Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 13
1.1.Анализ современного состояния смазочно-охлаждающих технологических сред в условиях металлообрабатывающего производства 13
1.1.1.Анализ расходасмазочно-охлаждающихтехнологических сред 13
1.1.2.3агрязиеиие смазочно-охлаждающих технологических сред 17
1.1.3. Влияние чистоты смазочно-охлаждающих технолог ических сред на эффективность обработки деталей резанием 20
1.2. Срашштельньш анализ существующих технологий и методов очистки смазочно-охлаждающих технологических сред 30
1.2.1. Анализ методов и технолоіического оборудования для очистки СОТС от механических примесей 30
1.3 Выводы по главе 1, гипотеза, цель и задачи исследования 39
Глава 2. Теоретическое исследование тонкослойного центрифугирования смазочно- охлаждающих технологических сред 42
2.1.Теоретическое обоснование параметров тонкослойного центрифугирования 42
2.2. Математическое планирование экспериментальной проверки расчетных параметров тонкослойною центрифутирования 52
2.3. Выводы по главе 67
Глава 3. Экспериментальное исследование тонкослойного центрифуі нрования смазочно-охлаждающих технологических сред 68
3.1. Центрифуга с автоматической разгрузкой осадка 68
3.2. Методика проведения экспериментальною исследования 70
3.2.1. Методика определения загрязненности СОТС 73
3.3. Результаты экспериментального исследования 79
3.3.1. Повышение качества очистки СОТС трибоэлсктризацией 87
3.4. Выводы по главе 3 94
Глава 4. Производственная проверка эффективности тонкослойного центрифугирования СОТС 96
4.1. Установка для очистки и заправки СОТС - масел И-20А 96
4.2. Методика испытаний 98
4.3.Результаты производственных испытаний 100
4.4. Технолог ический процесс центрифугирования при заправке станков и подводе СОТС в зону резания 105
4.5. Технико-экономическое обоснование принятых решений по активации смазочно-охлаждающих технологических сред тонкослойным центрифугированием 111
4.6. Выводы по главе 4 115
Заключение 117
Список литературы 121
Приложения 130
- Влияние чистоты смазочно-охлаждающих технолог ических сред на эффективность обработки деталей резанием
- Анализ методов и технолоіического оборудования для очистки СОТС от механических примесей
- Математическое планирование экспериментальной проверки расчетных параметров тонкослойною центрифутирования
- Технолог ический процесс центрифугирования при заправке станков и подводе СОТС в зону резания
Введение к работе
Применение смазочно-охлаждаюшнх технологических сред - СОТС, как элементов машиностроения, связано с дороіосіояіцмми процессами их хранения, ириготошіепия, подачи в зону резания и утилизации, что приносит множество проблем, как экономических, так и экологических.
Обзор отечественной и зарубежной литературы свидетельствует о том, что в современных условиях рыночиою производства некоторые страны стремятся отказаться от традиционных методов охлаждения. В частности разрабатываются технологии «сухого» охлаждения, т.е. без СОТС, например, с использованием ионизированного воздуха, подаваемою в зону резания и т.н.
Однако анализ исследований показывает, что современные режущие инструменты более эффективно работают при минимальном количестве СОТС, чем при обработке без них, т.е. при «сухом» охлаждении. В связи с этим новые технологии предусматривают применение универсальных высококачественных СОТС.
В последние годы в России и за рубежом разработаны законодательные документы, а также правила и нормы но обслуживанию СОТС. Это обусловлено не только экологическими проблемами, но еще и тем, что количество СОТС, потребляемых в развитых промышленных странах при обработке резанием, остается, по - прежнему, весьма большим и составляет более 5% от общего мирового рынка смазочных материалов; годовая же потребность СОТС, например, во Франции составляет около 70 млн. л., в США — порядка 230 млн. л.
Анализ научно-исследовательских работ, выполненных в ведущих оріанизациях страны (МГТУ «Станкин», МГТУ «МАМИ», УлГТУ, ИвГГУ, ПнГТУ и других), подтверждает тот факт, что отечественные СОТС
представляют практически все классы сред, как по физико-химическим признакам, так и по назначению и области применения.
