Оптимизация процесса шлифования

 

Абразивная обработка характеризуется большими затратами механической энергии. По удельной работе, используемой в каче­стве основного энергетического критерия процесса шлифования, нельзя определить, какая часть работы шлифования расходуется непосредственно на разрушение обрабатываемого материала, а ка­кая часть превращается в теплоту, уходящую из зоны шлифования через заготовку, инструмент и СОЖ.

На основе термодинамического анализа операции шлифования металлов предложен новый энергетический критерий для оценки эффективности этой операции - КПД:

(51)

где - изменение критической плотности внутренней энергии в срезаемом объеме материала (теоретической работы разрушения), Дж/мм³;

- удельная работа шлифования, Дж/мм³;

- начальный уровень плотности скрытой энергии в срезаемом слое материала, Дж/мм³.

Исследования показали, что значение хорошо коррелирует с энтальпией материала при температуре плавления, которая может быть определена по справочным данным или рассчитана по формуле

(52)

где - средняя удельная теплоемкость обрабатываемого материала при изменении температуры от 0°С до Дж/(г- °С);

- плотность материала, г/мм³;

- скрытая теплота плавления, Дж/мм³.

Значение можно определить по следующей зависимости:

(53)

где - твердость обрабатываемого материала по Виккерсу, МПа;

- эмпирический коэффициент, принимающий значение от 0,067 при расчете деформированных (поверхностных) слоев материала до 0,047 при расчете недеформированных (внутренних) слоев.

Для расчета производительности [мм³/с или мм³/(мм-с)] и мощности (Вт) шлифования получены зависимости:

(54)

(55)

где - объем материала, снимаемого с заготовки мм³;

- основное время операции шлифования детали, с;

- произведение поправочных коэффициентов для КПД, связанных с производительностью и учитывающих изменение технологических условий операции шлифования по сравнению с базовыми условиями;

- базовое значение КПД.

Для возможности использования на практике термодинамиче­ского метода прогнозирования эффективных технологических условий абразивной обработки были установлены зависимости между КПД () и другими параметрами операции шлифования (мощностью , производительностью , шероховатостью обработанной поверхности, температурой в зоне шлифования, стойкостью круга и себестоимостью С обработки) при различных условиях резания. Полученные зависимости позволяют решать следующие задачи, связанные с оптимизацией технологических параметров процесса шлифования.

1. Прогнозировать максимальную производительность операции шлифования. Дня этого в формулу (54) необходимо подставить максимальное значение , КПД и значение мощности , при котором на обработанной поверхности отсутствуют прижоги. Последнее определяют для термически не обработанных деталей по выражению (где и - мощность и КПД электродвигателя станка), а для термически обработанных деталей ( 40) по выражению

(56)

где - глубина лунки, образуемой индентором при определении твердости абразивного круга (см. данные, представленные ниже), мм;

- окружная скорость заготовки, м/мин;

- высота круга, мм.

Твердость круга	М1-МЗ	СМ1-СМ2	С1-С2	СТ1-СТ2	Т1-Т2
к, мм	6,5		2,8		1,2

 

2. При заданной производительности вести обработку с минимальными мощностью , составляющей силы резания, температурой Т и себестоимостью С, что будет способствовать снижению энергетических затрат, повышению точности обработанной детали, стойкости круга и качества полученной поверхности.

В этом случае сравниваются начальное и прогнозируемое значения КПД, т. е. значения, которые соответствуют существующим технологическим условиям данной операции абразивной обработки и новым технологическим условиям, которые могут быть реализованы в условиях данного производства.

Значение КПД рассчитывают по формулам:

(57)

(58)

где - базовое значение КПД (при шлифовании на проход заготовок из углеродистой стали ( 1800-2000) кругом ПП 600x63*305 24А40СМ15К с подачей эмульсии и правкой круга алмазным карандашом; окружная скорость круга ,-35 м/с; заготовки =20 м/мин);

и - эмпирические коэффициенты (при круглом шлифовании с продольной подачей =0,014 и =16,78; при круглом шлифовании с поперечной подачей =0,78 и =7,43; при плоском шлифовании = 0,79 и = 9,47);

- удельная производительность (производительность V, от­несенная к длине обрабатываемой поверхности), мм³/(ммс);

К=1 при правке алмазным карандашом и 0,25 при правке шарошкой;

(59)

где - в м/с; - в мм; - в МПа;

- номер зернистости абразива;

- продольная подача правящего инструмента, м/мин;

- поперечная подача правящего инструмента, мм/дв. ход;

- поправочный коэффициент, зависящий от типа применяемой СОЖ.

Тип СОЖ	Без подачи СОЖ	Содовый раствор	Эмульсия	Минеральное масло	Укринол	Соевое масло
	0,9	0,9		1,1	1,2	1,3

Максимальное значение КПД, которому соответствует минимум себестоимости С абразивной обработки,

(60)

где = 22 % - максимальный базовый КПД, соответствующий минимальной себестоимости операции шлифования при указанных выше базовых технологических условиях;

- произведение поправочных коэффициентов, учитывающих изменение технологических условий операции шлифования, рас­считываемое по приведенным ниже формулам:

(61)

- диаметр круга, мм.

Значение предела прочности на сжатие с абразивного материа­ла в зависимости от характеристики круга и значения поправочного коэффициента в зависимости от типа применяемой СОЖ приведены ниже.

Характеристика	14А40СМ 15К5	24А40СМ 15К5	37А4ОСМ 15К5	34А40СМ 15К5	38А4ОСМ 15К5	44А40СМ 15К5
, МПа
Тип СОЖ	Без подачи СОЖ	Содовый раствор	Эмульсия	Минеральное масло	Укринол	Соевое масло
	0,7	0,8		1,05	1,1	1,15

В качестве примера рассмотрим операцию чернового шлифования шейки вала-шестерни из стали 40Х ( =6000 МПа), осущест­вляемую методом врезания абразивным кругом ПП 600*50x305 24А40СМ15К5 на круглошлифовальном станке мод. ЗМ151А (мощность электродвигателя 7 кВт). При шлифовании подается 5 %-ный содовый раствор (расход 22 л/мин). Диаметр шейки до шлифования =25,3 мм, после шлифования =25,03 мм; длина шейки =40 мм; требуемая шероховатость обработанной поверхности = 2 мкм.

Заводской режим шлифования: =35 м/с, =20 м/мин; = 0,004 мм/об. Правка круга осуществляется алмазным карандашом при =0,2 м/мин, = 0,02 мм/дв.ход, числе режущих и выхаживающих ходов соответственно = 10, =2. Производительность операции рассчитываем по формуле

, (62)

где - припуск на сторону, мм; и - в мм;

- в м/мин; - в мм/об.

Удельная производительность . По формуле (2.58) определяем = 8,2 %, а по формуле (2.57) с уче­том результата расчета по выражению (2.59) находим = 2,4%. Полученное значение КПД указывает на низкую эффективность и производительность операции шлифования шейки вала-шестерни при существующих технологических условиях обработки. На осно­ве приведенной методики предлагаем новые технологические ус­ловия, которые могут быть реализованы в условиях данного произ­водства: назначить = 50 м/с и - 25 м/мин; в качестве СОЖ использовать Укринол-12; алмазную правку осуществлять при = 0,4 м/мин, = 0,04 мм/дв. ход, = 8, = 2. С учетом результата расчета при новых (прогнозируемых) технологических условиях, указанных выше, находим = 7,5%. Затем, рассчитав предварительно мощность =4800 Вт при - 40 мм, параметр = 3,5 Дж/мм³ при = 10 Дж/мм³ и =6000 МПа (для стали), определяем максимальную производительность операции шлифования V - 102,8 мм³/с и на основании подученного значения V на­ходим новую подачу = 0,006 мм/об. Предварительно определив по формулам (2.89) значение =0,5 получаем максимальное значение КПД, которое при данном сочетании характеристики аб­разивного круга и обрабатываемого материала, а также типа ис­пользуемой СОЖ обеспечивает минимальную себестоимость опе­рации шлифования: = 11 %. Сравнение полученных значений и показывает, что эффективность обработки детали ниже той, которую можно достичь при прогнозируемых технологических условиях, так как дальнейшее повышение КПД возможно лишь путем интенсификации режима шлифования, что приведет к росту мощно­сти шлифования и снижению качества обрабатываемой поверхности.

Использование разработанной методики прогнозирования эффективных технологических условий операции шлифования позволило благодаря увеличению значения с 2,4 до 7,5 % повысить производительность обработки шейки вала-шестерни с 40,2 до 102,8 мм³/с и в 2,5 раза снизить основное время [10].

Задание

1. Оценить эффективность операции чернового шлифования шейки вала-шестерни из (сталь 40Х cт.5, СЧ15, ШЧ15, КЧ35, Сталь 45, Сталь 12ХГТ, СЧ25) осущест­вляемую методом врезания абразивным кругом ПП 600*50x305 на круглошлифовальном станке мод. ЗМ151А (мощность электродвигателя 7 кВт). При шлифовании подается 5 %-ный содовый раствор (расход 22 л/мин). Диаметр шейки до шлифования =20,3+0,2i мм, после шлифования =20,05+0,5i мм; длина шейки =10i мм; требуемая шероховатость обработанной поверхности = 2 мкм.

Заводской режим шлифования: =25 м/с, =10 м/мин; = 0,004 мм/об. Правка круга осуществляется алмазным карандашом при =0,2 м/мин, = 0,02 мм/дв.ход, числе режущих и выхаживающих ходов соответственно = 10, =2.

 

Список рекомендуемой литературы

 

1. Полянчиков Ю.В., Схиртладзе А.Г., Воронцова А.Н. Оптимизация технологических процессов и методов обработки 2. Ч. 2.. - Волгоград: ВолгГТУ, 2004. - 80 с.

2. Аверченков В.И., Горленко О.А. Технология машиностроения. Сборник задач и упражнений. Учебное пособие 2-е изд., перераб. и доп. под ред. Аверченкова В.И. - Москва: Инфра-М, 2006. - 288 с..

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х.т. Т. 1/ под ред. Дальского А.М., Суслова А.Г., Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. - Москва: Машиностроение, 2003. - 912 с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2/ Под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова. Р.К.– 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Маши- ностроение, 1985. – 496 с.

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. – 8-е изд. / под ред. Жестковой И.Н. – М.: Машиностроение, 2001. - 912 с.

6. Дальский А.М. Машиностроение. Энциклопедия T. III -3 Технология изготовления деталей машин. / под ред. Фролова К.В. – М.: Машиностроение, 2000. - 840 с.

7. Схиртладзе А.Г., Соломенцев Ю.М., Коротков И.А., Брызгов С.Г. Технологические процессы машиностроительного производства. В 3-х томах. Т. 2. – М.: Учебная литература, 2001. - 350 с., ил.

8. Торопов Ю.А. Припуски, допуски и посадки гладких цилиндрических соединений. Припуски и допуски отливок и поковок. – СПб.: Профессия, 2003. - 598 с

9. Боровский Г.В., Григорьев С.Н., Маслов А.Р. Справочник инструментальщика. / под ред. Маслова А.Р. – М.: Машиностроение, 2005. - 464 с., ил.

 

 

Учебное издание

 

Сергей Алексеевич Соломоненко

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: