ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

профиля изношенного шлифовального круга на обработанном образце было установлено следующее:

Линейный износ круга I), мкм 0 4 8 12 Величина р, мкм 37 50 65 74

Далее было проведено сопоставление расчетных и экспериментальных значений степени упрочнения (рис.3). Экспериментальные значения определялись на основе измерения микротвердости обработанных поверхностей образцов на микротвердомере ПМТ-ЗМ. Расчетные значения были определены по вышеприведенным зависимостям. Расхождение расчетных и экспериментальных значений не превышает 19%.

Анализируя проведенные исследования, приходим к следующим выводам:

- максимально возможная степень упрочнения поверхностного слоя достигается при накоплении металлом деформации сдвигя, равной Гр и пропорциональна отношению напряжения разрыва к пределу текучести материала поверхностного слоя, сформированного до операции шлифования;

- при накоплении металлом поверхностного слоя деформации сдвига, равной Гр, режимы шлифования перестают оказывать влияние на степень упрочнения поверхностного слоя;

- увеличение степени упрочнения поверхностного слоя будет наблюдаться при увеличении числа выхаживающих ходоь шлифовального круга, увеличении числа и радиуса округления вершин контактирующих с металлом зерен, снижении жесткости технологической системы СПИЗ;

- неоднозначно влияние на степень упрочнения поверхностного слоя глубины а2 внедрения вершины зерьа в обрабатываемый материал: уЕеличение а2 приведет к повышению накопленной деформации сдвига металла при однократном контактировании с вершиной зерна, но одно-

временно с этим снижается общая накопленная деформация сдвига вследствие повышения производительности процесса;

- глубина упрочнения поверхностного слоя увеличивается с ростом величины aw и радиуса р округления вершин контактирующих с металлом зерен.

Литература

1. Королев А.В., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть 2. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1989 - 160с.

2. Бишутин С.Г. Прогнозирование состояния поверхностного слоя шлифовальных деталей//Справочник. Инженерный журнал. - 2002. - №8. - с.59 - 61.

3. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. - М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.

4. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. - М.; Машиностроение, 1977. -525с.

5. Ефимов В.В. Модель процесса шлифования с применением СОЖ. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1992. -132с.

6. Пилинский В.И. Силы и коэффициент трения при шлифовании//Трение и износ. - 1984. - т.5, №1. - С.73-80.

7. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. - М.: Наука, 1969. -232с.

8. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 2002. - 300с.

9. Катаев Ю.П., Павлов А.Ф., Белоног В.М. Пластичность и резание металлов. - М.Машиностроение, 1994. -144с.

10. Дель. Г.Д. Определение напряжений в пластичной области по распределению твердости. - М.: Машиностроение, 1979. - 144с.

Использование метода функционально-стоимостного проектирования при оптимизации режимов резания

В настоящее время все организационные и технические решения, принимаемые при формировании технологической операции, основываются на необходимости достижении требуемого операционного размера. Практические исследования показывают, что такой подход, как поа-вило, приводит к нерациональному распределению затрат по различным этапам технологического процесса, участвующим в обеспечении операционного размера и, как следствие, к неэффективной, с точки зрения экономики, технологической операции. Выход изданного положения видится в обеспечении на стадии проектирования совместного учета точностных и экономических показателей технологического процесса. Совместный учет становится возможным с использованием в ходе проектирования технико-эко-номических методов, анализ которых позволяет отдать

А. А. ЧЕРЕПАНОВ, доцент, канд. техн. наук, А. В. БАЛАШОВ, канд. техн. наук, АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул

предпочтение методу функционально-стоимостного проектирования (ФСП).

Одним из основных принципов ФСП служит принцип соответствия значимости функций объекта затратам на их реализацию. Если в качестве объекта исследования рассматривать технологическую операцию, то в качестве основной функции объекта будет выступать функция «фор-мообразовать поверхность». Данная функция выражается через допуск на операционный размер. Реализация основной функции зависит от варианта организации достижения операционного размера. Например, если операционный размер обеспечивается формообразующим движением, то осуществление основной функции зависит от реализации функций: «обеспечить съем материала»; «настроить инструмент» и «установить инструмент». Каждая из

№ 1 (22)2004 31

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ

этих функций также выражается через допуски, ограничивающие соответственно размер динамической настройки, размер статической настройки инструмента и размер установки инструмента. При прочих равных условиях, например, равенстве допусков, взаимовлияние данных функций на основную тождественно, поэтому значимость вышеперечисленных функций можно выразить через долю вносимых погрешностей в суммарную погрешность на обработку. Количественная взаимосвязь между значимостью функций и затратами на их эеализацию наглядно отражается функционально-стоимостной диаграммой (ФСД), пример которой приведен на рис. 1. В верхней части диаграммы приводятся относительные величины значимости функций, выраженные через долю вносимых погрешностей в суммарную погрешность на обработку, а в нижней части - относительные величины затрат связанные с формированием функций.

Если удельный осс затрат по той или иной функции превышает удельное значение ее значимости, возникает зона дисбаланса (на рис. 1 заштрихованы), которую в ходе проектирования необходимо устранить. ФСД составляются по всей совокупности приемлемых вариантов организации операции.

Вышерассмотренный принцип ФСП может использоваться при принятии организационных и технических решений на таких этапах формирования структуры операции, как выбор варианта достижения операционного размера, выбор технологической оснастки, оптимизации режимов резания и др.

67,4

74,9

Рис. 1. ФСД для размера, получаемого формообразующим движением

Рассмотрим особенности оптимизации режимов резания с учетом критерия соответствия значимости функций затратам на их реализацию. При рассмотрении данного вопроса следует учитывать, что режимы обработки обусловливают значимость и затраты по функции «обеспечить съем материала». Поэтому принцип соответствия рассматривается именно для этой функции, однако учет относительных величин значимости функций и затрат на ее осуществление обеспечивается с учетом значений допусков, участвующих в формировании других функций по конкретному варианту.

В качестве исходных данных при оптимизации режимов резания выступают: исходные точностные требования

по чертежу детали, требование по стойкости режущего инструмента, база данных по техническим характеристикам оборудования и технологической оснастки, справочные данные для расчета шероховатости, мощности резания, точности обработки, стойкости режущего инструмента, база данных по затратам на реализацию различных этапов технологического процесса, участвующих в формировании операционного размера.

При оптимизации режимов резания используется метод Монте-Карло, поскольку, как показали практические исследования, оптимальные режимы могут находиться либо внутри области допустимых значений, либо на ее границе.

6

3000

I 2402 с

1 1804

0

1

л а

2 1206 I

о аз

^ 608

10 0.

.5

Рис. 1. Область допустимых значений режимов резания с учётом ограничений по мощности (кривая 2), шероховатости (1), точности (4), стойкости инструмента (3), минимальной частоте рращения (5) и минимальной подаче (6)

На первом этапе оптимизации формируется массив сочетаний Б,, п, в пределах Бт1П< Э, < ; п^п< гц < птах.

На втооом этапе определяется область допустимых п, с учетом ограничений по мощности, шероховатости, точности и стойкости инструмента (см. рис. 2, область заштрихована).

На следующем этапе определяется минимальный уровень рассогласования значимости \Л/СМ функции «обоспс чить съем материала» и затрат на ее реализацию. Функция уровня рассогласования в этом случае будет выглядеть следующим образом:

Р(8ы10=^см(8ьп1)-7см(5ьп0|. (1)

Составляющие функции определяются

\¥см(^,п{)= "см^.п^ , (2)

2^,14)= , (3)

1=1

где \л/см(Бьп,) - прогнозируемая погрешность динамичес-

6

Подача 8, мм/об

32 № 1 (22) 2004

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

г,- затраты, связанные с формированием ¡- й функции. Прогнозируемая величина погрешности динамической настройки рассчитывается на этапе проектирования путем моделирования процесса обработки, лежащего в основе технологической операции. Величины мл, тл определяются исходя из имеющихся баз данных.

На рис. 3 отражен график функции уровня рассогласования, а на рис 4 приведен график линий уровня данной функции.

Рис. 5. График зависимости себестоимости операции от величины допуска на минимальный уровень

РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ

Рис. 3. График функции FfS^n.)

кой настройки;

п - количество функций, участвующих в формировании суммарной погрешности на обработку;

уу, - прогнозируемая величина погрешности, обусловленная формированием \ - й функции;

^(3,, п,) - затраты, связанные с формированием погрешности динамической настройки;

3000

2402

С

5 18D4

Я

о

fit

09

1206

сЗ

sr

608

10

0.001 0.1 0.2 0.3

Подача Б, мм/об

Рис. 4. Графи< линий уровня функции Р(8.,п.)

Численные значения, отраженные на линиях уровня (рис. 4), показывают уровень рассогласования между значимостью Wcw функции «обеспечить съем материала» и затратами на ее реализацию в процентах. Минимальный уровень рассогласования, определяется в пределах зоны допустимых значений режимов резания, выявленной с учетом всех ограничений.

Анализ функции уровня рассогласования показал, что даже незначительные отклонения от минимального уровня рассогласования приводят к существенным изменениям в величине себестоимости операции (рис. 5).

В результате исследований было выявлено, что при отклонении минимального уровня рассогласования в пределах 10% наблюдается наибольшее изменение себестоимости. Это обстоятельство учитывается в последующих aiaiidx оптимизации. Линии уровня, соответствующие минимальному уровню рассогласования (Fmin) и уровню Fn*>+ 0,1 Fmln, должны выступать в качестве дополнительных ограничений при дальнейшей оптимизации режимов резания.

Заключительный зтап оптимизации осуществляется по одному из критериев - «минимальная себестоимость» или «максимальная производительность».

Описанный подход к оптимизации режимов резания реализован в среде о.4 о.5 Mathcad 2001 Professional и позволяет

обеспечить совместный учет точностных и экономических показателей технологического процесса в ходе проектирования.

43.554

■ I I I

45.05

18.04

40.551 I 31.546

071

2.053 57.561 53.06

54.056 l 45.05

I36.048 40.55 \

071

fjfift ] \ 27.0*

ш%и J) )

53.0615.052 У У J 54.056^36.048-"'

542

}д 4.535 \ . . 04 22 54*

г .....

5.92

5.56

0 2 Допуск на

4 б 8 10 12 14 16 18 20 минимальный уровень рассогласования, %

№ 1 (22) 2004

33