CC BY
53
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.723
О. В. Коленченко
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДИСКОВ ГТД ПРИ ЗАДАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЯХ
Предложена методика разработки общих функциональных наиболее характерных зависимостей технологических и экономических характеристик от режимов механической обработки, обеспечивающих связь различных критериев между собой и применения этих зависимостей при решении технологических задач механической обработки. Механическая обработка; оптимизация; сложнофасонные детали
ВВЕДЕНИЕ
Применяемое современное металлорежущее оборудование характеризуется чрезвычайно высокой степенью автоматизации.
Это оборудование может принести экономический эффект при его максимальном использовании и увеличении доли основного времени в общих затратах времени работы станка. Следовательно, снижению основного времени при выполнении конкретной технологической задачи на современном этапе необходимо уделять особое внимание.
Для решения этой проблемы требуется особый подход к определению наилучших значений технологических параметров способов механической обработки.
Технологические параметры способа обработки определяются технологической задачей и выбранными технологическими средствами. Причем часть параметров (нерегулируемые входные) заданы, а часть параметров (регулируемые величины процесса) могут быть выбраны в ограниченной области. Технологические режимы (скорость резания, подача, глубина резания и др.) позволяют адаптировать способ обработки к технологической задаче.
В технической литературе опубликовано большое количество данных, позволяющих выбрать режимы механической обработки. Однако практическое использование этого материала пока неудовлетворительно. Появление новых инструментальных, обрабатываемых материалов не входит в содержание опубликованных нормативных данных - это во-первых, во-вторых, используемые в настоящее время справочные данные для выбора режимов механической обработки, взятые из различных источников для идентичных условий, сильно отличают-
Контактная информация: 8(347)273-08-66
ся друг от друга, и, наконец, опубликованные таблицы, номограммы и др. не позволяют полностью использовать возможности современного автоматизированного оборудования.
В технологии машиностроения, как и во многих других прикладных науках, особенностью постановки технической задачи является то, что из многих возможных вариантов должен быть найден самый экономичный. Основой решения такой сложной задачи являются технические и экономические связи, которые отражают закономерности механической обработки сложнофасонных ответственных деталей ГТД.
1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В статье предложена методика разработки общих функциональных, наиболее характерных зависимостей технологических и экономических характеристик от режимов механической обработки, обеспечивающих связь различных критериев между собой и применения этих зависимостей при решении технологических задач механической обработки.
Диски ГТД являются сложнопрофильными деталями, обладающими переменной жесткостью. Обработка таких деталей ведется на станках с программным управлением, так как они обладают большими технологическими возможностями.
Анализ производственных условий обработки дисков ГТД (рис. 1), позволил установить диапазон изменения переменных технологических факторов: скорость резания изменяется V от 10 до 40 м/мин; подача S от 0,1 до 0,3 мм/об; глубина резания ^ = 0,5мм; передний угол назначается от -10о до +10о; радиус при вершине гв = 0,5^2,0 мм; угол в плане ф = 30^60°.
Жесткость упругой технологической системы или ее элементов характеризуется способностью сопротивляться приложенной нагрузке (рис. 1).
Рис. 1. Диск ГТ Д
Оценивалось влияние указанных факторов на изменение следующих параметров: характеристики износа режущего инструмента (йоз, I, Т); показателей физико-механического состояния обработанной поверхности (Яа, N кс, от, й0), а также производительности (П) и себестоимости (С) обработки.
Для получения регрессионных зависимостей, связывающих основные параметры процесса резания с изменяющимися технологическими факторами, в данной работе были использованы методы математического планирования экспериментов [1]. Реализован план В4, фрагмент которого приведен в табл. 1, уравнения регрессии табл. 2.
Т аблица 1
№ опыта Хо Х1 Х2 Хз Х4 г (ІВ Т)
1 1 -1 1,16
2 1 1 -1 о,44
3 1 1 1,8
4 1 1 1 о,о2
5 1 -1 1 1,оз
24 1 о о о 1 1,437
Коэффициенты находят по приведенным ниже формулам [4]:
1 по N N
Ьо = — £ Уои, ь = А£ хуу], ь
По и=1
х
7=1
к N
j=l
К = в£х 2 + с ее х2^
]=1
,■=1 ]=\
Р ■ п0 и=1
"У
£ у ои,
где по - число опытов в центре плана; и - номер параллельного опыта в центре плана; уои - зна-
чение функции отклика в и-м опыте; N - число опытов в матрице планирования; J - номер опыта в матрице планирования; /, I - номера факторов; Ху, Ху - кодированные значения /-го и 1-го факторов в у-м опыте; у у - значение функции отклика ву-м опыте; к - число факторов; А, В, С, В, р - константы, зависящие от числа факторов.
Число факторов А В С Б Р По
4 1/12 1/8 -1/48 1/4 2 3
2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Предполагается, что указанные зависимости носят аналитический характер, следовательно, любую из рассматриваемых функций можно разложить в степенной ряд и с достаточной для практики точностью в исследуемых интервалах ограничиться несколькими первыми членами разложения (полиномом второго порядка).
Учитывая закономерности физической оптимизации, установленные профессором
А. Д. Макаровым [2], скорость размерного износа инструмента можно определить как
к - s -V
V. =---------= к -V.
к 100 ол
Значение стойкости инструмента Т при заданном критерии затупления кзк запишется как
к
Т = зк
" Vk ■
Подставляя значение скорости износа инструмента в формулу (2), получим
к
Т = - .
кол-V
Количество деталей, обработанных за период стойкости инструмента, будет равно
Т к -103- 5
От — =
к„ ■ п ■ В ■ Ь
Подставляя приведенные выражения в известную формулу себестоимости, получим величину технологической себестоимости
„ п - В - Ь к - п - В - Ь
Ст =—-(асп + а р) + -^----------------;-х
1о3 ■ V ■ Б
К. 1о3 ■ 5
Ь, (асп + а р ) + В] + ■ (асп + а р ) +
Х [^см.и/ (асп + аР
Т
+ ОТ • («СП + ар ).
°П
Известно, что довольно часто в производственных условиях возникает ситуация, когда необходимо обеспечить максимально возможную производительность:
N
1
Т аблица 2
Уравнения регрессии для определяемых параметров
У1 = Ь0 + Ь1 х1 + Ь2 х2 + Ь3х3 + Ь4 • х4 + Ь12 х1 х2 + Ь13х1 х3 + Ь14х1 х4 +
+ Ь23 х2 х3 + Ь24 х2 х4 + Ь34 х3 х4 + Ь11 х2 + Ь22 х22 + Ь33 х32 + Ь44 х2
У ^ коз 18 т 18 1 18 18 ко 1й Яа 18 с 18 П
Ьо -0,2582 1,3184 2,6282 1,6671 1,9576 -0,2858 1,8598 -0,8132
Ь1 0,1388 -0,4585 -0,1575 0,1480 -0,0846 -0,0538 -0,0794 0,0920
Ь2 -0,1894 -0,0591 -0,0602 0,0412 0,0752 0,3079 -0,1001 0,0750
Ь3 0,0127 -0,0039 -0,0343 -0,0117 -0,0125 -0,2588 -0,0016 0,0001
Ь4 -0,088 0,0749 0,0749 -0,0163 -0,0882 0,0529 -0,0187 0,0001
2 0,0992 -0,1283 -0,1284 -0,0145 -0,0491 -0,0751 0,0450 -0,0337
Ь13 -0,0551 0,0934 0,0935 0,0115 -0,0328 - -0,0135 0,0005
4 0,0702 0,0624 0,0624 0,0215 -0,0098 -0,0656 -0,0125 0,0005
Ь23 0,0125 -0,0133 -0,0130 -0,0184 0,0029 -0,1624 -0,0003 -
Ь24 0,0439 -0,0695 -0,0691 0,0357 -0,0215 -0,0870 0,0047 -0,0002
Ь34 0,0053 0,0299 0,0299 0,0234 -0,0113 - -0,0048 0,0002
Ьц 0,0972 -0,5356 -0,5439 -0,0825 -0,0061 -0,1359 0,1175 -0,0473
Ь22 -0,0111 -0,1405 -0,0423 0,0603 0,0776 0,0618 0,0413 -0,0291
Ь33 -0,0794 0,3039 0,1172 0,005 -0,0987 0,1476 -0,0046 -0,0013
Ь44 0,1005 -0,0969 -0,0088 -0,0091 -0,0276 0,0632 0,0057 -0,0016
t
ш.к.
Тогда с учетом всех известных технологических факторов, влияющих на производительность, можно записать:
кОЬ к • пОЬ Т .
------+ —---------t + t + ——
103 sV кзк •Ю3 сми в бП
Таким образом, получены зависимости себестоимости обработки и производительности, связанные с точностью, режимами резания и состоянием режущих кромок (величиной износа) инструмента.
На первом этапе исследования получены регрессионные зависимости, связывающие основные характеристики обрабатываемости с параметрами процесса резания.
Имея систему таких зависимостей (модель процесса обработки), можно провести внешнюю оптимизацию по любому критерию оптимальности [3]. В качестве примера в табл. 3 приведены варианты расчета исследуемых величин и режимов, с учетом различных критериев оптимальности и технологических ограничений указанной поверхности при обработке детали «Диск».
Таблица 3
Режимы резания при обработке детали «Диск»
Исследуемый Т ехнологические Режимы
параметр ограничения механической
оптимизации обработки
Птах Яа = 1,25 ± 10 % V = 25 м/мин;
(I вариант) С < 100 г = 0,5 мм
£ = 0,125мм/об;
о 5 4 II &
С '-'тт Яа = 1,25 ± 10 % V = 15 м/мин;
(II вариант) Т > 40 г = 0,5мм;
£ = 0,20 мм/об;
ф = 45о
Таблица 4
Выходные параметры при обработке диска ГТД
Выходные параметры Первый вариант Второй вариант
Т, мин 22,07 57,05
Ст, руб. 95,06 89,73
гг -1 ПТ, мин 0,130 0,127
Яа, мкм 0,57 1,28
Ы, % 18,2 25
кс, мкм 31,6 108
Топ1 = tl + t2 + tз + t4 = 19,7 + 12,2 + 7 + 1,2 = = 40,1 мин.
Топ2 = tl + t2 + tз + t4 = 20,6 + 12,7 + 7,3 + 1,3 = = 41,9 мин.
ВЫВОДЫ
Таким образом, полученная модель обработки позволяет выбирать самые рациональные (в зависимости от требуемых условий) варианты обработки с учетом как технологических (шероховатость поверхности, величина максимальных остаточных напряжений или степени наклепа, а также ограничений, что отвечает требованиям обеспечения надежности изделий и условиям автоматизированной обработки глубина их залегания), так и экономических (себестоимость и производительность).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Голикова Т. И., Панченко Л. А., Фридман М. З. Каталог планов второго порядка. М.: МГУ. Ч. 1, 2, 1975. 388 с.
2. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.
3. Коленченко О. В. Исследование влияния условий фрезерования на величину деформаций и характеристики качества обработанной поверхности // СТИН. 2010. № 5. С. 32-36.
ОБ АВТОРЕ
Коленченко Ольга Вячеславовна ст. преподаватель каф. оборудования и технологии сварочн. производства. Дип. инженер (УАИ, 1986). Иссл. в обл. механообработки.
