Разработка научно-методической базы управления энергопотреблением при механической обработке резанием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Малькова Людмила Дмитриевна

• Малькова Людмила Дмитриевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Малькова Людмила Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Понятие энергоемкости. Законодательная и нормативная база

1.2. Методы снижения энергопотребления

1.3. Структура энергозатрат при механической обработке резанием

1.4. Определение силы резания

Выводы по Главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Виды экспериментальных исследований

2.2. Динамометрические стенды

2.3. Тарирование контрольно-измерительной аппаратуры динамометрических стендов

2.4. Обработка показаний регистрирующего устройства

2.5. Методика определения фактически потребленной энергии

2.6. Обрабатываемый материал

2.7. Режущий инструмент

2.8. Назначение параметров режимов резания

2.9. Исследование рассеивания величины твердости

2.10. Исследование рассеивания величины припуска

2.11. Формирование планов экспериментов

2.11.1. Полные факторные эксперименты

2.11.2. Дробный факторный эксперимент

2.11.3. Свойства матриц полного и дробного факторных экспериментов

2.11.4. Проведение эксперимента и обработка результатов опытов

2.12. Расчетные формулы для определения энергопотребления

2.13. Заключение

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ НА ОСНОВЕ ФАКТОРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1. Технологические ограничения при проведении многофакторных экспериментов при наружном продольном точении

3.2. Определение количества уровней полного факторного эксперимента при наружном продольном точении

3.3. Проведение дробного факторного эксперимента при наружном продольном точении

3.3.1. Предварительные трехфакторные эксперименты

3.3.2. Исходные данные для дробного факторного эксперимента

3.3.3. Результаты дробного факторного эксперимента

3.4. Проведение полного факторного эксперимента для четырех факторов

3.5. Принципиальная модульная схема методики определения главной составляющей силы резания и энергопотребления при точении

3.6. Определение наличия совместного влияния параметров обработки

при сверлении на крутящий момент и осевую силу

3.6.1. Параметры обработки и технологические ограничения, оказывающие влияние на крутящий момент и осевую силу при сверлении

3.6.2. Проведение полного факторного эксперимента для пяти факторов на двух уровнях варьирования при сверлении

3.7. Определение наличия совместного влияния параметров обработки

при нарезании резьбы метчиками

3.7.1. Параметры обработки и технологические ограничения, оказывающие влияние на крутящий момент при нарезании резьбы метчиками

3.7.2. Проведение полного факторного эксперимента для трех факторов на двух уровнях варьирования при нарезании резьбы метчиками

Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ПРИ ФОРМООБРАЗОВАНИИ ТИПОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВАРИАТИВНЫМИ СПОСОБАМИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

4.1. Анализ энергопотребления при разделении припуска при наружном продольном точении

4.1.1. Экспериментальные исследования и расчет энергопотребления при различных вариантах разделения припуска по технологическим проходам

4.1.2. Определение рекомендуемых параметров режимов токарной обработки методами математического анализа

4.2. Анализ энергопотребления при обработке отверстий с разделением припуска на сверление и рассверливание

4.2.1. Экспериментальные исследования и расчет энергопотребления при различных вариантах разделения припуска на сверление и рассверливание

4.2.2. Определение рекомендуемых параметров режимов сверления

и рассверливания методами математического анализа

4.3. Сравнительный анализ энергозатрат при различных способах обработки плоскостей

4.3.1. Результаты экспериментальных исследований для сравнения торцового и цилиндрического фрезерования

4.3.2. Сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований торцового и цилиндрического фрезерования

4.3.3. Результаты экспериментальных исследований энергопотребления при строгании

4.3.4. Упрощенный расчет энергопотребления при протягивании

4.3.5. Обобщенный анализ экспериментальных и расчетных данных, полученных при торцовом и цилиндрическом фрезеровании, строгании и протягивании

Выводы по Главе

ГЛАВА 5. ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ С УЧЕТОМ РАССЕИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАГОТОВОК

5.1. Исследование влияния рассеивания величины припуска на энергопотребление при механической обработке поковок

5.2. Исследование влияния рассеивания значений твердости заготовок

на энергопотребление при механической обработке поковок

Выводы по Главе

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

6.1. Определение силовых характеристик резания на операциях

точения

6.2. Прогнозирование энергопотребления по критерию удельного энергопотребления

6.3. Разделение припуска на два прохода по критерию энергоемкости технологической операции (на примере точения)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научно-методической базы управления энергопотреблением при механической обработке резанием»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современные источники энергии делятся на возобновляющиеся и невозобновляющиеся. Причем последние, к которым относится энергия органического топлива и ядерная энергия, составляют 70% от общего объема [1]. Это показывает, что любой эффект от мероприятий по энергосбережению несет в себе не только экономическую, но и экологическую, и стратегическую составляющие.

Доля механической обработки в современном производстве очень высока. Укрупненные статистические оценки потребляемой энергии показывают, что на осуществление силовых процессов, основой которых является механическая обработка, расходуется 11% от полезной энергии [1]. Поэтому снижение энергозатрат на операциях обработки металлов резанием является одной из актуальных задач современного производства, направленных на результирующее повышение конкурентоспособности изделий.

Согласно Федеральному закону Российской Федерации от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ [2], в перечне мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности предусмотрено стимулирование производителей и потребителей энергетических ресурсов проводить мероприятия по энергосбережению, повышению энергетической эффективности и сокращению потерь энергетических ресурсов.

Современные исследования в вопросах энергосбережения представляют собой большой объем решений разрозненных задач с экономической, организационной, технологической и других позиций. На данном этапе возможность систематизации этих результатов в глобальную структуру, учитывающую все аспекты, отсутствует. Требуется структурирование результатов в отдельных областях исследований.

На промышленных предприятиях преобладает комплексный контроль расходуемой энергии без детализации отдельных потребителей, в частности, при проектировании и реализации технологических операций обработки резанием, ко-

торые составляют значительную часть общих трудозатрат и являются высоко энергозатратными. Поэтому рассмотрение энергоемкости технологического процесса как критерия оптимизации и разработка технологических мероприятий, обеспечивающие снижение энергопотребления непосредственно на операциях механической обработки, затруднительна. Это определяет необходимость научных исследований в области энергосбережения при механической обработке с последующим составлением и внедрением соответствующих методических рекомендаций в производство.

В существующей научно-технической документации и исследованиях ряда авторов силовые показатели процесса резания, определяющие его энергоемкость, рассматриваются укрупненно на основе эмпирических зависимостей. Энергоэффективность обработки резанием редко выделяется в качестве отдельного показателя, недостаточно учитывается совместное влияние параметров обработки на силовые характеристики, отсутствуют методы сравнения по энергетическим показателям различных способов обработки одинаковых поверхностей, не рассмотрено влияние разделения припуска между проходами на изменение суммарного энергопотребления и не учтен ряд других факторов.

Исследования указанных направлений как резерв для точного расчета, управления и сокращения энергозатрат при обработке резанием определяет актуальность работы.

Цель и задачи работы. Целью работы является повышение энергоэффективности механической обработки резанием на основе прогнозирования и управления энергоемкостью процесса лезвийной обработки.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

- разработка методических рекомендаций, включающих математические модели, по определению зависимостей силовых параметров резания от параметров режима обработки с учетом их совместного влияния;

- проведение сравнительных исследований энергопотребления при различных способах обработки и выявление наиболее энергоэффективных;

- разработка методических рекомендаций по энергоэффективному распре-

делению припуска при многопроходной обработке;

- разработка методических рекомендаций по прогнозированию энергопотребления при лезвийной обработке на основе единого показателя, применимого для разных операций лезвийной обработки;

- определение влияния рассеивания припуска и твердости заготовок на энергозатраты обработки резанием.

Научная новизна:

1. Обоснована и разработана система определения силовых характеристик резания, позволяющая получать математические модели, учитывающие совместное влияние параметров обработки и обеспечивающие повышение точности расчетов энергопотребления.

2. Обоснован критерий удельного энергопотребления, учитывающий затраты энергии на образование единицы площади поверхности резания. Использование критерия позволяет прогнозировать затраты энергии при обработке заданной поверхности лезвийным инструментом для основных операций резания.

Практическая значимость:

1. Разработаны методические рекомендации по определению силовых характеристик процесса резания, которые позволяют прогнозировать энергопотребление с учетом совместного влияния параметров обработки. Система включает схему декодирования полиномов, что позволяет варьировать параметрами обработки для обеспечения энергосбережения при резании.

2. Разработаны методические рекомендации, основанные на использовании критерия удельного энергопотребления, приведенного к площади поверхности резания, позволяющие прогнозировать энергозатраты при обработке поверхности. Сформирован математический аппарат для расчета энергопотребления при использовании основных видов лезвийной обработки.

3. Разработаны методические рекомендации по разделению припуска при многопроходной токарной и сверлильной обработке, обеспечивающие сокращение энергопотребления.

4. Разработаны и обоснованы рекомендации по назначению допустимых

диапазонов рассеивания припуска и твердости заготовок, обеспечивающие сокращение энергопотребления обработки резанием.

Результаты работы использованы в подразделениях компаний ООО ПО Инновационные Технологии Механообработки (ООО ПО «ИННОТЕХМЕТ»), ООО «Проинтех» и учебном процессе МГТУ им. Н.Э. Баумана, что подтверждено актами использования.

Положения, выносимы на защиту:

1. Методические рекомендации по определению силовых характеристик процессов лезвийной обработки с учетом совместного влияния параметров обработки с использованием полиномиальных моделей, полученных и декодированных на основе полных и дробных факторных экспериментов.

2. Методические рекомендации по получению и использованию критерия удельного энергопотребления, приведенного к площади поверхности резания, для прогнозирования затрат энергии при обработке поверхности лезвийным инструментом.

3. Результаты экспериментальных исследований и аналитических расчетов энергопотребления при разделении припуска при многопроходной обработке точением и сверлением.

4. Результаты экспериментальных исследований и аналитических расчетов энергопотребления при учете рассеивания твердости заготовок и припуска на обработку.

Методы исследования и достоверность. Для решения поставленных задач в работе использовались теоретические и экспериментальные исследования. Использованы основные положения теории резания, технологии машиностроения, методов планирования эксперимента, математического и статистического анализа.

Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных и проверенных методик с использованием комплекса современного измерительного оборудования в лаборатории кафедры инструментальной техники и технологий МГТУ им. Н.Э. Баумана. В процессе экспериментов использовались современные

средства сбора и обработки данных. Измерение и регистрация данных по величине составляющих силы резания и крутящего момента проводились с использованием разработанных исследовательских стендов, оснащенных динамометрической установкой компании Kistler и динамометром УДМ600.

Реализация работы. Результаты работы использовались при выполнении госбюджетных тем «Разработка теоретических основ создания современных высокоэффективных технологий заготовительных производств» ГР №01.2.00101500 и ГР №01.2.00101508, «Разработка теоретических основ сокращения энергозатрат в технологии механической обработки» ГР № 01040002429, «Разработка методов оценки показателей надежности и диагностики состояния режущих инструментов» ГР № 01040002430, «Разработка теоретических основ сокращения энергозатрат в технологии механической обработки» ГР № 01200603237. Материалы исследований внедрены в учебный процесс кафедры инструментальной техники и технологий в дисциплины «Проектирование операций механической обработки» и «Основы научных исследований» для студентов специальности 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов» по специализации «Проектирование механообрабатывающих и инструментальных комплексов в машиностроении», а также в дисциплины «Современные методы научных исследований» и «Техника экспериментальных исследований в технологии механической обработки» для студентов по направлению магистерской подготовки 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» по профилю «Процессы и технологии механической и физико-технической обработки».

Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на следующих мероприятиях:

- Международная конференция «Образование через науку», посвященная 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. Москва, 2005;

- XVIII научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Королев (МО): РКК «Энергия» им. С.П. Королева, 2008;

- Всероссийская научно-технической конференция «Машиностроительные технологии», посвященная 140-летию Научно-Учебного Комплекса «Машиностро-

ительные технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Москва, 2008;

- Третья Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». Москва, 2010;

- Производительность и надежность технологических систем в машиностроении: Международная научно-техническая конференция, посвященная 85-летию со дня рождения заслуженного работника высшей школы Российской Федерации, д-ра техн. наук, профессора Л.И. Волчкевича. Москва, 2015.

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 17 научных трудах, из них 7 статей опубликовано в рекомендованных ВАК РФ рецензируемых журналах, 5 отчетов по госбюджетным работам, 2 доклада и 3 тезисов докладов на Всероссийских конференциях.

Материалы Главы 1 представлены в [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11], Главы 2 - в [3, 6, 7], Главы 3 - в [4, 5, 6, 9, 10, 12, 14, 18], Главы 4 - в [7, 13, 19], Главы 5 - в [6, 15, 16, 17].

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Понятие энергоемкости. Законодательная и нормативная база

В настоящее время основным документом в области энергосбережения является Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [2]. Помимо этого действует нормативная база, включающая в себя ряд ГОСТов Российской Федерации по энергосбережению [20,21,22,23,24,25,26].

ГОСТ 31607-2012 [26] устанавливает основные понятия, принципы, цели и субъекты деятельности в области нормативно-методического обеспечения энергосбережения. Согласно ГОСТ 31607-2012:

- энергосбережение - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии;

- энергосберегающая технология - новый или усовершенствованный технологический процесс, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования ТЭР;

- энергоемкость производства продукции - величина потребления энергии и (или) топлива на основные и вспомогательные технологические процессы изготовления продукции, выполнение работ, оказание услуг на базе заданной технологической системы.

Согласно ГОСТ 31532-2012 [25] объектом деятельности по энергосбережению может быть определенная продукция, технологический процесс, участок, цех, производство, предприятие - потребитель энергоресурсов, регион, субъект федерации, Российская Федерация в целом.

Среди показателей, характеризующих организационную, техническую,

научную, экономическую деятельность в области энергосбережения, названо снижение энергоемкости производства продукции, в том числе за счет реализации проектов и программ энергосбережения, энергосберегающих технологий, оборудования, отвечающего мировому уровню.

Применительно к изделиям, оборудованию, материалам, ТЭР (далее - продукция) и технологическим процессам для характеристики энергосбережения используют показатели их энергетической эффективности, среди которых выделена энергоемкость производства продукции (для процессов).

В настоящей работе в качестве объекта деятельности по энергосбережению рассматривается технологический процесс механической обработки. Понятие «энергоемкость» трактуется как величина потребления энергии (энергопотребление) на основные технологические процессы изготовления продукции способами механической обработки резанием.

Энергоемкость Е [Дж] процесса механической обработки (на примере точения) определяется по следующей зависимости:

Е = Рг- V ^ = г0, (1.1)

где Рг - главная составляющая силы резания, Н; V - скорость резания, м/с; 1о - основное технологическое время, с; Ыэ - эффективная мощность резания, необходимая для снятия припуска, Вт. При необходимости использования внесистемных единиц измерения (например, кВт-ч, м/мин, мин, кВт и т.д.) в формулу вводятся соответствующие коэффициенты.