Миоючисленные исследования Худобина Л.В., Коваленко В.П., Бердичевского ЕЛ"., Клушина М.И., Латышева ВЛІ., 'Іихонова В.М., Гусева В.Г., Верещака А.С., Кабалдина Ю.Г., Богданова В.В., Обніивалкина МЛО., Муслиеіой ГЛ\, Теплова В.В. , Трощий АЛ*., Туромша В.И., Ефимова В.В., Маркова В.В., Кареева Е.А., Бушсва А.Е., Минесва Л.И., Наумова А.Г., Ромашкина В.Г. и других, свидетельствуют о взаимодействии СОТС с отложениями на поверхностях промышленного оборудования, инструмента, с окружающей средой. Следствием этою является снижение качества как самих СОТС, так и технологическою процесса обработки деталей резанием: увеличивается шероховатость; наблюдается преждевременный выход из строя режущего инструмента из-за ускоренною износа. Кроме того, водосодержаїцие СОТС способствуют коррозии деталей, что вызывает повреждение узлов станков.
В этих случаях как никогда приобретает первостепенное значение (с точки зрения экономии дорогостоящих СОТС и повышения эффективности процессов резания) качественная очистка СОТС от механических примесей, в частности от стружки и абразива.
Анализ научно-технической информации свидетельствует о скудности данных, характеризующих изменение показателей эффективности обработки заготовок резанием в зависимости от чистоты СОТС. Поэтому важным является выявление загрязнителей, наиболее влияющих на срок службы СОТС и качество обработки резанием.
Общеизвестно, что твердость некоторых компонентов загрязнения значительно превосходит твердость материалов, применяемых для изготовления обрабатываемых деталей и режущею инструмента. Так, наиболее твердыми, а значит и опасными, загрязнителями являются кварцевые частицы (твердость кварцевых зерен около 1100—1200 кг/мм, а
количество кварца в СО'ГС при различной культуре производства составляет до 20% от общего количества загрязнителей), а также частицы окислов алюминия и железа.
Значительное влияние на процесс резания также оказывает процентное содержание частиц различного размера. Следует помнить, что чем больше в загрязнителе мелких частиц, тем труднее задержать их фильтрами, а значит, они в большем количестве проникают в СОТС и затем в зону резания.
Удаление твердых абразивных частиц и стружки из стыка между деталью и инструмеїпом предотвращает повреждение обрабатываемой детали и образование нароста на режущей кромке инструмента, тем самым, повышая чистоту поверхности и продлевая сроки эксплуатации режущего инструмента.
Для получения этого крайне актуальным является необходимое качественное обслуживание СОТС с сохранением их смазочных и охлаждающих свойств.
Это обстоятельство часто недооценивают, полагая, что тщательная очистка СОТС необходима только на операциях абразивной обработки, являющихся, как правило, заключительными в технологическом процессе механической обработки заготовок и формирующими выходные характеристики качества деталей.
Существующие методы очистки СОТС весьма энергоемки, требуют сложных установок, снабженных мощными электродвигателями, редукторами, нагрузочными устройствами, а также в них затруднена автоматизация процессов, в частности разгрузка осадка загрязнения.
Наиболее приемлемым является центрифугирование СОТС, недостатки которого - низкое качество очистки от малых (20мкм и менее) ферромагнитных и неметаллических частиц из-за недостаточной организации потока очищаемой жидкости внутри ротора - вполне устранимы дополнительными исследованиями.
В связи с вышеизложенным, сформулирована інноісза исследовании: если в рогоре центрифуги дополнительно раскрутить поток ЖИДКОСТИ до тонкого слоя с помощью, например, лопастного диска и провести трибоэлсктризацию твердых частиц загрязнения, то это позволит осадить и удержать на стенке ротора частицы (втом числе неметаллические) меньшего диаметра и, как следствие, повысить качество очистки и ресурс СО'ГС с возможностью их вторичного использования.
В настоящей работе приняты:
объект исследовании - центробежный очиститель смазочно-охлаждающих технологических сред.
