Разработка энергосберегающей технологии шлифования коленчатых валов с учётом заданной точности обработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка энергосберегающей технологии шлифования коленчатых валов с учётом заданной точности обработки

А.М. Гончаров, В.Я. Коршунов

Представлена методика разработки энергосберегающей технологии шлифования коленчатых валов двигателей с учётом заданной точности обработки.

Ключевые слова: шлифование, энергосберегающая технология, точность обработки, коленчатые валы.

Качество обработанной поверхности детали и её точность формируются в основном на операциях абразивной обработки. Достижение заданной точности детали с максимальной производительностью и минимальными энергозатратами является важной научно-технической проблемой. Решением данной проблемы активно занимаются все ведущие страны мира, так как качество производства и энергосбережение в настоящее время стоят на первых местах в машиностроении.

Повышение точности изготовления деталей и сборки узлов увеличивает долговечность и надежность эксплуатации различных машин и механизмов.

При шлифовании вала в центрах максимальный прогиб наблюдается в середине вала и равен [1-3]

, (1)

где Р_у - нормальная сила резания; L - длина детали; Е - модуль упругости; J - момент инерции сечения детали. Для круглого вала J = 0,05D⁴ , где D - диаметр вала.

Анализ формулы (1) показал, что точность абразивной обработки зависит как от постоянных величин L, E, J, так и от переменной величины Р_у. Обычно точность шлифования деталей рассчитывается при Х = 0,5L, где Х - расстояние от торца шлифуемой детали до точки измерения диаметра. Поэтому переменной величиной является фактически нормальная сила Р_у , которая связана с силой резания соотношением Р_у = (1,5 - 3,0) Р_z. Анализируя изложенное, можно сделать вывод, что для получения заданной точности обработки конкретной детали необходимо обеспечить определенное постоянное значение нормальной силы Р_у и соответственно силы Р_z. При этом производительность абразивной обработки должна быть максимальной, а потребление энергии - минимальным.

Исходя из изложенного, можно сделать вывод, что нормальная сила резания Р_у является ограничением при разработке технологии шлифования с учётом точности обработанной детали.

Анализ многочисленных экспериментальных исследований показал, что лишь небольшая доля (несколько процентов) энергии, затрачиваемой на деформацию, расходуется на образование дефектов кристаллической решётки, большая часть энергии превращается в тепло, значительная часть которого за счёт теплообмена уходит в окружающую среду. Исходя из проведённого энергетического анализа процесса разрушения материала детали при абразивной обработке, мы используем для оценки эффективности энергозатрат КПД операции шлифования з_ш, предложенный ранее В.Я. Коршуновым [4;5]. Величина КПД показывает, какое количество энергии было затрачено именно на разрушение снимаемого слоя металла при шлифовании коленчатых валов. КПД является более универсальным критерием оценки эффективности абразивной обработки по сравнению с удельной работой шлифования щ_ш, которая показывает только общие затраты энергии на съём 1мм³ материала детали, но не отвечает на вопрос о том, насколько эффективно тратится энергия, подводимая к паре «круг - деталь».

КПД определяется отношением критической величины изменения плотности внутренней энергии ДU_* к удельной работе шлифования щ_ш:

, (2)

где Uо - начальный уровень внутренней энергии; U_* - критический уровень внутренней энергии, равный энтальпии плавления Н_S.

Из формулы (1) видно, что с повышением КПД операции шлифования при заданной производительности V_пш можно добиться уменьшения удельной работы шлифования щ_ш и, следовательно, снижения энергозатрат.

Производительность, с учётом конкретных технологических условий обработки, связана с КПД шлифования соотношением:

, (3)

где ПК_Vi - произведение поправочных коэффициентов для КПД на изменённые технологические условия шлифования (режимы обработки, характеристики круга, типа правящего инструмента, режимы правки, типа СОТС и др.); з_шб - базовое значение КПД; f_ш - коэффициент абразивного резания (f_ш = P_z/P_y); K_v - коэффициент производительности (K_v = ПК_viз_шбf_ш/100ДU_*); V_к- скорость вращения абразивного круг.

Обычно при шлифовании производительность V_пш определяется принятыми режимами обработки (S_пр, S_п, V_д), а неизвестными параметрами являются мощность W_мш и силы резания Р_у и Р_z. Эти параметры можно определить из уравнения (3):

;

.

Для установления зависимости точности деталей от КПД (з_ш), а также его взаимосвязи с технологическими условиями абразивной обработки были проведены экспериментальные исследования шлифования образцов (валиков) из стали 45 твёрдостью НВ 170…190 на круглошлифовальном станке модели 3М150. Режимы обработки для всех образцов были одинаковыми: V_к = 35 м/c; V_д = 15 м/мин; S_пр = 20 мм/об; S_п = 0,01 мм/дв.ход; в качестве СОТС применялся 5% - й содовый раствор; правка проводилась алмазным правящим карандашом типа 02.

Образцы изготовлялись следующих размеров: диаметр D = 30 мм, длина L = 150 мм. После шлифования диаметры измерялись микрометром с ценой деления 0,001 мм. При определении бочкообразности диаметры замерялись в середине и на торцах образцов, при определении овальности - в середине образцов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

В процессе шлифования экспериментально было исследовано влияние твёрдости круга, режимов правки алмазным карандашом и типа СОТС на величину КПД абразивной обработки, удельную работу и точность деталей (бочкообразность и овальность).

Зависимости точности обработанных деталей от величины КПД операции шлифования представлены на рис. 1,2.

При замене твёрдости шлифовального круга СТ1 на С1, 5% -го содового раствора на эмульсию, а также увеличении режимов правки в 1,5 раза значение КПД увеличилось с 4 до 7 %, т.е. в 1,75 раза. В то же время бочкообразность снизилась с 0, 023 до 0,01 мм, а овальность - с 0,021 до 0,012 мм.

Анализ полученных данных показал, что при постоянной производительности обработки (V_пш = сonst) повышение КПД ведёт к снижению бочкообразности и овальности деталей, так как силы резания Р_z, Р_у и соответственно мощность обработки уменьшаются, что обеспечивает снижение энергозатрат в процессе шлифования деталей.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты были использованы для разработки энергосберегающей технологии шлифования коленчатых валов двигателя марки Д-240 из стали 45R твёрдостью HRC 52…56 с учётом существующей технологии. Шейки коленчатого вала обрабатывались с диаметра d_н = 75 мм до d_к= 74,32 мм, нецилиндричность по чертежу - не более 0,03 мм на длине 100 мм, шероховатость поверхности R_a = 0,62 мкм. абразивный обработка деталь сборка

Проведённые расчёты показали, что величина КПД операции шлифования шейки коленчатого вала на существующих режимах составила всего 2,5%.

При изменении технологических условий шлифования (замена степени твёрдости круга с С2 на СМ1, увеличение заводских режимов алмазной правки (S_пр.п = 0,25 м/мин; S_п.п = 0,02 мм/дв.ход) в 1,5 раза, смена эмульсии на Укринол) величина КПД увеличилась до 5,1%, что, в свою очередь, привело к росту производительности съёма металла при постоянной мощности процесса шлифования W_мш = 3,9 кВт с 24 до 48,5 мм³/с и снижению удельной работы шлифования с 191,2 до 95,8 Дж /мм³ при обработке одной шейки c учётом заданной точности детали.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 1. Маслов, Е.Н. Теория шлифования материалов / Е.Н. Маслов. - М.: Машиностроение, 1974. - 362 с.

2. Трошенский, С.П. Точность обработки на шлифовальных станках / С.П. Трошенский. - М.: Машиностроение, 1953. - 122 с.

3. Колесов, И.М. Основы технологии машиностроения / И.М. Колесов. - 3-е изд. - М.: Высш. шк., 2001. - 591 с.

4. Коршунов, В.Я. Исследование эффективности и качества процесса шлифования металлов и правки абразивных кругов / В.Я. Коршунов // Проблемы совершенствования управления качеством продукции в промышленности: тез. докл. на Республ. межотрасл. науч.-произв. конф. - Ташкент, 1978. - С. 99 - 100.

5. Коршунов, В.Я. Оптимизация технологических условий абразивной обработки по КПД / В.Я. Коршунов // Станки и инструмент. - 1990. - №5. - С. 17 - 20.

Размещено на Allbest.ru