1.2. Методы снижения энергопотребления

Анализ литературных источников, теоретические расчеты и экспериментальные исследования показывают, что сокращение энергопотребления в механообработке без изменения параметров качества готового изделия - задача многоплановая, и наиболее эффективно может быть решена с помощью комплекса мер, включающих конструкторские, технологические, экономические и организационные мероприятия.

Современные опубликованные исследования в области энергосбережения можно принципиально разделить на два базовых подхода: организационно-экономический [27, 28] и технико-технологический. В рамках второго подхода авторы рассматривают как эксплуатацию готовых агрегатов [29], например, вводя понятие энергетического КПД, так и снижение энергоемкости изделия при изготовлении, выделяя механическую обработку материалов, составляющую большую часть силовых процессов. Исследования в области энергосбережения при механической обработке имеют три принципиальных направления: обобщенно-рамочные, оптимизирующие эксплуатацию металлорежущего оборудования и непосредственно операцию резания.

Наиболее наглядно обобщенно-рамочная систематизация путей экономии материалов и энергии рассмотрена в [30]. Установлены пути экономии ресурсов на всех этапах подготовки производства:

- конструкторском (высокая производительность при экономном использовании энергии и материалов; минимальные эксплуатационные издержки; минимальные затраты на изготовление; оптимальная надежность; эффективное использование капитальных вложений; применение стандартных деталей и деталей многоразового использования);

- технологическом (разработка норм потребления материалов и энергии; сравнение вариантов для выявления энерго- и материалосберегающих заготовок; выбор энерго- и материалосберегающих технологий и средств производства; сокращение числа этапов технологического процесса и т.д.;

- организационном (оптимизация переходящих запасов материалов; минимальное замораживание оборотных средств; рациональное разделение труда между предприятиями);

- экономическом (расчет материалоемкости; расчет энергоемкости; оценка эффективности капитальных вложений и мероприятий по рационализации).

При этом выявлено, что ресурсосберегающие мероприятия в некоторых случаях противоречат друг другу, что определяет необходимость проведения оптимизации по критерию минимума суммарного расхода материало- и энергоре-

сурсов.

Рассмотренные в [30] пути экономии ресурсов непосредственно при резании металлов включают в себя выбор и назначение оптимальных режимов резания, марки инструментального материала, геометрии режущей части, смазочно-охлаждающих веществ; создание новых марок инструментальных материалов с лучшими свойствами; уменьшение расхода энергии на станках и транспортных системах; разработку новых конструкций режущих инструментов, утилизацию изношенных инструментов и стружки.

В работе [31] представлена энергетическая модель процессов обработки, где отражен переход от первичной энергии через транспортирование, преобразование, взаимодействие, накопление и дополнительное поступление к энергии физического процесса обработки. Аналогичный обобщенно-рамочный подход отражен в [32], где энергоемкость изделия в изготовлении квалифицирована как составляющая одного из основных показателей технологичности конструкции изделия -его энергоемкости.

Очевидно, что рассмотренный подход может являться основой для формирования целостной системы по энергосбережению, но в настоящем формате не дает возможности ни для промышленной эксплуатации, ни для формирования стратегии научных исследований.

Работы, направленные на оптимизацию эксплуатации металлорежущего оборудования, включают исследование и использование различных характеристик станков. Одно из направлений исследований освещено в работах [33, 34, 35, 36, 37]. Авторы вводят показатель Е, как отношение суммарных затрат энергии на проведение механической обработки Ж к объему удаляемого при этом материала V:

Е = Ж, (1.2)

V

где Е - удельная энергоемкость механической обработки, кВт-ч/м ; Ж = Р^/60 -величина электрической энергии, потребляемой электродвигателем приводов главного движения и подачи станка за время обработки, кВт-ч; Р - потребляемая

мощность, кВт; Х0 - основное технологическое время, мин; V - объем удаляемой

3

стружки, м .

Авторы указанных работ считают, что критерий Е позволяет не только находить экономичные режимы, но и объективно оценивать методы обработки, технологические процессы и режимы обработки с точки зрения энергопотребления. В работах проанализировано влияние режимов обработки на потери мощности в элементах технологической системы и такие показатели ее энергетической эффективности, как коэффициент полезного действия станка и удельные объемные затраты электроэнергии на обработку. С этой целью выведена зависимость: Ж

Е =_= Е + Е + Е =

^ V эл ^ мех ^ рез

С

6 • 10-87г{0 - X)• X • Б

АР ( -гтТЛ V+1

А^0 + АР СмСРХхБу £э м Р ч1000 Аххп + Вхх +-— +--

п*Крг

п 6 •Ю3

(1.3)

где Еэл, Емех - удельные потери энергии в электродвигателе и механизмах приводов станка; Ерез - удельная работа резания; АР0, ^ - параметры асинхронного двигателя; В - диаметр обрабатываемой поверхности, мм; X - глубина резания, мм; Б - подача, мм/об; Ахх, Вхх, А^хх0 - эмпирические коэффициенты и постоянная составляющая потерь холостого хода в механизмах привода главного движения; = &н+1, СР2, х, у, z, КРх - постоянная, показатели степени и поправочный коэффициент в формуле расчета главной составляющей силы резания; &н - эмпирический коэффициент нагрузочных потерь; п - частота вращения шпинделя, мин-1.

Найдена частота вращения шпинделя, при которой функция Е(п) имеет математический минимум. Полученные зависимости авторы используют при решении задачи распределения припуска на обработку [38].

Несомненным достоинством такого подхода является то, что, согласно исследованиям авторов, экономия электроэнергии составила в среднем около 15...20%.

К существенным недостаткам можно отнести фактически частный характер представленной зависимости. Это утверждение основано на том, что большинство

величин в формуле являются эмпирическими, что в значительной мере затрудняет, или исключает, возможность ее распространения. При этом не учитывается ряд параметров резания и их совместное влияние.

Другим подходом к анализу энергопотребления при механической обработке является методика, разработанная в [39, 40, 41, 42, 43, 44, 45]. Предложены безразмерные показатели количественной оценки энергетической эффективности обработки для предварительной и окончательной обработки. Существенным недостатком такого подхода является то, что показатель определен через сложные теоретические зависимости (например, используются относительный истинный сдвиг, относительное равномерное сужение обрабатываемого материала, плотность свободной поверхностной энергии, изменение плотности дислокаций в поверхностном слое детали при резании и т.д.), что необходимо с точки зрения физики резания, но вызывает затруднения при практическом использовании, требуя упрощения и допущений.

В ряде других работ, ориентированных на оптимизацию эксплуатации металлорежущего оборудования, авторы вводят в качестве критерия адаптивного управления процессом обработки при различных режимах резания максимальную величину еоБф электродвигателя главного привода и рассчитывают при этом условии оптимальную удельную энергоемкость [46]; разрабатывают классификацию металлорежущих станков по энергоэффективности [47]; определяют оптимальную скорость резания, при которой минимально значение суммарной потребляемой станком энергии, включающей энергию на резание, фиксирование заготовки, быстрый подвод и отвод суппортов, работу электрических и электронных систем управления, освещение рабочей зоны станка, подачу в рабочую зону станка СОЖ, трение в механизмах и узлах станка и сопротивление в электрических цепях [48]; рассматривают возможность компенсации реактивной составляющей потребляемого тока [49]; обеспечивают дополнительные движения инструмента, разгружая главный привод [50] и т.д.

Все рассмотренные исследования обеспечивают определенный экономический эффект, но ориентированы на конкретное эксплуатируемое оборудование.

Понятие удельной энергоемкости, как критерия оптимизации технологической операции механической обработки, рассматривается исследователями не только в приведении к оборудованию, но и при оптимизации непосредственно операции резания материалов.

В подавляющем большинстве работ удельная энергоемкость определена как отношение энергии, затраченной на срезание припуска, к объему этого материала [33, 34, 35, 36, 37, 46, 47, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59]. Несмотря на используемые авторами различные физические величины и введенные обозначения, преобразования выражений приводят к сформулированному выше подходу. Ряд авторов [55, 56] после таких преобразований приравнивает удельную энергоемкость механической обработки к самостоятельной физической величине условному напряжению резания а, Н/м :

А N • т N Я • V а- F а- а- Ь а- Б- Ь

Э= - =-= - = —-=-=-=-= а, (1.4)

V Q• т Q V 5 • Ь Б • t 5 • Ь

где Э - энергоемкость обработки, Дж/м ; А - работа резания, Дж; V - объем снятого материала, м ; N - мощность резания, Вт; т - время обработки, с; Q - производительность обработки, м /с; Рг - главная составляющая силы резания, Н; V - скорость резания, м/с; £ - подача, м/об; ? - глубина резания, м; ^ - площадь поперечного сечения среза, м2; а, Ь - толщина и ширина срезаемого слоя соответственно, м.

Несмотря на внешнюю простоту удельной энергоемкости и ее широкое применение, все авторы исследований единодушно указывают, что ее величина непостоянна и зависит не только от сочетания инструментальный материал - обрабатываемый материал, но и от степени нагружения, например, чистовая или черновая обработка. Приведенные в работах [47, 51] данные представлены в Таблицах 1.1 и 1.2. Как видно из представленных результатов исследований разных авторов, величины удельной энергоемкости в зависимости от режимов обработки могут отличаться в десятки раз. Это значительно усложняет ее практическое использование в задачах формирования энергосберегающих технологий. Аналогичные обобщения представлены и в работе [58].

Значение удельной потребляемой энергии для различных способов обработки и

степени автоматизации по [51]

Способ обработки и степень автоматизации Удельные затраты энер-

гии к единице объема Примечания

"^р, Вт-с/мм

3,6 ... 3,8 Черновое точение

Точение 12,0 ... 18,5 Чистовое точение

38,5 ... 62,0 Точение на станках с ЧПУ

6,0 Черновая обработка

Фрезерование 38,5 ... 90,0 Чистовая обработка

217 ... 245 Тонкое фрезерование

Сверление 10,0 ... 16,9

Обрабатывающий центр 110 ... 170 Сверление, обработка резьбы

Обрабатывающий центр 15,1 Фрезерная обработка

Пилы 12,9 ... 24,4

Строгание 66 ... 68

Протягивание 42,4 ... 68,6

Плоское шлифование 1331 ... 1780

292

Круглое шлифование 178 ... 184

Внутреннее шлифование 351

Таблица 1.2.

Значение удельной потребляемой энергии для различных способов обработки по [47]

Обработка Обрабатываемый материал Режим резания А Дж/мм3

V, м/с S, мм/об (а, мм) 1, мм (Ь, мм)

Точение Конструкционная сталь - 0,01 - 0,5 1,00 9,5 - 3,6

08Х17Н5М3 1,4 - 3,4 0,02 - 0,2 1,00 7,3 - 3,3

ХН62ВМКЮ 0,8 - 0,58 0,02 - 0,2 1,00 36,9 - 7,1

Высокопрочные стали 0,43 - 0,67 0,02 - 0,2 0,5 10,0 - 5,1

Фрезерование СК 45К - (0,0025 - 0,0500) - 70,0 - 5,0

Протягивание СК 45 0,01 (0,001 - 0,005) - 45 - 10

Помимо удельной энергоемкости как энергетического критерия оптимальности процесса резания [57] авторы исследовательских работ вводят другие энергетические критерии. В частности, авторы [60, 61, 62] рассматривают безразмерный энергетический критерий А, характеризующий тепловую активность стружки относительно теплоты, выделяющейся в зоне резания, который можно выразить через температуру 0 резания:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Малькова Людмила Дмитриевна, 2019 год

Источник

Мкр

к

[104]

М к =

2,7сталь 1,3чугун

1,7...1 (сталь 10.20ХН)

2,5.3

[89]

Мкр = 10СрБчРукр

Сталь 1,3.0,85 ( а в = 600.800 МПа) Чугун 1,0.1,5 (140.180 НВ)

[96]

Р Бн Мкр, Нм

0,5 3.20 0,7 .12

0,75 6.30 3,6. . 40

1 6.52 5,6. .116

1,25 8.14 12. 32

1,5 10.52 21. 212

1,75 12 34

2,0 14.52 51. 323

2,5 18.52 102. 136

3,0 24.52 200 600

3,5 30.33 306. 340

4,0 36.52 540 900

4,5 42.45 820 900

5,0 48.52 1160. .1300

м = 20а1,2581,7^0,2 Ы" -0,2

Сталь 0,7.1,2 Чугун 0,6.0,8 (180.260 НВ)

[72]

[73]

Нет

[97]

Мк =

2,53сталь 1,57чугун

Л

а1,4§1,5 (сталь 2,53 опред. из табл знач)

Сталь 1,3.0,9 ( а в = 40.80 кг/мм2) Чугун 1,1.0,8 (180.230 НВ)

П.9. Протокол полного факторного эксперимента 2 при нарезании резьбы метчиками

№ Скорость резания V, м/мин Толщина срезаемого слоя аг, мм Шаг резьбы Р, мм Значение крутящего момента при нарезании резьбы метчиками в трех повторах Мкр, Нм Среднее значение крутящего момента при нарезании резьбы метчиками Мкр сред, Нм Дисперсия, Н2 Среднее квадратическое Отклонение, Н С-критерий Кохрена Табличное значение С-критерий Кохрена ^-критерий Фишера для адекватности Табличное значение ^-критерия Фишера для адекватности

1 2 3

01 1,7 0,076 1,0 2,52 2,69 2,35 2,52 0,0293 0,1712 0,3723 0,5157 0,9078 3,0

02 14,3 0,076 1,0 2,46 2,41 2,46 2,44 0,0008 0,0290

03 1,7 0,092 1,0 9,25 10,36 10,61 10,07 0,5237 0,7237

04 14,3 0,092 1,0 4,83 4,69 4,23 4,58 0,0984 0,3138

05 1,7 0,076 2,5 37,35 35,05 32,77 35,06 5,2406 2,2892

06 14,3 0,076 2,5 29,60 29,02 26,35 28,33 2,9977 1,7314

07 1,7 0,092 2,5 27,33 30,66 31,38 29,79 4,6834 2,1641

08 14,3 0,092 2,5 23,71 24,27 25,12 24,37 0,5038 0,7098

П.10. Рекомендации для назначения параметров обработки наружной и внутренней цилиндрических поверхностей

Ис-точ-ник Глубина резания при чистовом точении 1, мм Подача при чистовом точении 50, мм/об Подача при черновом точении 50, мм/об Диаметр первого сверла й, мм Подача при сверлении 50, мм/об Подача при рассверливании 50, мм/об

[89] 0,5...2 для Яа = 3,2 0,1...0,4 для Яа > 0,8 при г = 0,4...2,4 мм: 0,144...0,35 для Яа = 2,5 0,10...0,23 для Яа = 1,25 0,3...1,2 для В до 100 мм нет рекомендаций 0,2...0,58 для й = 8.25 мм до Н12, до 240 НВ равная подаче при сверлении

[96] нет рекомендаций при г = 0,4...2,4 мм: 0,15...0,37 для Яа = 3,2 0,14...0,25 для Яа = 1,6 0,3...0,6 при ? = 2...4 мм, ТС нет рекомендаций 0,15.0,4 для й = 8.25 мм до 229 НВ нет рекомендаций

[91] 0,15...1,6 для В до 120 мм точность Н8.Н12 при г = 0,5...2,5 мм: 0,21.0,37 для Яа = 2,5, 0,13.0,23 для Яа = 1,25 0,39...0,6 при ? до 4 мм, Т15К6 не менее 32 мм 0,18.0,46 для й = 8.32 мм до 203НВ только для В > 40 мм при первом сверле й > 32 мм

[105] нет рекомендаций для г = 1,0..2,0мм и V > 100 м/мин 0,2...0,39 для Яа = 3,2, 0,12...0,27 для Яа = 1,6 0,3...0,9 для В до 100 мм при ? до 5 мм, ТС 10, 15, 20 для В = 30 мм 0,13.0,47 для В = 8.25 мм до 100 кГ/мм 0,3.1,2 для й < 30

П.11. Протокол эксперимента и результаты расчетов энергопотребления при различных соотношениях припуска на черновой и чистовой проходы

№ п/п Черновая обработка Чистовая обработка Суммарное значение энергопотребления Есум, Дж

§ к к ю о ^ к к Л о Л ^ ^ н ъ к к * г ^ ^ § Е н р к к Е Е н о ю о ^ Н р ^ к н р Л о Л ^ ^ н % Н р к к £ р * ё ^

1 3,8 107,8 0,1 802,9 1,44 2,5 216411 0,2 98,3 0,1 58,4 0,10 2,5 14352 230763

2 3,6 107,8 0,1 694,1 1,25 2,5 187086 0,4 98,8 0,1 97,0 0,16 2,5 23943 211029

3 3,4 107,8 0,1 713,8 1,28 2,5 192413 0,6 99,3 0,1 148,8 0,25 2,5 36920 229333

4 3,2 107,8 0,1 669,2 1,20 2,5 180384 0,8 99,8 0,1 194,4 0,32 2,5 48485 228869

5 3,0 107,8 0,1 653,9 1,18 2,5 176266 1,0 100,3 0,1 230,9 0,39 2,5 57885 234151

6 2,8 107,8 0,1 596,1 1,07 2,5 160681 1,2 100,8 0,1 283,1 0,48 2,5 71326 232007

7 2,6 107,8 0,1 562,1 1,01 2,5 151503 1,4 101,3 0,1 307,7 0,52 2,5 77917 229420

8 2,4 107,8 0,1 528,4 0,95 2,5 142426 1,6 101,8 0,1 350,9 0,60 2,5 89297 231723

9 2,2 107,8 0,1 472,4 0,85 2,5 127331 1,8 102,3 0,1 387,3 0,66 2,5 99038 226369

10 2,0 107,8 0,1 440,9 0,79 2,5 118848 2,0 102,8 0,1 431,8 0,74 2,5 110977 229824

11 3,8 107,8 0,3 1783,3 3,20 0,8 160230 0,2 154,8 0,1 57,8 0,15 1,6 14202 174432

12 3,6 107,8 0,3 1681,3 3,02 0,8 151063 0,4 155,6 0,1 98,8 0,26 1,6 24405 175469

13 3,4 107,8 0,3 1561,7 2,81 0,8 140321 0,6 156,4 0,1 143,8 0,37 1,6 35680 176001

14 3,2 107,8 0,3 1505,8 2,71 0,8 135299 0,8 157,1 0,1 197,1 0,52 1,6 49162 184461

15 3,0 107,8 0,3 1369,8 2,46 0,8 123078 1,0 157,9 0,1 233,7 0,62 1,6 58582 181660

16 2,8 107,8 0,3 1309,8 2,35 0,8 117686 1,2 158,7 0,1 265,3 0,70 1,6 66854 184540

17 2,6 107,8 0,3 1209,1 2,17 0,8 108641 1,4 159,5 0,1 304,1 0,81 1,6 76995 185637

18 2,4 107,8 0,3 1103,6 1,98 0,8 99154 1,6 160,3 0,1 347,3 0,93 1,6 88385 187539

19 2,2 107,8 0,3 1067,8 1,92 0,8 95944 1,8 161,1 0,1 378,0 1,02 1,6 96673 192616

20 2,0 107,8 0,3 983,3 1,77 0,8 88345 2,0 161,9 0,1 428,4 1,16 1,6 110097 198442

П.12. Значения суммарного энергопотребления по условиям функции (4.1)

в узловых точках области проведения эксперимента

№ п/п tчер, е °очер? ^чер, ¿з, е °очист? ^чист, ^сум?

мм мм/об м/мин мм мм/об м/мин кВтч Дж

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 4,0 0,5 138 0,17 0,3 138 0,0341 122729

2 4,0 0,5 138 0,17 0,3 86 0,0340 122347

3 4,0 0,5 138 0,17 0,1 138 0,0380 136814

4 4,0 0,5 138 0,17 0,1 86 0,0377 135669

5 4,0 0,5 138 0 0,3 138 0,0334 120103

6 4,0 0,5 138 0 0,3 86 0,0346 124425

7 4,0 0,5 138 0 0,1 138 0,0355 127977

8 4,0 0,5 138 0 0,1 86 0,0392 140941

9 4,0 0,5 86 0,17 0,3 138 0,0340 122476

10 4,0 0,5 86 0,17 0,3 86 0,0339 122095

11 4,0 0,5 86 0,17 0,1 138 0,0379 136562

12 4,0 0,5 86 0,17 0,1 86 0,0376 135417

13 4,0 0,5 86 0 0,3 138 0,0342 122963

14 4,0 0,5 86 0 0,3 86 0,0354 127284

15 4,0 0,5 86 0 0,1 138 0,0363 130836

16 4,0 0,5 86 0 0,1 86 0,0399 143800

17 4,0 0,1 138 0,17 0,3 138 0,0611 220008

18 4,0 0,1 138 0,17 0,3 86 0,0610 219626

19 4,0 0,1 138 0,17 0,1 138 0,0650 234093

20 4,0 0,1 138 0,17 0,1 86 0,0647 232948

21 4,0 0,1 138 0 0,3 138 0,0462 166310

22 4,0 0,1 138 0 0,3 86 0,0474 170632

23 4,0 0,1 138 0 0,1 138 0,0484 174184

24 4,0 0,1 138 0 0,1 86 0,0520 187148

25 4,0 0,1 86 0,17 0,3 138 0,0608 218745

26 4,0 0,1 86 0,17 0,3 86 0,0607 218363

27 4,0 0,1 86 0,17 0,1 138 0,0647 232830

28 4,0 0,1 86 0,17 0,1 86 0,0644 231685

29 4,0 0,1 86 0 0,3 138 0,0502 180607

30 4,0 0,1 86 0 0,3 86 0,0514 184929

31 4,0 0,1 86 0 0,1 138 0,0524 188481

32 4,0 0,1 86 0 0,1 86 0,0560 201445

П.12 - Продолжение

1 2 3 4 5 б 7 8 9

33 3,0 0,5 138 0,17 0,3 138 0,0349 125783

34 3,0 0,5 138 0,17 0,3 8б 0,0348 125391

35 3,0 0,5 138 0,17 0,1 138 0,044б 1б0547

3б 3,0 0,5 138 0,17 0,1 8б 0,0443 159372

37 3,0 0,5 138 0 0,3 138 0,033б 120833

38 3,0 0,5 138 0 0,3 8б 0,0348 1252б5

39 3,0 0,5 138 0 0,1 138 0,0384 138154

40 3,0 0,5 138 0 0,1 8б 0,0421 151451

41 3,0 0,5 8б 0,17 0,3 138 0,0349 125530

42 3,0 0,5 8б 0,17 0,3 8б 0,0348 125139

43 3,0 0,5 8б 0,17 0,1 138 0,0445 1б0294

44 3,0 0,5 8б 0,17 0,1 8б 0,0442 159120

45 3,0 0,5 8б 0 0,3 138 0,0344 123б92

4б 3,0 0,5 8б 0 0,3 8б 0,035б 128124

47 3,0 0,5 8б 0 0,1 138 0,0392 141014

48 3,0 0,5 8б 0 0,1 8б 0,0429 154311

49 3,0 0,1 138 0,17 0,3 138 0,0547 19б849

50 3,0 0,1 138 0,17 0,3 8б 0,054б 19б457

51 3,0 0,1 138 0,17 0,1 138 0,0б43 231б13

52 3,0 0,1 138 0,17 0,1 8б 0,0б40 230438

53 3,0 0,1 138 0 0,3 138 0,0431 155111

54 3,0 0,1 138 0 0,3 8б 0,0443 159543

55 3,0 0,1 138 0 0,1 138 0,0479 172432

5б 3,0 0,1 138 0 0,1 8б 0,051б 185729

57 3,0 0,1 8б 0,17 0,3 138 0,0543 19558б

58 3,0 0,1 8б 0,17 0,3 8б 0,0542 195194

59 3,0 0,1 8б 0,17 0,1 138 0,0б40 230350

б0 3,0 0,1 8б 0,17 0,1 8б 0,0б37 229175

б1 3,0 0,1 8б 0 0,3 138 0,0471 1б9408

б2 3,0 0,1 8б 0 0,3 8б 0,0483 173840

б3 3,0 0,1 8б 0 0,1 138 0,0519 18б729

б4 3,0 0,1 8б 0 0,1 8б 0,055б 20002б

П.13. Значения суммарного энергопотребления по условиям функции (4.13)

в узловых точках области проведения эксперимента

№ п/п мм е °осв, мм/об ^св, м/мин е °орассв, мм/об ^рассв, м/мин -^сум,

кВтч Дж

1 24 0,4 26,8 0,4 23,4 0,003352 12068

2 24 0,4 26,8 0,4 8,4 0,003352 12068

3 24 0,4 26,8 0,1 23,4 0,004161 14980

4 24 0,4 26,8 0,1 8,4 0,004161 14980

5 24 0,4 6,8 0,4 23,4 0,004279 15403

6 24 0,4 6,8 0,4 8,4 0,004279 15403

7 24 0,4 6,8 0,1 23,4 0,005088 18315

8 24 0,4 6,8 0,1 8,4 0,005088 18315

9 24 0,1 26,8 0,4 23,4 0,005000 18002

10 24 0,1 26,8 0,4 8,4 0,005000 18002

11 24 0,1 26,8 0,1 23,4 0,005809 20914

12 24 0,1 26,8 0,1 8,4 0,005809 20914

13 24 0,1 6,8 0,4 23,4 0,005732 20635

14 24 0,1 6,8 0,4 8,4 0,005732 20635

15 24 0,1 6,8 0,1 23,4 0,006541 23548

16 24 0,1 6,8 0,1 8,4 0,006541 23548

17 12 0,4 26,8 0,4 23,4 0,004472 16097

18 12 0,4 26,8 0,4 8,4 0,004472 16097

19 12 0,4 26,8 0,1 23,4 0,00705 25379

20 12 0,4 26,8 0,1 8,4 0,00705 25379

21 12 0,4 6,8 0,4 23,4 0,004619 16627

22 12 0,4 6,8 0,4 8,4 0,004619 16627

23 12 0,4 6,8 0,1 23,4 0,007197 25908

24 12 0,4 6,8 0,1 8,4 0,007197 25908

25 12 0,1 26,8 0,4 23,4 0,004847 17450

26 12 0,1 26,8 0,4 8,4 0,004847 17450

27 12 0,1 26,8 0,1 23,4 0,007425 26731

28 12 0,1 26,8 0,1 8,4 0,007425 26731

29 12 0,1 6,8 0,4 23,4 0,004922 17721

30 12 0,1 6,8 0,4 8,4 0,004922 17721

31 12 0,1 6,8 0,1 23,4 0,007501 27002

32 12 0,1 6,8 0,1 8,4 0,007501 27002

П.14. Протокол экспериментальных исследований составляющей Р2, Н, силы резания при строгании заготовки из стали 45 резцами из быстрорежущей стали и энергопотребления Е, Дж, на один рез на длине 100 мм

Подача на двойной ход едв х, мм Сила резания Р2, Н Энергопотребление Е, Дж, на один рез на длине 100 мм

Угол ф, град

15 45 15 45

0,2 605 509 60,51 50,93

0,4 993 986 99,32 98,60

0,6 1345 1369 134,48 136,88

0,8 1762 1746 176,20 174,59

1,0 2222 2075 222,15 207,53

2

П.15. Результаты расчета площади поверхности резания 5пов, мм , приведенной к длине строгания Ь = 100 мм,

для различных значений ширины строгания

Подача на двойной ход 5дв х, мм 2 Площадь поверхности резания 5пов, мм при ширине строгания, мм

6 9 12 15 18 21 24 27

Угол ф, град

15 45 15 45 15 45 15 45 15 45 15 45 15 45 15 45

0,2 11803 4733 17705 7099 23607 9465 29509 11831 35410 14198 41312 16564 47214 18930 53115 21296

0,4 6008 2611 9012 3917 12016 5222 15020 6528 18024 7834 21028 9139 24032 10445 27036 11750

0,6 4076 1904 6114 2856 8152 3808 10190 4760 12228 5712 14266 6664 16304 7616 18342 8569

0,8 3110 1551 4665 2326 6220 3101 7775 3876 9330 4652 10885 5427 12440 6202 13996 6978

1 2531 1338 3796 2008 5061 2677 6326 3346 7592 4015 8857 4684 10122 5354 11388 6023

П.16. Результаты расчета энергопотребления Е, Дж, приведенные к длине строгания Ь = 100 мм,

для различных значений ширины строгания

Подача на двойной ход 5дв х, мм Энергопотребление Е, Дж, при ширине строгания, мм

6 9 12 15 18 21 24 27

Угол ф, град

15 45 15 45 15 45 15 45 15 45 15 45 15 45 15 45

0,2 1815 1528 2723 2292 3631 3056 4538 3820 5446 4584 6353 5348 7261 6112 8169 6876

0,4 1490 1479 2235 2219 2980 2958 3725 3698 4469 4437 5214 5177 5959 5916 6704 6656

0,6 1345 1369 2017 2053 2690 2738 3362 3422 4034 4106 4707 4791 5379 5475 6052 6160

0,8 1321 1309 1982 1964 2643 2619 3304 3273 3964 3928 4625 4583 5286 5238 5947 5892

1 1333 1245 1999 1868 2666 2490 3332 3113 3999 3736 4665 4358 5332 4981 5998 5603

П.17. Результаты расчета удельного энергопотребления е, Дж/мм , и доли удаляемой площади поверхности резания ц, %, для различных способов

обработки стали 45 инструментами из быстрорежущей стали Р6М5

Фрезерование: цилиндрическое торцевое Строгание Протягивание Сверление

Подача на зуб £2, мм/зуб Ширина В, мм м м чО О4 Г м м чО Подача на двойной ход ^дв х, мм/дв х Главный ф и вспомогательный ф' углы в плане, град ся , м ,е м чО О4 Г Подача на зуб мм/зуб ся м м чО Подача на оборот £о, мм/об Диаметр отверстия Б, мм ся м м Д, чО О4 Г

0,05 6 0,103 99,12 0,127 96,11 0,2 15 / 32 0,154 94,52 0,05 0,181 95,00 0,4 24 0,159 97,19

9 0,089 99,12 0,112 96,18 0,4 0,248 89,23 0,1 0,273 90,00 0,1 24 0,067 99,28

12 0,124 99,12 0,130 96,22 0,6 0,330 84,12 0,15 0,379 85,00 0,4 12 0,232 94,54

15 0,113 99,12 0,114 96,25 0,8 0,425 79,19 0,2 0,473 80,00 0,1 12 0,083 98,58

18 0,097 99,12 0,140 96,27 1,0 0,527 74,43

21 0,084 99,12 0,144 96,29 0,2 45 / 15 0,323 85,86

24 0,081 99,12 0,142 96,31 0,4 0,566 74,37

27 0,072 99,12 0,146 96,32 0,6 0,719 64,85

0,062 6 0,109 98,92 0,142 95,22 0,8 0,844 56,84

9 0,096 98,92 0,150 95,30 1,0 0,930 50,00

12 0,128 98,92 0,158 95,35

15 0,122 98,92 0,148 95,39

18 0,106 98,92 0,153 95,42

21 0,095 98,92 0,159 95,44

24 0,088 98,92 0,168 95,46

27 0,080 98,92 0,166 95,48

0,08 6 0,126 98,60 0,174 93,91

9 0,114 98,60 0,173 94,02

12 0,146 98,60 0,184 94,08

15 0,139 98,60 0,176 94,13

18 0,116 98,60 0,175 94,16

21 0,106 98,60 0,189 94,19

24 0,096 98,60 0,198 94,22

27 0,090 98,60 0,200 94,24

0,1 6 0,153 98,26 0,213 92,50

9 0,130 98,26 0,213 92,63

12 0,160 98,26 0,232 92,71

15 0,151 98,26 0,205 92,76

18 0,129 98,26 0,206 92,80

21 0,115 98,26 0,224 92,84

24 0,106 98,26 0,248 92,87

27 0,098 98,26 0,242 92,90

2

П.18. Формулы для расчета площади поверхности резания 5пов, мм ,

2

и формообразующей площади поверхности резания 5форм, мм , для основных способов лезвийной обработки

Точение п • t • L • (D —t) п • L • sin<p / 50 • sin<p^ sin<p'\ ^ПОВ /-» ^ ■ f\ 1 ^ 2 í" 1 у- 1 S0 • sin <р sin(^ + q)) \ sin(^ + <p") J n • L • sin<p' / 50 • sin<p^ sin<p'\ ^ L • sin<p / 50 • sin<p^ sin<p'\ 5форм " sin(<p + p') ^ 2 f ' sin(<p + p') J' sin(<p + p') ^ 2 f ' sin(<p + p') J L - длина обработки, мм; D - диаметр обработки, мм; t - глубина резания, мм; £о - подача на оборот, мм/об; ф - главный угол в плане, град; ф' - вспомогательный угол в плане, град; X = 0° - угол наклона главной режущей кромки

Строгание г L • В ¡ L • В • sin<p ^ 1 • В • sin <р' L • В • sin ^ 5пОВ Vx • sin ^ ' sin(<p + <?') ~фОрм " sin(^ + <?') ' sin(^ + <?') L - длина обработки, мм; 5 - ширина обработки, мм; t - глубина резания, мм; £дв.х - подача на двойной ход, мм/дв.х; ф - главный угол в плане, град; ф' - вспомогательный угол в плане, град; X = 0° - угол наклона главной режущей кромки

Сверление (п • (D2 — de) \ 2- L 5пов = ( , . ^сГс • D • L 5форм • D • L \ 4 sin ^ / о0 L - длина обработки, мм; D - диаметр отверстия, мм; dc - диаметр сердцевины, мм; £о - подача на оборот, мм/об; ф - главный угол в плане, град; ф' - вспомогательный угол в плане, град, (не учитывается)

Рассверливание „ (if i , „ , с _ п , = ^ 4- sin? У S0 + ^ ^ L ^форм 1 L - длина обработки, мм; D - диаметр отверстия, мм; d^ - диаметр исходного отверстия, мм; So - подача на оборот, мм/об; ф - главный угол в плане, град; ф' - вспомогательный угол в плане, град, (не учитывается)

П.18. - Продолжение

Торцовое фрезерование Обработка уступа (с учетом площадей остаточного рельефа) 5пов = 52 ^ [ГФр ^ * • (2 + аГС51П ( гфрФР)) +ГФр ^ * • аГС51П (2- гфр) + соз (2 ^ ГФр ^ ^ 2 (п , . [В-Гфр\ . М^М • I — + атсэт I-— I + агсэт I-I 1 V2 V гФР / V2 гФрУ/] ^форм = ^ • |гфр • • гдср' • ^ + агсзт ^ ^^ + 2 - ?фр • t • агсзт ^ _ ^ + ^ ^ • (>Гфр 52) • 2 (п , . [В-Гфр\ . М^М • I — + агсэт I-— I + агсэт I-I 1 V2 V гфр / V2- гФР//|

Обработка уступа (без учета площадей остаточного рельефа -упрощенно) L (п (В-Тфр\\ ^пов = 5 • ^фр • £ • 1 2 + агсБШ ^ Ц + Ь- В + Ь^ ^форм — ^ " В + Ь • 1

Обработка плоскости (с учетом площадей остаточного рельефа) 5пов = <-. • Гфр • t• 2- агс51п (2 г фр) + соз . • (2- Гфр Бг) • атсзт (2 _ фр) \ гфр / со^ \ гФР )\ ^ {"у ^сЬр \ / \ /■у ^"*фр | ^форм = ^-^фр- V гд<р'• 2- атсэт I ) +^ гфр $2)-агс51п[ 1 \ 'фр ) с03 Ч* \ 'фр )\

Обработка плоскости (без учета площадей остаточного рельефа -упрощенно) Ь — Гфр\ ^пов = ^ • гфр • 2- агсБт 1 1 + 1 • В \ гФР / ■^форм Ь ' В

Ь - длина обработки, мм; В - ширина обработки, мм; Гфр - радиус фрезы, мм; ? - глубина резания, мм; - подача на зуб, мм/зуб; ф = 90° - главный угол в плане; ф' - вспомогательный угол в плане, град; ю = 0° - угол наклона главной режущей кромки

П.18. - Окончание

Цилиндрическое фрезерование Обработка плоскости (с учетом площадей остаточного рельефа) Ь Б = — -"пов <-. ^фр • В • ^ + агсБт ^ ^ фр^ + Гфр • В • агсБпг . Гф ) с L 2 „ -( ^форм ^ с •Гфр •ОГСБШ 1 1 \2Гфр/

Обработка плоскости (без учета площадей остаточного рельефа -упрощенно) 1 (п (t- ?фр\\ ^пов = 5 •^фр •В • 1 2 + агсБт ^ Н 5форм

Ь - длина обработки, мм; В - ширина обработки, мм; Гфр - радиус фрезы, мм; ? - глубина резания, мм; Бг - подача на зуб, мм/зуб; ф = 90° - главный угол в плане; ф' - вспомогательный угол в плане, град; ю = 0° - угол наклона главной режущей кромки

П.19. Карта расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам

Технологический маршрут обработки элементарной поверхности детали Элементы припуска, мкм Расчетный припуск 2хт1п, мкм Расчетный минимальный размер, мм Допуск на изготовление, Та, мкм Принятые (округленные) размеры по переходам, мм Полученные предельные припуски, мкм

Ъ И Ах 8 ^■тах ^'тт 2г тах 2г ■ тт

Штамповка 160 200 1450 0 - 30,5705 2000 32,57 30,57 - -

Точение черновое 50 50 245 0 1810 28,7605 520 29,28 28,76 3,81 1,81

Точение чистовое 25 25 17,5 0 345 28,4155 210 28,63 28,42 0,865 0,345

Шлифование 10 15 0 0 67,5 28,348 52 28,4 28,348 0,2775 0,0675

Производственная площадка: 249722, Калужская область, г. Козельск, Чкалова, 79 Тел./факс: [phone] оШсе@ро-Ит-ги www.inrioielimel.ru

Представительство в г. Москве:

143085, Московская обл.. рп. Заречье, ул. Тихая, 13 Тел./факс: [phone]

ИНН/КПП: 4009002680/400901001

V.. л

Чюжые

ОГРН: 1024000669648 ОК'110: 0539651

АКТ

использования результатов диссертационной работы Мальковой Л.Д.