предмет исследовании - процесс тонкослойного центрифугирования СОТС в условиях мапшностроительноіо производства деталей резанием;
іраинцм исследовании - изменение показателей СОТС на нефтяной основе (И-20А) в пределах отклонений, допускаемых соответствующими ГОСТами на операциях механической обработки деталей. Допущении и 01 раннчении, принятые в работе:
Описание физической модели очистки СОТС от загрязнений относится к очистке от твердых механических примесей, в то время как незначительное количество воды и газообразных включений в СОТС принимается за их полное отсуїствие.
Форма твердых частиц загрязнения принимается шарообразной.
3. Сила тяжести частицы заірязнения (из-за малости ее размеров) при
моделировании не учитывается.
Цель работы: повышение качества центробежной очистки СОТС за счет организации тонкослойного потока и трибоэлектризации очищаемой жидкости.
Научная задача: теоретически обосновать и экспериментально подтвердить эффективность тонкослойное о центрифуїирования СО'ГС.
Задачи исследовании, полученные в результате анализа научной и специальной литературы, рассматривающей вопросы очистки СОТС:
1. Исследовать фактическое состояние СОТС в условиях
машиностроительного производства.
2. Теоретически обосновать схему тонкослойної о центрифуг ировапия.
Экспериментально подтвердить гипотезу исследования и теоретические предпосылки с использованием метода матсматическої о планирования опытов.
Разработать опытный образец центрифуги и провести ее эксплутационную проверку на ОАО «КМЗ»
В работе использовались методы: математическое моделирование; теория планирования и проведения экспериментов; системный анализ и математическая статистика.
Наушаи новизна исследовании:
Обоснована целесообразность тонкослойной очистки СОТС от івердьіх механических частиц загрязнения.
Уточнена физико-математическая модель и получены уравнения основных параметров тонкослойного центрифугирования, позволяющие проводить расчеты центрифуг.
Получено уравнение регрессии, позволяющее обеспечить рациональный выбор режимов центрифугирования при одновременном варьировании переменными факторами и минимизации общего числа опытов. Оптимальному сочетанию параметров процесса тонкослойного центрифугирования соответствовал коэффициент эффективности, равный 90 %.
4. Научно обоснована и решена задача по удержанию твердых частиц
загрязнения на стенке ротора за счет их предварительной трибоэлектризацин.
Практическая значимость работы:
1. Разработанная методика расчета тонкослойной центрифуги позволила обеспечить эффективность очистки СОТС от вредных твердых механических частиц размером до 20мкм и при расходах до 0,8 I0"3 м3/с.
2. На базе тонкослойной центрифуги разработана установка для заправки СОТС, позволяющая за счет повторного использования очищенной дорогостоящей СОТС сократить её расходы на 37%.
Обоснованность и достоверность результатов обеспечивались достаточным объемом экспериментов, а также выполнением рекомендаций соответствующих стандартов на испытания и анализы, корректной статистической обработкой экспериментальных данных с использованием ЭВМ. Научные положения, выводы и практические рекомендации обоснованы результатами аналитических и экспериментальных исследований полученными в ходе выполнения данной работы.
Реализации рабоїьі:
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также конструктивные решения реализованы в установке для очистки СОТС в производстве ОЛО «ІСМЗ».
Результаты исследования (регрессионная модель) и конструкция центробежного очистителя использованы в ООО «БУТТ» - Іїузулукское управление технологического транспорта и позволяют улучшить состояние смазочно - охлаждающих систем.
З.Уточпенная математическая модель тонкослойного центрифугирования используется при чтении курса «Эксплуатационные материалы» на МТФ КГГА.
Апробации работы. Оснопныс положения диссертационного исследования доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях КГТА и ВАМ (г. Рязані»), в апреле и феврале 2006г. На 49-ой Международной научно-технической конференции «Приоритеты развития
12 отечественною автотракіоросгросішя и подготовки инженерных и научных кадров», прошедшей в МГТУ «МЛМИ» (г. Москва) 23 -24 марта 2005г, а также на расширенном заседании кафедры ТиКМ КГГА 15 сентября 2006г.
