close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Семенов Виктор Геннадьевич.Повышение эффективности комбинированной техники подачи СОЖ при плоском шлифовании

код для вставки
подачи
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
АННОТАЦИЯ
Выпускная
квалификационная
работа
на
тему
«Повышение
эффективности применения комбинированной техники СОЖ при плоском
шлифовании периферией круга».
Объем выпускной квалификационной работы 128 страниц, она содержит
49 рисунков, 8 таблиц, 71 источников литературы, приложение содержит 28
чертежей.
Ключевые слова: плоское шлифование, функции СОЖ, подача СОЖ,
улавливание отходов, экологичность обработки
Объектом исследования в работе является
плоское шлифование
периферией круга
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, и
заключения.
Во
введении
обосновывается
актуальность
выбранной
темы,
формируется цель исследования, указывается объект и предмет исследования.
Первая глава посвящена исследованию теоретических вопросов, в ней
рассматриваются кратко функции СОЖ и влияние техники подачи СОЖ на
эффективность плоского, подробно рассматривается повышение экологичности
механической обработки.
Вторая глава посвящена разработке и теоретическому обоснованию
комбинированного способа подачи СОЖ при плоском шлифовании периферией
круга.
В третей главе представлено конструктивное решение и технология
изготовления устройства для комбинированной подачи СОЖ методом 3Dпечати, включающая его деталировку и последующую сборку, а также
теоретические рекомендации по настройке данного устройства.
Заключение содержит основные выводы по проделанной работе.
ANNOTATION
Graduation qualification work on the topic "Increasing the effectiveness of the
combined coolant technology in the case of surface grinding periphery of the circle."
The volume of final qualifying work 128 pages, it contains 49 drawings, 8
tables, 71 sources of literature, the application contains 28 drawings.
Key words: surface grinding, the functions of the coolant, coolant, from
capture-stroke, ecological processing.
The object of research in the work is surface grinding by the periphery of the
circle.
Graduation qualification work consists of an introduction, three chapters, and
conclusion.
In the introduction, the relevance of the selected topic is substantiated, the
purpose of the research is formed, the object and subject of the research are
indicated.
The first chapter is devoted to the study of theoretical issues, it briefly reviews
the functions of coolant and the influence of the technique of supplying coolant on
the efficiency of a plane, and the increase in the environmental friendliness of
machining is discussed in detail.
The second chapter is devoted to the development and theoretical justification
of the combined method of supplying coolant when surface grinding the periphery of
the circle.
The third chapter presents a design solution and a technology for
manufacturing a device for combined supply of coolant by 3D printing, including its
detailing and subsequent assembly, as well as theoretical recommendations for
tuning this device.
The conclusion contains the main conclusions on the work done.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………......
7
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ С
ПРИМЕНЕНИЕМ СОЖ ………………………………………..……………
11
1.1. Функции СОЖ при шлифовании и их зависимость от техники подачи
16
1.2. Влияние техники подачи СОЖ на эффективность плоского
шлифования ……………………………………………………..……… 20
1.3. Повышение экологичности механической обработки……………….… 32
Выводы по главе 1 ………………………………………………………….
46
2. РАЗРАБОТКА И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБА ПОДАЧИ СОЖ
С ФОРМИРОВАНИЕМ ДИНАМИЧЕСКОЙ
ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ВАННЫ В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ………………….
47
2.1. Комбинированный способ подачи СОЖ с формированием в зоне
резания динамической пространственной ванны ……………………
47
2.2. Математическая модель определения параметров срезаемого слоя
единичным абразивным зерном ……………………………………..
53
2.3. Математическая модель образования штор и ванны из СОЖ ……...
65
Выводы по главе 2 ………………………………………………………….
75
3. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ ПЕРИФЕРИЕЙ КРУГА
С КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ ПОДАЧИ СОЖ ………………
77
3.1. Конструкция установки для реализации комбинированного способа
подачи СОЖ …………………………………………………………..
77
3.2. Конструкторско-технологические рекомендации по практическому
применению разработанной установки комбинированной подачи
СОЖ ……………………………………………………………………
80
3.3. Проектный расчет экономической эффективности внедрения
установки комбинированной подачи СОЖ при плоском шлифовании
периферией круга …………………………………………………………..
82
6
Выводы по главе 3 ………………………………………………………….
89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…….……………………………………………………….
91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………….
92
ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………… 101
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
ДОКУМЕНТАЦИИ
КОМПЛЕКТ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ
КОНСТРУКТОРСКОЙ
УСТРОЙСТВА
КОМБИНИРОВАННОЙ ПОДАЧИ СОЖ………………………………....
101
7
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение является важнейшей отраслью экономики, ядром
обрабатывающей промышленности, имеет социально-ориентированный и
инфраструктурный оттенок, напрямую влияет на обороноспособность
государства.
Значимость
машиностроения
как
отрасли
экономики
отмечал
президент России В. В. Путин на съезде Союза машиностроителей России в
2016 году: «Мы рассматриваем машиностроение как один из драйверов
отечественной экономики, отрасль с огромным экспортным потенциалом,
которая может и должна стать символом национального успеха и
технологической мощи России». [1]
Приоритетной
модернизация
основных
совершенствование
имеющегося
задачей
отечественного
фондов.
Одним
машиностроения
из
направлений
конструктивно-технологических
парка
технологического
машиностроительным
предприятиям
является
характеристик
оборудования,
с
остается
что
минимальными
уже
позволяет
издержками
обеспечивать конкурентоспособность выпускаемой продукции на рынке.
Качество и конкурентоспособность продукции машиностроительных
предприятий определяется точностью изготовления размеров, формы и
взаимного расположения поверхностей деталей, и состояние их поверхностного
слоя. Данные параметры окончательно формируются на финишных операциях
механической обработки, к числу которых относится плоское шлифование. Так
доля операций плоского шлифования деталей летательных аппаратов
достигает 50% [2], а на предприятиях точного машиностроения и
приборостроения достигает 75% всех операций механической обработки.
В
настоящие
время
совершенствование
плоского
шлифования
предполагает применение всех имеющихся конструктивно-технологических
резервов, включая тех, что связаны с совершенствованием техники
использования смазочно-охлаждающей технологической жидкости (СОЖ).
Как
показывает
практика,
технологические
возможности
СОЖ
8
эксплуатируются далеко не в полном объёме, в отдельных случаях на 5-10%
[3,4,5,6].
Постоянно
меняющие
экономические
условия
требуют
от
машиностроительных предприятий непрекращающегося поиска резервов для
уменьшения себестоимости изготовления своей продукции, в том числе,
операций механической обработки. При шлифовании к числу таких ресурсов
относят
уменьшение безвозвратных потерь СОЖ из зоны резания
(разбрызгивания), вызванные кинематикой процесса шлифования.
Вместе с тем повышающиеся требования экологической безопасности
обязывают
машиностроительные
предприятия
принимать
меры
по
уменьшению уровня вредных выбросов в окружающую среду [7],
ключевыми источниками которых для плоского шлифования являются:
необратимые потери СОЖ и факел отходов, направленно перемещающийся
из зоны резания. Тем не менее, из-за специфики процесса шлифования,
трудно эффективно использовать традиционные средства очистки отходов, к
которым относят всасывающие насосы или пылестружкоулавливатели,
поэтому
требуются
специальные
научно-обоснованные
инженерные
решения.
Несмотря на значительное число работ, где разбираются теоретические
проблемы, сопряженные с использованием СОЖ при плоском шлифовании,
важно
отметить,
что
актуальными
является
вопросы,
связанные
с
уменьшением безвозвратных потерь СОЖ и нейтрализацией факела отходов
шлифования.
Выявленные в этой работе результаты обращены на конструкторскотехнологические
изменения
имеющегося
парка
плоскошлифовальных
станков, позволяющих, при низких издержках на оборудование, уменьшения
себестоимости, повышение производительности, стойкости инструмента и
улучшение экологичности обработки в следствии совершенствования
техники подачи СОЖ.
9
Цель работы: Обеспечение экологичности плоского шлифования
периферией круга путем применения нового комбинированного способа
подачи СОЖ, обеспечивающего формирование в зоне резания динамической
пространственной ванны из СОЖ.
Для выполнения поставленной цели в работе решались следующие
задачи:

спроектировать новое устройство комбинированной подачи СОЖ
при плоском шлифовании периферией круга, обеспечивающее экологичность
плоского
шлифования,
в
следствии
формирования
в
зоне
резания
динамической пространственной ванны из СОЖ;

произвести теоретическое обоснование разработанного устройства
комбинированной подачи СОЖ;

выполнить
комбинированной
конструкторскую
подачи
СОЖ
для
проработку
последующего
устройства
изготовления
с
применением аддитивных технологий;

