Vladimir TishkevichПо методике нормирования станочных работ [1] норма для выполнения операций на станках с ЧПУ при работе на одном станке Нвр состоит из нормы подготовительно-заключительного времени Тпзи нормы штучного времени Тшт:
Нвр = Тшт + Тпз / n,
где n – количество деталей в партии запуска.
,
где Тца – время цикла автоматической работы станка по программе, мин;
Кlв – поправочный коэффициент на время выполнения ручной вспомогательной работы в зависимости от партии обрабатываемых деталей;
атех, аорг, аотл – время на технологическое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности при одностаночном обслуживании, процент от оперативного времени.
,
где То – основное (технологическое) время на обработку одной детали, мин;
Тмв – машинно-вспомогательное время (на подвод детали или инструмента от исходных точек в зоны обработки и отвод; установку инструмента на размер, смену инструмента, изменение величин и направления подачи, время технологических пауз и т. п.), мин.
.
Вспомогательное время на операцию рассчитывается по формуле:
,
где Тв.у– время на установкуy и снятие детали вручную или подъемником, мин;
Тв.оп – вспомогательное время, связанное с операцией (не вошедшее в управляющую программу), мин;
Тв.изм– вспомогательное неперекрываемое время на измерения, мин.
В том случае, когда нормирование ведется для уже спроектированного технологического процесса и имеется управляющая программа, время определяют прямым хронометрированием цикла обработки детали.
С целью сокращения основного времени на операцию плоского шлифования торцовых поверхностей стальных заготовок поставлена задача оптимизации процесса по максимальной производительности при обеспечении требуемого качества поверхности.
Шлифование – основная заключительная операция механической обработки, обеспечивающая заданные требования к качеству поверхности детали. Обеспечение отсутствия шлифовочных прижогов и требуемой шероховатости при максимальной производительности процесса является важнейшей задачей при шлифовании поверхности детали [2, 3].
Цель работы – разработка методики выбора оптимальных условий плоского шлифования заготовок из стали ШХ15, обеспечивающих отсутствие шлифовочных прижогов и требуемую шероховатость обработанной поверхности (параметр шероховатости поверхности Ra) при максимальной производительности процесса.
Для эффективного применения инструментов продвижения продукции компании должны постоянно взаимодействовать с существующими и потенциальными заинтересованными группами и общественностью. Существовать на рынке на современном этапе развития экономики сложнее, так как большинство компаний стремится завладеть все более рассеивающимся вниманием потребителей [4].
Критериями эффективности продвижения товаров для предприятий являются:
- степень технической оснащенности и использования производственных мощностей;
- при взаимодействии с вузами – функционирование научно-исследовательских структур, студенческих научно-технических объединений;
- уровень маркетинговых коммуникаций;
- показатели эффективности использования оборудования [5].
Математические модели приведенных к ширине образца составляющих силы резания py и pz, коэффициента шлифования Kш и параметра шероховатости обработанной поверхности Ra были созданы методом полного факторного эксперимента типа 24, где 4 – число факторов (см. таблицу).
Математические модели парамeтров процесса шлифования стали ШХ15
|
Параметр |
Модель |
|
py(F46), Н/мм |
py = 19,9 + 5,45x1 + 3,43x2 + 0,99x3 + 3,67x4 + 1,02x1x2 – 2,40x1x3 + + 2,6x1x4 + 0,69x2x3 – 1,42x3x4 – 1,49x1x3x4 |
|
py(F60), Н/мм |
py = 31,42+0,91x1 – 3,21x2 – 1,02x4 + 1,78x1x2 – 3,44x2x3 + 0,77x3x4 + + 1,93x1x2x3x4 + 2,06x1x2x3 – 3,078x1x2x4 – 0,73x1x3x4 |
|
pz(F46), Н/мм |
pz = 6,21 + 0,82x1 + 0,9x2 + 0,82x3 + 0,49x4 – 0,54x1x3 + 0,23x1x4 |
|
pz(F60), Н/мм |
pz = 9,18 + 1,86x1+ 0,67x3 – 0,27x4 + 0,32x1x3 – 0,38x2x3 + 0,37x3x4 + + 0,37x1x2x3x4 + 0,72x1x2x3 – 0,35x1x2x4 |
|
Kш(F46) |
Kш = 44,77 – 5,06x2 – 13,51x3 + 6,15x1x3 |
|
Kш(F60) |
Kш = 22,75 – 1,97x1 – 5,83x2 – 1,68x3 – 2,61x1x2 + 1,71x1x3 – 4,77x2x3 |
|
Ra(F46), мкм |
Ra = 1,81 – 0,22x1 + 0,46x3 – 0,22x1x3 |
|
Ra(F60), мкм |
Ra = 1,92 + 0,27x1 + 0,2x2 + 0,29x1x2 + 0,3x1x3 + 0,26x1x2x3 |
Экспериментальные исследования проводили на плоскошлифовальном станке 3Г71. Обработку образцов размером 100×45×10 из стали ШХ15 (ГОСТ 801–78) осуществляли периферией круга.
Опираясь на производственный опыт, мы определили следующие границы варьирования входных факторов: с1(х1) – твердость шлифовального круга, определяемая звуковым методом по приведенной скорости распространения акустических волн (ГОСТ Р 52710–2007), – от 4504 (K) до 4930 м/с (L); t(х2) – глубина шлифования – от 0,01 до 0,02 мм/ход; vs(х3) – скорость подачи стола – от 10 до 20 м/мин; V(х4) – наработка, приведенная к ширине обрабатываемой поверхности, – от 100 до 400 мм2. Параметры х1, х2, х3 и х4, указанные в скобках, являются условными обозначениями кодированных значений факторов. Зернистость шлифовального круга (ГОСТ Р 52381–2005) изменялась от F60 до F46.
Измерение фактической твердости абразивного инструмента проводили по ГОСТ 25961–1983 ультразвуковым методом с помощью прибора «Звук-110М».
Составляющие силы резания измеряли динамометром УДМ-100, сигнал от которого поступал на усилитель УТ4-1 (ТУ25.06.1377–82), а затем через аналогово-цифровой преобразователь E14-140 – на персональный компьютер.
Шероховатость поверхности определяли на столе станка профилографом-профилометром «Сейтроник ПШ8-4 С.С.». Измерение параметров шероховатости проводили по системе средней линии (ГОСТ 25142–82) в соответствии с номенклатурой и соотношениями значений параметров, предусмотренными ГОСТ 2789–83.
В результате сравнения дисперсий выходных факторов процесса по критерию Кохрена выявлено, что в выбранном диапазоне варьирования дисперсии неоднородны. Достигаем снижение различия дисперсий путем уменьшения интервала варьирования факторов. Для сохранения выбранных интервалов было принято решение о разделении некоторых факторов. Наибольшие дисперсии выходных факторов наблюдались при шлифовании кругами различной зернистости. Поэтому были получены математические модели выходных параметров процесса шлифования отдельно для каждой зернистости. На этом основании для кругов одной зернистости дисперсии составляющих силы резания можно считать однородными.
Исходя из аналитического изучения экспериментальных данных установлено, что в выбранном интервале варьирования составляющие силы резания на некоторых режимах шлифования значительно зависят от наработки. В связи с этим в качестве четвертого входного фактора в математические модели ввели наработку, приведенную к ширине обрабатываемой поверхности V(х4) с интервалом варьирования от 100 до 400 мм2.
Методика выбора оптимальных условий шлифования: входные факторы являются параметрами оптимизации процесса шлифования, модели выходных факторов применяются для ограничения области допустимых значений параметров оптимизации.
Параметр Ra задан в технологическом процессе. В данном случае его допустимое значение [Ra] ≤ 2,5 мкм. Ограничение по бесприжоговому шлифованию определено по результатам анализа значений приведенной касательной составляющей силы резания pz и наличия прижогов на обработанной поверхности.
Достаточно стабильным можно считать шлифование в режиме vs = 20 м/мин, t = 20 мкм/ход. Однако и в этом случае шлифовочные прижоги возникают на двух из трех образцов, поэтому такой режим не рекомендуется использовать для обработки заготовок. При шлифовании кругом зернистостью F46 и твердостью L шлифовочные прижоги наблюдаются практически на всех режимах. Можно отметить только режим vs = 10 м/мин, t = 20 мкм/ход, где шлифовочные прижоги появляются только на одном из трех образцов.
С уменьшением твердости круга вероятность образования шлифовочных прижогов заметно снижается. В данном случае они были обнаружены только при шлифовании на максимальных значениях скорости подачи стола и глубине (vs = 20 м/мин, t = 20 мкм/ход).
Для определения целевой функции приведенной производительности Q через варьируемые параметры имеет вид:
Q = vst×103, мм2/мин.
Из условия обеспечения максимальной производительности процесса проводили дальнейшую оптимизацию параметров в области допустимых значений. Приведенная производительность значительно зависит от твердости круга. Для граничных значений твердости K приведенная производительность Q отличается более чем в два раза, поэтому целесообразно использовать круги твердостью K нижней половины границы твердости.
Шлифование кругами меньшей твердости не обеспечивает заданной шероховатости поверхности и существенно увеличивает износ инструмента, поэтому их нельзя использовать.
Найдем максимальную производительность процесса Qmax в области допустимых значений параметров (см. рисунок).
На границе
получим
.
Приравняем к нулю производную функции по t и найдем значение оптимальной глубины шлифования:
мм/ход.
Рис. 1. Целевая функция приведенной производительности процесса Q(vs, t)
Подставив t в выражение, получим оптимальное значение скорости подачи заготовки:
м/мин.
Полученным оптимальным режимам соответствует точка А, отмеченная на рисунке.
При шлифовании на оптимальных режимах максимальная приведенная производительность
мм2/мин.
Разработанная методика и математические модели позволяют определять оптимальные режимы плоского шлифования периферией круга заготовок из стали ШХ15. Оптимальные режимы обеспечивают получение заданных требований к качеству обработанной поверхности (отсутствие шлифовочных прижогов, параметр шероховатости поверхности Ra) при максимальной производительности процесса плоского шлифования.
Исходя из вышеописанного, следует вывод: для снижения времени на обработку одной детали, не потеряв при этом качества обрабатываемой поверхности (шлифовочные прижоги, требуемая шероховатость обрабатываемой поверхности), для стали ШХ15 следует применять абразивный инструмент зернистостью F46, твердостью не выше L и режимом обработки vs = 20 м/мин, t = 20 мкм/ход. При выполнении этих условий, полученных при исследовании, основное время обработки деталей снизится в среднем на 30% из-за отсутствия процесса выхаживания [6].