Публикации. Но результатам диссертационной работы автором лично и в соавторстве опубликовать 7 статей, в том числе 5 в издательствах, рекомендованных ВЛ1С, получен патент па полезную модель, положительное решение на изобретение. Общий объем материалов публикаций - 3,0 и. л., в том числе авторский вклад составляет 1,7 п. л.
На зашиту выносятся:
Технология и установка для центробежной активации СОТС or твердых частиц механических примесей.
Теоретическое обоснование целесообразности тонкой очистки СОТС.
Уточненная математическая модель процесса тонкослойною центрифугирования и предварительной трибоэлсктризацми СОТС.
Реірессионная модель центрифуїирования СОТС.
5. Результаїм экспериментальной и производственной проверок шпотезы
исследования и теоретических предпосылок.
Структура и объем работы: диссертация содержит 159 страниц машинописного текста, 14 таблиц, 29 рисунков и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 88 наименований и 26 приложений.
Влияние чистоты смазочно-охлаждающих технолог ических сред на эффективность обработки деталей резанием
Анализ научно-технической информации свидетельствует о скудности данных, характеризующих изменение показателей эффективности обработки заготовок резанием в зависимости ог чистоты СОТС.
Известно, что очистка СОТС от механических примесей приводит к существенному повышению эффективности операций обработки заготовок резанием как абразиипыми, так и лезвийными инструментами [6, 50, 57, 68, 69].
Это обстоятельство часто недооценивают, полагая, что тщательная очистка СОТС необходима только на операциях абразивной обработки, являющихся, как правило, заключительными в технологическом процессе механической обработки заготовок и формирующими выходные характеристики качества деталей.
Поверхности, обработанные на шлифовальных станках, имеют, как правило, двойную шероховатость: на фоне небольших и равномерно расположенных микро неровностей наблюдаются глубокие хаотически расположенные риски (так называемые «царапины»). Эти риски являются следствием попадания в зону контакта шлифовального круга с деталью частиц металла (стружки) и продуктов износа шлифовального круга — осколков абразивных зерен и связующих веществ, транспортируемых в зону резания потоком СОТС (рисунок 1.2).
Глубина отдельных рисок Kt [68] с увеличением содержаїїия абразивных частиц в потоке СОТС возрастает (рисунок 1.1), что можно объяснить большей, вероятностью попадания в зону шлифования инородных тел (абразив, металл, соединении абразива и стружки). В то же время наличие примесей в СОТС не оказывает заметного влияния на величину преобладающих микро неровностей Rt. Глубина рисок Kt зависит прежде всею от размера абразивных частиц, твердость которых намного больше твердости металла.
По данным Ф. 10. Сакулевича, И.П. Караима и Кареева Е.А. [20], уменьшение содержания механических примесей в эмульсии с 0,06—0,1% до 0,01—0,02% по весу приводит к уменьшению среднеарифметического отклонения профиля шлифованной поверхности на 30% (круглое наружное шлифование с продольной подачей образцов из закаленной стали 45). Уменьшение содержания примесей в СОТС способствует повышению стойкости шлифовальных кругов на 20—30%, так как примеси, особенно частицы металла, интенсифицируют засаливание кругов.
В последнее время все большее внимание уделяется изысканию эффективных способов и средств очистки СО ГС от примесей. При этом учитывается, что очистка СО ГС обеспечивает не только улучшение качесіва шлифованных поверхностей и повышение стойкости шлифовальных кругов, но и способствует продлению срока использования СО ГС до ее замены, сокращению трудоемкости очистки баков-отстойников и трубопроводов от шлама (сокращая тем самым простои станков), повышению культуры производства.
Известны экспериментальные исследования влияния чистоты СОТС на показатели эффективности операций обработки отверстий мерным инструментом в чугунных и стальных заютовках, а также наружных поверхностей стальных заготовок (обработка заготовок сверлами, зенкерами, развертками и резцами составляет более 70 % всех операций обработки заготовок резанием в серийном и массовом машиностроительном производстве) [10, 65, 66, 67].
Для исследований па Ульяновском автомобильном заводе была подготовлена партия сверл, зенкеров и разверток- из быстрорежущей стали Р6М5 (ГОСТ 19265-73). В первой серии опытов СО ГС очищали от механических примесей в фильтре, а в последующей - загрязняли механическими примесями необходимой концентрации.