разработать
теоретические
рекомендации
по
применению
разработанного устройства комбинированной подачи СОЖ.
Объект исследования: плоское шлифование периферией круга.
Предмет исследования: экологичность и производительность процесса
плоского шлифования периферией круга.
Методы исследования: в основе теоретических результатов лежат
основные
положения
соответствующих
разделов
технологии
машиностроения, теории шлифования материалов, инженерии поверхности,
аэрогидродинамики, интегрального и дифференциального исчисления.
Научная новизна работы:
1) разработан комбинированный способ подачи СОЖ, обеспечивающий
формирование в зоне резания пространственной динамической ванны из СОЖ,
что обеспечивает увеличение экологичности процесса до 4 раз;
2) выделено новое функциональное действие (свойство) СОЖ –
улавливающее, заключающееся в уменьшении концентрации вредных
10
веществ в рабочей зоне станка в следствии нейтрализации факела отходов
шлифования и аэрозолей дезинтеграции и конденсации из зоны обработки
способом их физического улавливания и отвода;
3) разработана уточненная комплексная математическая модель,
устанавливающая взаимосвязь между технологическими параметрами подачи
СОЖ, режимами обработки и параметрами формирования в зоне резания
динамической пространственной ванны из СОЖ.
Практическая значимость:
- разработана установка для реализации нового комбинированного
способа подачи СОЖ при плоском шлифовании периферией круга;
- разработаны теоретические рекомендации по применению установки
комбинированной подачи СОЖ при плоском шлифовании периферией круга.
Автор защищает:
-
новый
способ
комбинированной
подачи
СОЖ
при
плоском
шлифовании периферией круга, при котором обеспечивается образование в
зоне резания динамической пространственной ванны из технологической
жидкости;
- комплексную математическую модель, устанавливающую взаимосвязь
между технологическими параметрами подачи СОЖ, режимами обработки и
параметрами формирования в зоне резания динамической пространственной
ванны из СОЖ;
- конструкцию устройства комбинированной подачи СОЖ при плоском
шлифовании периферией круга;
-
теоретические
рекомендации
по
использованию
устройства
комбинированной подачи СОЖ при плоском шлифовании периферией круга.
11
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ С
ПРИМЕНЕНИЕМ СОЖ
К
числу
ключевых
элементов
технологической
шлифовальных
операций, наряду со станком, шлифовальным кругом, можно отнести
смазочно-охлаждающую
жидкость
(СОЖ).
Самостоятельно
СОЖ
не
осуществляет собственных целей и функций, значит под элементом
технологической системы понимают СОЖ вместе с системой применения,
куда входит оборудование для подачи в зону резания и поддержания ее в
течение достаточно длительного времени в работоспособном состоянии
[8,9,10,11].
Внедрение
прогрессивных
технологических
процессов
обработки
деталей резанием возможно только при использовании высокоэффективных
СОЖ. В связи с этим существует важное научное направление, связанное с
совершенствованием
технологических
процессов,
в
первую
очередь
окончательной механической обработки заготовок, путем рационального
применения СОЖ, которое нашло свое отражение в работах отечественных и
зарубежных ученых Н.В. Азаровой, Д.В. Ардашева, М.М. Аршанского, Ю.П.
Бараника, Е.Г. Бердичевского, В.Р. Берзина, Н.И. Богомолова, А.В.
Болдырева, Э.М. Берлинера, Э.С. Бранкевича, Е.М. Булыжева, Ю.В.
Василенко, М.Б. Гордона, В.Ф. Гурьянихина, В.Г. Гусева, А.М. Дальского,
Д.Г. Евсеева, Ю.М. Ермакова, В.В. Ефимова, Ю.М. Зубарева, М.И. Клушина,
С.Н. Корчака, З.И. Кременя, Г.Ф. Кудасова, Б.С. Либермана, В.В. Лоскутова,
Г.Б. Лурье, Е.Н. Маслова, А.Н. Мельникова, Л.Л. Мишнаевского, В.И.
Островского, П.П. Переверзева, В.И. Пилинского, В.А. Подзея, М.Г.
Подзолкова, А.И. Полякова, Ю.В. Полянскова, А.В. Приемышева, П.А.
Ребиндера, А.Н. Резникова, Д.С. Реченко, В.В. Рябова, Г. И. Саютина, В.Н.
Серова, С.С. Силина, В.А. Сипайлова, В.К. Старкова, Ю.С. Степанова, В.И.
Туромша, В.С Тергана, А.В. Тюхты, Л.Н. Филимонова, Л.В. Худобина, Г.В.
12
Чиркова, В.Н. Шумилина, В.М. Шумячера, В.Д. Эльянова, С.Г. Энтелиса,
А.В. Якимова, П.И. Ящерицына и других, а также иностранных ученых Б.
Бургуана, К. Гюринга, Е. Салье, Ж. Пекленика, C. C. Chang, G. Kluge,
Koshima Kazuhiko, Lecher Gerhard, S. Manfred, T. Negamine, Płaska Stanislaw,
J. Webster и других.
В зависимости от конкретных условий выполнения технологической
операции механической обработки определяется выбор способа подачи СОЖ
и вид энергетического воздействия на нее. Преимущество имеет тот способ,
который при прочих равных условиях обеспечивает наилучшее исполнение
СОЖ своих функций, а также у которого наибольшее число точек подвода
СОЖ к контактной зоне [12].
Одними
из
наиболее
теплонапряженных
процессов
механической
обработки являются операции, связанные со шлифованием. В зоне контакта
шлифовального круга и обрабатываемой детали возникает температура,
достигающая в некоторых случаях 1600° С, что намного больше, чем при
обработке резанием. [13]
Это вызвано тем, что скорость шлифования в 1020 раз превышает
скорость обработки лезвийными инструментами; абразивные зерна имеют, как
правило, отрицательные передние углы и поэтому при резании затрачивается
значительное количество энергии на прижатие шлифовального круга к детали, в
результате стружка измельчается и выделяется значительное количество тепла.
При шлифовании выделяют следующие температуры:
1)
среднюю
установившуюся
температуру
поверхности
детали
(находится в пределах от 20 до 400°С, зависит от режимов шлифования,
размеров и металла обрабатываемой детали, а также условий охлаждения);
2) мгновенную контактную температуру в зоне резания (находится в
пределах от 150 до 1600°С);
3)
мгновенную
температуру
резания
отдельными
зернами
шлифовального круга (находится в пределах от 1000°С до температуры
плавления шлифуемого металла).
13
Мгновенные высокие температуры в зоне шлифования приводят к
изменению
структуры
поверхностного
слоя
обрабатываемой
детали,
появлению температурных деформаций детали, остаточных деформаций,
прижогов и трещин, которые возникают в процессе шлифования. Прижоги и
трещины
появляются
преимущественно
при
шлифовании
стальных
закаленных деталей с высокой твердостью и прочностью, либо возникают на
деталях, изготовленных из материалов с низкой теплопроводностью (к
примеру жаропрочные сплавы).
Чтобы обеспечить высокую производительность шлифования при
соответствующем качестве поверхностного слоя деталей необходимо
произвести ряд действий, направленных на снижение температурной
напряженности в зоне контакта шлифовального инструмента и детали.
Наилучшим
образом
охлаждение
достигается
использованием
СОЖ,
которую подают в зону контакта шлифовального круга с деталью и
оказывают значительное влияние на процесс шлифования в следствии
смазочной, охлаждающей, моющей, абсорбционной и антикоррозионной
функций технологической жидкости.
Физико-химические свойства СОЖ во всем объеме или при временном
их изменении в отдельных частях объема могут проявлять существенное
влияние на процесс обработке. Они в немалой мере определяют качество
СОЖ – совокупность свойств, обуславливающих ее пригодность выполнять
требуемые выходные технологические параметры механической обработки
деталей. [13]
В значительной степени снижение теплообразования в зоне резания,
повышение работоспособности шлифовального круга и производительности
обработки,
повышение
качества
поверхности
обработанных
деталей
определяются техникой и способом подачи СОЖ в рабочее пространство
станка и напрямую в зону резания. Способ подачи СОЖ определяется
суммой
признаков,
технологической
обуславливающих
жидкости
от
устройства
условия
подачи
к
перемещения
зоне
контакта
14
шлифовального круга с обрабатываемой деталью. Из многих имеющихся
способов подачи СОЖ в зону обработки деталей лезвийными инструментами
контактное смачивание и циклическую подачу СОЖ на инструмент
используют в единичных случаях [13].
Из
остальных
способов,
наиболее
распространены
из-за
своей
универсальности и конструктивной простоты является подача СОЖ поливом
под давлением 0,02...0,03 МПа и подача СОЖ напорной струей в зону
резания под давлением 2…3 МПа (рисунок 1.1).
Подаваемая
под
повышенным
давлением
смазочно-охлаждающая
жидкость способствует разлому стружки при столкновении с зоной резания
на высокой скорости. Кроме того, высокое давление помогает эвакуации
стружки, препятствует ее обратному попаданию в зону резания и
предупреждает поломку режущих пластин, вызываемую перемолотой
стружкой.
Эффективность данных способов подачи определяется расходом СОЖ,
подаваемой к зоне резания, размером, формой и траекторией струи. В
зависимости от вида механической обработки создают струи круглого (при
сверлении, развертывании, точении и др.) или прямоугольного (при
фрезеровании, зубодолблении и зубофрезеровании, точении, шлифовании)
сечения.
При
многоинструментальной
обработке
и
для
сложных
инструментов производят многосопельную подачу СОЖ. В каждом случае
струя жидкости должна перекрывать всю зону контакта инструмента с
заготовкой.
Величина подаваемой в зону резания СОЖ управляется с помощью
специальных устройств и определяется видом ее основы (водная или
масляная), видом механической обработки и режимов резания. На
универсальных станках, весом до 10 тонн, величина подаваемой СОЖ от 2 до
20
л/мин.
Для
отдельных
видов
механической
обработки
(на
многошпиндельных автоматах, зубообрабатывающих станках и других)
15
поток СОЖ применяется одновременно и для удаления стружки. Величина
СОЖ для этих случаев рассчитывается опытно-статистическим путём.
Рисунок 1.1 – Подача СОЖ поливом и напорной струей при обработке
на различных металлорежущих станках
Для сложных инструментов и многоинструментальной обработки
производят многосопельную подачу СОЖ (рисунок 1.2, а) [14] или
многоканальное сопло для подачи СОЖ струйно-напорным внезонным
способом, в соответствии с ГОСТ 12.3.025-80 «Система стандартов
безопасности
труда.
Обработка
металлов
резанием.
Требования
безопасности» (рисунок 1.2, б).
Для более усиленного охлаждения режущих инструментов используется
их внутреннее охлаждение, состоящее в том, что СОЖ проходит по
внутренним каналам в теле режущего инструмента. Преимущественно
внутреннее охлаждение используется в осевых инструментах типа (сверла,
зенкеры, разверток, протяжки, метчики), но также может использоваться и в
16
других
инструментах,
в
том
числе
а)
шлифовальные
б)
Рисунок 1.2 – Сопла для широких зон резания
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что: в
существующем
современном
металлорежущем
оборудовании
преимущественно используется подача СОЖ поливом или напорной струей,
это объясняется относительной простотой использования данных способов.
Это позволяет СОЖ приемлемо выполнять свое смазывающее, режущее и
охлаждающее действия. К недостаткам следует отнести большие потери
СОЖ из-за разбрызгивания и интенсивного образования «тумана» из паров
СОЖ, что ухудшает экологичность процесса обработки. Для того чтобы
исключить
потери
СОЖ,
необходимо
использовать
специальное
оборудование, либо приспособления, назначение которых – закрыть зону
резания, исключив тем самым распространение брызг СОЖ в окружающее
пространство.
1.1 Функции СОЖ при шлифовании и их зависимость от техники подачи
Основными технологическими функциями СОЖ при шлифовании
являются:
охлаждающая,
антикоррозионная.
смазывающая,
моющая,
режущая,
17
Охлаждающая функция СОЖ заключается в отводе тепла от нагретых
участков зоны резания – режущего инструмента обрабатываемой детали. При
шлифовании периферией круга (круглом наружном, круглом внутреннем и
плоском)
коэффициент, отражающий
зависимость продолжительности
контакта абразивных зерен с металлом обрабатываемой детали (то есть время
нагрева зерен) и время охлаждения зерна соответствует величине, при
которой зерно успевает охладиться до температуры окружающей среды [15].
Из
вышесказанного
следует,
что
при
данных
видах
шлифования
наибольшему охлаждению необходимо подвергать обрабатываемую деталь.
Поскольку режущий инструмент и обрабатываемая деталь твердые тела,
то поглощение тепла СОЖ протекает путем конвективного теплообмена,
интенсивность и эффективность охлаждения шлифовального круга и детали
пропорциональны величине коэффициента теплообмена αт:
 Т  C 
0ж,65  С ж0.35   ж0,35  W 0,6
0, 25
0, 4
vж
 Dэкв
T
где
С Т
(1.1)
,
- коэффициент, зависящий от критерия Рейнольдса и
учитывающий внезапное изменение теплофизических свойств и кипение
СОЖ в слоях, напрямую примыкающих к нагретой поверхности;
 ж - коэффициент теплопроводности СОЖ;
С ж - удельная теплоемкость СОЖ;
 - плотность используемой СОЖ;
W - скорость перемещения потока СОЖ относительно охлаждаемого
объекта;
v ж - кинематическая вязкость;
Dэкв - гидравлический эквивалентный диаметр охлаждаемого объекта.
При
анализе
формулы
(1.1),
выделяются
основные
способы
интенсификации охлаждения зоны обработки:
1. Применение в качестве СОЖ таких жидкостей, которые обладают
высокой, теплоемкостью, теплопроводностью, плотностью;
18
2. Применение в качестве таких жидкостей, которые обладают
наименьшей кинематической вязкостью;
3. Повышение скорости относительного перемещения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
4. Снижение гидравлического эквивалентного диаметра охлаждаемого
объекта.
Изменение величин W и Dэкв , достигается совершенствованием техники
применения СОЖ, в частности наиболее эффективны при этом способы
подачи СОЖ поливом или напорные способы. [15]
Смазочная функция СОЖ заключается в снижении внешнего трения в
зоне контакта режущий инструмент - деталь и режущий инструмент стружка, и происходит тогда, когда смазка образует пленки, разделяющие
трущиеся поверхности при малом сопротивлении сдвигу. Смазочная функция
СОЖ при резании проявляется только тогда, когда СОЖ просачивается в
зону контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом и
стружкой и уменьшает трение за счет появления масляных пленок.
Смазочная функция СОЖ при шлифовании проявляется в снижении
работы трения связки, частиц металла и отходов шлифования, налипших на
рабочую поверхность шлифовального круга, и в противодействие данному
налипанию (засаливанию шлифовального круга) [15].
Для рационального осуществления данных функций свежую СОЖ
необходимо непрерывно и в значительном количестве подавать на рабочую
поверхность шлифовального круга и на поверхность обрабатываемой детали,
образуя на них защитные пленки. Эффективность смазочного действия СОЖ
определяется, прежде всего, ее физико-химическими свойствами и, в
значительной степени, техникой ее подачи.
Моющая функция СОЖ заключается в удалении (вымывании) частиц
металла, продуктов износа шлифовального круга и других отходов
шлифования с обрабатываемой заготовки и с деталей станка. СОЖ,
содержащая поверхностно-активные присадки, образует на поверхностях
19
частиц металла и отходов шлифования адсорбционно-смачивающие пленки,
в результате чего предотвращается слипание частиц и прилипание их к
рабочей поверхности (абразивным зернам и связке) шлифовального круга и
деталям станка и облегчает их удаление из зоны шлифования. Важно также,
чтобы СОЖ смывала частицы металла с поверхности абразивных зерен и
вымывала их из пор шлифовального круга. Тем самым будет оказано влияние
на
процесс
засаливания,
предотвращение
или
замедление
которого
способствует повышению работоспособности шлифовального круга. Чтобы
эффективно осуществлять моющую функцию, необходимо обеспечить
непрерывное поступление СОЖ на рабочую поверхность круга, причем
поток СОЖ должен обладать определенным запасом кинетической энергии,
достаточным для очистки этой поверхности [15].
Режущая функция СОЖ заключается в способности среды облегать
разрыв связей между атомами обрабатываемого материала. Это свойство
приводит к повышению стойкости инструмента и облегчению процесса
резания, позволяет шлифовать труднообрабатываемые материалы с высокой
производительсностью [16].
Антикоррозионная функция СОЖ заключается в отсутствии с ее
стороны коррозионного воздействия на оборудование (металлические
элементы, разрушающего действия на лакокрасочные покрытия, резиновые
уплотнения, пластмассовые направляющие, устройства автоматики и другие
элементы) и защитное (антикоррозионное) воздействие на обрабатываемый
материал.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что любой
современный способ подачи СОЖ должен обеспечивать:
1) высокую относительную скорость движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта (шлифуемой детали, шлифовального круга);
2) максимальное увеличение смоченного периметра охлаждаемого объекта;
3)
интенсивное
транспортирование
«шлифовальный круг – деталь»;
СОЖ
в
зону
контакта
20
4) максимальную продолжительность контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности детали со свежей СОЖ;
5) непрерывную и
эффективную очистку рабочей поверхности
шлифовального круга и прежде всего абразивных зерен от частиц металла и
отходов шлифования.
1.2 Влияние техники подачи СОЖ на эффективность плоского шлифования
Специфика использования СОЖ при шлифовании заготовок зависима от
особенностей
строения
шлифовальных
инструментов,
кинематики
шлифования и режимов резания. Отдельные трудности возникают при
шлифовании на скоростях 35...80 м/с и выше: вращающиеся с высокими
угловыми скоростями шлифовальные круги, генерируют мощные торцовые
и окружные воздушные потоки, затрудняющие доступ СОЖ в зону резания
[12].
При плоском шлифовании СОЖ транспортируют в зону резания,
используя следующие поверхности шлифовального круга:
 торцовые;
 периферийную;
 каналы в круге;
 поровое пространство круга (на керамической связке);
 обрабатываемую и необрабатываемую поверхности заготовки.
Известно значительное количество различных способов подачи СОЖ
при шлифовании. В начале 80-х годов группа ученых под руководством Л.В.
Худобина впервые систематизировала данные об этих способах [3,12,17,18].
В основу классификации были положены четыре группы признаков:
1. вид энергетического воздействия и его характер;
2. вид
подачи
СОЖ
от
источника
к
определенной
технологической системы;
3. зона технологической системы, к которой подводится СОЖ;
зоне
21
4. тракт подвода (способ транспортировки) СОЖ от зоны подачи к зоне
контакта круга с заготовкой.
По отмеченным признакам было выделено 19 основных способов
подачи СОЖ. В 2002 году Степановым Ю.С. и его сотрудниками была
проведена
повторная
классификация
способов
подачи
СОЖ
при
шлифовании, выявлено уже 28 основных способов [7].
Проведенный затем Василенко Ю.В. патентный поиск и анализ
существующей литературы, позволил выделить уже 30 основных способов
подачи СОЖ, применительно к плоскому шлифованию периферией круга и
провести их анализ [19,20,21,22].
Всего известно более 2000 различных способов подачи СОЖ и СОТС,
включая комбинированные.
Одним из новых выявленных основных способов является подача СОЖ
в капсулированном виде в зону резания [23]. В основу данного способа
положен принцип подачи технологической жидкости в виде микрокапсул,
которые
представляют
заключенного
в
собой
тонкую
мелкие
оболочку
количества
вещества
пленкообразующего
СОЖ,
вещества.
Микрокапсулы подаются в зону контакта посредством жидкого носителя
свободно падающей струей. Для придания микрокапсулам движения,
направленного в сторону зоны контакта, а также и для повышения стойкости
инструмента, подача осуществляется тремя способами: в состав микрокапсул
вводят дополнительно ферромагнитные присадки, в состав жидкого носителя
дополнительно
вводят
поверхностно-активные
вещества,
в
состав
микрокапсул дополнительно вводят ферромагнитные присадки, а в состав
жидкого носителя – поверхностно-активные вещества. Направленное
движение микрокапсул инициируется посредством электро-магнитного поля,
образованного в результате возникновения потенциала в зоне контакта
взаимодействующих тел.
22
Основными преимуществами данного способа является использование
малого
количества
СОЖ,
снижение
парообразования
и
улучшение
экологической обстановки в зоне резания.
В исследованиях последних лет много внимания уделено возможности
улучшения экологической ситуации на рабочем месте шлифовщика, в том
числе за счет совершенствования техники подачи СОЖ. Так, в 2002 году
сотрудниками ОрелГТУ был разработан заградительный способ подачи СОЖ
[24], позволяющий эффективно бороться с факелом отходом, направленно
перемещающимся из зоны обработки и являющимся главным источником
загрязнений в рабочей зоне шлифовщика (рисунок 1.3).
Согласно ГОСТ 12.1.005–88 под рабочей зоной понимается пространства,
ограниченное по высоте 2 м над уровнем пола или площадки, на которой
располагается место постоянного (более 50 % рабочего времени или более 2
часов непрерывно) пребывания рабочего.
Рисунок 1.3 – Устройство заградительного способа подачи СОЖ:
1 – круг шлифовальный, 2 – защитный кожух, 3 – заготовка, 4 – сопло,
5 – струя СОЖ, 6 – факел отходов шлифования.
23
В заградительном способе подачи СОЖ улавливанию факела
шлифования уделяется основное значение. Это выполняется вертикальным
расположением сопла для подачи СОЖ за зоной обработки таким образом,
что на пути факела образуется заградительная штора из жидкости,
предусматривающая его эффективное улавливание [25,26].
Вместе с тем при заградительном способе не выполняется эффективная
реализация СОЖ собственных основных функций, данный способ
эффективен только в комбинации с традиционными способами подачи СОЖ.
Поэтому в 2012 году был создан комбинаторный способ подачи СОЖ с
применением заградительного способа, включающий комбинацию еще таких
способов подачи, как: свободно падающей струей, напорной струей,
гидроаэродинамический, в среде СОЖ. Наиболее значимые из них: свободно
падающей струей и обработка в среде СОЖ [26] (рисунки 1.4, 1.5).
Сущность способа определяется тем, что зона обработки по периметру
полностью окружается шторами из СОЖ, в следствии наклона этих штор в зоне
резания формировалась ванна из технологической жидкости. За счет чего,
шлам, вылетающий из зоны резания, весь гарантированно улавливается
заградительными шторами из СОЖ, при этом в самой зоне обработки
формируется ванна из СОЖ. Уловленные частицы шлама перемещаются в
очистную систему СОЖ станка.
Рисунок 1.4 – Работа устройства комбинаторной подачи СОЖ
24
Рисунок 1.5 – Устройство комбинаторной подачи СОЖ:
1–деталь, 2–шлифовальный круг, 3–защитный кожух, 4–сопла, 5–
трубопровод, 6–штора из СОЖ, 7–ванна из СОЖ, 8–манометры, 9– вентили
Рисунок 1.6 – Примеры поверхностей пространственных деталей.
25
Однако, длительная реализация способа показала ряд его недостатков
[26,27]:
– не эффективен при шлифовании поверхностей пространственных
деталей (рисунок 1.6);
– повышенный расход СОЖ;
– повышенные энергозатраты системы подачи СОЖ станка.
Далее представлена классификация всех 30 основных способов подачи
СОЖ (таблица 1.1) на основании первых трех признаков классификации Л.В.
Худобина.
Таблица 1.1 – Классификация основных способов подачи СОЖ при
плоском шлифовании периферией круга.
НАИМЕНОВАНИЕ
СПОСОБОВ
ПОДАЧИ СОЖ
Подача
СОЖ
свободно
падающей струей
(поливом):
1.
в
зону
обработки;
2.
вне
зоны
обработки;
3. на заготовку;
4. на торцы круга;
5. на торцы круга
через насадок;
6. в капсулированном виде.
СХЕМА СПОСОБОВ
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – сопло для подачи СОЖ
Подача
СОЖ
напорной струей:
7.
в
зону
обработки;
8. на круг;
9. на заготовку.
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – сопло для подачи СОЖ
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
СПОСОБОВ
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) медленное транспортирование
СОЖ в зону контакта
«шлифовальный круг – деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) невысокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга от
частиц металла и отходов шлифования.
1) высокая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) высокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга от
частиц металла и отходов
шлифования.
26
НАИМЕНОВАНИЕ
СПОСОБОВ
ПОДАЧИ СОЖ
СХЕМА СПОСОБОВ
10.
Импрегнированный
способ
подачи СОЖ
11.
Струйнонапорный
внезонный способ
подачи СОЖ
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
СПОСОБОВ
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – сопло для подачи СОЖ
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) медленное транспортирование
СОЖ в зону контакта
«шлифовальный круг – деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) невысокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга от
частиц металла и отходов шлифования.
1) высокая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) высокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга от
частиц металла и отходов
шлифования.
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – сопло для подачи СОЖ
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) невысокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга от
частиц металла и отходов
шлифования.
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – сопло для подачи СОЖ
12. Подача СОЖ в
виде
воздушножидкостной струи
27
НАИМЕНОВАНИЕ
СПОСОБОВ
ПОДАЧИ СОЖ
Подача СОЖ:
13. с наложением
магнитного поля
на СОЖ;
14. с наложением
магнитного поля
на торцы круга.
СХЕМА СПОСОБОВ
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
СПОСОБОВ
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) медленное транспортирование
СОЖ в зону контакта
«шлифовальный круг – деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
1 – шлифовальный круг;
детали со свежей СОЖ;
2 – обрабатываемая деталь;
5) высокая очистка рабочей
3 – сопло для подачи СОЖ;
4
–
электромагнитный поверхности шлифовального круга от
частиц металла и отходов
индуктор.
шлифования.
15.
Вакуумный
1) высокая относительная скорость
способ
подачи
движения потока СОЖ и
СОЖ
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
1 – шлифовальный круг;
5) высокая очистка рабочей
2 – обрабатываемая деталь;
поверхности шлифовального круга
3 – сопло для подачи СОЖ;
от частиц металла и отходов
4 - уловитель
шлифования.
Подача СОЖ:
1) низкая относительная скорость
16. сквозь поры
движения потока СОЖ и
шлифовального
охлаждаемого объекта;
круга;
2) небольшой смоченный периметр
17. сквозь поры
охлаждаемого объекта;
шлифовального
3) быстрое транспортирование СОЖ
круга
под
в зону контакта «шлифовальный круг
давлением.
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) невысокая очистка рабочей
1 – шлифовальный круг;
поверхности шлифовального круга
2 – защитный кожух;
от частиц металла и отходов
3 – обрабатываемая деталь.
шлифования.
28
НАИМЕНОВАНИЕ
СПОСОБОВ
ПОДАЧИ СОЖ
СХЕМА СПОСОБОВ
Подача СОЖ:
18. через каналы в
шлифовальном
круге;
19. через каналы в
шлифовальном
круге
под
давлением.
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь.
Подача СОЖ с
ультразвуковыми
колебаниями:
20. на торцы круга;
21.
вне
зоны
обработки.
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – сопло для подачи СОЖ
Контактный
способ
подачи
СОЖ:
22. на заготовку;
23. на круг.
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – пористый элемент.
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
СПОСОБОВ
1) высокая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) невысокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга
от частиц металла и отходов
шлифования.
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) медленное транспортирование
СОЖ в зону контакта
«шлифовальный круг – деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) высокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга
от частиц металла и отходов
шлифования.
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) максимальный смоченный
периметр охлаждаемого объекта;
3) медленное транспортирование
СОЖ в зону контакта
«шлифовальный круг – деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) высокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга
от частиц металла и отходов
шлифования.
29
НАИМЕНОВАНИЕ
СПОСОБОВ
ПОДАЧИ СОЖ
СХЕМА СПОСОБОВ
24. Шлифование в
среде СОЖ
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – резервуар
25.Гидроаэродинамический
способ
подачи
СОЖ
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь;
4 – сопло для подачи СОЖ;
5 - уловитель
26. Подача СОЖ
через каналы на
круге
1 – шлифовальный круг;
2 – защитный кожух;
3 – обрабатываемая деталь.
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
СПОСОБОВ
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) максимальный смоченный
периметр охлаждаемого объекта;
3) медленное транспортирование
СОЖ в зону контакта
«шлифовальный круг – деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) высокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга
от частиц металла и отходов
шлифования.
1) высокая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) максимальный смоченный
периметр охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) высокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга
от частиц металла и отходов
шлифования.
1) высокая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
4) максимальная продолжительность
контакта рабочей поверхности
шлифовального круга и поверхности
детали со свежей СОЖ;
5) невысокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга
от частиц металла и отходов
шлифования.
30
НАИМЕНОВАНИЕ
СПОСОБОВ
ПОДАЧИ СОЖ
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
СПОСОБОВ
СХЕМА СПОСОБОВ
Подача СОЖ в
замороженном
виде:
27.
в
зону
обработки;
28. на круг;
29. на заготовку.
1) низкая относительная скорость
движения потока СОЖ и
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) быстрое транспортирование СОЖ
в зону контакта «шлифовальный круг
– деталь»;
1 – шлифовальный круг;
4) максимальная продолжительность
2 – защитный кожух;
контакта рабочей поверхности
3 – обрабатываемая деталь;
шлифовального круга и поверхности
4 – сопло для подачи СОЖ
детали со свежей СОЖ;
5) невысокая очистка рабочей
поверхности шлифовального круга от
частиц металла и отходов
шлифования.
30.Заградительный
1) низкая относительная скорость
способ
подачи
движения потока СОЖ и
СОЖ
охлаждаемого объекта;
2) небольшой смоченный периметр
охлаждаемого объекта;
3) отсутствие транспортирования
СОЖ в зону контакта
«шлифовальный круг – деталь»;
1 – шлифовальный круг;
4) максимальная продолжительность
2 – защитный кожух;
контакта рабочей поверхности
3 – обрабатываемая деталь;
шлифовального круга и поверхности
4 – сопло для подачи СОЖ;
детали со свежей СОЖ;
5 – заградительная штора из 5) невысокая очистка рабочей
СОЖ;
поверхности шлифовального круга от
6 – факел отходов;
частиц металла и отходов
7 – трубопровод подвода шлифования.
СОЖ.
Анализируя таблицу 1.1 и априорные данные можно сделать следующие
выводы:
1. Самыми распространенными способами подачи СОЖ при плоском
шлифовании являются подача СОЖ поливом или напорной струей в зону
обработки.
Это
объясняется
тем,
универсальны, использование их
что
данные
способы
наиболее
позволяет повысить эффективность
плоского шлифования, не применяя дорогостоящее оборудование и
модернизацию существующего парка станков.
31
2.
Оптимальным
способом,
позволяющим
жидкости
наиболее
эффективно реализовывать свои основные функции, является шлифование в
среде СОЖ. Благодаря постоянному присутствию СОЖ в зоне контакта и ее
большому объему, теплоотвод от круга и поверхности обрабатываемой детали
более эффективен, чем при других способах. Также хорошо реализована
смазочная функция СОЖ, однако, данный способ имеет существенные
недостатки:
– большие потери СОЖ вследствие разбрызгивания, связанного с
высокой скоростью перемещения воздушных потоков в зоне обработки;
– плохая проточность ванны из СОЖ, что приводит к быстрому
загрязнению жидкости и необходимости ее замены.
3. Многие способы подачи СОЖ, представленные в таблице 1
труднореализуемы
из-за
необходимости
использования
специального
оборудования или существенной модернизации станков.
4. Отдельные из существующих способов подачи СОЖ в той или иной
степени реализуют улавливающую функцию. Но для них данная функция
является второстепенной и эффективность ее реализации невысока. Самым
эффективным с данной точки зрения является заградительный способ подачи
СОЖ,
обеспечивающий
улавливание
факела
шлама,
направлено
перемещающихся из зоны резания, но этот способ малоэффективен в борьбе
с отходами плоского шлифования в рабочей зоне станка.
Согласно
проведенному
патентному
анализу,
можно
выполнить
сравнительную характеристику основных способов подачи СОЖ и выявить
способы, позволяющие СОЖ наиболее эффективно реализовывать свои
функции. При помощи метода анализа иерархий [28], в целях выбора
наиболее рационального способа подачи СОЖ при плоском шлифовании,
была составлена четырехуровневая иерархия, с помощью которой было
определено, что наиболее эффективными видами подачи СОЖ являются:
свободно падающей струей, напорной струей, гидроаэродинамический, в
32
среде СОЖ. Особенно важными являются: свободно падающей струей, в
среде СОЖ.
Таким образом, в качестве наиболее эффективного способа подачи СОЖ
можно рекомендовать комбинированную технику ее подачи с применением
всех эффективных способов.
1.3 Повышение экологичности механической обработки
Процессы механической обработки сопровождаются пылевыделением,
интенсивность
которого
зависит
от
вида
используемого
режущего
инструмента, обрабатываемого материала, сухого или влажного метода
обработки, наличия и конструкции пылеотсасывающих устройств. Состав
образующейся пыли обычно смешанный — минерально-металлический. Как
правило, она содержит такие искусственные абразивы, как корунд Аl2O3,
карборунд SiC, небольшую примесь (до 2 – 3,5%) свободного диоксида
кремния, выделяющегося из керамической связки абразива. В редких
случаях, при применении естественных абразивов, пыль может содержать
высокий процент свободного диоксида кремния. Вдыхание шлифовальнополировочной
пыли
бывает
причиной
развития
катаров
верхних
дыхательных путей, бронхитов, пневмокониоза. [13]
Конденсируясь на холодных металлических конструкциях и частях
оборудования цеха, пары оставляют подтеки воды и масла, на которых
осаждается
пыль,
ускоряя
загрязнение
оборудования,
что
требует
дополнительных затрат сил и средств на его очистку, т.е. на дополнительное
обслуживание, уменьшает полезное время использования оборудования и в
конечном итоге снижает эффективность и производительность работ. [29]
Работа с СОЖ связана со значительным загрязнением кожных покровов
персонала,
механическим
и
химическим
повреждением
кожи,
ее
микротравматизацией.
Работы по улучшению качеств СОЖ с точки зрения уменьшения их
вредного влияния на обслуживающий персонал производятся постоянно, но
33
это не устраняет в зоне обслуживания "тумана" из паров воды масел и
присадок, входящих в состав СОЖ. Кроме того, замена в составе СОЖ
некоторых относительно вредных для здоровья присадок хоть и повышает
безопасность работ, но очень часто ведет к неадекватному снижению
технологических свойств СОЖ. Наконец, интенсивное испарение СОЖ ведет
к существенным ее потерям, снижает качество СОЖ, собираемой для
изменения концентрации и соотношения содержания некоторых компонентов
СОЖ из-за их испарения. К еще большим потерям СОЖ и загрязнению
окружающего
пространства
ведет
интенсивное
разбрызгивание
СОЖ
вращающимся инструментом. [23]
В настоящее время существуют как минимум три направления
повышения экологичности в зоне резания:
1) Применение специальных устройств для удаления, сбора пыли и
отходов обработки;
2) Развитие технологии минимальной подачи СОЖ;
3) Применение заградительных штор из СОЖ.
Устройств для удаления, сбора пыли и отходов нашли широкое при
механической обработки, в бытовом использовании, деревообрабатывающей
и машиностроительной промышленности.
Примером бытового использования является пылеулавливатель для
угловой шлифовальной машины (УШМ) [30], показанный на рисунке 1.7. К
корпусу УШМ 10 крепится защитный кожух 20, к данному кожуху
подсоединяется коллектор через шланг 80. На резьбовом валу 30
закрепляется шлифовальный круг 50, сверху круга 50 устанавливается
крыльчатка 40. При работе УШМ крыльчатка 40 генерирует поток воздуха,
который направляется пыль и отходы обработки в коллектор 160.
34
Рисунок 1.7 – Пылеулавливатель для УШМ
На
рисунке
1.8
представлена
конструкция
стружкоприемника
круглопильного станка [31]. Принцип работы заключается в следующем, во
время пиления при контакте опорно-подъемной пластины 5 с торцевой
поверхностью бревна стружкоприемник поднимается двумя рычагами 3, на
величину,
равную
высоте
пропила,
максимально
приближая
зону
улавливания стружки к зоне резания. Во избежание трения с заготовкой во
время пиления, стружкоприемник перемещается по бревну на опорном
ролике 6. Когда процесс пиления завершен, стружкоприемник опускается в
исходное положение, в котором поддерживается рычажными опорами 4.
Стружка попадает в аспирационный патрубок 2, а после этого в по шлангам в
место сбора стружки.
Рисунок 1.8 – Подвижный стружкоприемник круглопильного станка:
1 – защитный кожух; 2 – аспирационный патрубок; 3 – рычаг;
4 – рычажная опора; 5 – опорно-подъемная пластина; 6 – опорный ролик
35
Пылестружкоприёмник для токарной обработки показан на рисунке
1.9. Он представляет собой вытяжной (вакуумный) гибкий шланг диаметром
(50–80 мм.) установленный непосредственно над резцом для сбора пыли и
стружки, ограждения для улавливания, сохранения и последующего сбора
стружки [32]. Применение данных пылестружкоприёмников актуально при
точении хрупких материалов, таких как бериллий, чугун, латунь, бронза, так
как при их обработке стружка от режущего инструмента разлетается на
значительное расстояние (3–5 м).
Рисунок 1.9 – Пылестружкоприемник используемый при точении
хрупких материалов
На рисунке 1.10 показан коллектор для сбора стружки при сверлении.
Коллектор включает в себя корпус коллектора 110, внутри которого
установлен размельчитель стружки 106, который имеет втулку 112, через неё
проходит сверло 104. Во втулке выполнены несколько отверстий или пазов
118. При вращении сверла 104 образуется стружка 102, проходящая по
канавке сверла 120, стружка 102 соударяясь с отверстиями или пазами 118
размельчается на более мелкие стружки [33].
Коллектор может работать как в ручном, так и автоматизированном
режиме, при подключении к отсасывающем устройству.
36
Рисунок 1.10 – Коллектор для сбора стружки и пыли при сверлении
На рисунке 1.11 изображен шлифовальный станок 110, на котором
установлен коллектор 100. Коллектор засасывает искры 180 и пыль 182, 184.
После этого переносит отходы шлифования в безопасное место, для
последующей переработки или утилизации [34].
Рисунок 1.11 – Коллектор для сбора и пыли для плоскошлифовального
станка
Шлифовальное
устройство,
показанное
на
рисунке
1.12
предназначенное для шлифования таблеток ядерного топлива [35].
Все устройство заключено в перчаточной камере 6. В данном случае
обеспечивается как статическое, так и динамическое удержание частиц пыли.
Создаваемая
при
шлифовании
всасывающих сопел 7, 7' и 7". При этом:
пыль
всасывается
с
помощью
37
- первое сопло 7 расположено в нижней части под опорным ножом 4 с
небольшим смещением в сторону шлифовального круга 1;
- второе сопло 7' расположено в верхней части на одной вертикали с
указанным опорным ножом 4;
- третье сопло 7" предусмотрено для всасывания непосредственно из
защитного кожуха 5' ведущего круга 2.
Защитные кожухи 5 и 5', предусмотренные вокруг шлифовальных
кругов 1 и 2, имеют форму прямоугольных параллелепипедов, стенки
которых более или менее удалены от поверхностей кругов, так что между
кожухом и кругом образуются углы, где имеют тенденцию скапливаться
частицы пыли. Эти кожухи 5 и 5' создают несовершенное статическое и
динамическое удержание частиц пыли вблизи кругов 1, 2. Значительная часть
образующейся пыли выбрасывается из этих кожухов 5 и 5' и загрязняет
перчаточную камеру 6. Таким образом, не вся пыль отсасывается
всасывающими соплами 7, 7' и 7".
Рисунок 1.12 – Устройство для тонкого шлифования таблеток ядерного
топлива
На рисунке 1.13 изображен пильный станок для обработки камня и
керамической плитки 100 [36]. На нем установлен пылеуловитель 105,
содержащий два компонента. Первый пылеулавливающий компонент 130
улавливает пыль с верхней части материала 125 при разрезании кругом 115.
38
Второй пылеулавливающий компонент 135 улавливает пыль с нижней части
материала 125 при резании абразивной пластиной 115.
Рисунок 1.13 – Пильный станок с пылеуловителем
На рисунке 1.14 изображен пылестружкоулавливатель 10, который
устанавливается на стол 12 ниже направленного потока из пыли и стружки,
для того чтобы захватывать и удалять их посредством потока жидкости 18,
непрерывно смачиваемая стенку 30. После этого отходы шлифования
оседают на дне резервуара 74 [37].
Рисунок 1.14 – Пылестружкоулавливатель для плоского шлифования
Основным
недостатком
большинства
пылестружкоулавливающих
систем является то что они работают без подачи СОЖ, что может
отрицательно сказываться на качестве обработанной поверхности.
39
Традиционные методы подачи СОЖ, такие как подача поливом или
напорной
струёй,
при
механической
обработке
расходуют
литры
технологической жидкости. Это приводит к трудностям, связанным с
потерями от разбрызгивания, сбором и утилизацией, отработанной СОЖ.
Также свою роль играет стоимость самой СОЖ.
Технология минимальной подачи смазки (в зарубежной литературе
обозначается MQL либо SQL) является потенциальной альтернативной,
которая
использует
очень
малое
количество
СОЖ
подаваемое
непосредственно на режущие кромки инструмента. Наиболее применяемым
является подача аэрозоля в виде распыленной жидкостно-воздушной смеси.
Данная технология подачи нашла широкое применение для всех видов
механической обработки, в том числе для плоского шлифования (Рисунок
1.15)
Рисунок 1.15 – Подача СОЖ по технологии минимальной подачи
смазки
По способу подачи СОЖ (рисунок 1.16) в данной технологии способы
разделяются
на:
1)
внутреннюю
подачу,
через
каналы
режущего
инструмента; 2) внешнюю подачу, через внешнее сопло (сопла).
По принципу смешивания жидкостно-воздушной смеси выделяют
следующие схемы подачи:
1) смешивание жидкости и воздуха в специальном двуканальном
эжекторном сопле (рисунок 1.17);
40
Рисунок 1.16 – Внешняя и внутренняя подача по технологии
минимальной подачи смазки
Рисунок 1.17 – Подача СОЖ через двуканальное эжекторное сопло
Пример реализации данной схемы представлен в работе [38].
Конструкция сопла показан на рисунке 1.18. Общая схема насосной системы
показана на рисунке 1.19.
Рисунок 1.18 – Конструкция двуканального эжекторного сопла
41
Рисунок 1.19 – Схема насосной системы подачи СОЖ через эжекторное
сопло
2) Смешивание жидкости и воздуха во внешнем устройстве –
атомайзере, после этого аэрозоль подаётся через обычное сопло (рисунок 1.20).
Рисунок 1.20 – Подача СОЖ смешенного в атомайзере
Пример конструкции атомайзера фирмы Lenox показан на рисунке 1.21
Рисунок 1.21 – Атомайзер фирмы Lenox
42
3) Смешивание в зоне резания при комбинации сопел, при котором
через одно сопло подается жидкость, через другое воздух (рисунок 1.22).
Рисунок 1.22 – Схема смешивания жидкости и воздуха в зоне резания:
1 – шлифовальный круг, 2 – обрабатываемая деталь, 3– сопло для
подачи жидкости, 4 – сопло для подачи воздуха
Пример реализации данной схемы представлен в работе [39]. В ней
разработано установка, состоящее из двух сопел. Через одно подаётся
холодный сжатый воздух, через второе подаётся растительное масло
(рисунок 1.23)
Рисунок 1.23 – Экспериментальная установка подачи в зону резания
растительного масла и холодного сжатого воздуха
43
В 2016 году группой индийских специалистов было проведено
исследование [40], в котором сравнивались состояния поверхностного слоя
шлифованных поверхностей, полученных при сухом шлифовании, при
подаче СОЖ поливом, при технологии минимальной подачи смазки.
Технологические параметры эксперимента приведены в таблице 1.2. Схема
экспериментальной установки показана на рисунке 1.24.
Таблица1.2 – Технологические параметры эксперимента
Параметры
Значения параметра
Заготовка
Сталь AISI 52100 (аналог ШХ 15) твердость
HRC 62, размер образцов 100 х 70 х 10 мм;
Шлифовальный круг
A60K5V8, Ø190 x 20 мм;
Средство СОЖ
Дистиллированная вода;
Скорость шлифования
25 м/с
Скорость
перемещения 5 м/мин
стола
Вертикальная подача
10 мкм
Рисунок 1.24 – Схема экспериментальной установки
Получение жидкостно-воздушной схемы при технологии минимальной
подачи смазки производилась при помощи эжектроного сопла (рисунок 1.25).
44
Рисунок 1.25 – Эжектроное сопло
В исследовании были проведены зависимости сил резания, внутреннего
остаточного
напряжения,
шероховатости
поверхности.
Результаты
представлены в виде диаграмм, рисунки 1.26-1.28.
Рисунок 1.26 – Зависимость силы резания от способа подачи СОЖ
Рисунок 1.27– Зависимость внутренних остаточных напряжений от
способа подачи СОЖ
45
Рисунок 1.28 – Зависимость шероховатости обработанной поверхности
от способа подачи СОЖ
На основании данного исследования можно увидеть, что наименьшие
результаты у способа подачи поливом. Соответственно можно сделать вывод
что технология минимальной подачи смазки на данном этапе своего развития
уступает традиционным способам подачи СОЖ.
Также следует отметить о применении комбинаций технологии
минимальной подачи смазки и пылестружкоулавливателей (рисунок 1.29) [41].
Рисунок 1.29 – Комбинация минимальной подачи смазки с
пылестружкоулавливанием
Развитие направления применения заградительных штор из СОЖ
подробно
освещено
в
квалификационной работы.
следующих
главах
данной
выпускной
46
Выводы по главе 1.
1.
Одним
из
актуальных
и
активно
развивающихся
научных
направлений в технологии механической обработки является развитие и
совершенствование техники и устройств подачи СОЖ для обеспечения роста
производительности, качества и экологичности такой обработки.
2. Механизм действия СОЖ при механической обработке достаточно
хорошо изучен, разработана широкая гамма способов подачи СОЖ,
насчитывающая
30
основных
способов
и
значительное
число
их
разновидностей и комбинаций, из них наиболее значимый с точки зрения
простоты – подача СОЖ поливом, а наиболее значимый по эффективности
реализации технологической жидкостью своих функций – обработка в среде
СОЖ.
3. В последнее время проведено значительное количество достаточно
успешных исследований, направленных на повышение экологичности
различных видов механической обработки, в том числе шлифования, за счет
совершенствования техники подачи и последующего улавливания отходов
шлифования и отработавшей СОЖ, для плоского шлифования периферией
круга предложены подобные эффективные решения, однако они требуют
совершенствования.
47
2. РАЗРАБОТКА И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБА ПОДАЧИ СОЖ
С ФОРМИРОВАНИЕМ ДИНАМИЧЕСКОЙ
ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ВАННЫ В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ
В первой главе отмечалось, что в последнее время, производство,
потребление и номенклатура СОЖ резко возросли. В тоже время,
значительно ужесточились социально-гигиенические требования к любому
производственному процессу, поэтому вопросы техники применения СОЖ
стали особенно актуальны.
Таким образом, развитие техники применения СОЖ является одним из
перспективных
экологичности
направлений
процесса
увеличения
плоского
производительности
шлифования,
расширения
и
его
технологических возможностей. В связи с этим, необходимо рассмотреть
следующие вопросы:
1) разработать новый
обеспечивающий
способ
экологичность
комбинированной
процесса
плоского
подачи
СОЖ,
шлифования
и
учитывающий недостатки комбинаторного способа;
2) выполнить теоретическое обоснование разработанного способа
комбинированной подачи СОЖ.
2.1 Комбинированный способ подачи СОЖ с формированием в зоне
резания динамической пространственной ванны
Возможность оптимизации параметров улавливания факела отходов
при шлифовании делает условия для полного устранения выбросов аэрозоля
СОЖ и шлама, уменьшению себестоимости обработки в следствии экономии
СОЖ и улучшения экологической обстановки в зоне резания.
Целями разработки нового комбинированного способа подачи СОЖ
являются:
48
1) разработка такой техники подачи СОЖ, при которой ее
функциональные действия проявляются максимально и исключаются
недостатки комбинаторного способа подачи СОЖ;
2) разработка эффективного заграждения для распространения
аэрозоля СОЖ и отходов шлифования, как для факела, так и для отдельных
частиц, в том числе, затягиваемых кругом под кожух;
3) создание динамической пространственной ванны из СОЖ в зоне
резания, исключающее условия сухого резания и позволяет увеличить
производительность обработки в следствии форсирования режимов
резания;
Научные исследования аэродинамической обстановки в рабочей зоне
плоскошлифовального станка, а также исследования, выполненные в работах
[5, 42, 43, 44] и анализ комбинаторного способа подачи СОЖ послужили
основой для создания нового комбинированного способа подачи СОЖ при
плоском шлифовании периферией круга. Устройство, реализующее способ,
показано на рисунках 2.1, представляет собой cоставной моноблок,
крепящийся к защитному кожуху станка при помощи болтов (рисунок 2.2),
обеспечивающих вертикальную регулировку относительно шпинделя на
высоту до 35 мм, что обеспечивает компенсацию износа круга в процессе
работы.
Рисунок 2.1 – Общий вид устройства комбинированной подачи СОЖ.
49
Рисунок 2.2 – Корректирование устройства комбинированной подачи СОЖ
по мере износа круга.
К устройству присоединяются трубопроводы 1 (рисунок 2.3) системы
подачи СОЖ станка.
Рисунок 2.3 – Устройство комбинированной подачи СОЖ, установленное
на станке: 1– трубопровод, 2– кожух станка, 3 – устройство
комбинированной подачи СОЖ, 4 – стол магнитный, 5– штора из СОЖ.
Зона резания по всему периметру окружается шторами из СОЖ 5, а из-за
наклона этих штор в зоне резания создаётся динамическая ванна из СОЖ.
Уловленные частицы шлама перемещаются в систему очистки СОЖ станка.
50
Схема работы устройства, реализующего комбинированный способ
подачи СОЖ, представлена на рисунке 2.4.
В нижней части спроектированное устройство оснащено рядом
нерегулируемых сопел 1 – 7, спозиционированных, как изображено на
рисунке 2.5, при помощи которых, по периметру зоны резания создаётся
сплошная заградительная штора из СОЖ, улавливающая шлам и пары СОЖ.
При достижении определенного давления в системе подачи СОЖ соплами 47 обеспечивается формирование ванны из СОЖ, что создаёт благоприятное
влияние на процесс шлифования за счет интенсификации отвода тепла из
зоны резания и повышения качества реализации СОЖ своих функций [45]. В
следствии комбинации как минимум шести основных способов подачи
(поливом в зону обработки, поливом вне зоны обработки на периферию
круга и на заготовку, шлифование в среде СОЖ, гидроаэродинамический,
заградительный) нейтрализуется негативное воздействие периферийных
воздушных
потоков на
функции СОЖ, а, при контакте круга с
обрабатываемой деталью, за счет сопел 1, 3 мгновенно в зоне резания
образуется проточная динамическая пространственная ванна из СОЖ. Сопло
1, подавая СОЖ в клиновой зазор между кругом и устройством, наполняет
конструктивное сопло 2, которое обеспечивает отсечение ламинарных
воздушных потоков от поверхности вращающегося шлифовального круга и
подачу СОЖ непосредственно в зону резания, за счет ее увлечения кругом.
Устройство предполагает изменение скорости истечения СОЖ из сопел
и давления жидкости в системе двумя вентилями (на схеме не показаны),
установленными
на
каждом
из
трубопроводов.
Контроль
давления
регулируется с помощью манометров (не показаны). Отработавшая жидкость
перемещается на очистку посредством дренажной системы станка.
Процесс шлифования сопровождается пылевыделением, интенсивность
которого
зависит
от
обрабатываемого
шлифовального круга и техники подачи СОЖ.
металла,
используемого
51
Рисунок 2.4 – Схема работы устройства комбинированной подачи СОЖ.
Пыль при шлифовании является аэродисперсной системой, в которой
дисперсионной средой является воздух рабочей зоны, а к дисперсной фазе
относятся
взвешенные
твердые
частицы
обрабатываемого
металла,
абразивных зерен и связки шлифовального круга, так и распыленная СОЖ.
При работе шлифовального станка пыли выделяется до 30 г/час на 1 кВт
мощности дисперсностью от 0,1 до 200 мкм. Ввиду относительно быстрому
оседанию крупных пылевых частиц (от 10 мкм и более), в воздухе
производственных помещений преобладают пылевые частицы до 10 мкм, при
этом 7090% из них составляют частицы размером до 5 мкм.
К числу самых распространенных опасных веществ, выделяющихся при
шлифовании, является диоксид кремния (SiO2), поступающий из зоны
резания в виде аэрозолей дезинтеграции и конденсации и составляющий до
52
70% от общей массы пыли. Диоксид кремния относят к 3 классу опасности,
его ПДК в рабочей зоне составляет 2 мг/м3 [8.
В связи с совершенствованием техники подачи СОЖ, можно говорить о
возникновении нового функционального действия (свойства) СОЖ –
улавливающего, которое заключается в уменьшении концентрации вредных
веществ в рабочей зоне шлифовщика из-за нейтрализации факела отходов
шлифования и аэрозолей дезинтеграции и конденсации из зоны резания при
помощи физического улавливания и отвода технологической жидкостью.
Численно улавливающее действие СОЖ можно определить через
безразмерный коэффициент улавливания µ по формуле:

где
K
,
ПДК
(1)
К – концентрация вредных выбросов в рабочей зоне, мг/м3;
ПДК – предельно допустимая концентрация вредного вещества в рабочей
зоне, мг/м3.
Улавливающее действие СОЖ считается удовлетворительным если
коэффициент µ1 и чем меньше это значение, тем эффективнее улавливающее
действие СОЖ. Следует отметить, что интенсивное попадание раскаленных
отходов из зоны резания в СОЖ интенсифицирует ее испарение и нагрев,
способно резко изменить ее состав и структуру [9, 10], следовательно, в каждом
отдельном случае процесс улавливания предполагает взвешенный подход.
Для реализации разработанного способа необходимо выполнить его
теоретическое обоснование, заключающееся в:
1) теоретическом анализе кинематики процесса плоского шлифования,
позволяющий рассчитать максимальные размеры срезаемой стружки и после
этого определить дисперсность твердых частиц, создающих поток шлама,
формирующийся в зоне шлифования;
2) расчете условий, необходимых для формирования штор и ванны из
СОЖ, а также взаимодействия штор из СОЖ с потоком абразивно-
53
металлического шлама, что обеспечит прогнозирование результатов данного
взаимодействия.
2.2 Математическая модель определения параметров срезаемого слоя
единичным абразивным зерном
В работах [44, 46, 47, 48] представлены математические модели,
позволяющие определить размеры срезаемой стружки, однако в данных
моделях не учитывалась стружка, не подвергшаяся дроблению. Поэтому
принять эти модели для нашего исследования невозможно.
В работе [7] представлена математическая модель, позволяющая
определить максимально возможный размер срезаемой стружки при плоском
шлифовании периферией круга. Однако, данная модель имеет ряд недостатков:
- стружку рассматривают как цельный шар, а в ряде последних работ [42,
49, 50] доказывается, что стружка если и имеет форму шара, то этот шар полый
внутри;
- упрощенно рассматривают параметры среза единичным абразивным
зерном.
Поэтому в данной работе представлена математическая модель
определения параметров недробленой стружки, срезанной единичным зерном
при плоском шлифовании периферией круга, базирующаяся на тех же
физических принципах.
При расчете использовано два допущения, принятых в большинстве
опубликованных работ [44, 51]:
1. Кинематические зависимости, касающиеся поперечного сечения
стружки, исследуются в одной плоскости (торцовом сечении круга);
2. Исходная поверхность детали гладкая, а ее профиль является
горизонтальной прямой линией (для плоского шлифования).
Первое
допущение
связано
с
кинематикой
универсальных
шлифовальных станков, обеспечивающей совпадение главного рабочего
движения абразивного круга и вспомогательного движения подачи заготовки
54
в одной плоскости. Это означает, что векторы скоростей круга и детали
лежат в одной плоскости и, следовательно, кинематическая модель
шлифования должна быть плоской. [7]
Второе допущение означает пренебрежение исходной шероховатостью
поверхности заготовки по сравнению с глубиной резания. Это допущение
вызвано необходимостью учета глубины резания, отсчет которой ведется от
поверхности детали. Поскольку уравнение поверхности детали неизвестно, то
проще всего аппроксимировать ее прямой линией. Следовательно, модель
является более точной, когда глубина резания много больше исходной
шероховатости поверхности обрабатываемой заготовки. В большинстве
случаев это условие соблюдается, в частности, при черновом шлифовании. [7]
Известно, что циклоида является траекторией движения зерна
шлифовального круга. Рассмотрим след от двух соседних абразивных зерен,
расположенных на одном радиусе и лежащих в одной радиальной плоскости
(рисунок 2.5).
Рисунок 2.5 – Расчетная схема к определению максимального объема
стружки, срезаемой единичным зерном
Проекцию дуги контакта абразивного зерна с заготовкой на ось х
находим по теореме Пифагора:
55
L  R 2   R  t   2Rt  t 2
(2.2)
2
где
R – радиус шлифовального круга;
t – глубина шлифования;
Половину
расстояния
между
соседними
абразивными
зернами,
находящимися на одном радиусе, лежащими в одной плоскости и
движущимися по одной и той же траектории находим по формуле [52]:
l
где
1
8168,3  h 2,15  K30,667
2
d32 106
(2.3)
h – глубина рабочего слоя;
Кз – объемная концентрация абразивных зерен;
dз – диаметр абразивного зерна.
Площадь среза единичным зерном равна:
SBDE  S ACE  SBCD  S ABE ,
(2.4)
Учитывая, что:
S ACE 
L l
 f  x dx ,
1
0
h
S BCD   f  x1 dx  hпр  t ,
0
S ABE 
L l
 f  x dx ,
2
0
где
(2.5)
(2.6)
(2.7)
hПР – продольное перемещение круга за 1 оборот, мм/об;
R – радиус шлифовального круга, мм;
t – глубина шлифования, мм.
Продольное перемещение круга рассчитывается:
hПР 
где
2 R  ПР
К
,
(2.8)
νПР – продольная подача шлифовального круга;
νК – скорость вращения шлифовального круга.
Так как фигура образована пересечением двух циклоид, то они могут
быть описаны следующими функциями:
56
f  x1   R 2   x  hПР 
f  x2   R 2  x 2
2
,
(2.9)
(2.10)
,
Подставив данные функции в уравнения (2.5-2.7), и учитывая (2.2-2.3)
получим:
2 Rt t 2 
1
8168,3h2,15  K30,667
d32 106

S ACE 
2
0
S BCD 
hПР

(2.11)
R 2   x  hПР  dx ,
R 2   x  hПР  dx  hПР  t ,
2
(2.12)
0
1
2 Rt t 2 
8168,3h 2,15  K30,667

S ABE 
d32 106
(2.13)
R 2  x 2 dx ,
0
Подставив (2.8, 2.11–2.13) в (2.4) и, проведя интегрирование и
преобразования, имеем:
2 Rt t 2 
1
8168,3h 2,15  K30,667

S BDE 
d32 106

К
t 
К

0
2

2 R  ПР 
R x 
 dx 
К


2
(2.14)
1
2
2 R  ПР
2 R ПР

2 R  ПР 
R  x
 dx 
К


2
0
2 Rt t 
2
8168,3h 2,15  K30,667

d32 106
2
2
R  x dx 
 ПР  2 Rt  t 2 
0
Максимальный
объем
стружки,
10 К
срезаемой
единичным
зерном
определяется как:
Vс  SBDE  z ,
где
(2.15)
z – размер зерна шлифовального круга, мм.
Данная зависимость позволяет с достаточной точностью рассчитать
объем снимаемой стружки единичным зерном.
Формы стружки могут быть различными. В работе [50] представлены
результаты исследования, в которых указано, что в шламе после шлифования
57
образцов всех марок сталей присутствуют стружки следующих типов:
широкие длинные; широкие короткие, длинные тонкие, сферические,
бесформенные (рисунок 2.6).
Рисунок 2.6 – Формы стружек при шлифовании
Исходя из того, что действие стружкообразования при шлифовании
происходит
под
действием
значительных
конечных
пластических
деформаций (локализуемых в узкой зоне пластического сдвига), при высокой
температур,
больших
скоростей
деформирования
и
кратковременно,
состояние обрабатываемого металла близко к идеально-пластическому. В
соответствии
с
этим
фактом принимаем
к рассмотрению
стружки
шарообразной (глобулической) формы, поскольку в данном случае, при
движении они будут владеть максимальной энергией и минимальным
лобовым сопротивлением [42, 53, 54, 55].
В работе [50] проведено исследование влияния химического состава
шлифуемых марок сталей на результаты фотометрического анализа
глобулических стружек после шлифования. Был получен массив данных,
характеризующих размеры и количество глобулических стружек на 1 мм 2
снимка (поверхностная плотность).
58
На рисунках 2.7 и 2.8 приведены диаграммы среднего диаметра и
поверхностной плотности глобул для пяти исследуемых марок сталей.
Увеличение количества легирующих элементов в шлифуемом материале в
значительной степени уменьшает количество глобулических стружек и
увеличивает их диаметр [50]. Установлено, что хром резко увеличивает
диаметр глобул более чем в 3 раза, при этом их количество уменьшается в 6
раз; добавление такого же процентного содержания никеля приводит к
увеличению диаметра глобул – примерно в 3,5 раза, с уменьшением их
количества – более чем в 12 раз; добавление в лигатуру стали марганца
приводит к увеличению среднего диаметра глобулы в 4 раза, при сокращении
их количества в 24 раза; появление 3% никеля с одновременным резким
уменьшением количества углерода в стали (до 1,2 %) увеличивает средний
диаметр глобулы в 5–5,5 раз, их количество уменьшается в 60 раз [50].
Рисунок 2.7 - Средний диаметр глобулических стружек после шлифования.
59
Рисунок 2.8 - Среднее количество глобулических стружек после шлифования.
Количественные характеристики – средний диаметр глобул d и их
количество n – обратно пропорциональны друг другу (рисунок 2.9).
d
n
Рисунок 2.9 - Средний диаметр и количество глобул для разных марок сталей.
Из анализа рисунков 2.7-2.9 следует, что сложнолегированные стали
склонны в меньшей степени к образованию сферических стружек, та как
обязательным
условием
образования
сферических
стружек
является
60
достижение
контактной
температуры
между
абразивным
зерном
и
обрабатываемы материалом до температуры плавления, следовательно, с
увеличением сложности лигатуры стали – от 45 до 12ХН3А –
должна
увеличиваться ее величина.
Большая часть известных методов расчета температуры ликвидус
углеродистой и легированной стали (ТL) основана на полиномных выражениях,
которые в обобщенном виде могут быть представлены следующим образом [56,
57, 58, 59]:
TL = Тплав Fe – (Σ(a0 + a1∙[i] + a2∙[i]2)),
(2.16)
где Tплав Fe – температура плавления чистого железа (в соответствии с
большей частью известных рекомендаций TплавРе= 1539 °С);
а0 – коэффициент приведения температуры плавления чистого железа
(вводится в если значение температуры плавления железа отлично от
приведенного выше);
а1 и а2 – коэффициенты значимости 1-го и 2-го порядка для соответствующего элемента i, содержащегося в стали данной марки;
[i] – содержание элемента i в стали данной марки, %.
Изменение же диаметра глобулы, а именно его увеличение на фоне
уменьшения количества глобул объясняется различными поверхностными
силами, действующими на поверхности расплавленной стружки, в момент ее
отвердевания. Численной характеристикой этих сил является коэффициент
поверхностного натяжения.
В соответствии с рекомендациями С.И. Попеля [60], коэффициент
поверхностного натяжения G для любой стали может быть определен по
формуле
G = GFe – 2000·lgΣFi·xi,
где GFe – поверхностное натяжение чистого железа, Дж/м2;
xi – атомная доля i-го компонента в сплаве;
ni – число молей i-го компонента;
Fi – параметр капиллярной активности легирующей добавки.
(2.17)
61
Для рассмотренных марок стали по вышеприведенным формулам
рассчитаны температуры плавления и коэффициенты поверхностного
натяжения, представленные в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Температура плавления и коэффициент поверхностного
натяжения расплава для разных сталей
Показатель
Температура
плавления TL, °C
Коэффициент
поверхностного
натяжения G, Дж/м2
Коэффициент
полостности
стружки, Кпол
Для
бóльшей
Марка стали
40Х
40ХН
38ХГН
Величина показателя
45
12ХН3А
1494,24
1496,91
1496,92
1498,01
1507,06
1291,61
1180,36
1163,73
1127,97
946,79
1,1
3,3
3,8
4,4
5,9
наглядности
представим
полученные
данные
в
графическом виде вместе с графиками изменения процентного содержания
различных химических элементов в сталях (рисунки 2.10-2.11).
G
Тпл
Рисунок 2.10 – Температура плавления и коэффициент поверхностного
натяжения для различных марок сталей
62
Ni
Cr
Mn
С
Рисунок 2.11 - Количество различных химических элементов
в различных марках стали
Анализируя график изменения температуры плавления стали (рисунок
2.10) можно заключить, что с увеличением количества легирующих
элементов в шлифуемой стали увеличивается температура ее плавления, что
вполне объясняет значительное уменьшение количества глобулических
стружек, которые являются результатом расплавления отдельных стружек.
Интенсивность увеличения температуры плавления тем сильнее, чем бóльше
в шлифуемой стали присутствует тугоплавких элементов, таких как никель и
хром (рисунок 2.11).
Чем сложнее сталь по своему химического составу и чем меньше в ней
углерода, тем ее температура плавления выше, следовательно, тем меньшее
количество единичных зерен совершают работу по удалению единичной
стружки с выделением тепла достаточного для расплавления стружки, значит
тем в меньшей степени вероятно образование сферических стружек при
шлифовании такой стали.
Анализируя
график
изменения
коэффициента
поверхностного
натяжения можно заключить, что сложнолегированные стали имеют
63
меньший коэффициент, чем стали слаболегированные. В данном случае тоже
прослеживается
однозначное
влияние
химических
элементов
на
коэффициент поверхностного натяжения, но обратное, чем на температуру
плавления.
На основании вышесказанного, при расчете объема стружки, вводим
коэффициент полостности Кпол, значение которого для стали 45 принимаем в
соответствии с рекомендациями [42], а для других материалов, в
соответствии с [61, 62, 63, 64]. Значения коэффициента Кпол представлены в
таблице 2.1.
Зная размеры стружки, принимая во внимание [7, 42, 50, 64],
пересчитываем их на размер шара глобулярной стружки:
VС 
где
3
  dСТ
6
 К пол ,
(2.18)
Кпол – коэффициент полостности стружки.
Для стали 45 принимается Кпол = 1,1.
Тогда, учитывая (2.15) диаметр стружки шарообразной формы dСТ равен:
dСТ 
Полученная
максимальные
3
6  ПР  Z  2 Rt  t 2 
математическая
размеры
(2.19)
10 К  К пол
стружки,
модель
срезаемой
позволяет
вычислить
единичным
зерном
шлифовального круга, после этого определить максимальную дисперсность
твердых частиц, формирующих поток шлама, созданный в зоне резания при
плоском шлифовании (рисунок 2.12).
Так при шлифовании абразивным кругом 1 250-40-76 25А F40 K6V
35m/с А3 ГОСТ 52781-2007, R=125 мм, t=0,5 мм, VПР=2 м/мин, z=40 мкм,
стали 45, согласно полученной модели, диаметр стружки шарообразной
формы dСТ срезаемой единичным абразивным зерном составляет 0,1 мм.
В разработанной ранее модели [7] максимальный диаметр стружки,
срезаемой единичным абразивным зерном, для стали 45 составлял 0,07 мм,
что на 30% меньше реального размера стружки, экспериментально
64
измеренного в работах [42, 46, 47, 48], для высоколегированных сталей
данные для расчетов представлены впервые.
Рисунок 2.12 – Влияние продольной подачи и глубины шлифования
на размер стружки при шлифовании стали 45.
Выводы:
1. Процентное содержание легирующих элементов в шлифуемой стали
оказывает решающее влияние на гранулометрический состав стружек,
формирующихся после шлифования.
2. Основными характеристиками формирования сферических стружек
является температура плавления стали и коэффициент поверхностного
натяжения расплава стали.
3. Увеличение содержания в шлифуемой стали хрома и никеля, с
одновременным
уменьшением
углерода
приводит
к
увеличению
температуры плавления стали и уменьшению коэффициента поверхностного
натяжения в расплавленном виде, а, следовательно, снижает вероятность
образования сферических стружек, однако при образовании такой стружки,
ее диаметр будет больше, чем после шлифования нелегированных сталей.
4. Анализируя влияние технологических факторов на размер стружки,
срезаемой единичным зерном шлифовального круга (рисунок 2.12) отметим,
что значительное влияние на размеры стружки осуществляет изменение
глубины шлифования.
65
2.3 Математическая модель образования штор и ванны из СОЖ
Математическая модель образования штор из СОЖ опирается на
главных положениях гидродинамики [65,66].
При разработке математической модели применялись следующие
допущения:
1. На образование шторы и ванны из СОЖ не оказывает влияние
движение шлифовального круга и стола станка;
2. В модели не рассматривается вязкость жидкости и коэффициент
потерь, следовательно, данная модель пригодна только для формирования
ванны из СОЖ на водной основе;
3. Штора СОЖ, вытекающая из сопла, по всей длине неразрывна;
4. Для образования ванны из СОЖ нужно, чтобы давление в шторе из
СОЖ Pшт было больше чем давление ванны из СОЖ Рв, с которым она
воздействует на шторы, ограждающие зону резания:
Pст ≥ Рв
(2.20)
На рисунке 2.13 показана схема движения СОЖ, в результате действия
которой в зоне резания формируется ванна из СОЖ.
Характер распределения скоростей в потоке зависит от направления
радиуса-вектора ti (рисунок 2.14).
Рисунок 2.13 – Схема формирования ванны из СОЖ в рабочей зоне станка
66
Рисунок 2.14 – Расчетные параметры сечения струи СОЖ
В общем виде эта зависимость выражается:
 i   max (1 
где
ti2
)
li2
(2.21)
li - максимальное значение радиуса ti;
νmax - максимальная скорость жидкости.
Энергия элементарной частицы потока СОЖ определится выражением:
Edm 
где
2
dmi i2 dmi max
t2

(1  i2 )2
2
2
li
(2.22)
mi - элементарная масса частицы жидкости.
Сила инерции, действующая на элементарную частицу потока СОЖ
определится:
dFi 
 t 2   2t 2 
dEdm 1
ti2
2
2
 dmi max
2 1  i2    2i   2dmi max
dti
2
li2
 li   li 
 ti2 
1  2 
 li 
(2.23)
Для определения давления со стороны внешнего слоя потока СОЖ на
внутренний, возьмем сечение центрального потока в виде прямоугольника
длиной 2ri и вычислим силу, действующую на элементарную площадку dS.
Для чего подставим в выражение (2.23) величину элементарной массы dmi=ri
ti dj dti dh и проинтегрируем его в пределах от ti до li:
67
li
dF   dFi   2
ti
2
 max
li2
li

ti

 d dh  ti2 1 
ti2 
 dti
li2 
(2.24)
Выразим ti и li через стороны прямоугольного сопла 2ri и 2l:
ti 
ri
dri
l
; li 
; dt 
cos 
cos 
cos 
(2.25)
Тогда получим:
dF  2
2
 max
l 2 cos 
d dh
l /cos
2
 2 ri 4 

 max
l  1 ri3
ri5
1
r

dr


2



 i


2  i
4
3
2
5
2

l 
cos   3 3l 5cos  5l cos  
ri /cos 
(2.26)
Разделив выражение (2.26) на значение элементарной площадки dS,
равную:
S  ti d dh 
ri
d dh
cos 
(2.27)
найдем давление на площадку, центр которой расположен на поверхности
центрального потока прямоугольного сечения:
P
2
dF
  1  ri3 
1  ri5  
 2 max
1


 

1   
dS
ri / li cos3   3  l 3  5cos 2   l 3  
(2.28)
Исходя из этого, при вытекании струи из прямоугольного отверстия
силы инерции вдавливают ее с плоских сторон и выдавливают со стороны
ребер. В итоге чего происходит перераспределение скоростей по сечению
струи: в серединах плоских поверхностей скорости частиц жидкости будут
близки к максимальным, в углах будут иметь минимальное значение). Закон
распределения скоростей для четверти сечения струи [67] имеет вид:
 ti2  min  ti2  
ti2
 i   min   max  min  2   max  2 
1  2  
li
 li  max  li  
(2.29)
Кинетическая энергия элементарной частицы жидкости dmi находится:
Edm
2
dmi i2 dmi max


2
2
2
 ti4
 ti2  
 min ti2  ti2   min
 4 2
1   
1   
 max li2  li2  li2  li2  
 li
(2.30)
Сила инерции, действующая на элементарную частицу, равна:
dFi 
2
dEdm dmi max

dti
2
2
 4ti3
 min ti  ti2   min ti3
 min

4
1


4

2
 4


2
 max li2  li2   max li4
 max
 li
 ti2  ti  
1  2  2 2  
 li  li  
(2.31)
68
Для определения давления, создаваемого силами инерции жидкости, на
элементарную площадку dS, равную:
dS  ti d dh 
ri
d dh
cos 
(2.32)
и расположенная на стороне прямоугольника, величина которой равна ri,
необходимо найти силу, действующую на эту площадку со стороны
внешнего слоя потока СОЖ. Подставив (2.25) и имея в виду, что
ti ri
 ; dmi  ti d dti dh
li l
получим:
ti
2
dF   dFi  2 max
0
 2
2
max
d dh
cos 
ri /cos 

0
2
 ri 4  min ri 2 
ri 2   min
ri 2  ri 2  

1

2

 4

1   dri 
2 
2
l 2   max
l 2  l 2 
 l  max l 
2


ri3
ri3
2ri5   min
ri5
ri5
 min 
 
d dh




 4




4
2
3
4
5
2
2
3
4
5
cos   5l cos   max  3l cos  5l cos    max  3l cos  5l cos   
(2.33)
Давление шторы из СОЖ определится выражением:
2
  r / l 4 
dF 2 max
 i
P

 min
dS cos3   5cos3   max

  ri / l 4 2  ri / l 4   2   ri / l 4 2  ri / l 4  



  min


3
2
3
 3
  max
 3

5cos

5cos





(2.34)
Так как скорость потока шторы из СОЖ зависит от геометрических
размеров сопла и параметров гидросистемы, то:
i 
где
Q
Sсеч
(2.35)
Sсеч – площадь сечения струи, м2;
Q – расход жидкости, м3/с;
Поскольку при истечении из прямоугольного сопла струя подвергается
инверсии, то, согласно [68] Sсеч в любом горизонтальном сечении находится
по формуле:
Sсеч  ai  bi   2r  h  k    2l  0.08h  k 
где
(2.36)
h – высота шторы из СОЖ;
k – эмпирический коэффициент инверсии струи [68].
Коэффициент инверсии струи зависит от высоты струи и находится по
графику (рисунок 2.15) [68].
69
Рисунок 2.16 – Коэффициент инверсии струи
Из вышеизложенного следует, что максимальная скорость потока
шторы из СОЖ νmax будет на выходе из сопла, а минимальная νmin - при
взаимодействии с обрабатываемой поверхностью.
Чтобы найти давление, действующее со стороны потоков отраженных
струй в объеме ванны из СОЖ применим следующую зависимость:
Pв 
где
R
Sстр
(2.37)
R – сила давления ванны на преграду (заднюю штору из СОЖ);
Sстр – площадь, на которую действует данная сила.
Учитывая (2.36):
Sстр  H   2r  h  k 
где
(2.38)
Н – высота ванны из СОЖ, м.
Так как максимальное давление ванны из СОЖ на штору появляется у
плоскости обрабатываемой поверхности, то сила давления струи на штору
вычисляется по формуле:
R  Q min
(2.39)
Выполним преобразования, найдем:
Pв 
 Q min
H   2r  h  k 
Следуя из условия (2.20) и формул (2.34), (2.40) получим:
(2.40)
70
2
  r / l 4 
2 max
 i 3  min
3
cos   5cos   max

  ri / l 4 2  ri / l 4   2


  min
3
2
 3
5cos    max

  ri / l 4 2  ri / l 4  
 Q min


 
3
 3

5cos    H   2r  h  k 


(2.41)
Отсюда, высота ванны из СОЖ равна:
H
 Q min
 r / l 
2

 i 3  min
cos   5cos   max

  ri / l  2  ri / l 4   2


  min
3
2
 3
5cos    max

Разработанная
математическая
4
2
max
3
4
  ri / l 4 2  ri / l 4  


    2r  h  k 
3
 3

5cos



модель
позволяет
найти
(2.42)
высоту
создаваемой в зоне обработке ванны из СОЖ в зависимости от расхода
технологической жидкости и размеров данной зоны на столе станка.
При следующих условиях: расход 5%-ного раствора эмульсола НГЛ205, выполняемый гидронасосом станка Q = 45 л/мин, геометрические
размеры сопел 4-7 (в соответствии с рисунком 2.4): a1=a3=98 мм, a4=a7=102
мм, a5=a6=206 мм, b1, 3-7 = 1,5 мм, высота шторы из СОЖ h  15 мм, высота
ванны из СОЖ Н, найденная по формуле (2.42), составляет 12,5 мм.
Расход СОЖ при комбинаторном способе подачи [25] и предлагаемом
комбинированном способе подачи прямо пропорционален площади сечений
сопел.
При
комбинаторном
способе
S=1,610-3
м2,
при
новом
комбинированном способе S=1,2210-3 м2. Таким образом, расход СОЖ
снижен на 24% за счет совершенствования техники подачи СОЖ.
2.5 Математическая модель взаимодействия частицы шлама
со шторой из СОЖ
Скорость частицы шлама (глобоидной стружки) при соприкосновении
со шторой из СОЖ будет равна [69]:
 
где
4mg
2
 Ж  dСТ
(2.43)
m – масса частицы, кг;
 Ж – плотность СОЖ, кг/м3.
В работе [7] представлена математическая модель формирования
шторы из технологической жидкости и ее взаимодействия с частицей шлама,
71
построенная
на
модифицированным
решении
методом
системы
Эйлера,
рекуррентных
что
значительно
уравнений
усложняет
вычисления и не позволяет получить точного результата без применения
вычислительной техники со специальным программным обеспечением.
Разработанная математическая модель лишена указанного недостатка и
также базируется на главных положениях гидродинамики [65, 66]. При
расчете применены те же допущения, что и в работе [7]:
1. Штора СОЖ, вытекающая из сопла, по всей длине неразрывна, имеет
одинаковую скорость потока и плотность;
2. Факел шлама является потоком частиц с одинаковой скоростью, но
направленных под разными углами к горизонтальной плоскости;
3.
Перемещение
частицы
шлама
в
вертикальном
потоке
равнозамедленное.
Рассмотрим движение частицы шлама при горизонтальном попадании
в
вертикально
движущуюся
штору
(поток)
СОЖ,
как
наиболее
неблагоприятный случай, с точки зрения улавливания частицы потоком.
Толщина шторы СОЖ при снижении высоты h уменьшается (рисунок
2.16), наименьшему торможению подвергается частица шлама с углом
падения  = min, т.е min = 0o.
Рисунок 2.16 – Распределение скоростей движения частицы шлама
72
Поскольку движение частицы шлама в вертикальном потоке СОЖ
равнозамедленное,
следовательно,
горизонтальная
проекция
движения
частицы:
S Шх   СТ  t 
где
at 2
2
(2.44)
 СТ – скорость частицы шлама, м/с;
t – время, при котором скорость частицы VСТ снизится до скорости струи  min ;
a – ускорение частицы шлама, м/с2.
Ускорение частицы в момент соприкосновения со шторой СОЖ
рассчитываем по второму закону Ньютона:
a
где
Fтр.в.
m
(2.45)
Fтр.в. – сила сопротивления воздуха, Н.
С другой стороны:
a
 к  СТ
t
(2.46)
Время, при котором начальная скорость частицы, равная скорости
круга  к снизится до скорости  CT , находится по формуле:
t
где
L
 к  СТ
L- расстояние от зоны обработки до шторы из СОЖ, м;
m  Vc  
где
(2.47)
(2.48)
 - плотность частицы, кг/м3;
Учитывая (2.18):
m
3
    dСТ
6
 К пол
(2.49)
Сила сопротивления воздуха Fтр.в. находится зависимостью:
Fтр.в. 
где
Сx в d CT2  к
2
Сх– коэффициент сопротивления воздуха;
 в – плотность воздуха, кг/м3;
(2.50)
73
Тогда:

 СТ   к 1 

3Cx в  L 

  dСТ  К пол 
(2.51)
Сопоставляя значения из формул (2.43) и (2.51) делаем вывод, что
скорость  СТ больше скорости  , поэтому дальнейший расчет ведем для
частицы шлама попадающую в штору из СОЖ.
Время, за которое скорость частицы  СТ уменьшится до скорости струи
 min находится по формуле:
t
 СТ  min
(2.52)
a
По второму закону Ньютона:
a
Fтр
(2.53)
m
Сила сопротивления частицы в потоке СОЖ Fтр, в этом случае,
определяется зависимостью [21]:
Fтр  3 СТ dСТ (1 
где
3  dСТ СТ
)
16
(2.54)
 - динамическая вязкость жидкости, Па  с ;
 - кинематическая вязкость жидкости, м2/с;
Тогда:

S Шх

3Cx в  L 
  к 1 


 dСТ  К пол 


3  dСТ


3C x  в  L 

3  к  1 
 dСТ 1 
  dСТ  К пол 



3
    dСТ
 К пол
6

 к 1 

3Cx в  L 
 
  dСТ  К пол  min


3Cx в  L  
 3  dСТ  к 1 


3Cx в  L 
   dСТ  К пол  

3  к 1 
 dСТ 1 

16
   dСТ  К пол 




3
    dСТ
 К пол
6










3C x  в  L


 к  1 
 

  dСТ  К пол  



 
16


3C x  в  L 
 к 1 


 


  dСТ  К пол  min
 





3C x  в  L   
3

d


1



 
СТ
к 
  dСТ  К пол   

 3  1  3C x  в  L  d 1 
 СТ 
к 




d

К
16

СТ
пол 


 




3


    dСТ

К


пол
6


2
2
74
Проведя преобразования, получаем:

