при котором вначале разрабатывается проектная конструкторская документация, затем производится подготовка производства к выпуску опытных образцов изделия. Опытные образцы испытываются, и принимается решение по выпуску серийной конструкторской документации, после выпуска которой проводится технологическая подготовка производства. Все требования к разработке конструкторской и технологической документации определяются соответствующими стандартами. К сожалению это очень длительный цикл производства продукции. В связи с этим в настоящее время за рубежом достаточно широко используется параллельная инженерная разработка, которую следует рассматривать как организационно-технический подход, обеспечивающий интегрированное и, в значительной степени, одновременное проектирование как самих изделий, так и процессов их производства. Основоположником данного метода является советский конструктор В.Г. Грабин. Применение этого метода позволило в сжатые сроки в период Великой Отечественной войны наладить выпуск артиллерийских систем. Основа этого подхода заключается в командной работе служб предприятия на всех этапах разработки изделия, начиная с формирования концепции его разработки.Технологические направления параллельной инженерной работы следующие.– Анализ технологичности изделия и его деталей сборочных единиц с позиции изготовления и существующего на конкретном предприятии оборудования.– Расчетное определение технологических условий обработки (режимов резания в сочетании с геометрией инструмента) с обеспечением заданной точности обработки и качества поверхностного слоя обработанной детали.– Расчетное прогнозирование эксплуатационных свойств детали при назначенных методе обработки и технологических условиях обработки:а) усталостной прочности материала детали;б) износостойкости обработанной поверхности;в) контактной жесткости контактируемых поверхностей;г) прочности прессовых соединений и др.– Технологическое обеспечение заданной точности изделия по массе (что характерно для авиации, космоса, судостроения и других отраслей машиностроения). Содержание исследования Для многих деталей современных машин, в том числе авиационных двигателей, нередко требуется обеспечение именно заданной величины и глубины залегания остаточных напряжений, глубины и степени наклёпа поверхностного слоя, требуемой шероховатости поверхности, так как бесспорным фактом является то, что в ряде случаев чрезмерное уменьшение шероховатости или увеличение степени и глубины наклепа поверхности может оказаться вредным и снижать срок работы изделия. Тем не менее, до настоящего времени недостаточно представлены обобщенные теоретические зависимости между параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки, эксплуатационными свойствами деталей машин и параметрами процесса механической обработки.Актуальность решения задачи по определению технологических условий обработки обусловлена необходимостью достижения стабильности или изменяемости по желаемым законам характеристик качества поверхностного слоя, когда отдельные поверхности ответственных деталей работают в различных температурно-силовых условиях (например, диски, лопатки ГТД и др.) В этом случае требуется определить взаимосвязь технологических условий обработки с параметрами качества поверхностного слоя, точности обработки, свойствами обрабатываемого и инструментального материалов, жёсткостью технологической системы СПИЗ, размерами детали, что в функциональном виде может быть представлено следующим образом: ,(1)где sB и EД – предел прочности на разрыв и модуль упругости обрабатываемого материала, МПа; βД и βр – коэффициент температурного линейного расширения обрабатываемого и инструментального материалов, 1/°С; tр – сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу, МПа; µ – коэффициент Пуассона обрабатываемого материала; lр, lД, lст – коэффициент теплопроводности инструментального, обрабатываемого материала и материала стержня режущего инструмента, соответственно, Дж/(м×сек °С); a и g – задний и передний углы режущей части инструмента, (радиан); j и j1 – главный и вспомогательный углы режущего инструмента в плане, (радиан); r и r1 – радиус при вершине режущего инструмента в плане и радиус округления режущей кромки, мм; jсист – жёсткость технологической системы СПИЗ, Н/м; L и H – длина и высота детали, мм; В1 и Н1 – высота и ширина сечения державки режущего инструмента, мм;  v – скорость резания, м/с;  sT – предел текучести обрабатываемого материала, МПа; hн – глубина наклёпа материала поверхностного слоя детали, мкм; Rz – высота неровностей профиля обрабатываемой поверхности, мкм; t и S – глубина резания и подача, мм; DS ‒ суммарная погрешность обработки, мкм; sост – величина остаточных напряжений на заданном уровне от поверхности, МПа; а – температуропроводность обрабатываемого материала, м2/с; (сr)Д и (сr)и  – удельная объёмная теплоёмкость обрабатываемого и инструментального материалов, Дж/(м3×К); Tр – стойкость режущего инструмента, мин; g и a – передний и задний углы режущей части инструмента, градус; qпл – температура плавления материала обрабатываемой детали, °С.Для реализации функциональной зависимости (1) необходимо иметь расчётные формулы для определения параметров качества поверхностного слоя (остаточных напряжений в поверхностном слое, степени и глубины наклёпа и параметров шероховатости поверхности, погрешности обработки). Такие зависимости приведены в работах [1, 2 и др.]. При их использовании может решаться задача по определению технологических условий обработки, обеспечивающих заданные значения остаточных напряжений, глубины и степени наклёпа, шероховатости поверхности и точности обработки, а также могут быть рассчитаны показатели, характеризующие качество поверхностного слоя обработанной детали, такие как шероховатость поверхности, глубина и степень наклепа материала поверхностного слоя, распределение остаточных напряжений, показатели, характеризующие погрешность обработки, возникающей при резании и вызванной влиянием силовых и температурных деформаций системы СПИЗ, размерным износом режущего инструмента. Для реализации данной методики разработана система расчета параметров процесса резания, алгоритм функционирования которой представлен на блок-схеме (рис. 1) [3].Параметры качества поверхностного слоя детали представляют практический интерес с точки зрения обеспечения эксплуатационных свойств изделий: усталостной прочности, износостойкости, контактной жесткости, прочности прессовых соединений и др.В качестве характеристики сопротивления усталости материала детали может быть использован критерий поврежденности материала, который определяется по изменению модуля упругости Eобр/Eисх, где Eобр и Еисх – модули упругости материала поверхностного слоя детали после обработки и в исходном состоянии.Исследованиями автора совместно с кандидатами технических наук Драпкиным Б.М., Тимофеевым М.В., Осадчим Н.В., Любимовым Р.В., Водолагиным А.Л. получена зависимость [4]: (2) где Б, Г, Д, Е – безразмерные комплексы процесса резания [5]; С и K – величины, зависящие от свойств обрабатываемого материала (значения их приведены в работе [2]); s–1 и s-1исх – предел выносливости материала детали после обработки и в исходном состоянии (до обработки); Б = va1/a – безразмерный комплекс процесса резания, характеризующий степень влияния режимных условий процесса резания по сравнению с влиянием теплофизических свойств обрабатываемого материалов, где а1 – толщина сечения среза;  – безразмерный комплекс процесса резания, отражающий влияние геометрии инструмента и отношения теплопроводностей инструментального и обрабатываемого материалов; b и e – угол заострения и угол при вершине резца в плане, радиан; Д = a1/b1 – безразмерный комплекс, характеризующий геометрию сечения среза; b1 – ширина сечения среза, м; E = r/a1 – безразмерный комплекс, характеризующий влияние на процесс резания геометрической формы режущей кромки резца.Зависимость предела выносливости мате-риала детали от комплекса параметров качества поверхностного слоя может быть определена по формулам [2]:– при точении ,– при фрезеровании ,где m, n, K, L – величины, зависящие от вида обработки. При точении m = 420 и K = 0,73; при фрезеровании n = 224 и L = 0,83; В/ВЭ – отношение предела прочности обра-батываемого материала к пределу прочности электротехнической стали.При обработке точением с оптимальной скоростью резания о, соответствующей ми-нимуму износа режущего инструмента и ми-нимальной высоте неровностей на обработан-ной поверхности, интенсивность изнашивания обработанной поверхности Jh определяется по следующей зависимости [2]:              (3) где b3 – длина контакта режущих кромок ин-струмента с обрабатываемым материалом, м;  С0 – величина, зависящая от предела прочно-сти обрабатываемого материала; т – величина, зависящая от соотношения подачи, глуби-ны резания и радиуса при вершине резца в плане; v и b – параметры кривой аппроксима-ции опорной поверхности; 2 – величина, зависящая от вида контакта поверхностей; 0 – действующее напряжение, Па; k – коэффици-ент, характеризующий напряженное состоя-ние на контакте; fм – молекулярная состав-ляющая коэффициента трения; N – сила, сжи-мающая контактируемые тела, Н; Ас – номи-нальная площадь соприкасающихся тел, мм2; ty – параметр кривой функциональной устало-сти; о – оптимальная температура резания.Таким образом, интенсивность изнашива-ния поверхности является функцией условий ее обработки, а также свойств материала детали.Контактная жесткость соединения характеризуется величиной сближения поверхностей y под действием силы, действующей перпен-дикулярно к контактируемым поверхностям: y = yупр + yпл,где yупр – величина упругой деформации мик-ронеровностей; yпл – величина пластической деформации микронеровностей на поверхности.Численные значения составляющих сум-марной величины сближения контактируемых поверхностей могут быть определены по сле-дующим зависимостям, полученных автором с использованием результатов исследования д.т.н., проф. Суслова А.Г. [1].        (4)где Sф – значение подачи, являющееся функцией толщины сечения среза [2].                          (5)при   и  . В формулах (4) и (5) приняты следующие обозначения:где r1, r2 – приведенный радиус закругления вершины единичной микронеровности; rпр1, rпр2 – радиус закругления вершины единичной микронеровности в продольном направлении; rnon1, rnon2 – радиус закругления вершины единичной микронеровности в поперечном на-правлении; N1, N2 – количество вершин микронеровностей находящихся в контакте; v – параметр кривой опорной поверхности шероховатости; Rz1, Rz2, – высота неровностей профиля контактирующих поверхностей в поперечном направлении; m – показатель степени, определяемый как сумма параметров кривых опорных поверхностей; k5 – коэффициент, полученный в результате численного решения исходного интегрального уравнения для отыскания фактической площади контакта; k3 – коэффициент, учитывающий изменение величины сближения контактирующих поверхностей при деформации микронеровностей за счет осадки основания; К – коэффициент, за-висящий от обрабатываемого материала; k(е) – эллиптический интеграл первого рода; cT – напряжение, приводящее в пластическое состояние выступ, где с – коэффициент; tm – относительная длина опорной поверхности на уровне средней линии; Sm – средний шаг неровностей профиля; nnon – порядок параболоида, моделирующего выступ микронеровностей профиля в поперечном направлении (положительное рациональное число);  – длина фаски износа по задней поверхности инструмента;  – максимальная температура в любом слое обрабатываемой поверхности;  В – безразмерный комплекс, характеризующий угол схода стружки [2];  а2, b2, х – коэффициенты, зависящие от сочетания свойств обрабатываемого и инструментального материалов;  – угол пересечения следов обработки на контактируемых поверхностях.Одним из видов соединений деталей в узлах являются соединения с натягом, которые могут выдержать в процессе эксплуатации изделия значительные нагрузки. Такие соединения имеют широкое применение в различных узлах и механизмах. Обеспечение требуемых прочностных характеристик соединений с натягом зависит не только от выбора посадки в соединении, физико-механических свойств материалов деталей, их геометрических размеров, вида сборки, но и от качества поверхностного слоя сопрягаемых поверхностей деталей, в частности от шероховатости поверхности, степени и глубины наклепа поверхностного слоя. Последние зависят от технологических условий их обработки: режима резания, геометрии режущего инструмента и др. Основными критериями, характеризующими прочность посадки, являются осевая сила Ро и момент Мкр, выдерживаемые соединениями, которые определяются по формулам [6]:   где d – номинальный диаметр соединения, мм; l – длина контакта сопрягаемых поверхностей, мм; fос и fкр – коэффициенты трения при осевом сдвиге и при кручении; C1 и C2 – безразмерные коэффициенты, зависящие от размеров и свойств материалов сопрягаемых деталей и определяемые по следующим формулам [7]: ;  ,где dо – диаметр отверстия пустотелого вала, мм (при сплошном вале dо = 0 и C1 = 1-); 1, 2 – коэффициенты Пуассона материалов сопрягаемых деталей; D – диаметр  наружной поверхности втулки, мм; н – номинальный натяг, выбираемый из таблицы для конкретно-го соединения или задаваемый на чертеже изделия (определяется из условий заданной посадки сопряжения), мм; Rz1 и Rz2 – высота неровностей сопрягаемых поверхностей, мм; W1 и W2 – значения накопленной энергии в поверхностном слое материала первой и второй сопрягаемых деталей;   – степень наклепа обработанной поверхности,  где  – параметр междислокационного взаимодействия в материале детали, значение  приведены в работе [8]; W – удельная накопленная энергия деформации, Дж/мм3; G – модуль сдвига материала детали, МПа; 0,2 – условный предел текучести материала детали, МПа. Значение модуля сдвига материала определяют по известной зависимости , где EД – модуль упругости материала детали, МПа; N1 и N2, 1 и 2,  и  – значения степени наклепа, параметра междислакационного воздействия и условного предела текучести материалов первой и второй сопрягаемых деталей.Формула для расчета накопленной энергии деформации при токарной обработке в поверхностном слое материала, в зависимости от параметров процесса резания, имеет следующий вид [2]:   , Дж/м3, где  – относительное удлинение материала обрабатываемой детали; в – предел прочности материала обрабатываемой детали на разрыв, Па.Распределение накопленной энергии деформации по глубине поверхностного слоя можно определить по выражению, полученному М.А. Прокофьевым [4]: ,где Wh – накопленная энергия деформации на глубине поверхностного слоя h, Дж/м3; W – удельная накопленная энергия деформации на поверхности, Дж/м3; k – коэффициент, характеризующий эффективность изменения скрытой энергии деформации по глубине по-верхностного слоя.ЗаключениеПредложенные в данном исследовании расчетные зависимости позволяют на стадии конструкторско-технологической подготовки производства определять выбор методов обработки и технологические условия их выполнения с целью прогнозирования эксплуатационных свойств деталей машин.