автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности систем очистки СОЖ технологических линий механической обработки заготовок на основе применения системы универсальных технологических критериев

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОЧИСТКИ СОЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

КРИТЕРИЕВ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ульяновск 1996

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" "Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ)

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ

доктор технических наук, профессор ХУДОБИН Л.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

косов м.г.

кандидат технических наук ВЕДРОВ С.Е.

Ведущее предприятие: ГПО "Ульяновский машиностроительный завод", г. Ульяновск.

Защита диссертации состоится 9 декабря 1996 г. в 1000 на заседании диссертационного совета К.064.21.02 в Ульяновском государственном техническом университете по адресу: 432700, ГСП, г. Ульяновск, ул. Северный венец, 32.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УлГТУ.

Автореферат разослан " 6 " ноября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современном машиностроении и приборостроении подавляющее большинство операций механической обработки заготовок выполняется с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). В процессе эксплуатации СОЖ загрязняется механическими примесями, негативно влияющими на ее функциональные свойства и ухудшающими, в конечном итоге, технико-экономические показатели производства. Для устранения или заметного снижения негативного влияния механических примесей СОЖ очищают, обеспечивая требуемые качество и производительность обработки. Очистка СОЖ от механических примесей требует значительных затрат, часто соизмеримых с затратами па механическую обработку.

Современные технологии и техника очистки СОЖ от механических примесей позволяют обеспечить требуемые параметры чистоты СОЖ. Однако до сих пор отсутствуют достаточно четкие и аргументированные рекомендации по выбору очистителя для конкретной технологической операции, не решены вопросы проектирования систем очистки СОЖ от механических примесей для обслуживания различных по видам обработки и технологическому оснащению операций и линий механической обработки.

Эффективность операций механической обработки, выполняемых с применением СОЖ, оценивают различными, иногда весьма специфическими критериями. Отсутствие системы универсальных критериев существенно затрудняет оценку эффективности групповых (ГСО) и централизованных систем очистки(ЦСО) СОЖ, обслуживающих технологические линии. До сих пор не разработана методика проектирования ГСО и ЦСО СОЖ, которые обеспечили бы минимум суммарных затрат на механическую обработку. Нет и методики оценки эффективности систем очистки,'обслуживающих технологические линии, состоящие из различных операций.

Автор защищает: .1.- Систему универсальных критериев технологической эффективности для'различных операций механической обработки.

' 2. Методику оценки эффективности систем очистки СОЖ, обслуживающих технологические линии, разработанную на основе системы универсальных критериев.

3. Методику расчета систем очистки СОЖ от механических примесей, обеспечивающих минимум затрат на механическую обработку заготовок на технологических линиях.

4. Результаты экспериментальных исследований влияния загрязнения СО Ж механическими примесями на технологическую эффективность операций сверления, зенкерования , развертывания и точения стальных и чугунных заготовок.

5. Результаты опытно-промышленной проверки методики опенки экономической эффективности систем очистки СОЖ от механических примесей на машиностроительных предприятиях.

Цель работы:

Повышение эффективности технологических линий механической обработки заготовок, выполняемой с применением СОЖ.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Разработана система универсальных критериев технологической эффективности для различных операций механической обработки.

2. Разработана методика оценки эффективности систем очистки СОЖ, обслуживающих технологические линии механической обработки заготовок, на основе системы универсальных критериев.

3. Разработана методика расчета систем очистки СОЖ от механических примесей, обеспечивающих минимум суммарных затрат на механическую обработку заготовок на технологических линиях.

4. Установлена взаимосвязь критериев технологической эффективности с параметрами чистоты СОЖ для нескольких видов обработки заготовок резанием.

5. Проведена опытно-промышленная проверка разработанной методики на предприятиях г. Ульяновска.

Научная новизна. Разработана система универсальных критериев технологической эффективности, которая позволяет оценить эффективность различных по видам обработки и технологическому оснащению операций и линий механической обработки заготовок, выполняемой с применением СОЖ. Предложенная система универсальных критериев положена в основу методики оценки экономической эффективности систем очистки СОЖ, обслуживающих технологические линии механической обработки заготовок. В общем случае разработанная система универсальных критериев может быть применена для оценки эффективности использования любой новой техники на технологических линиях, участках и в цехах машиностроительных предприятий.

Получены зависимости для расчета экономической эффективности технологических операций и линий механической обработки заготовок без брака и с учетом возможного брака.

Разработан алгоритм расчета оптимальных значений критериев, обеспечивающих наибольший экономический эффект от внедрения си-

стемы очистки СОЖ на отдельной операции и на технологической линии в целом.

Предложены зависимости для расчета степени и тонкости очистки СОЖ отдельным очистителем и системой очистителей в зависимости от концентрации и распределения частиц механических примесей в СОЖ по размерам.

Получены регрессионные зависимости технологических показателей эффективности операций обработки отверстий в заготовках мерным инструментом от изменения концентрации механических примесей в СОЖ.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанная методика оценки экономической эффективности систем очистки СОЖ от механических примесей, обслуживающих технологические операции и линии механической обработки заготовок, позволяет:

- выбрать вариант системы очистки СОЖ по наибольшему экономическому эффекту (по наименьшим суммарным затратам на механическую обработку заготовок и очистку СОЖ);

- выполнить анализ действующих систем очистки СОЖ с целью определения целесообразности и направлений их совершенствования;

- рассчитать технико-экономические характеристики систем очистки СОЖ.

По предложенной методике выполнены расчеты экономической эффективности применения различных систем очистки СОЖ на автоматических линиях механической обработки заготовок Ульяновского автомобильного завода (массовое производство) и в цехе станков с ЧПУ Ульяновского машиностроительного завода (мелкосерийное производство).

Разработанная методика используется в проектно-технологическом отделе ПКТБ "Экосистема" (г. Ульяновск) при проектировании систем очистки СОЖ от механических примесей.

Рассчитаны значения критериев технологической эффективности, определяющие изменение технологических показателей эффективности операций сверления, зенкерования, развертывания и точения стальных и чугунных заготовок для различных значений концентрации механических примесей в СОЖ, необходимых для оценки эффективности систем очистки СОЖ.

Предложены на уровне изобретений три технических решения вакуумных фильтров для очистки СОЖ от механических примесей.

Апробация работы. Основные результаты доложены и представлены па научно-технической конференции (НТК) "Повышение эффективности станков с ЧПУ и ОЦ в составе специализированных участков", г.

Ульяновск, 1989 г.; НТК "Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов", Херсон, 1992 г.; международной НТК "Смазочно-охлаждающие технологические средства при механической обработке заготовок из различных материалов", Ульяновск, 1993 г.; на НТК УлГТУ и УлПИ в 1990-96 гг.; научно-технических семинарах кафедр "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки и инструменты" УлГТУ в 1992-96 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе получено 3 положительных решения по заявкам на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (1.16 наименований) и приложений, включает 100 страниц машинописного текста, 23 таблицы и 76 рисунков.

Критерии оценки технологической и экономической эффективности

операций механической обработки заготовок, выполняемой с применением СОЖ

В научных исследованиях и в практике машиностроения технологическую эффективность различных по видам обработки и техническому оснащению операций механической обработки заготовок оценивают различными критериями. Наиболее объективным подходом к оценке эффективности технологических операций является использование экономических показателей, как, например, это сделано в работах Филимонова Л.Н., Островского В.И. и Ефимова В.В. для шлифовальных операций. Однако для оценки эффективности всего многообразия операций механической обработки заготовок необходимы иные, универсальные критерии.

Влияние СОЖ (ее состава и состояния) на эффективность операций обработки заготовок лезвийными и абразивными инструментами оценивают с помощью тех же критериев, с помощью которых оценивают влияние на эффективность технологической операции других факторов, например инструментального материала и геометрии режущей части инструмента, режима обработки и др. Для оценки влияния СОЖ используют критерии вида:

Ю = А;'/А?, 0)

где А" - 1-й критерий, характеризующий эффективность операции, выполняемой с применением той СОЖ, влияние которой на эффективность

операции оценивается; лf - тот же критерий, полученный при обработке с применением заранее выбранной (базовой) СОЖ.

Критерии К) целесообразно использовать для опенки влияния механических примесей на эффективность операций механической обработки, так как присутствие механических примесей в СОЖ приводит к увеличению износа режущего инструмента и энергозатрат, снижению точности размеров и геометрической формы, ухудшению шероховатости обработанной поверхности. В этом случае значения 1С; вычисляют через отношение соответствующих параметров по зависимости (1), которые в свою очередь можно определить по аналитическим и эмпирическим зависимостям, полученным по результатам ранее выполненных па кафедре "Технология машиностроения" УлПИ исследований и обследований действующих производств. Для малоисследованных операций обработки заготовок резанием значения К, можно определить экспериментально в производственных или лабораторных условиях (см. далее).

Система универсальных критериев оценки эффективности технологических линий

Выделить из критериев эффективности часть, обусловленную влиянием СОЖ и тем более ее чистотой, не представляется возможным, так как СОЖ действует в той или иной степени на все элементы технологической системы, которые при этом изменяют свои количественные и качественные характеристики, что и является причиной изменения практически всех показателей процесса резания. В конечном итоге изменяются экономические показатели технологических операций и линий. Поэтому универсальную систему критериев можно выявить на основе структурного анализа зависимости, используемой для расчета экономического эффекта Э, как это сделано в работе Ефимова В.В. Влияние чистоты СОЖ на процесс обработки заготовок резанием можно оценить с помощью критериев Кь

Э = С6 - Сн = АС - Ен. ■ АК, (2)

где С6,С" - приведенные затраты па производство годового количества деталей, соответственно, по базовому (б) и новому (и) вариантам, руб.; Ен - нормативный коэффициент окупаемости дополнительных капитальных вложений , (руб./год)/руб.; ДК - разность капитальных вложений по рассматриваемым вариантам, руб.

С = Ст + Сбр + С'

(3)

где Ст - технологическая себестоимость изготовления детали, руб.; СбР -затраты на брак, руб.; См - затраты на материалы, руб.; подлежат расчету, когда сопоставляемые варианты различаются величиной расхода основных материалов, покупных полуфабрикатов и комплектующих изделий.

Затраты См можно считать постоянными для рассматриваемых вариантов и в дальнейшем не учитывать.

АС = ДСТ + ДСбР. (4)

Подставив элементы затрат, составляющие Сг (которые можно определить по известной методике Великанова К.М.), и выполнив необходимые преобразования, получили:

АСт = Зм (1 + 01 + Р2 + Рз) • (1 - Км) + 3„ (1 + р2 + Рз) • (1 - Кв) + Зэс (1 -

- Км • Ккс) + Зэт (1 - КМ • К№) + Зэн (1 - Км • Кэн) + Зви(1 -Км-Квн) +

+ 3„р(1-Км/Кт), (5)

где Км, Ки, Ктмс. Ккт, Кэн. К™, Кт - критерии изменения значений машинного Тм и вспомогательного времени Тв, силовой 1ЧС и технологической мощности Мт, потребления энергоносителей Q эп и вспомогательных материалов С>ви (СОЖ), стойкости режущего инструмента тс:

Тн ТчТ1: -г»

Т Г 1 М ТУ Т Г Тс

Км =-, Кыс =-, Кт =— ит. д.;

Т£ Ысб т®

3| - затраты, изменяющиеся при наличии технологического эффекта (критерия-коэффициента КО; рь Р>, рз - соответственно доля времени на техническое, организацинное обслуживание и отдых рабочего.

Для определения величины изменения затрат, связанных с появлением брака при обработке на ¡-ой операции з'-ой линии ДСбР, воспользовались методикой Ефимова В.В. и получили:

ДСбр= Сзаг- Вб {ехр [-Ст(срй- Ко - 1) -С1ъ(фк.а- Кил - 1) -Св(фе- Ке-- 1)] - ехр [ - Ст(ч>ю- 1) - Ска(фк»- 1) - С0 (фв- 1)] + {1- Ве ■

• ехр [- Ст(фа- 1)- С*а(фя.- 1) -Се(ф0- 1)]} - 3£{1 -В6-

• ехр [ - Ст (фа • Ка - 1) - Сяа ■ (фяа ■ Кка - 1) - Се (фе ■ ке- 1)]}, (6)

ГДе Вб = (1 - Р(от)) ■ (1 - Р(оЯа)) ' (1 - Р(оо>); Р(от), Р(о11а), Р(о0) - СООТВеТСТВеННО вероятность отказов в технологической системе на операции но параметрам 'Г, 11а, 0П;

= (С? - Сзаг) Рс - (С6 + ДСт- Сзаг) Рс,

где Сзаг - стоимость заготовки, руб.; Рс - доля себестоимости обработки заготовки на данной операции; Ки, Кка, Кг, - соответственно критерии изменения параметров точности линейных размеров, шероховатости и температуры поверхностного слоя материала заготовки при переходе от базового к новому варианту:

Н Н л б б

„ _ <ВИ Ла 1Г _ Оп ю° 11а 0П

Кю--Кяа---; К0--фш = —; ерги =-; Фо =-,

8П т [0п]

где со6, Я?, 9п - соответственно погрешность размера, фактического значения среднего арифметического отклонения профиля и контактной температуры в базовом варианте; [Т], [11а], [Эп] - соответственно допускаемые значения параметров обработанной детали по точности размеров, шероховатости и контактной температуре; Ст, С^, С9 - коэффициенты, определяемые экспериментально.

Эффект ^ для ]-ой технологической линии представляет собой сумму эффектов на всех операциях и для годовой программы выпуска изделий равен

Э,- = Ац ¿^ = АТ) ¿(ДСт +ЛСбР) - Е„ ¿ДК; = А^ 1(3М1 (1 + р1+ Рг +

¡-1 ¡=1 ¡=1 ¡=1-

+ рз) • (1 - КмО + Зв| (1 + (32 + (Зз) • (1 - Кш) + Ззс1(1 - КмГ- КхсО +

+ Зэл (1 — Кч! ■ К*тО +" Зэш (1 ~ Км; • КэнО + Звм1 (1 — К,„ • КвмО + Зир! '

• (1 - Км1/Кт1) + Сзаг- Вб{ехр [- Ст(фй- Кш- 1) - Сяа (фйа ' Кяа- 1)-

- Се (Фе ■ Ке - 1)] - ехр [ - Ст (Фо - 1) - СКа (фка - 1) - С0 (<рв - 1)] +

+ 1-В6-ехр[-Ст(фа-1)-Ска(фКа-1)-Се((Ре-1)]}-36к{1 - .

- Вб • ехр [ - Ст (<рш • ю,- 1) - Ска(фяа • ККа- 1) - С0 (ф0 ■ К9 - 1)]}) -

-аддк!, (7)

¡=1

где 5 - количество операций, выполняемых на ^-ой технологической линии.

Эффект ЭГ] зависит от критериев-коэффициентов К, определяющих технологические эффекты с разных сторон: критерии Км, Кв - по производительности; Кт, Кыс и К\т - по работоспособности режущего инструмента и энергозатратам; Кэн и Квм - по энергоносителям и вспомогательным материалам (СОЖ); Кш, Кка, Ке - по качеству изготовляемых деталей.

С помощью критериев 1С по зависимости (7) можно оценить эффективность системы очистки СОЖ, обслуживающей технологическую линию, включающую различные операции механической обработки заготовок. Зависимости (5)-(7) универсальны, главным достоинством является возможность их применения для оценки эффективности внедрения на операциях л линиях механической обработки любых мероприятий: например, использования новой техники приготовления или подачи СОЖ, применения режущих инструментов с износостойкими покрытиями и т. п.; эти зависимости можно использовать и для оценки эффективности различных операций - термических, сборочных, контрольных и других.

Предлагаемая система универсальных критериев технологической эффективности состоит из набора критериев К; (табл. 1), характеризующих изменяющиеся технологические показатели операций. При этом в зависимости (5) или (7) остаются только те затраты (3;), изменение которых связано с технологическими эффектами К. Например, для оценки экономической эффективности операции механической обработки при наличии технологических эффектов по машинному времени Тм, эффективной мощности Ыэс, стойкости режущего инструмента тс и шероховатости обработанной поверхности (по параметру Ка), зависимость (7) преобразуется к следующему виду (в расчете на одну деталь):

Э = 3*(1 +Р1 + Р2+Рз)-0 - к (1 - Км; ■ Кт) + Зир;(1 -

- Кл.; /' Кт,) + Сзаг ■ Вб { ехр [ - Ска 0рца ■ Кяа - 1)] - ехр [- Сяа (фка -

-1)]} {1-Вб-ехр[-Саа(фка-1)-Зб {1-Вб-ехр[-

- Ска (фКа ■ Кка - 1)]} ~ Е„ ■ ЛК„ (8)

Полученную зависимость (7) применительно к вопросам, рассматриваемым в данной диссертационной работе, можно использовать для решения следующих задач:

1. Выбор варианта системы очистки СОЖ для технологической операции или линии но наибольшему экономическому эффекту.

и

1. Система универсальных критериев оценки эффективности техно-

логических операций и линий

Операция Критерий

Км к, Ккс Кмт Кт Кэн Квм к. К„

Механическая обработка + -ь + - + + + + + +

Термическая + + - + - + - - - +

Контрольная + + - - - + - + - -

Сборочная + + + - - - - + - -

Критерий применяется (+) или не применяется (-)

2. Анализ действующих систем очистки СОЖ с целью определения направления и целесообразности их совершенствования.

3. Выявление оптимальной системы очистки СОЖ, обеспечивающей минимум суммарных затрат при обработке заготовок на операции или линии.

В общем случае эти задачи можно сформулировать следующим образом:

1. Выбор варианта технологической операции или линии.

2. Анализ технологических операций или линий действующего производства с целью определения направлений их совершенствования, оценки целесообразности реализации различных мероприятий, повышающих эффективность отдельных операций или линии в целом.

3. Структурная или параметрическая оптимизация технологических операций или линий по экономическому эффекту Эг.

Разработанное программное обеспечение позволило выполнить на ЭВМ расчеты экономической эффективности внедрения систем очистки СОЖ от механических примесей на технологических линиях, состоящих из множества операций (рис.1). При этом установлено, что на экономическую эффективность систем очистки СОЖ на технологических линиях механической обработки заготовок влияют следующие факторы:

1. Собственные технико-экономические показатели системы очистки, т.е. соотношение "степень (качество) очистки СОЖ - стоимость системы".

2. Соотношение затрат по операциям технологической линии (ТЛ). Необходимо прежде всего обеспечить технологические эффекты для наиболее дорогостоящих операций ТЛ.

3. Соотношение затрат на выполнение операции. Необходимо обеспечить технологические эффекты по наиболее значимым составляющим 3; технологической себестоимости операции (см. формулу (7)). При определенном сочетании вышеперечисленных факторов более эффективной может оказаться сравнительно дешевая система очистки СОЖ,

Рис. !. Зависимость экономического эффекта ^г внедрения системы очистки СОЖ на ТЛ от критериев Км, Км, Кца и Ки

обеспечивающая худшую степень (качество) очистки, но наименьшие суммарные затраты на механическую обработку заготовок на технологической линии.

Расчет параметров чистоты СОЖ и характеристик очистителя для обеспечения оптимального сочетания критериев технологической эффективности

Влияние чистоты СОЖ на изменение технологических показателей можно описать в общем виде:

X"

ДХ;= —- = К, = Гн{Со, а о, Со}, (9)

X?

где ДХ( - изменение параметра на ¡-ой операции; С0 - остаточная концентрация механических примесей в СОЖ после ее очистки, г/л; с30 -средний размер частиц механических примесей, оставшихся в СОЖ после ее очистки, мкм; а0 - среднее квадратическое отклонение размеров частиц, оставшихся в СОЖ после ее очистки, мкм; & - функциональная зависимость критерия технологической эффективности К; от параметров чистот ы СОЖ.

Определим требуемые параметры чистоты СОЖ на выходе из системы очистки Со, с10, с0. Остаточную концентрацию механических примесей в СОЖ найдем по формуле:

С0= (1 - е) Си, (10)

где е - степень очистки СОЖ в отдельном устройстве или в системе, %; С» - исходная концентрация механических примесей в СОЖ, г/л.

На основе известного метода АПапёег С.й. геометрического определения средней степени очистки СОЖ от механических примесей £, обеспечиваемой определенным очистителем при известных и Раи, распределенных по логарифмически нормальному закону, получили следующие формулы для определения параметров чистоты СОЖ (по механическим примесям), с помощью которых, зная любые три функции распределения из ряда еа, Раи, Рау, Р<ъ и с, можно найти два остальных распределения:

In dv = In d„ +

■2 cjy In

cjy f lndu - Ind

V s • Сц

У

In d0 = lnd„

■2oo In

-—-11 — Ф

.а-ё)сгД V

Ind» -lndEYf)

<jy = (1 + 0,25333 an(s2 - 1)/аЕ)а„; а0 = (1 -0,26874 аи VI/стЕ) аи;

СГс =-

а£

,-г Ос-Оу-Х . PcVe

-aa(s -1); аи =—-—j-—,Х = -

Gy-Un 1-Х aa(s^-l)

lnd«= (1 - s) lndQ+ б Ind y; lndE = Ind,, - -Ф~'(с);

(П)

Os =-

a0 - crH

где Pd„, Pdo, Pdy - соответственно функции распределения частиц механических примесей по размерам до и после очистки СОЖ и удаленных из СОЖ; Cd - соответственно степень очистки по размеру d, %; d - средний размер частиц механических примесей, мкм; dH, d0, dy, сти, a0, av - соответственно размер и среднее квадратическое отклонение размеров частиц механических примесей до (индекс чг), после очистки (индекс v) и удаленных из СОЖ (индекс у), мкм; dE, стЕ - размер и среднее квадратическое отклонение размеров частиц механических примесей, удаляемых очистителем, мкм; cta = 0,25333; (50= -0,26874.

Исследования влияния загрязнения СОЖ механическими примесями на эффективность операций лезвийной обработки заготовок

Анализ научно-технической информации свидетельствует о скудности данных о значениях критериев К^, характеризующих изменение показателей эффективности лезвийной обработки заготовок в зависи-

мости от чистоты СОЖ. В связи с этим, с целью определения критериев были предприняты экспериментальные исследования влияния чистоты СОЖ на показатели эффективности операций обработки отверстий мерным инструментом в чугунных и стальных заготовках, а также операций точения наружных поверхностей стальных заготовок (обработка заготовок сверлами, зенкерами, развертками и резцами составляет более 70 % всех операций обработки заготовок резанием в серийном и массовом машиностроительном производстве).

Контролировали следующие показатели:

1. Работоспособность режущего инструмента и энергозатраты: величина износа инструмента но задней поверхности 1ъ, мм; мощность резания К), кВт.

2. Качество обработанных заготовок: изменение диаметра обработанного отверстия Да, мм; погрешность формы отверстия (отклонение от крутости) Дкр, мкм; параметры шероховатости обработанных отверстий по ГОСТ 25142-82: среднее арифметическое отклонение профиля 11а , мкм; высота неровностей профиля по десяти точкам II/ , мкм; наибольшая высота неровностей профиля К шах, мкм; среднии шаг неровностей профиля Бш, мкм; средний шаг местных выступов профиля Б, мкм; опор-пая длина профиля пр, мкм; относительная опорная длина профиля 1р, %.

3. Параметры чистоты СОЖ (по ГОСТ Р 50558-93): массовая концентрация механических примесей С, г/л; средний размер частиц с!, мкм; среднее квадратическое отклонение размеров частиц ст, мкм.

4. Элементы режима резания: скорость резания V, м/мин; частота вращения инструмента п, мшг1; снимаемый припуск Ь,, мм; подача на оборот инструмента Бо, мм/об.

Установлено, что присутствие в СОЖ механических примесей приводит к увеличению износа сверл, зенкеров и разверток на (20-30) %, повышению энергозатрат на (5-15) %, ухудшает точность формы обработанных отверстий на (15-25) %, увеличивает высотные и уменьшает шаговые параметры поверхности отверстий соответственно на (20-40) и (1020) %. При развертывании отверстий негативное влияние механических примесей в СОЖ более ощутимо, чем при сверлении и зенкеровании. На операции точения присутствие в СОЖ механических примесей приводит к снижению периода стойкости резцов на (15-20) % и ухудшению шероховатости на (20-25) %.

Полученные экспериментальные данные (например рис. 2, 3) обрабатывали по известной методике корреляционно-регрессионного анализа. Регрессионные зависимости использовали для вычисления критериев-коэффициентов технологической эффективности К^ по видам обработки (табл. 2).

1,0 \ui 0,8

t 0,6 h,

0,4 0,2 0

L ! J I

I

I

— _ -

60 75 15 30 45 60 75 15 30 45 Количество обработанных отверстий n, шт

б) в)

60

75

Рис. 2. Влияние концентрации механических примесей С на износ по задней грани инструмента Ь3 в зависимости от количества обработанных отверстий п при сверлении (а), зенкеровании (б), развертывании (в) отверстий в заготовках из чугуна СЧ20: — С = 0 г/л; - - С = 2 г/л;-С = 4 г/л

Ю

мкм

8

fL

■ * i

U4--

___--

а)

3 4 0 12 3 4 0 1

Концентрация механических примесей в СОЖ С, г/л б)

в)

Рис. 3. Влияние концентрации механических примесей С на среднее арифметическое отклонение профиля 11а (а), высоту неровностей профиля (б), наибольшую высоту неровностей профиля К.тах (в) отверстий:---сверление, —

зенкерование,-развертывание отверстий в заготовках из чугуна СЧ20

2

Для определения реальных размеров а и концентрации механических примесей С, образующихся при обработке заготовок на технологических линиях точением, сверлением, зенкерованием и развертыванием, проведено обследование действующего производства Ульяновского автомобильного завода. Полученные при этом значения С, с1, а использовали при проведении экспериментальных исследований влияния чистоты СОЖ на изменение показателей эффективности операций обработки заготовок лезвийными инструментами для определения критериев К^, а также для проверки адекватности зависимостей (11), используемых для расчета характеристик очистителя и параметров механических примесей при проектировании систем очистки СОЖ.

2. Значения критериев Кц по видам обработки

Критерии К,|

Показатель, размерность Сверление Зешсерование Развертывание

С=4 г/л С=2 г/л С=4 г/л С=2 г/Л] С=4 г/л С=2 г/л

Чугун СЧ20.НВ 180...210

Ьз, мм 0.64 0,71 0,75 0,87 0,67 0,82

N3, кВт 0,94 0,97 0,94 0,96 0,77 0,87

Ал, мм 0,42 0,53 0,45 0,59 0,38 0,7

Дкр, мкм 0,9 0,94 0,87 0,93 0,73 0,84

Ла, хМКМ 0,76 0,87 0,9 0,95 0,49 0,66

Яг, МКМ 0,8 0,89 0,83 0,91 0,47 0,64

Яшах, МКМ 0,81 0,9 0,82 0,9 0,48 0,65

Бт, МКМ 1,15 1,07 1,17 1,08 1,24 1,10

8, мкм 1,14 1,06 1,18 1,06 1,23 1,10

Пр, мм 1,2 ^ 1,09 1,14 1,06 1,15 1,09

1р, % 1,2 1,09 1,15 1,07 1,13 1,06

Сталь 45, НВ 170...190

1ь, мм 0,8 0,86 0,92 0.96 п 0,69 0,87

кВт 0,92 0,95 0,93 0,96 0,85 0,92

Да, мм 0,38 0,46 0,41 0,63 0,61 0,64

Акр, мкм 0,77 0,87 0,87 0,93 0,74 0,85

11а, МКМ 0,79 0,88 0,73 0,85 0,65 0,8

Ял, мкм 0,97 0,98 0,82 0,9 0,94 0,96

Яшах, МКМ 0,88 0,94 0,82 0,9 0,72 0,83

Бт, МКМ 1,34 1,14 1,31 1,14 1,28 1,13

Б, мкм 1,33 1,15 1,36 1,16 1,27 1,13

Пр, мм 1,07 1,03 1,17 1,08 1,10 1,04

Ъ, % 1,10 1,04 1,07 1,03 1,10 1,04

Примечание: значения критериев по Ь3, Ал даны для 75-го отверстия.

