К вопросу расчёта технологических ограничений при разработке математической модели прогнозирования КПД шлифования шеек коленчатого вала Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 62-233. 132

К ВОПРОСУ РАСЧЁТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КПД ШЛИФОВАНИЯ ШЕЕК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Коршунов В.Я., д.т.н., Новиков Д.А., инженер ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет»

Представлены методики расчёта

шероховатости и прочности абразивных зерен, которые являются технологическими

ограничениями при разработке математической модели, устанавливающей взаимную связь максимального значения КПД с параметрами процесса шлифования шеек коленчатых валов при ремонте двигателей.

Ключевые слова: КПД, математическая модель, ограничения, технологические условия, шероховатость, прочность.

При разработке энергосберегающей технологи шлифования шеек коленчатых валов при ремонте двигателей необходимо прогнозировать максимальное значение термодинамического критерия эффективности -КПД, который представляет собой отношение критического уровня накопленной материалом внутренней энергии к удельной работе

шлифования [1].

(1)

Достичь максимальное значение КПД возможно на основе оптимизации технологических условий процесса шлифования (режимов шлифования и правки круга, типа абразивного инструмента, типа СОТС).

Оптимизация технологических условий процесса шлифования основывается на построении математической модели, которая устанавливает взаимосвязь между КПД, оптимизируемыми параметрами обработки, а также системой ограничений. При построении математической модели задаются начальные и

Presents methods for calculating the roughness and toughness of the abrasive grains, which are technological limitations in the development of a mathematical model, which establishes a reciprocal link maximum efficiency with the parameters of the grinding process crankshaft journals in the repair of motors.

Keywords: efficiency, mathematical model, constraints, technological conditions, roughness, strength.

За начальные условия математической модели были приняты - материал сталь 45 ГОСТ 1050-88, твердостью ИУ5600...6000, станок для шлифования мод 3М150, которые аналогичны производственным условиям абразивной обработки шеек коленчатого вала.

Далее будут рассмотрены методы расчёта наиболее важных технологических ограничений, которые определяют качество обработанной поверхности в процессе шлифования:

- шероховатость обработанной поверхности;

- прочность абразивных кругов на сжатие.

Для прогнозирования шероховатости поверхности шеек коленчатых валов после абразивной обработки, с учётом предельного значения КПД, используется формула, полученная после статистической обработки экспериментальных данных, представленных в работе [1].

граничные технические и технологические условия, которые в наибольшей степени определяют процесс шлифования, и целевая функция (критерий оптимальности) [2-4].

(2)

где ТУО - технологические условия обработки.

Выбор тех или иных начальных и граничных условий зависит от марки обрабатываемого материала, вида абразивной обработки, а так же определяется конкретными условиями технологического, конструкционного и организационно производственного характера.

поперечная подача алмазного правящего инструмента; К^в - коэффициент, учитывающий время выхаживания; К^из - коэффициент, учитывающий время работы (износ) круга; V,; -скорость круга; ^ -твердость круга; ИУ0 -твердость материала детали по Виккерсу.

Коэффициенты К^в и К^из определяются по формулам

(5)

(6)

где - время выхаживания.

При прогнозируемых технологических условиях процесса шлифования шеек коленнчатых валов: dш=75, 25 мм, Lш=38 мм, Vк=35м/с, Vд=25 м/мин, Sпр=1,2 мм/об, Sп=0,1 мм/ход, пд=106 мин-1, СОТС - ЭПРОМ, пш.п=9,1 % величина шероховатости поверхности составила Кя=0,84 мкм. Следовательно, технологическое ограничение по шероховатости

где ПК^ - произведение поправочных коэффициентов на прогнозируемые

(оптимальные) технологические условия процесса шлифования.

Прогнозирование значения КПД (пш) рассчитывается по эмпирической зависимости, полученной после математической обработки экспериментальных данных.

Значение ПК^ определяется соотношением

(4)

где dз - номер зернистости абразивных зерен шлифовального круга; Бпр.п., $п.п. - продольная и

5) Определить длину дуги контакта круга с деталью, Lд, в процессе круглого наружного шлифования

(10)

6) Определить площадь контакта круга с деталью, Sд, в процессе шлифования

(11)

7) Рассчитать напряжение на поверхности контакта круга с деталью, оп,

(12)

8) Сравнить полученное значение напряжения в зоне контакта круга с деталью оп с

не нарушается Яап<Кадоп, Кап0,84<Кадоп1Д

Расчёт технологического ограничения по прочности абразивных кругов на сжатие необходимо проводить в следующей последовательности:

1) Определить основное время шлифование шейки коленчатого вала

(6)

где L - длина шейки, мм; пд - обороты детали, мин-1; - продольная подача, мм/об.

2) Определить число оборотов шлифовального круга в минуту, пк

(7)

где V!; - скорость круга, м/с; Б - диаметр коленчатого вала, мм.

3) Определить число оборотов круга, пь для прохождения всей длинны обрабатываемой поверхности детали, L

(8)

4) Определить путь детали, 1д, за один оборот круга

пределом прочности на сжатие (технологическим ограничением) ов.

Используя формулы (6-12) были получены следующие значения параметров,

характеризующих зону контакта круга с деталью: длина дуги контакта Ьк=2,55 мм; ширина контакта круга за один оборот детали 1д=0,13 мм; площадь контакта круга с деталью за один оборот круга 8д=0,33 мм2; нормальная сила резания Py=37,45 Н определялась экспериментально; напряжение сжатия на поверхности дуги контакта оп=113 МПа, что значительно ниже допустимого [ов]=800 МПа [4] для абразивных кругов из хромистого электрокорунда, т. е. оп<[ов].

Таким образом, технологическое

ограничение прочности абразивного круга на сжатие не нарушается.

Выводы. Представленные методики расчёта технологических ограничений могут быть использованы для построения математической модели прогнозирования максимального значения КПД процесса шлифования шеек коленчатого вала на основе определения оптимальных технологических условий обработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Коршунов В.Я. Исследование и разработка термодинамического метода прогнозирования эффективных технологических условий операции шлифования металлов./В.Я. Коршунов// Дис. канд. техн. наук:05.02.08. МИИТ.-М.:1983 - 182с.

2. Учаев П.Н. Оптимизация инженерных решений./П.Н. Учаев, С.А. Чевычелов, С.П. Учаева - Старый Оскол "ТНТ", 2011. - 275с.

3. Зарубин В.С. Математическое моделирование в технике / В.С. Зарубин. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. - 496с.

4. Лурье Г.Б. Шлифование металлов./ Г.Б. Лурье. - М.: Машиностроение, 1969. - 173с.