Настоящим актом удостоверяется, что методические рекомендации, разработанные на кафедре «Инструментальная техника и технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках выполнения диссертационной работы Л.Д. Мальковой использованы в ООО ПО «ИННОТЕХМЕТ» для повышения эффективности производства путем снижения энергопотребления на токарных и фрезерных операциях при обработке деталей в основном производстве.

Методические рекомендации предназначены для интеграции в технологическую документацию И позволяют определять силовые характеристики резания, оценивать энергопотребление операций механической обработки и производить разделение припуска на основе минимизации энергопотребления на точение и фрезерование.

Предложенные методические рекомендации показали работоспособность при назначении параметров режима резания в технологических процессах обработки корпусных деталей основного производства.

Использование методических рекомендаций позволит снизить энергопотребление па изготовление типовых деталей до 10...25%.

Настоящий акт не является основанием для последующих финансовых претензий сторон.

Технический директор

Генеральный директор

Главный конструктор

1-й заместитель генерального

А.В. Вздыхалкин

И. А, Джикаев

В.А. Хадаев

«УТВЕРЖДАЮ» Первый проректор -проректор по учебной работе МГТУ им. Н.Э. Баумана

Акт использовани результатов диссертационной работы Малью

[ебном процессе

2019 г.

Настоящим актом удостоверяется, что положения диссертационной работы Мальковой Л.Д. «Разработка научно-методической базы управления энергопотреблением при механической обработке резанием» используются в учебном процессе МГТУ им. Н.Э. Баумана кафедры «Инструментальная техника и технологии» в дисциплинах «Проектирование операций механической обработки», «Основы научных исследований» и «Научно-исследовательская работа» для студентов специальности 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов» по специализации «Проектирование механообрабатывающих и инструментальных комплексов в машиностроении», а также в дисциплинах «Современные методы научных исследований», «Техника экспериментальных исследований в технологии механической обработки» и «Научно-исследовательская работа» для студентов по направлению магистерской подготовки 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» по профилю «Процессы и технологии механической и физико-технической обработки»:

- методические рекомендации по прогнозированию и управлению энергопотреблением при механической обработке резанием;

- модульная система определения зависимости силовых характеристик процесса резания от параметров обработки;

- методические приемы обработки многофакторных экспериментов.

Руководитель НУК МТ

А.Г.Колесников

Заведующий кафедрой инструментальной техники и технологий

С. В. Грубый

В диссертационный совет Д 212.141.06 МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1

ОТЗЫВ

Научного руководителя д.т.н,, профессора Древаля Алексея Евгеньевича о работе Мальковой Людмилы Дмитриевны над диссертацией «Разработка научно-методической базы управления энергопотреблением при механической обработке резанием», представленной на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки.

Тема научно-исследовательской работы, выполненной Мальковой Людмилой Дмитриевной, носит актуальный характер, т.к. в ней разрабатываются научно-методические основы оперативного управления энергопотреблением при резании для ряда видов операций механической обработки.

Автор работы исходит из известного положения, что силы и моменты резания являются обобщающими показателями физических процессов, происходящих в зоне резания, и с учетом скорости и времени срезания припуска определяют эффективную мощность и энергопотребление. На основании анализа ранее выполненных исследований установлены ряд направлений исследований, имеющих научную и практическую значимость.

С учетом положения о значительном совместном влиянии параметров обработки на силы резания, подтвержденного сложной и трудоёмкой системой частных физических исследований и в силу этого не получивших широкого применения, Л.Д. Малькова разрабатывает новую модульную систему расчета сил резания, основанную на методах планирования экспериментов. Сформулированы правила формирования модулей системы, оценок достоверности получаемых зависимостей, анализа полученных результатов.

Разработанная система прошла экспериментальную проверку на основе

ряда видов обработки резанием, которая показала хорошую сходимость расчетных и экспериментальных значений. Сформирована блок-схема алгоритма расчета энергопотребления с использованием средств вычислительной техники.

Важным разделом исследования является разработка методов снижения энергопотребления при точении и сверлении заготовок посредством разделения припуска и варьирования подачей на технологических проходах. Выполненный сравнительный анализ экспериментально установленных энергозатрат при обработке плоскостей с одинаковыми площадями и срезаемыми припусками различными способами резания позволил обосновать критерий удельных энергетических затрат на единицу площади поверхности резания, который может быть использован для прогнозирования затрат энергии при различных видах обработки. Выполнены исследования влияния рассеивания величин припуска и твердости заготовок на энегопотребление.

Теоретические разработки подтверждены экспериментальными исследованиями, обладают практической ценностью и предложены для использования в ряде организаций.

Людмила Дмитриевна Малькова с отличием окончила обучение в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1993 году по специальности «Процессы и инструментальные системы механической и физикохимической обработки» с присвоением квалификация инженер-разработчик. В течение обучения проявляла интерес к научно-исследовательской работе и активно участвовала в ней. В студенческие годы проявила склонность к методической и преподавательской работе, участвовала в подготовке ряда методических пособий и совершенствовании лабораторного практикума по специальности.

По окончании университета продолжила обучение в очной аспирантуре, участвовала в выполнении ряда госбюджетных НИР, активно проводит научную и издательскую деятельность. Систематически анализирует публикации по научному направлению энергосбережения, приобрела по указанной теме углубленные знания.

Малькова Л.Д. владеет современными методами проведения научных исследований, имеет высокую квалификацию в области вычислительной тех-

ники. Экспериментальные исследования и их анализ выполнен лично.

Научно-исследовательскую деятельность Малькова Л.Д. сочетает с преподаванием. С 2001 года является штатным преподавателем кафедры «Инструментальная техника и технологии» (МТ2). Является неоднократным победителем конкурса «Лучший преподаватель» по различным номинациям. Принимает активное участие в научно-технических конференциях, имеет 17 научных трудов по теме диссертации, привлекает студентов к научной работе. Использует результаты исследований в учебном процессе. Ряд работ студентов, выполненных под ее руководством, опубликованы и были представлены на общероссийских конференциях и конкурсах.

Необходимо отметить постоянное стремление Мальковой Л.Д. к повышению квалификационного уровня в рамках научной и педагогической работы. Активно участвует в развитии кафедры. Более 10 лет выполняет обязанности заместителя заведующего кафедрой по учебной работе. Пользуется деловым авторитетом в коллективе.

Считаю Малькову Л.Д. хорошим профессионалом в области механиче-

\

ской обработки резанием и высококвалифицированным преподавателем. Рекомендую присвоить ученую степень кандидата технических наук по специальности 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки.

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр.1, т. 8 [phone] Эл. Почта: [e-mail]

Древаль А.Е.

» г Р 9

.НАЧАЛЬНИКА УПРАВЛЕНИЯ кадров

БАУМАНА

Г Матвеев