 3Cx в  L
 
 3Cx в  L

1





1








min
к
min
к
  dСТ  К пол  
   dСТ  К пол   


1


 3Cx в  L
 
 3Cx в  L

2 к 
 1 

 1 
 3 к  dСТ 
   dСТ  К пол  
   dСТ  К пол  

18 


16




2
  dСТ
 К пол  
S Шх 
(2.55)
Для высокой эффективности улавливания факела отходов необходимо
чтобы толщина шторы из СОЖ B была больше чем горизонтальная проекция
S Шх расстояния, которое проходит частица шлама при взаимодействии со
струей СОЖ, т.е:
B  S Шx
(2.56)
При следующих условиях: шлифование абразивным кругом 1 250-40-76
25А F40 K6V 35m/с А3 ГОСТ 52781-2007 стали 45 плотностью   7900 кг/м3,
t = 0,5 мм, VПР = 2 м/мин, z = 40 мкм, расход 5%-ного раствора эмульсола
НГЛ-205, обеспечиваемый гидронасосом станка Q = 45 л/мин, динамическая
вязкость эмульсии   8.9 104 Па  с , кинематическая вязкость эмульсии
  106 м2/с, расстояние от зоны резания до шторы из СОЖ L = 0,08 м,
коэффициент сопротивления воздуха Cx  0, 2 , плотность воздуха в  1, 29
кг/м3, горизонтальная проекция расстояния, которое проходит частица
шлама S Шх  1, 2 мм, поэтому для выбранных режимов шлифования, толщину
заградительной шторы из СОЖ необходимо принять большим, чем данное
значение,
которое
должно
быть
обусловлено
конструктивными
соображениями, а также тем, чтобы расход СОЖ не превышал мощность
гидросистемы станка.
Допустимое значение ширины шторы В=1,5 мм.
Таким образом, получена математическая модель взаимодействия потока
шлама со шторой из СОЖ, которая позволяет прогнозировать результаты
такого взаимодействия и определение эффективной толщины шторы СОЖ.
75
При анализе данной математической модели выесняется, что она
согласуется с моделью вычисления параметров срезаемого слоя единичным
зерном (п. 2.3) и на потребную толщину шторы из СОЖ ключевое влияние
оказывает глубина шлифования (рисунок 2.17).
Рисунок 2.17 – Влияние продольной подачи и глубины шлифования
на потребную толщину шторы из СОЖ
Выводы по главе 2
1. Разработан комбинированный способ подачи СОЖ при плоском
шлифовании
периферией
круга,
позволяющий
произвести
полное
ограждение рабочей зоны станка шторами из СОЖ и создание в зоне резания
пространственной динамической ванны СОЖ, что обеспечивает:
- полное улавливание и нейтрализацию всех вредных выбросов из зоны
обработки, включая факел отходов шлифования;
76
- эффективное охлаждение заготовки и шлифовального круга, как в
зоне резания, так и вне ее за счет гарантированного обильного контакта с
СОЖ;
- возможность эффективной обработки пространственных деталей;
- теоретически обоснованное снижение расхода СОЖ на 24%.
2. Выделено новое функциональное действие (свойство) СОЖ –
улавливающее, заключающееся в уменьшении концентрации вредных
веществ в рабочей зоне станка в следствии нейтрализации факела отходов
шлифования и аэрозолей дезинтеграции и конденсации из зоны резания при
помощи
их
физического
улавливания
и
отвода
посредством
СОЖ.
Предложена методика количественной оценки улавливающего действия СОЖ
посредством безразмерного коэффициента улавливания µ.
3. Уточнена математическая модель интегрального определения
максимальных размеров срезаемой стружки глобоидной формы единичным
абразивным зерном при плоском шлифовании периферией круга путем
введения коэффициента полостности стружки Кпол, учитывающего ее
деформацию и влияние химического состава обрабатываемой стали.
4. Разработана модель образования штор и ванны из СОЖ в зоне
резания плоскошлифовального станка при комбинированном способе подачи
СОЖ, определяющая зависимость между технологическими условиями
подачи и глубиной формируемой ванны из СОЖ.
5.
Доработана
известная
линейная
математическая
модель
взаимодействия частицы шлама со шторой из СОЖ, определяющая расчет
эффективности улавливания шлама при комбинированном способе подачи
СОЖ, путем введения в нее коэффициента полостности стружки Кпол.
77
3. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ ПЕРИФЕРИЕЙ КРУГА
С КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ ПОДАЧИ СОЖ
3.1 Конструкция установки для реализации комбинированного способа
подачи СОЖ
В результате теоретических исследований, представленных во 2 главе,
разработана и теоретически обоснована конструкция устройства для
реализации
комбинированного
способа
подачи
СОЖ
при
плоском
шлифовании периферией круга (рисунок 2.1).
Для промышленного изготовления указанной установки разработана
конструкторская документация - чертеж установки (рисунок 3.1)
Рисунок 3.1 – Чертеж устройства комбинированной подачи СОЖ
для станка 3Е711ВФ1.
Изготовление
данного
устройства
из
металла
традиционными
методами затруднительно и не технологично, так как конструкция
предусматривает наличие внутренних раздельных герметичных полостей и
точное позиционирование сопел для подачи СОЖ.
78
В связи с вышесказанным для изготовления устройства подачи СОЖ
применяются аддитивные технологии, метод 3D-печати на принтере Picaso
3D Designer Pro 250 (Россия) из материала – пластик PLA. Работа ведется по
технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM-Fused
Deposition Modeling). Нить расплавляется, после чего доставляется по
специальной насадке на поверхность для работы и осаживается. В результате
построения модели расплавленным пластиком создается полностью готовый
к применению объект. После печати детали подвергают шлифованию и
склеивают между собой. PLA-пластик позволяет изготавливать объекты с
высокой степенью детализации.
Таблица 3.1 – Технические характеристики PLA-пластика.
Наименование параметра
Температура плавления
Значение
173-178°C
Температура размягчения
50°C
Твердость (по Роквеллу)
R70-R90
Относительное удлинение при разрыве
3,8%
Прочность на изгиб
55,3 МПа
Прочность на разрыв
57,8 МПа
Модуль упругости при растяжении
3,3 ГПа
Модуль упругости при изгибе
2,3 ГПа
Температура стеклования
60-65°C
Плотность
Минимальная толщина стенок
1,23-1,25 г/см³
1 мм
Точность печати
± 0,1%
Размер мельчайших деталей
0,3 мм
Усадка при изготовлении изделий
Влагопоглощение
нет
0,5-50%
79
Таблица 3.2 - Технические характеристики принтера Picaso 3D Designer Pro.
Наименование параметра
Технология
Рабочая камера
Толщина слоя от
Значение
Общие сведения
FDM
200 x 200 x 210 мм
50 мкм
Размеры (мм)
490 x 390 x 350
Вес, кг
15
Страна производитель
Россия
Технические характеристики 3D принтеров
Специализация
Поддерживаемые материалы
Материалы поддержки
Диаметр нити
Материал корпуса
Программное обеспечение
Скорость печати
Совместимые операционные системы
Форматы файлов
Архитектура;
Дизайн;
Медицина;
Производство;
Образование;
Аэрокосмическая
промышленность;
Упаковка; Макетирование; Оборонная
промышленность;
Автомобильная
промышленность
PLA;ABS;Elastic;Nylon;ASA;PET,
PVA;HIPS
1,75
Алюминий [композит]
PICASO 3D™ Polygon 2.0
30 см3/ч
Windows XP и более поздние версии
.stl, .plg
Преимущества PLA-пластика:
-
нетоксичен;
-
широкая цветовая палитра;
-
при печати нет необходимости в нагретой платформе;
-
размеры стабильны;
-
идеален для движущихся частей и механических моделей;
-
отличное скольжение деталей;
-
экономия энергозатрат из-за низкой температуры размягчения нити;
-
нет необходимости применять каптон для смазывания поверхности
для наращивания прототипа;
-
гладкость поверхности напечатанного изделия;
80
-
получение более детальных и полностью готовых к применению
объектов.
Габаритные размеры моноблока устройства: 501×184×174 мм.
Размеры области печати Picaso 3D Designer Pro 250: 200×200×210 мм.
Рисунок 3.2 – Фрагментация приспособления для 3D-печати
В связи с тем, что устройство комбинированной подачи СОЖ по
габаритам больше, чем область печати принтера, целесообразно разделить
устройство на отдельные элементы (рисунок 3.2), распечатать их по
отдельности, а затем склеить из них единое устройство.
3.2 Конструктивно-технологические рекомендации по практическому
применению разработанного устройства комбинированной подачи СОЖ
Как уже отмечалось ранее, самым распространённым из опасных
веществ, выделяющихся при шлифовании, является диоксид кремния (SiO2),
который поступает из зоны резания в виде аэрозолей дезинтеграции и
конденсации и достигающий до 70% от общей массы пыли. Диоксид кремния
относят к 3 классу опасности, следовательно, его ПДК в рабочей зоне
составляет 2 мг/м3 [8].
Были
проведены
теоретико-экспериментальные
исследования
эффективности реализации улавливающего действия СОЖ при ее подаче:
81
заградительным, комбинаторным и новым комбинированным способами.
Результаты показаны на рисунке 3.3. При анализе полученных данных можно
выяснить, что самым эффективным, в плане улавливания и нейтрализации
факела отходов шлифования и аэрозолей дезинтеграции и конденсации из
зоны резания, является доработанное устройство комбинированной подачи
СОЖ.
Рисунок 3.3 – Оценка улавливающего действия для различных способов
подачи СОЖ: 1 – заградительный, 2 – комбинаторный, 3 – новый
комбинированный (прогнозируемое значение)
На
основании
результатов
теоретических
исследований,
представленных во 2 главе, были разработаны рекомендации по настройке
установки для комбинированного способа подачи СОЖ при плоском
шлифовании периферией круга (таблица 3.3). Данные рекомендации
актуальны при использовании в качестве СОЖ эмульсии на водной основе.
Таблица 3.3 – Конструктивные рекомендации по настройке установки
комбинированной подачи СОЖ.
Углы наклона сопел (рисунок 2.4)
сопло №4, сопло №7
70°
сопло №5, сопло №6
75-85°
сопло №1
90-30°
Ширина щели сопла
1,5 мм
Давление гидросистемы (сопла 4-7)
0,3 МПа
Давление гидросистемы (сопла 1, 3)
0,4 МПа
82
Для эффективной реализации комбинированного способа подачи СОЖ
при плоском шлифовании периферией круга, теоретически допустимо
ужесточение режимов обработки в соответствии с таблицей 3.4. При таком
ужесточении режимов возможно повышение производительности обработки
свыше 35%.
Таблица 3.4 – Рекомендации по ужесточению режимов шлифования
с комбинированным способом подачи СОЖ
Группа
обрабатываемости
I
ДР*+37%
Продольная
подача стола
ДР+40%
II
ДР+33%
ДР+27%
III
ДР+30%
ДР+23%
IV
ДР+25%
ДР+20%
Глубина резания
*ДР – действующий режим
3.3 Проектный расчет экономической эффективности внедрения
установки комбинированной подачи СОЖ при плоском шлифовании
периферией круга
Расчет экономической эффективности производится для установки,
изображенной на рисунке 2.1, применяемой на станке 3Е711ВФ1 при
односменной работе.
Экономическую эффективность данной установки будем оценивать на
основе показателя  - срок окупаемости капиталовложений [7]:
τ = С / Э, год;
где
(3.1)
С – затраты на внедрение установки для комбинированного способа
подачи СОЖ, руб;
Э - годовая экономия, достигаемая в результате использования
данной установки, руб.
ΔС = Су + Сз.тп + Са.тп + Ср.тп + Сэ.тп;
где
(3.2)
Су – стоимость установки для комбинаторного способа подачи СОЖ, руб;
83
Сз.тп – годовые затраты на заработную плату рабочих, обслуживающих
технику, руб;
Са.тп – годовые затраты на амортизационные отчисления на полное
возмещение затрат по доставке и монтажу техники, руб;
Ср.тп – годовые затраты на ремонт и техническое обслуживание
техники, руб;
Сэ.тп – годовые затраты на электроэнергию, руб.
Результаты калькуляционной себестоимости изготовления и монтажа
установки в условиях Технопарка ОГУ имени И.С. Тургенева в ценах на
июнь 2018 г. приведены в таблице 3.5.
Годовые затраты на заработную плату рабочих, обслуживающих технику:
Сз.тп = Цч.с·Звр·Np·kдоп· kпр· kнач
где
(3.3)
Цч.с - средняя часовая тарифная ставка шлифовщика, руб./ч;
Звр – годовые затраты времени одного рабочего на обслуживание, ч/год;
N p – число рабочих;
kдоп - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату;
kпр - коэффициент, учитывающий премии;
kнач - коэффициент, учитывающий отчисления от заработной платы в
единый социальный налог.
Средняя стойкость шлифовального круга при использовании установки
комбинированной подачи СОЖ составляет не менее 40 мин. При правке
круга снимается припуск 0,20,3 мм. Диапазон рабочих диаметров
шлифовального
круга
250180
мм.
На
трудоемкость
правки
шлифовального круга установка комбинированной подачи СОЖ влияния не
оказывает. При смене круга, вследствие необходимости демонтажа и
обратного монтажа установки, трудоемкость операции возрастает на 5 мин.
Годовые затраты на заработную плату рабочего не увеличиваются, так
как разрядность работ не повышается.
Сз.тп = 150·1,5·1·1·1,2·1,27 = 343 (руб).
84
Таблица 3.5 - Калькуляция себестоимости и оптовой цены установки
для комбинированной подачи СОЖ.
Статьи затрат
Сумма, руб.
1. Основные материалы
1950,00
2. Коэффициент брака
1,3
Итого: материальные затраты
2535,00
4. Заработная плата производственных рабочих
5000,00
5. Отчисления во внебюджетные социальные фонды
1510,00
6. Расходы на подготовку и освоение производства
507,00
7. Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования
345,00
8. Общехозяйственные расходы
150,00
Итого: производственная себестоимость
7512,00
9. Коммерческие расходы
750,00
Итого: полная себестоимость
10797,00
10. Полная себестоимость без материальных затрат
8262,00
11. Норматив рентабельности, %
40
12. Прибыль
4319,00
13. Отпускная цена без НДС
15116,00
14. НДС
2265,00
Отпускная цена с НДС (Су)
17381,00
Годовые
затраты
на
амортизационные
отчисления
на
полное
возмещение затрат по изготовлению техники:
Са.тп = Су·На.у./100
где
(3.4)
На.у. - норма годовых амортизационных отчислений на возмещение
затрат, %.
Са.тп = 17381·10/100 = 1738,1 (руб).
Годовые затраты на ремонт и техническое обслуживание техники:
Ср.тп = См.ч.·R м.ч.+ Сэ.ч.·R э.ч.
(3.5)
85
где
См.ч. - годовые затраты на все виды ремонтов и техническое
обслуживание единицы ремонтной сложности механической части установки
для подачи СОЖ, руб;
Сэ.ч. - годовые затраты на все виды ремонтов и техническое
обслуживание
единицы
ремонтной
сложности
электрической
части
установки для подачи СОЖ, руб;
R м.ч. - группа ремонтной сложности механической части установки;
R э.ч. - группа ремонтной сложности электрической части установки.
Ср.тп = 300·2 + 0 =600 (руб).
Годовые затраты на электроэнергию:
n
Сэ.тп   Ni  Фд.i  kвр.i  k N .i  kп.i  Ц эл / i
i 1
где
(3.6)
n - число электродвигателей;
N i - установленная мощность электродвигателей, кВт;
Ф д.i - годовой фонд времени работы техники, ч/год;
k вр.i - коэффициент использования электродвигателей по времени;
k N.i - коэффициент использования электродвигателей по мощности;
k n.i - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сетях;
Цэл - стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, руб./(кВт·ч);
η - КПД электродвигателей.
На 26 декабря 2016 для промышленных предприятий стоимость
1 кВт/час составляет 4...4,5 руб. (по данным «Народной службы тарифов –
НСТ») [70].
Так как установка для комбинированной подачи СОЖ использует
штатное насосное оборудование станка с такими же режимами работы, то:
Сэ.тп. = 0 (руб.)
Тогда затраты на внедрение установки для комбинированной подачи
СОЖ:
ΔС = 17381,00+343+1738,1+600+0 = 20062,10 (руб).
86
Годовая экономия, достигаемая в результате использования установки
для комбинированной подачи СОЖ:
ΔЭ = Эи + Эп + Эс.э ;
где
(3.7)
Эи - годовая экономия за счет увеличения стойкости режущего
инструмента, руб;
Эп - годовая экономия за счет повышения производительности станка,
руб;
Эс.э - годовая экономия за счет снижения затрат на силовую
электроэнергию, руб.
Согласно
проведенным
экспериментальным
и
теоретическим
исследованиям, установлено, что при использовании комбинированного
способа подачи СОЖ при плоском шлифовании периферией круга,
улучшаются смазочная и охлаждающая функции СОЖ. Следовательно,
увеличивается и стойкость шлифовального круга.
Годовая экономия за счет увеличения стойкости режущего инструмента:
1  kэII 
В II 
I
Эи   Зи  I 1  kэ 

В 
kи 
i 1
Nст
где
(3.8)
Зи - годовые затраты на приобретение или изготовление инструмента,
приходящиеся на один станок при подаче СОЖ поливом, руб;
k э - коэффициент эксплуатационных расходов на режущий инструмент;
k и - коэффициент изменения расхода режущего инструмента;
В - годовой объем деталей, изготовляемых при использовании единицы
техники, шт./год;
индексы I и II - относятся к значениям параметров в сравниваемых
вариантах (подача СОЖ поливом и комбинаторный способ подачи СОЖ).
Коэффициент эксплуатационных расходов на режущий инструмент:
k э = (Спер ·nпер - Цл)/Ци ;
где
(3.9)
Спер - стоимость одной переточки (правки) режущего инструмента, руб.;
nпер - среднее число переточек (правок), выдерживаемых инструментом
до полного износа;
87
Цл - стоимость лома инструмента, руб./шт.;
Ц и - стоимость инструмента, руб./шт.
k э = (17·20 - 200)/1200 = 0,12
Коэффициент изменения расхода режущего инструмента:
kи 
где
kТ
-
коэффициент
II
nпер
1
I
nпер
1
(3.10)
 kT
увеличения
периода
стойкости
режущего
инструмента при работе с новым СОТС или техникой его применения.
k Т = ТII/TI;
где
(3.11)
T - стойкость инструмента, определяемая количеством обработанных
деталей до его полного износа, шт./год.
k Т = 195/150 =1,3
kи 
2
Эи  168000 
i 1
20  1
1,3  1,3
20  1
10400 
1  0,12 
1  0,12 
 112896 (руб).