Методика оценки экономической эффективности систем очистки

сож

Методика оценки экономической эффективности систем очистки СОЖ состоит из следующих этапов:

1. Определение затрат З1 базового варианта технологической операции или линии.

2. Определение значений (диапазона изменения) критериев технологической эффективности К]| для каждой операции технологической линии.

3. Расчет изменения технологической себестоимости механической обработки заготовок ЛСТ по зависимости (5), изменения затрат, связанных с появлением (или снижением) брака АСбР (6), экономического эффекта Эг (7) внедрения системы очистки С'ОЖ.

4. Расчет оптимального сочетания критериев технологической эффективности К], по зависимости (7).

5. Установление функциональной взаимосвязи критериев технологической эффективности КД и параметров чистоты СОЖ С0, <10, сг0 по данным ранее выполненных исследований, по результатам выполненных нами исследований (табл. 2) или экспериментально в производственных или лабораторных условиях. _

6. Определение параметров СОЖ С0, <30, а0 для технологической линии при проектировании системы очистки: а) по наименьшим значениям Со, с!о, и0; б) по преобладающим значениям С0, с!0, ст0; в) по средним ("экономическим") значениям С0, <3 0, <з0, например

^N3 Гк1{3;,-(1-Кл)}

п—1

ЛС

где N3 - количество затрат 3^, изменение которых связано с технологическими эффектами (критериями К^).

7. Расчет технико-экономических характеристик системы очистки: средняя степень очистки £; тонкость очистки с1Е; среднее квадратическое отклонение размеров частиц примесей стЕ; стоимость очистителей К0 и затраты на их эксплуатацию Зэ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены новые научные выводы и практические результаты:

1. Разработана система универсальных критериев технологической эффективности К^, которая позволяет оценить эффективность различных но видам обработки и техническому оснащению операций и линий механической обработки заготовок, выполняемой с применением СОЖ.

2. Предложенная система универсальных критериев положена в основу методики оценки экономической эффективности систем очистки СОЖ, обслуживающих технологические линии механической обработки заготовок.

В общем случае разработанная система универсальных критериев технологической эффективности может быть применена для оценки эф-

фектпвности внедрения любой новой техники на технологических линиях, участках и в цехах машиностроительных предприятий.

3. Получены зависимости для расчета экономической эффективности технологических операций и линий механической обработки заготовок без брака (5) и с учетом возможного снижения брака (6), (7).

4. Разработан алгоритм расчета оптимальных значений критериев К,,, обеспечивающих наибольший экономический эффект от внедрения систем очистки на отдельной операции и на технологической линии в целом.

5. Предложены зависимости (11) для расчета степени и тонкости очистки СОЖ очистителя и системы очистителей в зависимости от концентрации и распределения частиц механических примесей в СОЖ по размерам. Адекватность этих зависимостей доказана на основе результатов обследования действующего производства УАЗ.

6. Экспериментально установлено, что увеличение концентрации механических примесей в СОЖ приводит к снижению работоспособности сверл, зенкеров и разверток на (20-30) %, увеличению энергозатрат на (5-15) %, ухудшает макро- и микрогеометрию обработанных отверстий соответственно на (15-25) % и (20-40) %.

7. Рассчитаны значения К,, изменения технологических показателей эффективности операций сверления, зенкерования, развертывания и точения стальных и чугунных заготовок для различных значений концентрации механических примесей в СОЖ, необходимые для оценки эффективности систем очистки СОЖ по зависимостям (5)-(7).

8. При обследовании действующего производства УАЗ определены размеры с!, а и концентрация С механических примесей в СОЖ, образующихся при одновременной обработке заготовок на автоматических линиях точением, сверлением, зенкерованием и развертыванием. Установлено, что распределение частиц механических йримесей по размерам описывается нормальным законом распределения Гаусса.

