В.И. Ленин [Л3] пишет: “…Наука не может решиться считать навсегда изолированными различные разряды факторов, ради которых она разбилась на особые науки. Это деление имеет вполне субъективные и антропоморфические причины. Оно возникает единственно из потребностей исследования, побуждающих размещать вопросы рядами, сосредоточивать внимание отдельно на каждом из них, начинать с частного, чтобы прийти к общему”.
Однако процесс начального разъединения наук и последующего их
объединения в одну общую науку весьма длителен по времени. В отдельных
науках (например, биологии, математике) такое объединение уже завершается.
В области же резания материалов можно говорить пока лишь о предварительном
подборе объединяющего названия. Такими объединяющими названиями могут быть:
томология (от греческого tomo, [pic] – режу и …логия) комплекс наук о
резании, металлотомия (от греческого (((((((( – металл и [pic] режу), или
металлотомология совокупность наук о резании материалов.
Препятствием объединению наук служит незавершенность детального разграничения и уточнения предметов отдельных наук в той или иной степени занятых изучением проблем резания материалов. Это является также одной из причин недостаточно высокой научной эффективности диссертаций, защищаемых в последнее время в области резания материалов; причиной того, что до сих пор еще многие исследователи, занимающиеся проблемами технологии и онтологии резания уходят в физику, теплотехнику, металловедение, кибернетику, машиноведение. Уходят в уверенности и надежде, что именно там лежит решение онтологических проблем обработки резанием. И если допустить, что такая ориентация исследований в области резания правильная, то это означало бы, что резание состоит из явлений, механизмы которых определяются только естественными науками. И тогда следовало бы откровенно признать, что знания в области резания не могут составлять отдельную самостоятельную науку, так как у такой науки нет своего предмета, нет своих законов, своей структуры знаний, нет своего метода и инструментария.
Вопрос о предмете наук, изучающих механизмы явлений, протекающих при резании материалов, является сегодня самым насущным, самым практическим и настоятельным вопросом. Изучение явлений резания стихийно не наводит на интуитивное, правильное представление об их предмете и задачах науки о резании материалов. Это ведет к тому, что многие специалисты в области резания материалов остаются сегодня на позиции объектной классификации наук, упрощенно объединяя в одной науке весь комплекс знаний: о процессе резания, режущих инструментах, изделиях и станках. В этом случае ее название напоминает приведенную выше “науку о стакане”. Ленинский принцип разделения объекта, выделения его разных сторон, каждая из которых составляет предмет отдельной науки, как уже указывалось, позволяет обнаружить ошибку, которая содержится в объектном определении предмета науки о резании материалов.
Кроме того нельзя считать, что отдельные науки: механика, химия, технология металлов, металловедение и другие, вносящие свой вклад в исследование механизмов явлений резания материалов, являются разделами единой науки о резании материалов, так как каждая из них действительно является особой наукой, имея свой предмет, свой метод исследования и инструментарий.
3 §3.3. Основные тенденции отражения предмета науки о резании материалов в учебных курсах (анализ рабочих программ курсов)
В своем анализе обратимся изначально к программам 30-35 летней давности. Учебно-методическим управлением по ВУЗам 27 сентября 1961 года утверждена программа курса “Резание металлов” (инд.УМУ-Т-5/72) для высших учебных заведений по специальности 0501 – ”Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты” [П8]. Программа содержала 15 разделов: введение, геометрические параметры режущей части резцов, элементы резания и срезаемый слой, инструментальные материалы, основы процесса резания металлов и сопровождающие его физико-технические явления, точение, строгание и долбление, сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование, резьбонарезание, протягивание, зубонарезание, шлифование.
Во введении указывалось, что курс “Резание металлов” является базой для “разработки технологии машиностроения, расчета и конструирования станков и режущих инструментов”. Понятия предмета учебного курса как выразителя предмета науки о резании металлов не устанавливалось.
Однако в программе обозначена необходимость краткого исторического обзора задач, стоящих перед “наукой о резании металлов” в связи с дальнейшим развитием народного хозяйства СССР [Г4, П8].
Подобно тому, как в 1935 году из курса технологии металлов выделился
курс резания металлов, так в 1975 году из курса резания металлов выделилась
его теоретическая часть и получила название теории резания металлов.
Типичным представителем программ курса “Теория резания металлов” того
времени является программа (АМ-1)/05 для студентов заочников специальности
0501, разработанная в 1976 году во Всесоюзном заочном машиностроительном
институте и одобренная кафедрой “Резание материалов” Мосстанкина [П9]. Ни
предмет науки, ни отношение к нему учебного курса в программе не
сформулированы. В ней находим следующие базовые положения.
“Главная цель курса – научить студентов правильно и обоснованно выбирать условия рационального использования режущего инструмента и станка при заданных условиях обработки детали”.
Курс “Теория резания металлов” рассматривается как “база для
разработки технологии машиностроения, расчета и конструирования станков и
режущих инструментов”. При изложении курса предполагается краткий
исторический обзор развития науки о резании металлов. Как и предыдущая
(1961 года) программа 1976 года содержит 15 тем: введение, геометрические
параметры режущей части резцов, элементы режима резания и срезаемый слой,
инструментальные материалы, основы процесса резания металлов, точение,
строгание и долбление, сверление, зенкерование, развертывание,
фрезерование, резьбонарезание, протягивание, зубонарезание, шлифование.
В качестве рекомендуемой литературы названы следующие источники:
[B5], [Б15], [Г5].
В следующем, 1977 году были разработаны две новые программы и утверждены учебно-методическим управлением (УМУ) Министерства высшего и среднего специального образования СССР.
А. Программа курса [П11] “Теория резания” (индекс УМУ-Т-5/868) для высших учебных заведений по специальности 0501 – “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты”, состоящая из 18 разделов: введение, инструментальные материалы; элементы резания и срезаемый слой; геометрические параметры рабочей части инструмента; кинематика резания; процесс образования стружки; износ и стойкость инструмента; оптимальная геометрия режущих инструментов; графо- аналитические методы обработки экспериментальных данных; точение, строгание и долбление; сверление, зенкерование и развертывание; фрезерование; резьбонарезание; протягивание; зубонарезание; шлифование. Программа разработана кафедрой “Теория механической обработки и инструмент” в МВТУ им. Баумана и базируется только на одном литературном источнике, подобно тому как это было сделано в программе 1961 года. Хотя к этому времени уже была издана книга по основам теории резания, автор Бобров В.Ф.
Предмет курса не определен. Некоторое упоминание о том, что он должен
быть находим во введении программы: “Принцип обработки заготовок резанием.
Определение процесса резания. Определение режущего инструмента. Значение
теории резания для развития механической технологии, конструирования
станков и инструментов и назначения технически обоснованных режимов
резания. Предмет курса резания”.
Б. Программа (УМУ-Т-5/867) [П10] курса “Резание материалов” для
высших учебных заведений по специальности 0501 – “Технология
машиностроения, металлорежущие станки и инструменты. Основная литература –
все то же издание 1954 года (из программы 1961 года). Дополнительно
рекомендуется лабораторный практикум, общемашиностроительные режимы резания
и учебные фильмы по курсу “Резание материалов”. Программа очень напоминает
программу 1961 года и содержит разделы: введение, геометрические параметры
режущих инструментов, параметры резания и срезаемый слой, основы процесса
резания материалов, смазочно-охлаждающие среды, инструментальные материалы,
точение, сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование,
резьбонарезание, протягивание, зубонарезание, шлифование. К вопросам,
определяющим предмет науки резания материалов, в программе можно отнести
лишь маленькое указание во введении: “Задачи науки резания материалов в
связи с дальнейшим развитием народного хозяйства СССР”. После семилетнего
перерыва в 1984 году коллектив авторов, докторов технических наук,
профессоров (Клушин М.И., Горьковский политехнический институт;
Резников А.Н., Тольятинский политехнический институт; Силин С.С.,
Андроповский авиационно-технологический институт; Талантов Н.В.,
Волгоградский политехнический институт; Подураев В.Н., МВТУ) разработал
программу (индекс УМУ-Т-5/1086) дисциплины “Теория резания” для высших
учебных заведений по специальности 0501 – “Технология машиностроения,
металлорежущие станки и инструменты”. Программа включает в себя
объяснительную записку и содержание дисциплины [П12].
В содержание включены разделы: введение, основные понятия, термины и определения, относящиеся к обработке резанием, краткие сведения о современных инструментальных режущих материалах, пластическая деформация; трения и контактные явления при резании; силы, работа и вопросы динамики резания; теплофизика резания; изнашивание, стойкость и прочность режущих инструментов; образование геометрии обработанной поверхности, напряженности и свойств металла поверхностного слоя обработанной детали; особенности резания при чистовой, лезвийной и абразивной обработке; взаимосвязь явлений при обработке резанием, обработка резанием как система (системы резания); регулирование параметров функционирования системы резания путем воздействия на поверхностные явления и подводе дополнительных источников энергии; оптимизация функционирования системы резания. Из за отсутствия единого учебника по курсу авторами программы предложены основные и дополнительные источники.
Основные: [Б15], [П6], [P1].
Дополнительные: [C3], [T5].
В том же 1984 году учебно-методическим управлением по высшему
образованию (20.06.84) утверждена программа дисциплины “Тепловые процессы в
технологических системах” для высших учебных заведений по специальности
0501 – “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты”
(индекс УМУ-Т-5/1083) [П9]. Программа включает в себя объяснительную
записку и содержание дисциплины. В объяснительной записке находим: “Предмет
курса “Тепловые процессы в технологических системах” состоит в описании
закономерностей теплообмена и изложении на их основе общих рекомендаций по
управлению тепловыми явлениями при механической обработке материалов.
Задачей изучения данной дисциплины является обучение студентов умению
выполнять тепловые расчеты и эксперименты, относящиеся к объектам
производства и компонентам технологических систем.”
Содержание дисциплины: введение; основные положения учения о
теплопроводности; схематизация компонентов технологических систем с целью
описания процессов теплопроводности; методы описания процессов
теплопроводности в твердых телах, участвующих в технологических системах;
конвективный теплообмен и теплообмен излучением; методы экспериментального
определения температур в технологических системах; теплофизический анализ
как средство повышения эффективности процессов механической обработки
материалов и качества изделий. Программу составили: проф. д-р. техн. наук
Резников А.Н. (Тольятинский политехнический институт), проф. д-
р. техн. наук Клушин М.И. (Горьковский политехнический институт), проф. д-
р. техн. наук Силин С.С. (Андроповский авиационно-технологический
институт).
Предлагаемый курс явно отходит от предмета науки резания материалов.
Программа имеет технологическую направленность.
По нашему мнению эта дисциплина должна излагаться либо отдельно, либо в курсах, ориентированных на конечный продукт, изделия, т.е. она не может быть заменой курсов по резанию материалов.
Литература по дисциплине:
Исаченко В.П. и др. Теплопередачи: учебник для теплоэнергетических специальностей ВУЗов. М.: Энергоиздат, 1981. 417с.
Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.
343с.
Резников А.Н. Теплофизика процессов обработки материалов.
М.: Машиностроение, 1981. 279с.
К сожалению, ни один из источников не раскрывает проблемы воздействия тепловых потоков на качество изделий, получаемых в технологической системе.
Предмет этой дисциплины – представление для технологической науки
(технологов) сведений о течении тепловых процессов в технологической
системе в станке, инструменте, изделии и влиянии их на результативность
технологической операции.
Предметом близкой к резанию материалов дисциплины теплофизики резания является физическое исследование условий поведения режущего инструмента, т.е. представление науке о резании материалов физических закономерностей, определяющих течение тепловых процессов в зоне резания.
Таким образом, это две совершенно разных дисциплины, хотя и изучающих физику тепловых явлений. В одном случае – специалистов интересуют тепловые явления в зоне резания, а в другом – в технологической системе, которая может состоять: из одного станка, станков автоматов, станков с ЧПУ, автоматических линий.
Поэтому проблемы, обозначенные в программе [П9], нельзя объединять с
дисциплинами резания материалов, так как они не изучают технологические
проблемы получения готовых изделий. Но именно так поступило УМУ, утвердив
27.02.89г. программу по объединенной дисциплине “Теория резания, тепловые
процессы в технологических системах” для высших учебных заведений по
специальности 1201 “Технология машиностроения” и специальности 1202 –
“Металлорежущие станки и инструменты” [П10].
При этом первая же строка объяснительной записки программы
показывает, что этот курс еще шире, так как полностью называется: “Теория
резания, физические и тепловые процессы в технологических системах”.
Программу составили: д-р. техн. наук проф. Старков В.К. (Мосстанкин), д-
р. техн. наук проф. Подураев В.Н. (МВТУ им. Баумана), д-р. техн. наук проф.
