CC BY
39
УДК 621.791.75:[621.791.013]
А. Н. Смирнов, Э. В. Козлов, Ю. А. Мазалов, В.Л. Князьков
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОЙ ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ЛЬ20з В МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ И ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА
Сложные условия эксплуатации, а также существенный износ оборудования в электроэнергетической, химической, металлургической и горнодобывающей промышленности, является причиной выхода из строя технических устройств опасных производственных объектов. Особенно часто повреждаются тяжело нагруженные детали машин, которые эксплуатируются в экстремальных условиях, это уплотнения разъемных соединений трубопроводов и арматуры химического оборудования, лопатки турбин, поверхности трения оборудования по обогащению угля, детали машин испытывающие ударный и абразивный износ, а также другие детали машин.
Традиционные способы восстановления деталей машин близки к достижению предела развития. Новыми технологиями упрочнения занимаются известные Российские предприятия и университеты, такие как ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» г. Санкт-Петербург, ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт материалов" г. Москва, ГОУ ВПО АлтГТУ им. И.И. Пол-зунова, другие предприятия и учебные заведения.
При повышении производительности машин и агрегатов, к свойствам конструкционных материалов предъявляются все новые требования. Требуются новые наплавочные материалы, технологии упрочнения и восстановления, использование которых позволит значительно повысить ресурс работы оборудования. Одним из путей значительного повышения физических и механических
плавки на основе меди, никеля, кобальта, железа и наноразмерных частиц корунда AL2O3, которые перед наплавкой механически перемешиваются (активируются).
Механическим активированием получены равномерно распределенные смеси металлических порошков (ПГ-БрАЖ-9-4, ПС-12НВК-01, ПР-Р0М6Ф3) и наноразмерных частиц AL2O3. Наплавка выполнялась на установке для плазменнопорошковой наплавки УПН-303.
Проблема получения смеси металлической основы и наноразмерных частиц AL2O3 состоит в том, что AL2O3 практически не смачивается с металлами [1], плотность ЛЬ^3 составляет 3,97 г/см3, поэтому при попытке перемешивания он сосредотачивается в поверхностных слоях, как при подготовке смесей, так и в процессе наплавки. Основные характеристики ЛЬ^3 приведены в табл. 1. На рис. 1 представлена рентгенограмма порошка AL2O3 (корунд).
Определение размеров частиц проводилось в лаборатории физики Томского архитектурностроительного университета методом просвечивающей электронной микроскопии с помощью угольных реплик. Просмотр угольных реплик, на которые осаждались исследуемые порошки, осуществлялся на электронном микроскопе ЭМ-125 при ускоряющем напряжении 125 кВ и рабочих увеличениях в колонне микроскопа от 25000 до 80000 крат.
Измерение размеров частиц проводилось по
Таблица 1. Физико-химические характеристики ЛЬ^3 (частично)
№ п/п Наименование* показателя Норма для марок Методы анализа
Марка А Марка Б
1 Внешний вид Высокодисперсный порошок белого цвета Органолептический
2 Структура кристалла Бемит Бемит по 4.3
3 Размер кристаллитов, Е, не более 1000 1300 по 4.4
*Используется в качестве легирующей добавки в порошковой металлургии.
свойств является применение композитных материалов.
Наплавочные металлокерамические смеси состоят из металлических порошковых материалов предназначенных для плазменно-порошковой на-
методу случайных секущих. Было измерено ~500 частиц. Средний размер частиц определялся по гистограмме (распределению частиц по размерам), представленной на рис.2.
2 ©
Рис. 1 Рентгенограмма порошка ЛЬ203 (корунд), полученная на дифрактометре ДРОН-3ММ в СиКа излучении (на рентгенограмме указаны индексы наиболее сильных рефлексов). Параметра кристаллической решетки гексагональной фазы ЛЬ203: а=3.7зА, с=13.09 А
О, нм
Рис. 2 Гистограмма распределения частиц ЛЬ203 по размерам Из рисунка видно, что средний размер частиц (^> = 90 нм) не является наиболее вероятным
а) ___200нм б)_500 нм в) _500 нм
Рис. 3. Электронно-микроскопическое изображение частиц ЛЬ203 Изображения получены при рабочем увеличении 25000 крат (увеличение в колонне микроскопа)
Рис.4. Электронно-микроскопическое изображение группы части ц Лl203: а - светлопольное изображение; б - темнопольное изображение частицы, полученное в рефлексе [015] фазы Л1203; в -микро-дифракционная картина участка (б) содержит рефлексы, принадлежащие плоскости (7.10.2)фазы
ЛЮ
1 .А. лт* Мі і
Ч100 Ч 500
Рис. 5. Структура контрольного образца плазменно-порошковой наплавки слоя алюминиевой бронзы
ПГ-БрАЖ-9-4
Ч100 Ч 500
Рис. 6. Структура контрольного образца плазменно-порошковой наплавки слоя наплавленного смесью алюминиевой бронзы ПГ-БрАЖ-9-4 и наноразмерных частиц ЛЬ203 (корунд)
значением. Как следует из распределения, наиболее вероятными значениями являются интервалы значений 20-40 нм и 100-120 нм. Обнаружено, что количество частиц, имеющих размеры <20 нм, составляет ~6%
Примеры изображений частиц, полученных при увеличении в колонне микроскопа 25000 крат, представлены на рис.3.
Из рис. 3 а, б, в видно, что все частицы, во-первых, обладают округлой формой и, во-
Рис. 7. Рентгенограмма образца, наплавленного без наночастиц корунда полученная на дифрактометре ДРОН-3ММ в СиКа излучении (на рентгенограмме указаны индексы твердого раствора замещения алюминия в меди а - фаза, имеющего ГЦК- решетку)
2 0
Рис. 8 Рентгенограмма образца, наплавленного с добавлением частиц корунда полученная на дифрактометре ДРОН-3ММ в СиКа излучении (на рентгенограмме указаны индексы твердого раствора замещения алюминия в меди а- фаза, имеющего ГЦК- решетку, и фазы Л1203 - корунд). Объемная
доля фазы Л1203 составляет порядка 1,5%
вторых, частицы присутствуют только группами. При этом плотность частиц в группе может быть так велика, что такая группа может быть принята за отдельную частицу, размер которой составляет величину >1 мкм (см. рис.3в). Однако доказательством того, что это не отдельная частица, а группа частиц, служит тот факт, что края конгломерата частиц имеют волнистый вид, а не идеальный овал, как на отдельных частицах, представленных на рис.3а-б. В связи с этим в статистику для определения среднего размера частиц такие «частицы» (конгломераты частиц) не учитывались.
Был проведен фазовый анализ и изучена структура частиц (таких, как представленных на рис.3а-б) при больших увеличениях (~70000 крат) в колонне микроскопа и с применением дифракционного анализа. Один из примеров идентификации фаз представлен на рис.4.
Микродифракционная картина (рис.4в), полученная с отдельной частицы (на рис.4а она указана стрелкой), свидетельствует о том, что:
1) частица - это фаза а-М^ (корунд), обладающая ромбоэдрической кристаллической
решеткой (пространственная группа Я 3 с) с параметрами а = 0.4758 нм и с = 1.2991 нм;
2) частица является монокристаллом,
т.к. на микродифракционной картине (рис.3в) присутствует только одна плоскость, а именно (7.10.2) фазы Al2Oз, и на темнопольном изображении (рис.4б) эта частица «светится» целиком и равномерно.
Используя особенности сварочных процессов, такие как высокие скорости плавления, кристаллизации, а также известные распределения течения металла сварочной ванны [2] выполнена плазменная наплавка с применением активированной смеси металлокерамического материала.
Получение высококачественной наплавки с новой структурой подтверждено результатами металлографических исследований и рентгеноструктурным анализом исследования, по одному из которых, представлены ниже.
Рефлексы фазы Al2O3 в данном образце не обнаружены, что означает, что объемная доля фазы может составлять менее 1%
Рентгеноструктурным анализом установлено
2 0
наличие в объеме наплавки 1,5% наноразмерных частиц AL2O3 (корунд) что указывает на возможность получения методами плазменнопорошковой наплавки композиционного материала Бронза-корунд с новым типом структуры и свойствами.
Научные результаты, лежащие в основе представленной технологии являются новыми и ранее никем в мире не высказаны и не получены.
Использование разработанной технологии позволит минимум в 3 раза сократить трудоемкость нанесения упрочняющих покрытий, повысить качество покрытий, снизить вероятность отказов горношахтного и другого технологического оборудования с тяжелыми последствиями, значительно сократить издержки предприятий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авраамов Ю.С., Шиганов И.Н., Шляпин А.Д. Сварка и модификация поверхности металлических композиционных материалов. - М.: ГИНФО, 2002. -120 с.
2. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки: В 5 т. - Том. 1. Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирование шва. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. -585 с.