8000 
1,3 
Годовая экономия за счет повышения производительности станка:
I
II
Эп   Сст Т шт
 Т шт
 B II
Nст
где
(3.12)
N ст - число станков, использующих технику применения СОЖ, шт.;
С ст - себестоимость 1 ч работы металлорежущего станка за вычетом
затрат на силовую электроэнергию, режущий инструмент и СОЖ, руб./ч;
Т шт - штучное время операции, ч.
I
II
Т шт
 Т шт
 Т мI  Т мII   Т и  Т вI.с  Т вII.с 
где
(3.13)
Т м - машинное время операции, ч;
Ти , Тв. с - время на замену соответственно затупившегося инструмента и
отработанной СОЖ, отнесенное к одной операции, ч.
Машинное время операции:
Т мII  Т мI / k p
(3.14)
88
где
k р - коэффициент интенсификации режима резания, обусловленной
внедрением новой техники подачи СОЖ.
где
k p  kv  ks  kt
(3.15)
v II
S II
t II
kv  I ; ks  I ; kt  I
v
S
t
(3.16)
v - скорость резания, м/с;
s - скорость подачи, м/мин;
t - глубина резания, мм.
Время на замену отработанной СОЖ:
Т в.с  nз  Т с / В
где
(3.17)
п з - число замен СОЖ в год;
Т с - время на замену СОЖ, ч.
Число замен СОЖ:
nз  12 /  c
где
(3.18)
τс - технологическая стойкость СОЖ, мес.
nз  12 / 0,5  24
Т в.с  24  0,5 / 6500  0,0018 (ч)
Использование комбинированного способа подачи СОЖ при плоском
шлифовании периферией круга позволяет ужесточить режимы резания, к
примеру увеличить глубину резания на 40% или продольную подачу на 30%.
kv  1; ks 
7
0, 4
 1,17; kt 
 1,33
6
0,3
k p  11,17 1,33  1,56
При маятниковом шлифовании периферией круга машинное время на
обработку единицы изделия составляет Т мI = 0,15 ч.
Т мII 
0,15
 0,1 (ч)
1,56
I
II
Т шт
 Т шт
  0,15  0,1  0,083   0,0024  0,0018  0,123 (ч).
89
2
Эп  102  0,123 10400  260956,8 (руб).
i 1
Годовая экономия за счет снижения затрат на силовую электроэнергию:
Эс.э   Ц эл  N I Т мI  N II Т мII  B II
(3.19)
Nст
где
N - мощность резания, кВт.
2
Эс.э   4,5   0, 7  0,15  0, 7  0,11 10400  2620,8 (руб).
i 1
Тогда годовая экономия, достигаемая в результате использования
установки для комбинированной подачи СОЖ:
ΔЭ = 112896 + 260956,8+ 2620,8 =376473,6 (руб).
Отсюда срок окупаемости капиталовложений:
τ = 20062,1 / 376473,6=0,06 (года).
Основываясь на данных АО «Финвал» (www.allinvestrus.com) [71], на
данный момент основная масса инвестиционных проектов в области
машиностроения и металлообработки имеет срок окупаемости от 1 до 5 и
более лет.
Согласно расчету, представленному выше, срок окупаемости проекта
по внедрению установки для комбинированной подачи СОЖ при плоском
шлифовании периферией круга составит 1 месяц, а годовая экономия – 376,5
тыс.
рублей,
что
является
достаточно
хорошим
показателем,
подтверждающим экономическую целесообразность внедрения данного
способа подачи СОЖ в производство.
Выводы по главе 3.
1.
Разработана
конструкция
устройства
для
реализации
комбинированного способа подачи СОЖ при плоском шлифовании
периферией круга и предложены конструкторско-технологические наработки
по ее изготовлению методом 3D-печати.
90
2.
Получены
конструктивно-технологические
рекомендации
по
промышленному применению комбинированного способа подачи СОЖ при
плоском шлифовании периферией круга для материалов различных групп
обрабатываемости.
3.
Выполнен
проектный
расчет
экономической
эффективности
внедрения комбинированного способа подачи СОЖ при плоском шлифовании
периферией круга в условиях Технопарка ОГУ имени И.С. Тургенева, срок
окупаемости проекта составляет менее 1 месяца, а годовая экономия – 376,5
тыс. рублей.
91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В представленной выпускной квалификационной работе изложены
теоретически обоснованные технические и технологические решения,
направленные
на
увеличение
экологичности
плоского
шлифования
периферией круга в следствии совершенствования техники подачи СОЖ,
имеющие существенное значение для машиностроения.
2. Разработан комбинированный способ подачи СОЖ при плоском
шлифовании периферией круга, обеспечивающий формирование в зоне
резания пространственной динамической ванны из СОЖ, повышающий
экологичности обработки до 4 раз и производительность обработки до 1,4
раза.
3. Выделено новое функциональное действие (свойство) СОЖ –
улавливающее, заключающееся в снижении концентрации вредных веществ в
рабочей зоне станка за счет нейтрализации факела отходов шлифования и
аэрозолей дезинтеграции и конденсации из зоны резания путем их
физического улавливания и отвода посредством СОЖ. Предложена методика
количественной
оценки
улавливающего
действия
СОЖ
посредством
безразмерного коэффициента улавливания µ.
4. Уточнена математическая модель интегрального определения
максимальных размеров срезаемой стружки глобоидной формы единичным
абразивным зерном при плоском шлифовании периферией круга путем
введения коэффициента полостности стружки Кпол, учитывающего ее
деформацию и влияние химического состава обрабатываемой стали.
5. Доработана линейная математическая модель взаимодействия
глобоидной частицы шлама со шторой из СОЖ, обеспечивающая расчет
эффективности улавливания шлама при комбинированном способе ее подачи,
путем введения в расчетные зависимости коэффициента полостности стружки
Кпол.
92
6. Уточнение математических моделей путем введения коэффициента
Кпол позволило теоретически обосновать снижение расхода СОЖ на 24% по
сравнению с комбинаторной техникой ее подачи.
7.
Разработана
конструкция
установки
для
реализации
комбинированного способа подачи СОЖ при плоском шлифовании
периферией
изготовлению
круга
и
предложено
методом
технологическое
3D-печати.
решение
Предложены
по
ее
конструктивные
рекомендации по настройке установки с целью обеспечения максимальной
производительности обработки.
8.
Выполнен
проектный
расчет
экономической
эффективности
внедрения комбинированного способа подачи СОЖ при плоском шлифовании
периферией круга в условиях Технопарка ОГУ имени И.С. Тургенева, срок
окупаемости проекта составляет менее 1 месяца, а годовая экономия до 376,5
тыс. рублей.
93
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ПОЛИМЕРНАЯ ИНДУСТРИЯ: Новости. Статьи. Цены. Выставки.
Торговля.
Вакансии:
[Электронный
Оборудование,
ресурс]/
Владимир
–
2016
машиностроение
пластмассы,
Путин:
пластики,
государство
–
Режим
изделия
поддержит
доступа:
https://plastinfo.ru/information/news/29535_20.04.2016/
2. Пузырёва, Т. Ю., Юсупов, Г. Х., Романов, А. М. Некоторые аспекты
совершенствования технологического процесса шлифования титановых
сплавов в машиностроении //Хроники объединенного фонда электронных
ресурсов Наука и образование. – 2015. – №. 8. – С. 129-129.
3. Степанов, Ю.С., Василенко Ю.В. Обзор основных способов подачи
СОЖ при шлифовании периферией круга / Ю.С. Степанов, Ю.В. Василенко.
– Орел, 1999. – 42 с.: ил. – Библиогр.: 32 назв. – Рус. – Деп. в ВИНИТИ
15.12.99, № 3701-В99.
4. Степанов, Ю.С. К вопросу о выборе схем подачи СОЖ при
шлифовании периферией круга / Ю.С. Степанов, А.Е. Щукин, В.В. Алексеев
// Прогрессивные технологии механической обработки и сборки
в
машиностроении: Сб. матер. межрег. науч.-техн. конф. – 1992. – С. 10-12.
5. Туромша, В.И. Исследование влияния гидродинамических и
кавитационных явлений на процесс резания и качество обработанной
поверхности при тонком шлифовании: дис. … к.т.н.: 05.03.01 / Туромша
Вячеслав Иванович. – Минск, 1982. – 250 с.
6. Ящерицын, П.И. К вопросу о механизме проникновения СОЖ в зону
резания при шлифовании / П.И. Ящерицын, Э.С. Бранкевич, В.И. Туромша //
Машиностроение. – 1981. – Вып. 6. – С. 22-26.
7. Василенко, Ю.В. Совершенствование техники применения СОТЖ при
плоском шлифовании на основе закономерностей ее поведения в рабочей
зоне: дис. … канд. тех. наук.: 05.02.08 / Василенко Юрий Валерьевич. –
Брянск, 2002 – 260 с.
94
8. Бубнов, Д.Г. Влияние чистоты СОЖ на шероховатость шлифованных
поверхностей на операциях плоского шлифования периферией круга / Д.Г.
Бубнов, П.А. Лукьяненко, В.В. Богданов // Молодая наука – новому
тысячелетию: Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. – 1996. – Ч.1. – С. 111112.
9. Гусев, В.Г. Инструмент для дискретной резки заготовок / В.Г. Гусев,
Д.Р. Блурцян // Современные технологические и информационные процессы
в машиностроении: Матер. междунар. семин. – 1993. – С. 51-67.
10. Ермаков, Ю.М. Современные тенденции развития абразивной
обработки. / Ю.М. Ермаков, Ю.С. Степанов – М: ВНИИТЭМР, 1991. – 52 с.
11. Efemov, V.V. Relation between the most significant indices for wet
grinding process using complex mathematical model / V.V.Efemov //
INTERGRIND'91: 8th International conference on grinding materials, tools and
processes. – 1991. – P. 126-131.
12. Худобин, Л.В. Техника применения смазочно-охлаждающих средств
в
металлообработке
/
Л.В.
Худобин,
Е.Г.
Бердичевский.
–
М.:
Машиностроение, 1977. – 189 с.
13. Худобин, Л.В. Смазочно-охлаждающие технологические средства и
их применение при обработке резанием: справочник / Л.В. Худобин, А.П.
Бабичев,
Е.М.
Булыжев;
под
общ.
ред.
Л.В.
Худобина.
–
М.:
Машиностроение, 2006. – 544 с.; ил.
14. Янюшкин А. С., Шарапов М. Ю., Фёдоров Б. В. Влияние техники
применения смазочно-охлаждающих технологических сред при обработке
абразивным инструментом //Механики XXI веку. – 2008. – №. 7. – С. 219-222.
15. Худобин, Л.В. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при
шлифовании / Л.В. Худобин. – М.: Машиностроение, 1971. – 214 с.
16. Носенко В.А., Носенко С.В. Технология шлифования металлов:
монография / В.А. Носенко, С.В. Носенко. - Старый Оскол: ТНТ, 2013. - 616
с.
95
17. Ефимов, В.В. Научные основы техники подачи СОЖ при
шлифовании / В.В. Ефимов. – Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1985. –
142 с.
18.
Повышение
совершенствования
эффективности
техники
шлифовальных
применения
СОЖ
операций
//
путем
Методические
рекомендации. – М.: НИИМАШ, 1984. – 76 с.
19. А. с. 1060447 СССР. Способ подачи смазочно-охлаждающего
технологического средства (СОТС) / Ящерицын П.И., Макаров Н.Н., и др.;
Заявка от 28.04.1982; опубл. 15.12.1983.
20. А. с. 1006194 СССР. Способ охлаждения при шлифовании /
Чесниченко А.А., Кошелев Н.И., и др.; Заявка от 23.03.1981; опубл.
23.03.1983.
21. А. с. 1172683 СССР. Устройство для подачи смазочно-охлаждающей
жидкости /
Киселев Е.С., Унянин А.Н., и др.; Заявка №3688669/08 от
28.10.1983; опубл. 15.08.1985.
22. Isobe Joshinari, Katoh Yasuo, Nomura Atsushi, Tado Tamatsu, Kagawa
Masanobu, Uchiyama Eiji Influence of air flows on transfer of heat in a grinding
zone // Nihon kikai gakkai ronbunshu. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. – 1997. - №
612. – P. 2899-2904.
23. Патент 2072291 РФ. Способ подачи смазочно-охлаждающих
технологических средств (варианты) / Латышев В.Н., Наумов А.Г., и др.;
Заявка № 94006931/08, от 24.02.1994; опубл. 27.01.1997.
24. Малько В.И. Теоретическое обоснование заградительного способа
подачи СОЖ при шлифовании периферией круга / В.И. Малько, Ю.С.
Степанов, Ю.В. Василенко // Новые технологии. Образование и наука: Сб.
науч. труд. – 2000. – С. 42-48.
25. Василенко, Ю.В. Совершенствование техники применения СОТЖ
при плоском шлифовании на основе закономерностей ее поведения в рабочей зоне: автореф. дисс. … канд. техн. наук. 05.02.08 / Василенко Юрий
Валерьевич. – Брянск, 2002 – 24 с.
96
26. Прогрессивные инструменты и технологии шлифования: коллективная монография / Ардашев Д.В., Гусев В.Г., Дьяконов А.А., Василенко
Ю.В., Тюхта А.В. и др. / Под ред. А.В. Киричека. – М.: Издательский дом
«Спектр», 2013. – 320 с.
27. Василенко, О.А. Расширение функциональных свойств СОЖ при
плоском шлифовании периферией круга / О.А. Василенко, В.Г. Семенов, А.В.
Тюхта, Ю.В. Василенко // Фундаментальные и прикладные проблемы
техники и технологии. – 2014. – № 6. – С. 115–119.
28. Саати, Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий: пер. с англ. /
Т.Саати. – М.: Радио и связь. – 1993. – 278 с.
29.
Патент
2158669
РФ.
Способ
защиты
зоны
резания
от
распространения за ее пределы паров и брызг смазочно-охлаждающей
жидкости (СОЖ) и устройство для его осуществления / Терехов В.М.; Заявка
№ 98122553/02 от 09.12.1998; опубл. 10.11.2000.
30. Патент KR101324158B1. Экологически чистая шлифовальная
машина для предотвращения пыли и метод экологичного шлифования с
использованием его / 손기민,이영석; заявка № KR20130036886A от
04.04.2013; опубл. 11.05.2013
31. Бурдяк М. Р., Пилипчук М. И. Совершенствование конструкции
аспирационной системы станков с подвижным пильным суппортом
//Лесотехнический журнал. – 2013. – №. 2 (10).
32. Шипунов, Н.И. Формообразование и направление потока удаляемого
материала при обработке хрупких материалов / Н. И. Шипунов //
Металловедение и современные разработки в области технологий литья,
деформации и термической обработки легких сплавов: сборник докладов
научно-технической конференции. – 2016. – С.28-45
33. Патент US 5941766. Устройство для сбора стружки, производимого
режущим инструментом / Videtto D. W.; заявка № US11164565 от 29.11.2005;
опубл. 23.06.2009
97
34. Патент US 5594972A. Коллектор для сбора пыли и отходов / Edward
P. Iversen; заявка № US08515511 от 15.08.1995; опубл. 21.01.1997
35. Патент 2284894C2 РФ. Способ и устройство для тонкого
шлифования цилиндрических объектов, преимущественно таблеток ядерного
топлива/ Энжелвин П., Энжелвинмишель П., Маршан М., Массон С., Заявка
№ 2002114075A от 30.05.2002; опубл. 10.10.2006.
36. Патент 2470777C1 РФ. Пылеуловитель для абразивного инструмента
(варианты) и беспылевая система резания и способ удаления пыли / Шьянез
Ф., Лакарель А., Агостино Н., заявка № 2011139173A от. 17.03.2010; опубл.
27.12.2012
37. Патент US 3651607A. Коллектор для сбора отходов / Leighton Lee;
заявка № US3651607A от 29.10.1969; опубл. 28.03.1972
38. de Mello A. V. et al. Surface Grinding of Ti-6Al-4V Alloy with SiC
Abrasive Wheel at Various Cutting Conditions //Procedia Manufacturing. – 2017.
– Т. 10. – С. 590-600.
39. Nguyen T., Zhang L. C. An assessment of the applicability of cold air and
oil mist in surface grinding //Journal of Materials Processing Technology. – 2003.
– Т. 140. – №. 1-3. – С. 224-230.
40. Verma N., ManojKumar K., Ghosh A. Characteristics of aerosol produced
by an internal-mix nozzle and its influence on force, residual stress and surface
finish in SQCL grinding //Journal of Materials Processing Technology. – 2017. –
Т. 240. – С. 223-232.
41. Davim J. P. (ed.). Machining: fundamentals and recent advances. –
Springer Science & Business Media, 2008.
42. Шумячер, В.М. Модель взаимодействия абразивного зерна
и
обрабатываемого материала при шлифовании. Схема стружкообразования /
В.М. Шумячер, А.В. Кадильников // Технология машиностроения. – 2007. –
№4. – С. 18–21.
43. Подильчук, Ю.Н. Лучевые методы в теории распространения и
рассеивания волн / Ю.Н. Подильчук, О.К. Pубцов. – 1988. – 220 с.
98
44. Маслов, Е. Н. Теория шлифование материалов / Е. Н. Маслов. – М.:
Машиностроение, 1974. – 320 с.
45. Тюхта, А.В. Практическое применение комбинаторного способа
подачи СОЖ. / А.В. Тюхта // Фундаментальные и прикладные проблемы
модернизации современного машиностроения и металлургии: сборник
научных
трудов
международной
научно-технической
конференции,
посвященной 50-летию кафедры технологии машиностроения ЛГТУ. – 2012.
– Ч.2. С. 24–29.
46. Реченко, Д.С. Исследование высокоскоростного шлифования / Д.С.
Реченко,
Е.С.
Реченко,
М.А.
Вальтер
//
Современные
проблемы
машиностроения: Матер. VI Междунар. науч.-техн. конф. – 2008. – С. 518521.
47. Филимонов, Л.Н. Высокоскоростное шлифование / Л.Н. Филимонов.
– Л.: Машиностроение, 1979. – 248 с.
48. Азарова, Н.В. Исследование параметров единичных срезов при
плоском шлифовании с вибрациями / Н.В. Азарова, П.Г. Матюха /
Надежность инструмента и оптимизация технологических систем: сб. науч.
трудов. – 2005. – Вып. 17. – С. 49–55.
49. Кадильников, А.В. Контактные взаимодействия абразивных зерен с
обрабатываемой
поверхностью
при
шлифовании
металлов
/
А.В.
Кадильников, А.В. Славин, В.М. Шумячер // Вестник Волгоградского
государственного архитектурно-строительного университета. – 2011. – Вып.
24/43. – С.197-200.
50. Ардашев Д.В. Фотометрический анализ стружки после шлифования
различных сталей // Металлообработка. - 2010. - №4(58). - С. 6-11.
51. Островский, В. И. Теоретические основы процесса шлифования / В.
И. Островский. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. – 144 с.
52. Бишутин, С.Г. Технологическое обеспечение требуемых значений
совокупности параметров качества поверхностного слоя деталей при
99
шлифовании с наибольшей производительностью: дис. … д-ра техн. наук:
05.02.08 / Бишутин Сергей Геннадьевич. – Брянск, 2005 – 327 с.
53.
Зубарев,
Ю.М.
Теоретические
и
технологические
основы
высокопроизводительного плоского шлифования: автореферат дис. … д.т.н.:
05.02.08 / Зубарев Юрий Михайлович. – С.-Петербург: БАИ, 2001. – 49 с.
54. Молчанов, В.Ф. Исследование процесса заклинивания частиц шлама
при шлифовании / В.Ф. Молчанов. – Днепродзержинск, 1993. – 49 с.
55. Переверзев, П.П. Взаимосвязь производительности и точности
операций шлифования с интенсивностью затупления кругов из различных
абразивных материалов: автореферат дис., к.т.н.: 05.02.08 / Переверзев Павел
Петрович. – Челябинск, 1981. – 19 с.
56. Маслов Е. Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение,
1974. 320 с.
57. Лурье Г. Б., Комиссаржевская В. Н. Шлифовальные станки и их
наладка. М.: Высшая школа, 1972. 416 с.
58. Магафуров А. М., Пицына Л. Г., Ивашинников В. Т. и др.
Исследование продуктов взаимодействия круга с металлом при силовом
обдирочном шлифовании // Абразивы. 1979. № 3. С. 2–4.
59. Приемышев А. В., Щукин А. Н., Приемышев А. А. Морфологическое
исследование стружки при шлифовании и микрорезании // Инструмент и
технологии. 2001. № 5–6. С. 45–50.
60. Попель, С.И. Теория металлургических процессов / С.И. Попель. –
М.: ВИНИТИ, 1971. – 132 с.
61. Kawakami К., Kitagava Т., Miyashita Yetal. II Nippon Kokan Technical
Report. -Overseas. 1982. V. 36. P. 26…27.
62. Roeser Wm. R, Wensel H. T. Freezing Temperatures of High-Purity Iron
and Some Steels // Journal of Research of the National Bureau of Standards. 1941.
V. 26. P. 273…287.
100
63. KagavaA., Okamota T. Influence of alloying elements on temperature and
composition for peritectic reaction in plain carbon steel // Material science and
technology. October 1986. V. 2. №10. P. 997…1008.
64. Andrews K. W. Solidification ranges of steel // A note submitted to the
alloy phase diagram date Committee of the Metals Society, 1981. P. 1…8.
65. Альтшуль, А.Д. Гидравлика и аэродинамика / А.Д. Альтшуль, П.Г.
Киселев. – М.: Издательство литературы по строительству, 1965. – 274 с.
66. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. - Т.2. Гидродинамика / Л.Д.
Ландау, Е.М. Лившиц. – М.: Наука, 1988. – 733 с.
67. Макаров, Б. И. Законы, управляющие Вселенной (основные понятия,
принципы и законы механики/ Б. И. Макаров. – Тверь : [б. и.].Ч. 2. – 2000. –
436 с.
68. Котоусов, Л.С. Исследование скорости водяных струй на выходе
сопел с различной геометрией / Л.С. Котоусов // ЖТФ, том 75, вып.9. С. 8–14.
69. Bocquet, L. Physics of stone skipping // American Journal of Physics,
2002.
70. «Народная служба тарифов – НСТ» [Электронный ресурс] / Та-рифы,
правовые документы, справки. – 2008-2012. – Режим доступа: http://
www.newtariffs.ru.
71. ЗАО «Финвал» [Электронный ресурс] / Все инвестиции России. База
данных инвестиционных
http://www.allinvestrus.com.
проектов.
–
1993-2011
– Режим доступа:
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа