Введение к работе
Актуальность. Ленточнопильные станки используются для порезки заготовок из черных и цветных металлов. Этот тип станков применяется в основном в заготовительном производстве от мелкосерийного до крупносерийного.
Отрезка заготовок на станках осуществляется ленточной пилой, устанавливаемой на двух дисках, один из которых приводной, а другой натяжной. Диски устанавливаются на пильной раме под углом от 30 до 90 градусов к горизонтальной плоскости. В зоне резания режущая часть пилы специальными направляющими разворачивается строго в плоскость ее подачи. Процесс резания осуществляется непрерывно. Совершенствование конструкции станков и режущего инструмента и преимущества процесса резания ленточной пилой - это основные факторы возрастающего применения таких станков в различных отраслях промышленности. Ленточная пила, толщиной 0.6 - 2 мм, обеспечивает минимальные потери материала в стружку, при этом достигается высокая производительность и малый расход электроэнергии. Пилы, оснащенные твердым сплавом или алмазной кромкой, могут резать абразивные материалы, различные цветные и некоторые сверхтвердые сплавы.
По показателям безопасности труда, соблюдение которых является обязательным условием при конструировании данного типа станков, в большинстве случаев уровни шума превышают санитарные нормы. Вредное воздействие шума и вибрации на обслуживающий персонал известно, но, кроме этого, повышенный шум приводит к снижению производительности труда, увеличению брака выпускаемой продукции и, как следствие, значительным социально-экономическим потерям. Кроме этого, виброакустические характеристики в значительной степени характеризуют техническое совершенство технологического оборудования, поэтому проблема снижения шума ленточнопильных станков является актуальной для машиностроения и имеет важное научно-техническое и социально-экономическое значение.
Диссертационная работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы» по направлению «Станкостроение» (ГК №П841 от 18.0.8.2009).
Целью работы является улучшение условий функционирования и обеспечение безопасных условий эксплуатации ленточнопильных станков путем снижения виброакустических характеристик системы "режущий инструмент-заготовка".
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались основные положения динамики и конструирования металлорежущих станков, теории колебаний механических систем с распределенными параметрами и технической виброакустики.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
В отличие от существующих моделей генерации шума станков прерывистого резания и, в первую очередь, традиционных фрезерных станков, в данной работе установлены характерные закономерности шу-мообразования ленточнопильных металлорежущих станков, работающих тонким инструментом с малой изгибной жесткостью (спец. 05.26.01).
-
Получены зависимости уровней звукового давления, создаваемого режущим инструментом и заготовками, как доминирующими источниками виброакустической эмиссии для данного типа станков, учитывающие способы крепления, технологические режимы резания, диссипа-тивные характеристики технологической системы, что существенно уточняет закономерности формирования спектров вибрации и шума (спец 05.26.01).
-
На основе экспериментальных данных установлены рациональные величины натяжения пилы как одного из основных показателей эффективности эксплуатации ленточнопильных станков (спец. 05.02.07).
-
На основе экспериментальных данных установлены закономерности формирования сил резания и усилия подачи для состояния новой пилы и состояния пилы в момент, предшествующий катастрофическому износу (увод^пилы более 1 мм на 100 мм плоскости резания), что послужило основой для моделирования виброакустической динамики данного типа оборудования (спец. 05.02.07).
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по снижению виброакустической активности пилы и определенного класса отрезаемых заготовок до предельно-допустимых значений, т.е. в самом источнике возникновения излучения звуковой энергии.
-
На основе проведенных экспериментальных исследований по определению величин натяжения ленточной пилы на 10-15% повышен ее ресурс. .,
-
Разработана методика инженерного расчета ленточной пилы на прочность и усилия натяжения для обеспечения устойчивости процесса резания, подтвержденная экспериментальными исследованиями в условиях реального производства.
Реализация в промышленности. На ЗАО «Специальное конструкторское бюро автоматических линий и металлорежущих станков» внедрена методика расчета ленточной пилы на прочность и усилия натяжения ленточной пилы для обеспечения устойчивости процесса резания.
На ОАО «Седин-инструмент» внедрены комплекс мероприятий по повышению ресурса режущего инструмента и система снижения шума и вибрации, что привело к выполнению санитарных норм шума на рабо-
чих местах операторов с общим экономическим эффектом 43 тыс руб. в год на один станок (в ценах 2010г.)
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на V-VII всероссийских научных конференциях «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах», (г.Анапа, 2008-2010 г.), международной научно-технической конференции «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства» «ИнЭРТ-2010»,(г.Ростов-на-Дону, 2010 г.), международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в машиностроении и металлургии» (г.Ростов-на-Дону, 2011 г.). Результаты исследований отмечены серебряной медалью на XIV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед- 2011», дипломом НТТМ-2011.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе 3 в журналах, входящих в «Перечень ведущих научных журналов и изданий», получено 4 патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 122 наименований, имеет 43 рисунка, 20 таблиц и изложена на 135 страницах машинописного текста. В приложения вынесены сведения о внедрении.