Силин С.С. (Андроповский авиационно-технологический институт), д-
р. техн. наук проф. Талантов А.В. (Волгоградский политехнический институт),
д-р. техн. наук проф. Верещака А.С. (Мосстанкин), канд. техн. наук доц.
Синопальников В.А. (Мосстанкин).
Рекомендуемая литература.
Основная: [Г6], [Б15], [П6], [P3].
Дополнительная:
Старков В.К. Управление стабильностью и качеством обработки резанием в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989.
Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойким покрытием. М.: Машиностроение, 1986. 192с.
Содержание курса разделено на две части: теория резания материалов и тепловые процессы в технологических системах.
Первая часть включает: введение, основные понятия, термины и определения теории резания материалов, физические основы процесса резания, динамика процесса резания, предварительные сведения о тепловых явлениях при резании, формирование свойств обрабатываемой детали в процессе резания, работоспособность и отказы режущего инструмента, пути повышения надежности инструмента, особенности различных процессов обработки резанием, теория процесса абразивной обработки, применение смазочно-охлаждающих технологических сред, особенности обработки резанием различных материалов, оптимизация процесса резания, особенности управления процессом резания в автоматизированном производстве, заключение.
Вторая часть содержит: введение, основные положения учения о теплопроводности, схематизация компонентов технологических систем с целью описания процессов теплопроводности, методы описания процессов теплопроводности в твердых телах, участвующих в технологических системах, конвективный теплообмен и теплообмен излучением, методы экспериментального определения температур в технологических системах, теплофизический анализ как средство повышения эффективности процессов механической обработки материалов и качества изделий.
Возникшее смешение предметов наук резания материалов и технологии машиностроения привело к тому, что авторы программы ставят перед учебном курсом задачи, присущие двум наукам сразу:
23. оптимизация процесса резания и технологического процесса;
24. обеспечение надежности процесса резания и режущего инструмента;
25. управление процессом резания.
Отмечая принятое объединение двух дисциплин в одну, авторы программы совершенно справедливо делают оговорку о возможности самостоятельного использования второй части программы.
И, наконец, в 1993 году в учебных планах обучения студентов появилась новая дисциплина “Процессы формообразования и инструмент”. Судя по названию, дисциплина не отвечает предмету науки о резании материалов и имеет строго технологическую направленность, так как во главу угла ставятся процессы формообразования, а не процессы резания, взаимодействия инструмента, стружки и изделия в процессе отделения срезаемого слоя. В таком виде этот курс может быть применен только как замена первой, ознакомительной части курса технологии машиностроения.
4 §3.4. Анализ учебников и других источников, включенных в списки основной литературы в программах по обработке материалов резанием
1. Резание металлов. Г.И.Грановский, П.П.Грудов, В.А.Кривоухов и др.
М.: Машгиз, 1954. 480с.[Г5].
Книга написана в традиционном варианте: информация о достижениях в
теории и практике резания металлов на уровне первой послевоенной пятилетки.
Имеет большой объем, вполне приемлемый, учитывая достаточное число часов
учебной нагрузки, выделяемое в то время на изучение дисциплины “Резание
металлов”.
В книге приводится, что среди многих отраслей науки, получивших широкое развитие в наше время, имеется молодая наука, созданная в советской стране, – это наука о резании металлов. Предмет науки авторами не определен. Но указывается, что основные положения этой науки, излагаемые в дисциплине “Резание металлов”, сводятся к изучению следующих основных вопросов:
1) физических основ процесса резания, т.е. деформаций срезаемого слоя и обработанной поверхности, физических явлений, сопровождающих процесс резания; зависимостей этих явлений от различных условий резания, в том числе от геометрических параметров режущей части инструмента;
2) сил, возникающих при резании; энергии, затрачиваемой на процесс резания, и влияния различных факторов на силы резания и затрачиваемую энергию;
3) скорости и стойкости инструментов из различных инструментальных материалов в зависимости от условий резания;
4) методов исследования обрабатываемости металлов и режущих свойств инструментов;
5) достижений передовиков производства в области резания металлов.
Здесь же отмечается, что указанные положения дисциплины “Резание металлов” используются при конструировании режущих инструментов и станков, при проектировании и нормировании технологических процессов механической обработки металлов резанием, а также при эксплуатации инструментов и станков. Изучение упомянутых выше положений обеспечивает возможность сознательно управлять процессом резания для получения экономичной, производительной и высококачественной обработки деталей машин.
