IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Лабораторные занятия в вузе направлены на строгую организацию самостоятельной учебной работы студентов в условиях учебной лаборатории. Содержание лабораторных работ и оформление студентами отсчетов по ним должны максимально соответствовать тому уровню, на котором ведется экспериментальная научно-исследовательская работа по соответствующей специальности. Выделяя лабораторный практикум по механике среди других дисциплин, можно отметить, что на этих занятиях осуществляется практическое овладение студентами научно-теоретических положений изучаемого предмета, овладение новейшей техникой экспериментирования в соответствующей отрасли науки, инструментализация полученных знаний, т. е. происходит превращение их в средство для решения учебно-исследовательских, а затем в решение экспериментальных и практических задач [1, 6, 8]. В предлагаемой статье рассматривается пример отбора содержания лабораторной работы по механике на примере работы по изготовлению зубчатых колес методом вакуумного литья в силиконовые формы.

В каждой работе, включая традиционные лабораторные работы, на основании фундаментальных законов, изученных студентами при обучении естественнонаучным дисциплинам и научно-технических теорий, изученным при обучении общетехническим дисциплинам на основе их интеграции, проявляются межпредметные взаимосвязи, инновационные подходы, на основе развития творческого потенциала, способствующие проектированию их содержания.

Фундаментальные законы естественнонаучных дисциплин являются основой для изучения научно-технических теорий реализованных в общетехнических дисциплинах и представленных в виде компьютерных расчетов эксплуатационных показателей машиностроительных деталей и моделей для изучения физико-технических процессов, возникающих в машинах и механизмах.

Сегодня трудно найти такую машину, в которой не использовался бы зубчатый механизм. Они применяются преимущественно для передачи вращательного движения с постоянным отношением угловых скоростей, реже – для преобразования вращательного движения в прямолинейно-поступательное и наоборот. Поэтому, так важно изучение методов изготовления зубчатых колес [2, 7].

Существует множество вариантов изготовления зубчатых колес. В их основу положены такие методы как: 1) метод копирования (метод деления), при котором рабочие кромки инструмента по форме соответствуют обрабатываемой поверхности (конгруентны ей, т. е. заполняют эту поверхность как отливка заполняет форму); 2) метод огибания (метод обката), при котором инструмент и заготовка за счет кинематической цепи станка выполняют два движения - резания и огибания (под огибанием понимается такое относительное движение заготовки и инструмента, которое соответствует станочному зацеплению, т. е. зацеплению инструмента и заготовки с требуемым законом изменения передаточного отношения).

Из вариантов изготовления по способу копирования можно отметить: а) нарезание зубчатого колеса профилированной дисковой или пальцевой фрезой (проекция режущих кромок которой соответствует конфигурации впадин). При этом методе прорезается впадина первого зуба, затем заготовка с помощью делительного устройства (делительной головки) поворачивается на угловой шаг и прорезается следующая впадина. Операции повторяются пока не будут прорезаны все впадины. Производительность данного способа низкая, точность и качество поверхности невысокие; б) отливка зубчатого колеса в форму. При этом внутренняя поверхность литейной формы конгруентна наружной поверхности зубчатого колеса. Производительность и точность метода высокая, однако при этом нельзя получить высокой прочности и твердости зубьев.

Из вариантов изготовления по способу огибания наибольшее распространение имеют: а) обработка на зубофрезерных или зубодолбежных станках червячными фрезами или долбяками. Производительность достаточно высокая, точность изготовления и чистота поверхностей средняя. Можно обрабатывать колеса из материалов с невысокой твердостью поверхности; б) накатка зубьев с помощью специального профилированного инструмента. Обеспечивает высокую производительность и хорошую чистоту поверхности. Применяется для пластичных материалов, обычно на этапах черновой обработки. Недостаток метода образование наклепанного поверхностного слоя, который после окончания обработки изменяет свои размеры; в) обработка на зубошлифовальных станках дисковыми кругами. Применяемся как окончательная операция после зубонарезания (или накатки зубьев) и термической обработки. Обеспечивает высокую точность и чистоту поверхности. Применяется для материалов с высокой поверхностной прочностью [3].

Нами предлагается еще один наглядный способ изготовления колес на оборудовании Центра проектирования и прототипирования «МГУ им. Н.П. Огарева», методом литья в силиконовые формы. Применение методики литья в силиконовые формы с экономической точки зрения более рентабелен на начальных этапах проектирования [4]. Так как литье в силиконовые формы позволяет получать изделия почти любой сложности и позволяет избежать возникновения пористости и образования поверхностных дефектов.

Таким образом можно изготовить сложные фигурные литые детали, которые невозможно извлечь из обычных металлических форм. Возможность литья каждого изделия определяется инженерами.

Готовые изделия могут быть с различными физико-механическими свойствами — жесткие, имитирующие свойства ABS, полужесткие, эластичные, термостойкие, прозрачные, а также комбинированными. В случае необходимости можно даже влить металлические компоненты.

Рассмотрим оборудование для использования этого метода. Вакуумно-литьевая машина марки HVC-1 предназначена для вакуумно-литьевое оборудование серии HARVEST является важным оборудованием для дублирования пластиковых прототипов и получения отливок в вакууме (рис.1). Возможности данной машины позволяют осуществлять высокоэффективные, надежные, удобные и легкие операции. Она управляется в ручном и автоматическом режиме и производит точные отливки.

Вакуумно-литьевая машина предназначена для изготовления в силиконовых формах деталей из литьевых материалов (смол).

Рис.1. Вакуумно-литьевое оборудование серии HARVEST

При вакуумно-литьевом процессе, термошкафы используются для нагрева силиконовых форм и литьевых материалов (смол), а также для полимеризации литьевых материалов, в соответствии с технологическим процессом.

Порядок конструирования силиконовой формы и изготовления отливок, следующий: 1) тщательно очистите прототип или мастер-модель перед изготовлением копии; 2) соорудите каркас из картона, алюминия, белой жести, акриловых плит и т.д. на ровной, гладкой поверхности; 3) обработайте поверхность мастермодели разделительным агентом. Разместите мастер-модель в каркасе и прикрепите ее к нижней границе. Укрепите “литник” и вентиляционные отверстия (оформить твердыми штырьками), при необходимости; на мастермодели; 4) отмерьте определенные заранее количества основного компонента и отверждающего агента. После проведите операцию перемешивания и дегазирования в вакуум-миксере. Следуйте процедурам в соответствии тем, как это описано в предыдущей секции; 5) заливайте силиконовую смесь до тех пор, пока мастер-модель полностью не погрузится приблизительно на 10 миллиметров в силикон. Поставьте заполненную форму в вакуумную камеру для окончательного дегазирования, чтобы удалить оставшиеся пузырьки, возникшие в процессе литья; 6) после дегазирования, оставьте форму при комнатной температуре для отверждения силикона. Время отверждения зависит от температуры атмосферы и влажности окружающей среды. Чтобы ускорить процесс отверждения, увеличьте температуру в соответствии с указаниями поставщика силикона; 7) после окончания процесса отверждения, удалите каркас и ограждение и выньте мастер-модель. Процесс изготовления силиконовой формы завершен; 8) обработайте внутреннюю полость формы с помощью разделительного агента. Залейте вовнутрь литьевую смолу и повторите процесс дегазирования. Копия готова после того, как она отвердеет [5].

Таким образом, описанная технология изготовления зубчатых колес методом вакуумного литья. Не только позволяет студентом принять непосредственное участие в изготовления реального изделия, но продемонстрировать производственный этап инновационного цикла, что обеспечит формирование у них компонентов профессиональных компетенций.

Библиографические ссылки

1. Наумкин Н.И. Методическая система формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной инженерной деятельности: моногр. / Н. И. Наумкин; под ред. П. С. Сенина, Л. В Масленниковой, Д. Я. Тамарчака; Моск. пед. гос. ун-т. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – 172 с.

2. Лабораторный практикум по теории механизмов и машин / Н.И. Наумкин, С. В. Буянкина, М. Н. Чаткин [и др.], 2-е изд., испр. и доп. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – 120 с.

3. В.А.Гавриленко. Зубчатые передачи в машиностроении (Теория эвольвентных зубчатых передач). М.: Машгиз – 1962, 530 стр., илл.

4. Наумкин Н. И. Обучение аддитивным технологиям как способ формирования конструкторских компетенций у студентов технических ВУЗов / Наумкин Н. И., Кильмяшкин Е. А., Ломаткин А. Н., Зайцев В. Д. // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы : Сборник научых трудов международной конференции / редкол.: Сенин П.В. [и др.] – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2016. – с. 536- 540.

5. Наумкин Н.И. Введение в практикум по аддитивным технологиям. / Н.И. Наумкин, Д.В. Пивкин, В.Ф. Купряшкин, А.В. Безруков, И.В. Еремкин, Е.А. Кильмяшкин, А.С. Князьков ; под общ. ред. Н. И. Наумкина. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2015. – 80 с.

6. Наумкин Н. И. Формирование у студентов технических вузов способности к инновационной инженерной деятельности при обучении общетехническим дисциплинам. Педагогическое образование и наука. - 2008. № 6. - С. 52-56.

7. Наумкин Н.И. Практическое обучение студентов технических вузов инновационной деятельности в научных школах/ Наумкин Н.И., Купряшкин В.Ф., Фирстов А.Ф., А.С. Уланов // Современные проблемы теории машин. 2014.- № 2. - С. 154-156.

8. Наумкин Н.И.Летние научные школы – важный компонент подготовки студентов национальных исследовательских университетов к инновационной деятельности / Наумкин Н.И., Грошева Е.П., Купряшкин В.Ф., Шекшаева Н.Н., Панюшкина Е.Н. // Фундаментальные исследования. 2012. -№ 11-1. -С. 84-89.

Код для цитирования: Скопировать