По данным Худобина Л.В. функции изменения износа режущею инструмента, мощности резания, макро - и микрогеометрии обработанного лезвийным инструментом отверстия не имеют экстрсмалышх точек и носят монотонно возрастающий или убывающий характер. Следовательно, проведение экспериментов многофакторным планом, при котором решается задача нахождения экстремума функции, было нецелесообразным.
Было установлено, что при обработке заготовок мерными лезвийными инструментами с возрастанием концентрации примесей в СОТС интенсифицируется износ инструмента по задней ірани, в результате чего сокращается период его стойкости. При полном отсутствии в СОТС механических примесей период стойкости сверла увеличивался в 1,47 раза, тогда как увеличение концентрации примесей от 0 до 4 г/л приводит к снижению периода стойкости сверла при обработке заготовок из чуіуна.
При сверлении отверстий в стальных образцах абсолютные значения износа инструмента примерно в 2 раза меньше, чем при сверлении отверстий в образцах из чугуна. Период стойкости сверл при сверлении отверстий в стальных заготовках с увеличением концентрации в СОТС механических примесей от 0 до 4 г/л уменьшался па 23 %.
Подобный характер размерного износа наблюдался, и при зенкерований отверстий в заготовках из чугуна и стали. При очистке СОТС от механических примесей (с 4 до 0,1 і/л) период стойкости зенкера увеличился в 1,47 и 1,28 раза при обработке отверстий, соответственно, в чугунных и стальных образцах.
При развертывании отверстий в заготовках из чугуна СЧ20 и стали 45 увеличение концентрации примесей (в тех же пределах) привело к возрастанию износа, соответственно, с 0,22 до 0,34 мм (на 55 %) и с 0,17 до 0,24 мм (41 %). Причиной интенсификации износа инструментов является увеличение числа абразивных частиц механических примесей в СОТС, и, следовательно, возрастание вероятности попадания этих частиц в зону контакта режущего инструмента и обрабатываемой заготовки. Этот факт подтверждается и при токарной обработке (рисунок 1.3): с увеличением концентрации (С) примесей и СОТС от 0 до 1,8 г/л износ проходною упорного резца при точении заготовок из стали 40Х возрос на 28 % (с 0,78 до 1 мм).
Анализ методов и технолоіического оборудования для очистки СОТС от механических примесей
Известны к металлорежущим станкам. В первом случае СОТС циркулирует в замкнутой системе одного станка, централизованная же система охватывает ряд станков, участков и даже цехов и имеет большие преимущества перед индивидуальной, так как вопросы очистки, регенерации и охлаждения СОТС решаются іораздо проще.
В настоящее время известны следующие способы очистки жидкостей [1, 14, 20, 75, 76]: 1) в силовых полях: гравитационная (отстаивание), в центробежном силовом поле (центрифуі ирование и сепарирование), инерционная; 2) фильтрация путем пропускания жидкости через пористые или щелевые псрсюродки; 3) физико-химическая. Способы, относящиеся к третьей группе, для очистки СОЖ пока в производственных условиях не применяют.
Устройства, применяемые для очистки СОТС в индивидуальных и централизованных системах, классифицируют следующим образом: 1) устройства для очистки в силовых нолях: баки-отстойники, флотационные баки-отстойники, циклоны, центрифуги, сепараторы магнитные, фильтры магнитные; 2) фильтры механические: с наполнителями, транспортеры, сетчатые, пластинчатые, мешочные, гильзовые, трубчатые, вакуумные. В большинстве случаев для оснащения шлифовальных станков используют установки, представляющие собой комбинацию нескольких из перечисленных устройств.
Простейшим устройством являются баки-отстойники, в которых жидкость течет с малой скоростью по лабиринту камер (рис. 1.6, а). Отходы шлифования под действием силы тяжести оседают на дне бака. Чтобы обеспечить эффективную очистку СОТС баки должны быть большой емкости, чтобы при движении СОТС не создавалось завихрений, способных поднять со дна большие частицы шлама. Но так как емкость баков, используемых, в индивидуальных системах подачи СОТС составляет обычно 200—300 л, то хорошей очистки СОТС обеспечить не удается. К тому же степень очистки жидкости непрерывно уменьшается по мере увеличения толщины слоя шлама, оседающего па дне бака.
Флотационные способы обеспечивают хорошую очистку СОТС, но применение их ограничивается водными растворами, так как в присутствии масла образование пены замедляется.
Циклоны задерживают 60—80% примесей (для маловязких СОТС) в виде частиц размером свыше 10 мкм. Преимуществом циклона является возможность очистки СОТС как от металлических, так и неметаллических примесей. Центрифуги используют обычно в централизованных системах для тонкой очистки СОТС.
Содержащая примеси СОТС подается во вращающийся с большой скоростью ротор центрифуги; частицы шлама центробежной силой отбрасываются на стенки ротора и удерживаются на них (рисунок 1.6,в)
Шлам удаляют периодически вручную или автоматически. Центрифуги обеспечивают весьма хорошую очистку СОТС, но не удаляют «легкие» частицы. Большинство выпускаемых шлифовальных станков оснащены магнитными сепараторами. СОТС обтекает нижнюю часть вращающегося ротора, снабженного постоянными магнитами (рисунок 1.6,г). a - бак-отстойник; б - циклон; и - центрифуга; г - магнитный сепаратор; д- магнитный фильтр; є-транспортер; ж-мешочный фильтр. Ферромагнитные частицы притягиваются к ротору, поднимаются, выжимаются резиновым роликом, соскабливаются латунным ножом и отводятся в сборник. Одновременно отделяется и некоторая часть немагнитных примесей, находящихся в потоке ферромагнитных частиц. Магнитные сепараторы при шлифовании ферромагнитных материалов задерживают до 70—90% шлама (50—80% металлических и до 25% неметаллических частиц в зависимости от степени загрязнения, вязкости и скорости прохождения СОТС через сепаратор).
Засоренность жидкости после очистки, в магнитном сепараторе составляет 0,03— 0,06 вес %. Поэтому сепараторы не обеспечивают тонкой очистки СОТС [54] и их используют часто для предварительной очистки в комбинации с фильтром-транспортером. Преимуществами магнитных сепараторов следует считать их небольшие габаритные размеры, сравнительно невысокую стоимость, непрерывность действия и простоту обслуживания, а недостатками - нельзя применять их при шлифовании деталей из немагнитных материалов.
Магнитные фильтры (рисунок 1.6, д) «ловят» ферромагнитные частицы при обтекании потоком СОТС неподвижных постоянных магнитов. Фильтры отделяют частицы металлов и сплавов размером от 2мкм до 1 мм, степень очистки жидкости 70% при однократном пропускании через фильтр и 90%
Николаевский завод гидроаппаратуры выпускает также магнитные уловители типа С43-1, ввертываемые в резьбовые отверстия резервуаров и трубопроводов, и магнитные патроны типа Г42-1, закрепляемые на стенках резервуаров для СОТС.
Фильтры-транспортеры (рисунок 1.6, е), как и центрифуги, предназначены для тонкой очистки СОТС от магнитных и немагнитных частиц. Эти фильтры используют самостоятельно или в комбинации с магнитными сепараторами (для экономии, фильтрующей ткани). По мере осаждения на ткани шлифовального шлама пропускная способность ее снижается.
Николаевский завод гидроаппаратуры выпускает гамму фильтров-трапепортеров Х44-2, техническая характеристика которых представлена в табл. 1.2. В качестве фильтрующего элемента используется длинноволокнистая пропитаппая поливиниловым спиртом бумага толщиной 0,05 мм.
Фильтры-транспортеры могут обеспечить нс менее тонкую очистку СОТС, чем центрифуги. Недостатком этих фильтров является относительно высокая стоимость, они занимают много места, а механизм перемещения ленты подвержен износу.
Математическое планирование экспериментальной проверки расчетных параметров тонкослойною центрифутирования
Исследования эффективности центробежной очистки при традиционном многофакторном подходе к эксперименту требуют значительною числа продолжительных опытов, что связано с большими трудозатратами, а также длительностью испытаний. Одним из путей повышения эффективности исследований является экстремальное планирование экспериментов. Планирование эксперимента - это процедура выбора числа условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. При этом существенно следующее: - стремление к минимизации общего числа опытов; - одновременное варьирование всеми переменными, определяющими процесс; - использование математического аппарата, формализующего многие действия экспериментатора; Под моделью понимается вид функции отклика или поверхности отклика: Выбрать модель - значит, выбрать вид этой функции, записать ее уравнение. Зависимая переменная Y называется параметром оптимизации - это признак, по которому оптимизируется процесс.
Параметр оптимизации должен быть: эффективным с точки зрения достижения цели и универсальным (способность всесторонне характеризовать объект); количественным и выражаться одним числом; статически эффективным (выбор параметра, который определяется с возможной наибольшей точностью); имеющим физический смысл, простым и легко вычисляемым; существующим для всех различных состояний. Независимые или регулируемые переменные хь х?,... называются факторами. Факторы соответствуют способам воздействия на объект исследования. Фактор считается заданным, если вместе с ею названием указана область его определения. Требования, предъявляемые к факторам: [34,49] - управляемость (экспериментатор, выбрав нужное значение фактора, может его поддерживать постоянно в течении всею опыта); - точность замера фактора должна быть, возможно более высокой, (степень точности определяется диапазоном измерения факторов); - однозначность; - совместимость и независимость (возможность установления фактора на уровне вне зависимости от уровней других факторов); - отсутствие линейной корреляции между факторами. Выбор экспериментальной области факторного просгранства связан с тщательным анализом априорной информации, этому соответствует комбинация уровней факторов. Каждая комбинация является многомерной точкой в факторном пространстве. Ее можно рассматривать как исходную точку для построения плана эксперимента - основной (нулевой) уровень. Настроение плана эксперимента сводится к выбору экспериментальных точек, симметричных относительно нулевого уровня.
Интервалом варьирования фактором называется число (свое для каждого фактора), прибавление которого к основному уровню дает верхний, а вычитание - нижний уровни факторов. Таким образом, задача выбора уровней сводится к более простои задаче выбора интервала варьирования. Для упрощения записи эксперимента и обработки экспериментальных данных независимые переменные х, кодируются, т.е. масштабы но координатным осям выбираются так, чтобы верхний уровень соответствовал +1, нижний - I, основной 0. Для факторов с непрерывной областью определения кодирование выполняется с помощью преобразования: где х, - кодированное значение фактора, х, - натуральное текущее значение фактора, xi0- натуральное значение основного уровня, т, - интервал варьирования, І - номер фактора. Па выбор интервалов варьирования накладываются ограничения сверху и снизу. Интервал не может быть меньше той ошибки, с которой экспериментатор фиксирует уровень фактора, иначе верхний и нижний уровни окажутся неразличимыми. С другой стороны, интервал не может быть настолько большим, чтобы верхний и нижний уровни оказались за пределами области определения. Применим методику планирования к случаю цснтрифуі ирования Технологический коэффициент центрифуги обычно определяют по формуле [2,55]
Технолог ический процесс центрифугирования при заправке станков и подводе СОТС в зону резания
Для уменьшения ручного труда, снижения расходов СОТС и обеспечения надежности и ресурса инструмента и СОТС предлагается ряд мероприятий, и в первую очередь, технологический процесс заправки станков СОТС. Заправочная система предназначена для мобильного обслуживания станочної о оборудования: - для механической заправки, откачки СОТС и для промывки емкостей для СОТС промывочной жидкостью; - для транспортирования свежей и использованной СОТС и промывочной жидкости. Система конструктивно выполнена в виде рамы, на которой установлен бак 4 с тонкослойной центрифугой 8, насосная установка 3 (агрегат), фильтр 1, кран распределения жидкости 6 (рис.4.4), предохранительный клапан 7. Агрегаты соединены трубами 2 и 5. Техническая характеристика заправочной установки: t. Количество отсеков бака - 3 2. Емкость отсеков бака, м3, не более - для свежей СОТС - 0,3 - для отработанной СОТС - 0, 3. Производительность насоса, м3/с- 0,44-10"3 4. Максимальное давление настройки клапана, MI la - 0,5 5. Мощность электродвигателя, кВт- 1,6 6. Частота вращения электродвигателя, с-1 - 24 7.1 Іапряжение питания, В - 380 8.Частота, Гц-50 9. Габариты установки, мм - 1975 900 х 850 10. Масса, кг-360 С использованием тонкослойной центрифуги разработан также технологический процесс подвода СОТС в зону резания. Технический результат заключается в обеспечении тонкой очистки СОТС в центрифуге при одновременном автоматическом регулировании подачи определенного количества воздуха (присадок и т.п.) в зону резания.
Это было достигнуто тем, что в устройстве (рис4.5), содержащем смесительную камеру, соединенную с баком для жидкости, с трубой для подачи газообразной составляющей и с соплом, выходящем в зону резания; центрифугу - устройство предварительной очистки смазочно-охлаждающей жидкости; датчик скорости резания, связанный с клапаном, размещенным между устройством подачи газа и смесительной камерой, смесительная камера выполнена в виде диспергатора конфузорио - диффузорного типа, в узком сечении которого выполнен капал для подвода газообразной составляющей, а также тем, что один из электромагнитных клапанов, установлен перед устройством предварительной очистки жидкости. Применение СОТС сопровождается полным или частичным вытеснением атмосферного воздуха из зоны резания и нестабильным участием его в контактных взаимодействиях. Особенно это характерно для процессов обработки глубоких отверстий, каналов, т.к., например, при сверлении глубоких отверстий условия работы режущего инструмента усложняются вследствие плохого отвода тепла и стружки. Поэтому СОТС необходимо подавать в зону резания предварительно очищенной и при необходимости аэрированной.
Следует отметить, что роль воздуха в процессах резания неоднозначна: І.ГІри скоростях резания - v менее 0,5 м/с воздух способствует увеличению интенсивности изнашивания инструмента (в сравнении с обработкой в вакууме). Так, резание с известными водными СОТС характеризуется увеличением интенсивности изнашивания с одновременным уменьшением шероховатости обрабатываемой поверхности. 2. При скоростях резания - v более 0,5 м/с, при наличии воздуха отмечается снижение интенсивности изнашивания с одновременным уменьшением шероховатости. Это позволяет судить о целесообразности применения в этих случаях кислородсодержащих присадок или аэрации Дня процессов обработки, например, при сверлении глубоких отверстий, характерно изменение скоростей резания в широком диапазоне. Поэтому для предварительной очистки СОТС предлагается очиститель, периодически включаемый клапаном от датчика скорости резания (при v =0 м/с), т.е. при отсутствии резания. Причем в зависимости от вида обработки, датчик скорости может быть установлен как на механизме перемещения (вращения) режущего инструмента, так и на механизме перемещения (вращения) обрабатываемой детали. При изменении скорости резания, для подачи или отключения воздуха (кислородсодержащих присадок и т.п.) вводится канал подвода газовой среды с электромагнитным клапаном, управляемым от датчика скорости резания, что значительно расширяет технологические возможности устройства для эффективного подвода СОТС в зону резания (в сравнении с известными).
При этом наряду с подачей или отключением газовой среды в устройстве осуществляется тонкая очистка СОТС, заключающаяся не только в центрифугировании, но и в сверхтопком диспергировании не уловленных центрифугой твердых частиц с одновременным «озвучиванием» СОТС в ультразвуковом поле кавитации, образуемой в смесительной камере, внутренняя поверхность которой изготовлена в форме трубки Вентури (кофузоро-диффузорноіо типа), выполняющей функции диспергатора и эжектора. «Озвучивание» СОТС заключается в поляризации и ориентации молекул углеводородов и других органических веществ, входящих в СОТС и посредством этих процессов влиянии на их смазочную и охлаждающую способность в контактной зоне резания. В частности ультразвук усиливает окислительные процессы на поверхностях стружки и инструмента, вызывая расположение молекул воды с выделением свободного кислорода. Это также расширяет технологические возможности устройства для эффективного подвода СОТС в зону резания (в сравнении с известными). На рисунке 4.5 представлено устройство для эффективною подвода СОТС в зону резания [80].