9. По предложенной методике выполнень!* расчеты экономической эффективности применения различных систем очистки СОЖ от механических примесей на автоматических линиях механической обработки заготовок Ульяновского автомобильного завода (массовое производство) и в цехе станков с ЧПУ Ульяновского машиностроительного завода (мелкосерийное производство). Установлено, что экономическая эффективность систем очистки СОЖ зависит от обеспечиваемых ими параметров чистоты СОЖ и, соответственно, критериев технологической эффективности Кд.

10. Разработанная методика используется '" в проектно-технологнческом отделе ПКТБ "Экосистема" (г. Ульяновск) при проек-

тировании систем очистки СОЖ от механических примесей, обслуживающих технологические линии механической обработки заготовок.

11. Предложены на уровне изобретений три технических решения вакуумных фильтров для очистки СОЖ от механических примесей (положительные решения ВПИИГПЭ по заявкам № 94029585 / 25 от 26.03.96 г. , № 94008743 / 25 от 18.04.96 г. и № 94008587 / 25 от 30.06.96 г.).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Булыжев Е.М., Богданов В. В., Обшивалкин М.Ю. Исследование вакуумного фильтрования СОЖ на операциях обработки заготовок резанием. В кн.: Смазочно-охлаждающие жидкости в процессах абразивной обработки. Сборник научных трудов. Ульяновск: УлПИ, 1992. С. 77-82.

2. Булыжев Е.М., Обшивалкин М.Ю. Система применения СОЖ в гибком автоматизированном производстве. В кн.: Повышение эффективности станков с ЧПУ и ОЦ в составе специализированных участков. Тезисы отраслевого семинара. М.: ЦНИИИТЭИ, 1989. С.10-12.

3. Муслина Г.Р., Обшивалкин М.Ю. Возможные пути оптимизации групповых и централизованных систем применения СОЖ для технологических линий. В кн.: Смазочно-охлаждающие технологические средства в процессах обработки заготовок резанием. Сб. научных трудов. Ульяновск: УлГТУ, 1996. С. 83-87.

4. Муслина Г.Р., Обшивалкин М.Ю. Решение задачи оптимизации систем очистки СОЖ по экономическому критерию. Тезисы докладов 30-ой НТК УлГТУ. Ульяновск: УлГТУ, 1996. С. 16.

5. Муслина Г.Р., Обшивалкин М.Ю. Экономический анализ применения СОЖ в технологических процессах механообрабатывающих цехов. В кн.: Смазочно-охлаждающие средства при механической обработке заготовок из различных материалов. Тезисы докладов международной НТК. Ульяновск: УлПИ, 1993. С. 82-83.

6. Муслина Г.Р., Обшивалкин М.Ю. Экономический анализ технологических возможностей производства в механообрабатывающих цехах машиностроительных предприятий II Техника машиностроения. М.: Вираж-Центр, 1994. № 1. С.51-53.

7. Муслина Г.Р., Обшивалкин М.Ю. Экономическое обоснование выбора системы применения СОЖ в ППО Ульяновского машиностроительного завода. Тезисы докладов 28-ой НТК УлПИ. Ульяновск: УлПИ, 1994. С. 5-6.

8. Муслина Г.Р., Правиков Ю.М., Обшивалкин М.Ю. Экономическая оценка технологического потенциала автоматических линий. В кн.: Ресурсосберегающие технологии машиностроения. Сб. научных трудов. М.: МГААТМ. 1994. С. 82-86.

9. Обшивалкин М.Ю. Влияние механических примесей, содержащихся в СОЖ, на показатели качества отверстий, обработанных мерным инструментом. Тезисы докладов 30-ой НТК УлГТУ. Ульяновск: УлГТУ, 1996. С. 17.

10. Обшивалкин М.Ю. Устройства вакуумной очистки СОЖ от механических примесей для централизованных и групповых систем. Тезисы докладов 29-ой НТК УлГТУ. Ульяновск: УлГТУ, 1995. С. 25.

11. Ромашкин В.Г., Трощий А.Р., Обшивалкин М.Ю. Новые устройства для очистки СОЖ. В кн.: Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов. Тезисы докладов. Киев: Знание, 1992. С. 41-42.

12. Вакуумный фильтр для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей от механических примесей. Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 94029585 / 25 от 26.03.96 г.

13. Вакуумный фильтр для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей. Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 94008743 / 25 от 18.04.96 г.

14. Вакуумный фильтр для очистки смазочно-охлаждающих жидкостей. Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 94008587 / 25 от 30.06.96 г.

ОБШИВАЛКИН МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОЧИСТКИ СОЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

КРИТЕРИЕВ

Автореферат

Подписано в печать 21.10.96. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,17. Уч.-изд. л. V'. ■. Тираж 100 экз. Заказ 6$%. Бесплатно. Ульяновский государственный технический университет. 432027, Ульяновск, Северный венец, 32. Типография УлГТУ, 432027, Ульяновск, Северный венец, 32.