Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ обеспечения высокоэффективной обработки сплавов на основе титана
1.1 .Анализ свойств сплавов на основе титана
1.2.0брабатываемость сплавов на основе титана
1.3. Методы повышения эффективности обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов с внесением дополнительных потоков энергий
ГЛАВА 2. Теплофизическая модель при высокоскоростной обработке с дополнительным охлаждением
2.1.Механические свойства титановых сплавов при низких температурах
2.2. Теплофизический анализ исследования методов обработки с дополнительными потоками энергии
2.3.Теоретические исследования мощности и тепловой напряженности процесса точения в зависимости от температуры заготовки и скорости резания
2.4.Схематизация процесса резания
2.5.Балансовая задача при ВСО титановых сплавов 2.6.Выводы
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование тепловых процессов в зоне резания и шероховатости обработанной поверхности в условиях высокоскоростной обработки с дополнительным охлаждением
3.1 .Исходные данные 26
3.2.Модель полнофакторного эксперимента температур в зоне резания
3.3. Исследование шероховатости деталей после высокоскоростной обработки с дополнительным охлаждением 105
3.4. Модель полнофакторного эксперимента шероховатости 108
3.5.Выводы 126
ГЛАВА 4. Практическое использование полученных результатов обработки труднообрабатываемых материалов высокоскоростным точением с дополнительным охлаждением
4.1 .Оптимизация режимов резания высокоскоростного точения труднообрабатываемых материалов с дополнительным охлаждением 128
4.2. Экономическое обоснование применения высокоскоростного резания с дополнительным охлаждением 132
4.3 .Выводы 137
Заключение 138
Список литературы
- Методы повышения эффективности обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов с внесением дополнительных потоков энергий
- Теплофизический анализ исследования методов обработки с дополнительными потоками энергии
- Исследование шероховатости деталей после высокоскоростной обработки с дополнительным охлаждением
- Экономическое обоснование применения высокоскоростного резания с дополнительным охлаждением
Введение к работе
Актуальность темы. Непрерывное повышение требований к качеству современных машин и агрегатов, их долговечности и надежности вызывает необходимость широкого применения новых конструкционных материалов, обладающих высокой механической прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью. В связи с этим на передний план выходят сплавы, обладающие рядом особых химических и физико-механических свойств, однако такие материалы характеризуются низкими показателями обрабатываемости резанием, и специфическими особенностями механической обработки.
В настоящий момент машиностроение сделало огромный скачок в сфере обработки труднообрабатываемых материалов с использованием прогрессивного режущего инструмента, из новых инструментальных материалов улучшенной геометрии и повышенной стойкости, применением различных способов комбинированной обработки с внесением дополнительных потоков энергии и новых кинематических схем. Однако нельзя сказать, что проблемы изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов полностью решены. Динамичное развитие экономики и конкурентная борьба в условиях рынка требуют постоянного совершенствования технологий производства с учётом высоких характеристик, предъявляемых к качеству продукции и скорости изготовления при обязательном снижении энергозатрат, отходов производства и уменьшения экологических рисков как в замкнутых производственных системах, так и для экологии в целом.
Наибольшей эффективностью при резании труднообрабатываемых материалов обладают комбинированные методы, рассмотренные в работах Д.Г.Евсеева, В.Б. Есова, Е.У.Зарубицкого, Ю.Г.Кабалдина, Т.Г.Насад, Л.В.Окорокова, А.С. Верещака, В.Н.Подураева, Л.А.Резникова, А.Н.Резникова, Н.Н. Рыкалина, С.С.Силина, В.К. Старкова, Н.В.Талантова, М.В.Шатерина и др. Их применение позволяет существенно повысить производительность обработки, улучшить качество поверхности, сократить технологический цикл обработки, обеспечить приемлемую стойкость режущего инструмента и т.п., однако подобные методы обладают рядом существенных недостатков: высокая стоимость дополнительного оборудования, высокая энергоемкость, сложность в обслуживании, в ряде случаев возникновение дефектного слоя и, как следствие, необходимость применения дополнительных финишных операций и т.д.
Одним из наиболее перспективных методов обработки, отвечающим современным требованиям производительности и качества деталей из труднообрабатываемых материалов, является предложенный метод комбинированной обработки, сочетающий высокие скорости резания в условиях предварительного низкотемпературного охлаждения заготовки для изменения физико-механических свойств обрабатываемого материала, облегчающего процесс стружкообразования.
Цель работы: повышение производительности обработки деталей из труднообрабатываемых материалов путём высокоскоростного точения с предварительным охлаждением, обеспечивающего высокое качество поверхности за счет совершенствования схемы обработки.
Для достижения этой цели в работе сформулированы и решены следующие основные задачи:
-
Разработка и исследование метода комбинированной обработки, сочетающего высокие скорости резания в условиях дополнительного низкотемпературного охлаждения заготовки.
-
Создание теплофизической модели процесса высокоскоростной обработки (ВСО) с дополнительным охлаждением обрабатываемой поверхности, учитывающей распределение тепловых потоков, влияние параметров режимов резания и степень охлаждения заготовки.
-
Определение закономерностей температур в зоне резания на основе анализа процесса стружкообразования, влияющего на производительность и качество обработки.
-
Исследование качества поверхностного слоя деталей из труднообрабатываемых материалов после высокоскоростной обработки с низкотемпературным охлаждением.
-
Расчёт рациональных режимов резания высокоскоростного точения с предварительным охлаждением.
Методы и средства исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием соответствующих разделов теории резания материалов, процессов механической и физико-технической обработки, математической статистики и теории вероятности, методов математического моделирования.
Производственно-экспериментальные исследования проводились на ОАО «Энгельсский завод металлоконструкций», ЭПО «Сигнал» и в лабораторных условиях кафедры «Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки» ЭТИ СГТУ.
Экспериментальные исследования проводились по разработанным методикам с использованием специального стенда, изготовленного на базе токарно-винторезного станка модели 16К20.
Научная новизна:
-
Разработан и исследован метод комбинированной обработки, сочетающий высокие скорости резания в условиях дополнительного низкотемпературного охлаждения с выявлением уровня низких температур заготовки, режимов резания, геометрии режущего инструмента, физико-механических свойств обрабатываемого материала для повышения производительности обработки труднообрабатываемых сплавов.
-
Разработана и обоснована теплофизическая модель процесса высокоскоростного точения, с предварительным низкотемпературным охлаждением учитывающая распределение тепловых потоков, влияние параметров режимов резания и степени охлаждения заготовки.
-
Получены экспериментально-аналитические модели, отражающие зависимости производительности и качества обработки от температур в зоне резания на основе анализа процесса стружкообразования, шероховатости обработанной поверхности от скорости резания и степени охлаждения заготовки.
Практическая ценность и реализация результатов работы состоит в создании метода обработки на основе изменения физических свойств обрабатываемого материала при низких температурах (в виде применения комбинированного метода резания), а также в разработке рекомендаций по конструированию и модернизации технологического оборудования для реализации данного метода.
Определены рациональные режимы резания применительно к ВСО с предварительным охлаждением, обеспечивающие заданные параметры качества поверхности в сочетании с высокой производительностью.
Результаты работы переданы на машиностроительные предприятия ЭПО «Сигнал», ОАО «Завод Металлоконструкций», ОАО «Бош Пауэр Тулз» и др. для внедрения в производство. Производительность данного метода: увеличение скорости резания в 1,5 3 раза, с 5 – 40 (м/мин) до 80 – 120 (м/мин); снижение уровня шероховатости в 1,5 2 раза (табл. 1). Предполагаемый годовой экономический эффект 1,2 млн. руб.
Таблица 1
Отдельные научные положения работы приняты к внедрению в учебный процесс подготовки инженеров и бакалавров по специальности «Технология машиностроения» кафедры ТЭМ Энгельсского технологического института (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственний технический университет».
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 8 печатных работах, три из которых – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, пять – без соавторов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 92 наименований. Объём диссертации 158 страниц, в том числе 61 рисунок, 80 таблиц и 3 приложения.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 3 конференциях различного уровня: «Молодые учёные – науке и производству» (Саратов, 2008-2011), «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009), «Синтез инноваций: направления и перспективы» (Саратов, 2009), «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009), а также на заседаниях кафедры «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении (КИМО)» СГТУ, «Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки» (ТЭМ) ЭТИ СГТУ в 2009-2011 гг.
Положения, выносимые на защиту:
метод комбинированной обработки, сочетающий высокие скорости резания в условиях предварительного низкотемпературного охлаждения заготовки, для повышения производительности обработки труднообрабатываемых сплавов.
теплофизическая модель процесса высокоскоростной обработки (ВСО) с предварительным охлаждением обрабатываемой поверхности, учитывающая распределение тепловых потоков, влияние параметров режимов резания и степень охлаждения заготовки.
экспериментально-аналитическая модель шероховатости обработанной поверхности, устанавливающая зависимость величины микронеровностей от скорости резания и температуры заготовки.
Экспертиза работы и внедрение на предприятии.
Методы повышения эффективности обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов с внесением дополнительных потоков энергий
В последнее время требования к качеству современных машин и агрегатов, их долговечности и надежности вызывают необходимость широкого применения новых конструкционных материалов, обладающих высокой механической прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью.
Одним из наиболее распространённых материалов отвечающий предъявляемым требованиям, является титан и сплавы на его основе. Титановые сплавы сочетают в себе разнообразные свойства, что позволяет из взаимосвариваемых титановых сплавов одной-двух марок изготавливать такие агрегаты и механизмы, где по условиям эксплуатации требуется применение ряда различных материалов. Сокращение номенклатуры используемых материалов и использование титана в изделии даёт отсутствие контактной коррозии, в технологической системе упрощает логистику, как внутризаводских так и межзаводских перемещений, что ведёт к снижению общих затрат на производство, а так же увеличивает гибкость технологической системы.
Основным свойством титановых сплавов является высокая удельная прочность и теплостойкость при температурах до 500С, коррозионная стойкость на воздухе и в морской воде, пассивность по отношению к органическим и многим неорганическим кислотам (серной, азотной соляной и др.) и щелочам. Благодаря этим свойствам применение титановых сплавов расширяется во всех отраслях промышленности.
В авиационной и ракетно-космической промышленности титановые сплавы применяют для изготовления деталей и узлов двигателей, конструкций планера, опорных стоек шасси и др. Использование сплавов на основе титана позволяет снизить общую массу летательного аппарата на 30 - 40 %.
Широкое применение сплавы на основе титана нашли в судостроении. Изготовление обшивки и конструктивных элементов с высокими коррозионными свойствами по отношению к морской воде, снижение общей массы, что в свою очередь уменьшает осадку корабля и даёт дополнительные возможности для проектирования корпуса.
Титан обладает высокой биологической совместимостью с тканями человека. В медицине используется в качестве хирургических имплантов (протезов суставов (ВТ6, ВТ 14), стоматологических коронок и мостов, пластин и т.д.), а также хирургического инструмента.
Обладая ценными конструктивными свойствами, сплавы на основе титана характеризуются низкими показателями обрабатываемости резанием. Массовое использование деталей и узлов из титановых сплавов ограничено высокой себестоимостью.
Совершенствование современных машин и агрегатов связано с ростом технологических и эксплуатационных показателей работы, а именно увеличение рабочих температур работа с агрессивными химическими технологическими средами, повышение динамических нагрузок и сил трения на контактных подвижных поверхностях (газотурбинные двигатели, агрегаты энергосистем, оборудование химических производств, летательные аппараты и др.). Вместе с тем предъявляются высокие технические требования связанные с рядом ограничений по массе, габаритам, ремонтопригодности и долговечности к проектируемому изделию. Данные условия приводят к необходимости широкого применения новых конструкционных материалов, обладающих высокой механической прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью. Для обеспечения заданных характеристик наиболее подходит титан и сплавы на его основе.
В связи с отсутствием единой теории жаропрочности, для материалов с особыми прочностными, температурными и коррозионными свойствами, в том числе и сплавы на основе титана, существуют различные классификации.
Общей, для всех сплавов с особыми свойствами, будет классификация по химическому составу, поскольку от него в основном зависит обрабатываемость сталей и сплавов. В данной классификации, все стали и сплавы распределены на восемь групп, в каждой из которых объединены стали и сплавы примерно одинакового химического состава, с одинаковыми механическими свойствами и близкой обрабатываемостью резанием.
В таблице 1.1.1.-1.1.8. приведён в процентном соотношении химический состав наиболее распространённых труднообрабатываемых материалов.[1]
Стали отнесённые к группе I (таблица 1.1.1.[1]), являются теплостойкими материалами. Применяются для изготовления впускных и выпускных клапанов двигателей, лопаток и дисков турбин, а также деталей котельных установок, работающих при температурах до 500 - 600С.
Теплофизический анализ исследования методов обработки с дополнительными потоками энергии
Для построения математической модели необходимо схематизировать реальный процесс и чётко выделить основные параметры, которые оказывают влияние на обработку.
Сильное приближение реального физического процесса к математической модели в большинстве случаев не позволяет выделить существо процесса и кроме того существенно увеличивает трудоёмкость решения задачи. Поэтому является необходимым при схематизации упрощать реальный процесс в такой мере, в которой это позволяет с одной стороны обозначить главные параметры, определяющие физический процесс (высокоскоростное точение), а с другой стороны - получить допустимую для инженерных расчётов точность.
Все три источника тепловыделения являются трёхмерными. Однако, т.к. при высоких скоростях обработки форма источников тепловыделения приближается к двумерной, будем полагать в дальнейшем источники двумерными, распределёнными по тем или иным участкам поверхности резца, детали, стружки.
Общую мощность тепловыделения при ВСО полагают эквивалентной механической работе деформирования и работе сил трения на контактных площадках и находится по формуле (2.8). С учётом предварительного охлаждения, можно записать: w+=w;+w:T+w;T-w;Xi (2.8) где 1Уд, WfT, WT - соответственно мощности тепловыделения источников, возникающих в процессе обработки в области плоскости сдвига, на передней и задней поверхности инструмента; WQX - мощность дополнительного источника (предварительное охлаждение). Знак "-" показывает, что рассматривается процесс резания с дополнительной энергией (охлаждением).
Запишем систему уравнений, характеризующих распределение теплоты между контактирующими телами: W+ =Wc +W+ +W; =Рх(0)Г w: =b w-+wl+T-wl+ (2 9) WH=(l-b )W-+W2+T-W2+ w;=w +w2+ где W, Wx, Wp - соответственно теплота в стружке, изделии и резце; Ь доля, характеризующая часть теплоты деформации, передаваемая стружке; Wx+, W2 - тепловая мощность итоговых потоков теплоты. В соответствии с законами механики мощность теплообразующих источников рассчитываем по формулам [66]: Я Рг-РгУ- Уі (2.10) W„ = FtV; W„=F2V; (2.11) где Fi, F2, - силы трения на контактных поверхностях инструмента, значения которых определяют экспериментальным путём или рассчитываются по методике представленной в работе [34], Н; V - скорость резания, м/с; Vi -скорость перемещения стружки, м/с.
Приведенная структурная схема теплообмена рассматривается без учёта действующих внешних источников теплоты. В структурной схеме теплообмена стружка, образующаяся при резани, представлена в виде бесконечного стержня. Следует оговориться, что за пределами плоскости сдвига ON стержень-стружка не существует, его можно выделить из массы обрабатываемого материала условно. Здесь, в моделируемой (воображаемой) части стержня условия теплоотдачи будут отличаться от процессов в реально существующей части. Однако при практически применяемых режимах резания скорости Vi перемещения стружки таковы, что все источники теплоты, действующие на ее поверхностях и в объёме, можно считать быстродвижущимися. Следовательно, теплота этих источников впереди них не распространяется. Поэтому условия теплообмена в воображаемой части стружки не могут влиять на результаты теплофизических расчётов. Источник плотностью с[д, возникающий на плоскости сдвига ON, принят распределённым равномерно. Он движется внутри стержня-стружки, располагаясь наклонно к оси стержня [70].
Структурная схема теплообмена в зоне резания [70] Угол наклона: М = Ф Г, (2.12) где Ф - угол сдвига; у - передний угол резца. Угол наклона// - имеет значения (ц 8... 15) [20]. Максимальная плотность тепловыделения может быть рассчитана из соотношения [70]: sinO (2.13) Л ab Чд- где а — толщина среза, мм b - ширина среза, мм; Ф - угол наклона плоскости сдвига. Угол наклона плоскости сдвига определим по формуле [54]: 8ІПФ = cos/ (V 2-2binr + l) (2Л4) где к - коэффициент усадки стружки. Толщина среза при точении определяется по формуле [54]: a = S-sirup (2.15) где S — подача, мм/об, ф - главный угол в плане. Ширина стружки определяется по формуле [54]: = _!_ (2.16) По отношению к стружке температурное поле от источника теплоты, действующего на плоскости сдвига, описывается выражением, предложенным в работе [20]: в"щ- (2Л7) где Vi - скорость схода стружки (м/с), со - коэффициент температуропроводности, X - коэффициент теплопроводности тела Вт/(м-К), q -плотность тепловыделения. Выражение действительно для точек, расположенных позади источника, так как считается, что впереди быстродвижущегося источника температурное поле не распространяется [20,36, 54, 66 и др.]. В исследованиях [20, 36, 52] определено, что при обычном резани температура от действия подвижного источника тепла распределена относительно равномерно и составляет 0,215 пл. При ВСО деформации и тепловыделения происходят в узкой полосе металла (10 - 20 мкм), что приводит к росту температуры до 0,65 пл и выше [52].
Исследование шероховатости деталей после высокоскоростной обработки с дополнительным охлаждением
Описание процесса: резец охлаждается ниже температур (-18) - (-20), поскольку о влиянии криогенных температур на микроструктуру резца подробно было изложено в работах [56, 57 и др.], где инструмент после обработки в криокамерах, доводился до температуры окружающей среды и резание происходило в нормальных условиях, то нас интересует, прежде всего, влияние охлаждённого инструмента на процесс резания. Далее производится точение без применения СОТС.
В ходе эксперимента производится снятие вольт амперной характеристики (ВАХ) с использованием естественной термопары, по средством тарировочных таблиц и графиков определяются средние температуры в зоне резания.
Затем сопоставляются полученные результаты с данными полученными при аналогичном процессе без предварительного охлаждения инструмента. По результатам данного эксперимента определяется интенсивность тепловых потоков и их распределение в системе резец — заготовка - стружка. Полученные данные позволят поэтапно отследить протекающие тепловые и структурные процессы в инструменте в системе 3. Существенным замечанием в проведении данного эксперимента является его скоротечность, так как в процессе резания произойдёт быстрый нагрев режущей кромки. Однако данное исследование необходимо для построения следующей модели система 3. Система 3. Исследование температурных полей ВСО с непосредственным охлаждением зоны резания с использованием жидкого азота в качестве СОТС. Для изучения данного процесса и построения адекватной теплофизической модели ВСО с интенсивным охлаждением зоны резания с использованием жидкого азота, необходимы данные экспериментальных исследований предыдущих моделей. Закономерности распределения температур в системах 1 и 2 позволят выявить действительные потоки тепла в системе резец - заготовка - стружка, поскольку интенсивное охлаждение жидким азотом будет влиять на однородность микроструктуры, как заготовки, так и инструмента. Воздействие интенсивного охлаждения в свою очередь, возможно существенно будет влиять на термоЭДС, коэффициент трения и другие параметры, поэтому в данном исследовании необходима дополнительная тарировка элементов или введение поправочных коэффициентов.
Целью данного исследования является определение закономерностей распределения тепловых потоков и построение теплофизической модели ВСО с интенсивным охлаждением зоны резания с использованием жидкого азота:
В связи с недостаточной изученностью комбинированного метода обработки (высокоскоростное резание с дополнительным охлаждением) возникает необходимость исследовать данный процесс (точение). Для этого необходимо провести экспериментальные исследования теплового процесса, для обоснования к производственному применению данного метода. Исследование включает в себя: 1. Выбор исследуемых образцов, оборудования и инструмента; 2. Подбор необходимой измерительной оснастки; 3. Нахождение оптимальной схемы измерения; 4. Составление плана проведения эксперимента; 5. Проведение экспериментов и получение данных; 6. Нахождение экспериментальных зависимостей температур в зоне резания при ВСО с дополнительным охлаждением; 3.1.1. Оборудование и аппаратура, используемые при исследовании Все эксперименты проводились одним резцом (проходной) со сменными твердосплавными пластинами Т15К6. На токарно-винторезном станке 16К20. На рис. 3.3. представлена установка, собранная для снятия температур способом естественной термопары. Образцы представляли собой прутки круглого сечения, материал заготовок Сталь 45, 30ХГСА2А, титан ВТ2-1, исходная структура и механические свойства образцов соответствовали структуре и механическим свойствам сортового проката.
Исследуемыми объектами являются тепловые процессы в зоне резания. Для измерения температуры в данном исследовании использовались естественная термопара рис. 3.5, и подключалась к цифровому осциллографу модель С8-2 рис. 3.4. При проведении экспериментов по исследованию тепловых процессов в зоне резания исследовался только тепловой процесс в зоне резания. Т.к. в большей степени от теплоты зависят основные параметры резания и качественные показатели обработанной поверхности заготовки.
Экспериментальные исследования температуры включали в себя проведение несколько серий экспериментов и по формуле ПФЭ2. План матрицы включал в себя параметры V - скорость резания и Т -температура заготовки. В исследованиях проведенных Насад Т. Г., Кирюшин Д. Е. [20, 29, 31, 64] установили закономерность, что с увеличением скорости резания с 10 м/мин до 130 м/мин тепловой поток сокращается в 1,5-Н,75 раза [64]. Параметры резания были приняты:
Экономическое обоснование применения высокоскоростного резания с дополнительным охлаждением
Под оптимальными режимами подразумеваются такие режимы, при которых достигается максимальная производительность в заданных конкретных производственных условиях при выполнении всех требований к нему.
Критерием оптимального режима является основное технологическое время, которое должно быть минимальным в области допустимых режимов обработки.
Для дальнейшей оптимизации следует определить оптимальные параметры кинематики процесса - скорость резания V и скорость движения подачи S. Данные параметры ограничиваются требованиями к качеству поверхности детали, стойкостью режущего инструмента и технологическими характеристиками оборудования.
Ограничение 1 устанавливает взаимосвязь расчетной величины подачи с подачей допускаемой величиной станка: S 5min (4.1) Ограничение 2 устанавливает взаимосвязь расчетной величиной подачи с максимально допустимой подачей станка: S Яшах (4-2) Ограничение 3 устанавливает взаимосвязь расчетной скорости резания с минимально допустимой скоростью станка: mm v Ограничение 4 устанавливает взаимосвязь расчетной скорости резания с максимально допустимой скоростью станка: П "max (4-4) Ограничение 5 устанавливает взаимосвязь между скоростью резания, обусловленной принятой стойкостью инструмента и скоростью определяемой кинематикой станка: nSy %- (4.5) ndTmf Ограничение 6 по предельно допустимой мощности резания, обусловленной мощностью электродвигателя главного движения станка: 1020-60-1000 Ограничение 7 устанавливает взаимосвязь расчетной скорости резания и подачи с допустимым, по прочности режущего инструмента: КККГ-Д.Я .д, ( Cpxp-Kp-nzpd pl К у f Р вр зп Ограничение 8, учитывающее требование к допускаемой шероховатости обработанной поверхности: S 0,07\/Rz г (4.8) Ограничение 9, учитывающее предельно допустимую температуру резания: lOOOzp+1-0 CPx-7idzp Представим неравенства технологических ограничений и уравнение целевой функции в одну систему (4.12). 129 Целевая функция может быть представлена в виде: / = («)-» max (4.Ю) Прологарифмировав выражение (4.1) получим: 1п(/) = 1п(и) + ln(,S) - max (4.11) Полученная математическая модель W представляет собой универсальную модель процесса резания на станках токарной группы. Входящая в математическую модель система неравенств характеризует основные ограничения, в рамках которых протекает процесс резания.
Прологарифмировав систему (4.12) и обозначив + ln(n) = xx,ln(S) = х2 логарифмы правых частей неравенств за переменные СІ, С2, ...Сп, получим следующую систему (4.13) Система линейных неравенств и линейной функции (4.13) представляет собой описание процесса резания на токарных станках. s smin n nt nSy п п max юоосу ndTmf W пгР+г8уР n020-6(MOO(F+1-Ar-77 CptxpKp7tzp+ldzp+l С4-12) 6CPfpKPKzpdzplep-K3ft S 0.07\[R r nS — max lOOOz/?+10 nzp+xSyp SEL CPtx7idzp 130 xx cx x2 c2 хх съ x, c4 w (4.13) Xl+yX2 C5 (zp+\)Xx+(yp)X2 C6 (zp)Xl+(yp)X2 C7 X2 C8 zpXl+ypX2 C9 Xx +X2 —»max Математическое определение оптимального режима обработки производилось на ПЭВМ в программе, созданной в MathCAD 14. fj tseoo оанных \ об і := 0.5(Mu)d:= 50(мм) ЛГ := ІЦкВт) Є := 1100 Smax := 2.8 amxn := 0.01 — Т := 80(ЗМІН) П := 0.8 птп := 10\ птах := 2000 \об) \МІН) І об \ І І Ср := 300 т := 020 х := 215 у := 0.3 СУ := 420 хр := / ур := Q7J кг аи := (5С гр := -CUJ Кр:=2 lep := 10(мм) Кзп := 2 Rz := 20(мкм) г := 1.0 умм) уМЛІ J Б :- !2(лш)Н := 20 (мм) Выражения для ограничений СІ := ln(Stnax) С2 = IniSnari) С3 := /я(ядив;с) С4 := 1к{пгтп) С5 := /яІ С ? := In /" \ 1020-60 І00&р+І -Х-ц Cp.P-Kr- 1. 1 СІ := In f iOQO-Cv \к d- 7 J csU3 ioodp в н K6Cp Kp zp P кр-Кзп; C8=lK\C0?-JRz-r) ( C9= !n MOF 1 {cp.F.Kp. l JP f(xl,x2) :=xl+x2 x2 := Ox! := 131 Вычислительный блок х2 С1 х2 С2 xl СЗ xl C4 xl+yx2 С5 & + 2)х14-урх2 Сб zp-xl Л-у? х2 , С7 х2 СЗ zpxl +ур -х2 С9 решены? := Maximize(/ ,xi ,х2) решдние = 7.467 -1.161 xl := решение о х2 := решкие j х! z2 п .= е s := е Оптимальное решение об \ s = 0.31 » = 614.774 \MliHj 1.2. Экономическое обоснование применения высокоскоростного резания с дополнительным охлаждением Сравнительные данные экономической эффективности вычислялись с помощью соизмерения текущих (эксплуатационных) и единовременных затрат. Показателем экономической эффективности будет являться минимум одна деталь. Расчёт производим на основе системы коэффициентов затрат по методике изложенной в работах [94, 95] для укрупнённого расчёта часовых приведенных затрат работы оборудования и себестоимости изготовления одной детали. Затраты на одну деталь рассчитываются по формуле [95]: Т С (4.14) г шт.к пз 60 где Сго - часовые приведенные затраты работы технологического оборудования, руб/ч; Тщт.к - штучно-калькуляционное время на операцию, мин. 132 Часовые приведенные затраты работы технологического оборудования определяем по формуле [95]: Спз=С3 + Счз+Е(Кст+Кзд) (4.15) где Спз - часовые приведенные затраты работы технологического оборудования, руб/ч; Счз - часовые затраты на эксплуатацию рабочего места, руб/ч; Е - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, (для машиностроения Е=0,15); Кст- удельные капитальные вложения в станок, руб/ч; Кзд - удельные капитальные вложения в здание, руб/ч. Сга - основная и дополнительная заработная плата определяется по формуле [95]: F-C -К С= тф (4.16) м где СТф — тарифная ставка станочника, находящегося на сдельном окладе; є — коэффициент (є = 1,53); К — коэффициент учитывающий заработанную плату наладчика (принимаем К = 1 - серийное производство); М - число станков, обслуживаемых одним рабочим (М - 1). Часовые эксплуатационные затраты рабочего места считаем по формуле [95]: CV=C6-KM (4.17) где Сб — часовые эксплуатационные затраты базового рабочего места; Км - коэффициент, учитывающий степень сложности данного оборудования по сравнению с базовым, рассчитывается по формуле [95]: Км =( +0,64.М,+0,78.РЛ+0,4.Рэ + Я)- (4Л8) где Ц - стоимость оборудования; Му - установленная мощность электрических агрегатов; Рм - ремонтная сложность механической части 133 установки (оборудования); Рэ - ремонтная сложность электрической части установки; И - затраты на возмещение износа режущего инструмента. Капитальные вложения на станок определяются по формуле [95]: K=f"- (4.19) где Цт - текущая стоимость станка по балансу, руб; F4 - действительный фонд рабочего времени одного станка в год, ч; г\ - коэффициент загрузки в серийном производстве (п = 0,8).