□ Авторы статьи:
Смирнов Александр Николаевич
- докт. техн.наук, профессор каф. «Технологии машиностроения» КузГТУ Тел.8-384-2-44-14-93
Козлов Эдуард Викторович
- доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. каф. физики ГУ ВПО Томского государственного архитектурно-строительного университета. Тел.8-382-2-65-42-65
Мазалов Юрий Александрович
- докт. техн. наук, профессор, зав. лабораторией новых видов энергии ГНУ «Всероссийский научноисследовательский технологический институт эксплуатации машиннотракторного парка» г. Москва Тел.-499-746-09-16.
Князьков Виктор Леонидович
- канд. техн. наук, доцент, каф. «Технологии машиностроения» КузГТУ Тел.8-384-2-44-14-91
УДК 621.9.004.12
Б.И. Коган, А.В. Лютикова
«МЕТОД 8D» - ЭЛЕМЕНТ ИНТЕГРИРОВАННОМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ
Одна из основных целей внедрения эффективной системы управления состоит в создании таких условий в организации, когда происходит постоянное улучшение каждого процесса.
Большинство крупных западных компаний либо использует традиционный механизм улучшений, либо адаптирует его под себя и используют собственные вариации. Так, компания «Форд» разработала методологию, получившую название «Метод 8D для командного решения проблем».
8D - это методология решения проблем с целью улучшения продукта или процесса, состоящая структурно из 8 дисциплин, подчеркивая синергию группы. Предполагается, что группа, в целом, более эффективна, чем качественная сумма отдельно взятых ее членов.
Сущность метода 8d (8 дисциплин);
• существенные несоответствия;
• жалобы потребителей;
• повторяющиеся проблемы;
• потребность в комплексном подходе.
Стадии в решении проблем 8Р
• D0. На первом этапе необходимо выполнить
все подготовительные работы, быть в курсе всех задач, т.к. 8D подходит / требуется не для каждой проблемы. 8D - это процесс решения проблем на основе фактической информации, предполагающий некоторые специализированные навыки и культуру, способствующюю непрерывному улучшению. Для эффективной работы 8D в организации могут быть необходимы специальное образование и тренинги.
• D1. На этом этапе собирается межфункцио-нальная группа (с эффективным руководителем), обладающая знаниями, временем, полномочиями и навыками для разрешения проблемы и внедрения коррективных мер. Устанавливается структура, цели, роли, процедуры и отношения.
• D2. Описывается существо проблемы и выявляются все стороны проблемы, связанной с клиентом, путем описания ее в конкретных исчисляемых терминах: Кто, Что, Когда, Где, Почему, Как, Сколько (анализ 5W2H - Who, What, When, Where, Why, How, How many).
• D3. Происходят внедрение и контроль промежуточных действий по сдерживанию, времен-
ные исправления, определение и внедрение тех промежуточных действий, которые помогут защитить клиента от столкновения с проблемой до тех пор, пока не будет внедрена постоянная коррективная мера, и проверка эффективности действий сдерживания с имеющимися данными.
• D4. Определяются и проверяются главные и потенциальные причины, которые смогли бы объяснить происхождение проблемы. Тестируется каждая потенциальная причина в отношении описания проблемы и данных. Определяются альтернативные коррективные меры для устранения основной причины. Параллельно существует 2 вида основных причин: причина события (система, которая привела к возникновению события) и причина упущения (система, которая позволила упустить событие из вида без своевременного обнаружения).
• D5. Выбираются и контролируются коррективные меры. Подтверждается, что выбранные меры разрешат проблему для клиента и не вызовут нежелательных побочных эффектов. При необходимости, определяются возможные действия на основании потенциальной серьезности побочных эффектов.
• D6. Внедряются и утверждаются постоянные коррективные меры, выбираются текущие меры контроля для устранения основной причины. По запуску производства, отслеживаются долгосрочные последствия, внедряются дополнительные меры контроля и разрабатывается план альтерна-
тивных действий по необходимости.
• Б7. Определяются и внедряются стадии для предотвращения такой же или подобной проблемы в будущем: модифицирование спецификации, обновление методов тренингов, пересмотр рабочего процесса, улучшение системы управления, оперативных систем, практики и процедуры.
• Б8. Поздравление группы: признание коллективных усилий группы, объявление достижений. Обмен знаниями и полученной информацией с другими отделами организации.
Преимущества метода решения проблем 8Р
• Эффективный подход для определения основной причины, предпринятия соответствующих действий и внедрения постоянных коррективных мер.
• Помощь в исследовании системы контроля, которая привела к упущению проблемы. Момент упущения исследуется с целью улучшить способность системы обнаруживать сбой или причину при повторном возникновении.
• Цикл предотвращения исследует системы, которые привели к возникновению условий для появления сбоя и причинного механизма.
Недостатки решения проблем 8Р
• Тренинг 8Б может быть трудоемким и непростым в реализации.
• Требует обучения в процессе решения проблем 8Б, а также инструменты для сбора данных и анализа такие, как диаграммы Парето, диаграммы причинно-следственных связей, и схемы процесса и т.д.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ МЕТОДИКИ
ЛИДЕРСТВО И МЕНЕДЖМЕНТ. SEVEN HABITS (7 ПРИВЫЧЕК) COVEY STEPHEN.
1. Будьте активны (способность контролировать собственную среду, а не наоборот). Менеджерам необходимо контролировать собственную среду, путем использования самоопределения и способности реагировать на различные обстоятельства.
2. Начинайте, имея в сознании цель перед собой. Менеджер должен видеть желательный ре-
зультат и сконцентрироваться на действиях, которые помогают достичь этой цели.
3. Определите первоочередные задачи. Менеджер должен управлять собственной личностью. Лично. И менеджеры должны предпринять действия, нацеленные на достижение второй привычки.
4. Думайте беспроигрышно, т.е. целью долж-
ны быть беспроигрышные решения для всех.
5. Сперва старайтесь понять и после этого быть понятым. Путем развития и поддержания хорошей коммуникации менеджер добивается хорошего понимания со стороны окружающих и понимания подчиненных.
6. Добивайтесь синергии. Это привычка творческого сотрудничества - сотрудничество в достижении цели способствует достижению большего, чем независимая работа отдельных личностей.
7. Заточите лезвие. Мы должны извлекать уроки из нашего предшествующего опыта. И мы должны поощрять других делать то же самое.
8. Найдите свой голос и воодушевляйте других к тому, чтобы найти их собственный.
ПОСТЕПЕННОЕ, НЕПРЕРЫВНОЕ (ИНКРЕМЕНТАЛЬНОЕ) ИЗМЕНЕНИЕ (УЛУЧШЕНИЕ).
KAIZEN (КАЙДЗЕН).
Ключевые элементы Kaizen (Кайдзен): качество, усилие, вовлечение всех сотрудников, готовность к изменениям и коммуникация.
Пять основных компонентов Кайдзен :
1) взаимодействие (Teamwork);
2) личная дисциплина (Personal discipline);
3) улучшенное моральное состояние (Improved morale);
4) круги качества (Quality circles);
5) предложения по усовершенствованию (Suggestions for improvement).
Из этого основания возникают 3 ключевых фактора Кайдзен:
• исключение отходов / Elimination of waste (muda) и неэффективности;
• концепция пяти S Кайдзен / Kaizen five-S framework для хорошего обустройства:
1. Seiri - опрятность
2. Seiton - порядок
3. Seiso - чистота
4. Seiketsu - стандартизированная очистка
5. Shitsuke - дисциплина ;
• стандартизация / Standardization.
HOSHIN KANRI - POLICY DEPLOYMENT (РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ)
Данная концепция применяется на 2 уровнях.
1. Уровень стратегического планирования. Небольшое количество ключевых долгосрочных целей деятельности фирмы подвергаются систематическому планированию. Они называются Прорывными Задачами (Breakthrough Objectives),
и, как правило, сохраняются на протяжении от 2 до 5 лет с небольшими изменениями. Они направлены на достижение значительных улучшений эффективности или на внедрение значительных изменений в способе работы организации, подразделения или бизнес-процесса.
2. Каждодневный уровень. Большая часть времени в организации тратится на каждодневные операции. Создание добавленной стоимости с помощью ключевых бизнесов-процессов, которые
реализуют цель организации. Эти каждодневные фундаментальные основы бизнеса требуют повседневного контроля. Таким образом, лица, ответственные за принятие решений, могут принять коррективные меры в реальном времени для непрерывного развития процесса (Kaizen (Кайдзен)).
Планирование Hoshin Kanri выступает в формах -
• стратегическое долгосрочное планирование с применением принципов и методик TQM;
• развитие общих стратегических целей;
• непрерывное организационное развитие.
Стадии в Hoshin Kanri -
1) однолетняя стратегия и средне- и долгосрочная стратегия;
2) основная философия компании и политика качества;
3) преобразование методологической стратегии в объективную стратегию;
4) структура стратегии;
5) два вида реализации целевого показателя -нисходящий и восходящий;
6) внедрение целевого показателя. Процесс обсуждения до принятия окончательного решения по стратегии, при котором проект стратегии рассматривается между руководителями среднего звена и высшим руководством;
7) проверка контроля качества высшим исполнительным руководством.
Преимущества Hoshin Kanri:
• фокусирует всю организацию на нескольких существенных, а не многих тривиальных факторах;
• сообщение стратегического видения;
• вовлечение персонала для достижения прорывных задач;
• интегрирует и способствует межфункцио-нальному сотрудничеству для достижения прорывных результатов;
• прогресс на планах осторожен и контролируем. Это делает возможным реакцию на неисполнение и коррективные меры;
• стратегическое планирование проводится систематически: формат планов унифицируется по стандартам;
• процесс планирования непрерывно совершенствуется;
• акцент на тщательный анализ и понимание проблем, возникших во время предшествующего цикла планирования/внедрения, возможность организационное обучение.
Недостатки Hoshin Kanri:
• необходим жесткий процесс внедрения. Трудна реализация в некоторых сферах;
• требует долгосрочной приверженности, терпения и текущей поддержки и усилий высшего исполнительного руководства;
• относительно статичен. Прорывные задачи должны быть стабильны в течение пятилетнего периода.
Условия Hoshin Kanri:
• лучший способ получить заданный результат состоит в том, чтобы проследить, что все сотрудники в организации понимают долгосрочное направление и что они работают согласно плану для претворения видения в реальность;
• подразумевает основные показатели, которые необходимо контролировать для обеспечения непрерывного улучшения ключевых бизнесов-процессов организации;
• прорывные действия возможны только в том случае, когда осуществляется контроль за фундаментальными бизнес процессами.
УПРАВЛЕНИЕ ТЕКУЩИМ УРОВНЕМ ДОХОДНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТРАДИЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕНЕДЖМЕНТА. DUPONT MODEL
Формы применения концепции DuPont :
• модель может быть использована отделом закупок или отделом продаж для того чтобы проанализировать или продемонстрировать её эффективность;
• сравнение фирмы с аналогичными фирмами;
• временной анализ изменения;
• показать людям как они могут повлиять на результаты предприятия;
• показать последствия повышения профессионального уровня отдела закупок;
Стадии в методе DuPon:
- агрегирование показателей бизнеса (финансовый отдел);
- рассчет (используйте электронную таблицу);
- вывод заключения;
- если заключения кажутся нереалистичными, то проверьте показатели и рассчитайте заново.
Преимущества Модели Du Pont:
• простота - хороший инструмент для того, чтобы показать сотрудникам как они могут повлиять на результаты компании;
• можно легко связать с планами компенсаций;
• может быть использована, чтобы убедить менеджмент в необходимости определенных действий для повышения профессионального уровня функций закупок или сбыта. Иногда лучше присмотреться сперва к собственной организации. Вместо рассмотрения вариантов поглощения с целью компенсировать отсутствие доходности путем увеличения оборачиваемости и попыток достичь синергии.
Недостатки DuPont:
• основан на не всегда надежных показателях бухгалтерского учета;
• не включает стоимость капитала.
Условия DuPont:
• показатели бухгалтерской отчетности надежны.
Сравнение вышеописанных методов приводит к следующим выводам.
Метод 8D может быть трудоёмким и непростым в реализации, требует обучения в процессе решения проблем 8D, а также использование инструментов для сбора данных и их анализа. Но при этом он позволяет добиваться значительных результатов и создать продукт, отвечающий мировым стандартам качества. Поэтому целесообразно включение 8D в лекционный курс для подготовки специалистов по качеству и провести апробацию, например, на Анжерском машзаводе в производстве редукторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. МинтцбергГ. Структура в кулаке. — СПб.: Питер, 2002. —274с.
2. Баринов В.А. Организационное проектирование. — М.: Инфра-М, 2005. —156с.
3. Масааки И. Кайдзен - ключ к успеху японских компаний. — М.: Альпина бизнес букс, 2004. — 306с.
4. Швец В. Устойчивое развитие и менеджмент качества // Стандарты и качество. 2005. —56с.
5. Бланкенберг Х. Определение, исправление и предотвращение повторения проблем качества с помощью метода 8Б //Управление качеством. — 2009. — №3 —С.11-12.
□ Авторы статьи:
Коган Борис Исаевич - докт.техн.наук, проф. каф. технологии машиностроения КузГТУ Тел.: 8-906-928-80-81
Лютикова Анна Валентиновна - магистрант каф. технологии Машиностроения КузГТУ Тел.: 8-913-435-04-53
