CC BY
20
ISSN 2304-120X
ниепт
научно-методический электронный журнал
Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В. Повышение экономической эффективности плоского шлифования стальных заготовок // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2017. - № 6 (июнь). -0,3 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2017/170130.htm.
ART 170130 УДК 338.001.36
Тышкевич Владимир Николаевич,
кандидат технических наук, доцент Волжского политехнического института (филиала) ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волжский [email protected]
Сукочева Екатерина Андреевна,
магистрант Волжского политехнического института (филиала) ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волжский [email protected]
Гончарова Елена Вячеславовна,
кандидат экономических наук, доцент, доцент кафедры «Экономика и менеджмент» Волжского политехнического института (филиала) ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волжский [email protected]
Повышение экономической эффективности плоского шлифования
стальных заготовок
Аннотация. Исследован процесс плоского шлифования периферией круга образцов из стали ШХ15. На основании полученных экспериментальных данных была предложена методика определения оптимальных условий шлифования поверхности образцов, обеспечивающих получение заданных требований к качеству обработанной поверхности при максимальной производительности процесса. Математические модели приведенных к ширине образца составляющих силы резания, коэффициента шлифования и шероховатости обработанной поверхности получены методом полного факторного эксперимента. Входные факторы являются параметрами оптимизации процесса шлифования. Математические модели выходных факторов используют для ограничения области допустимых значений параметров оптимизации. Ключевые слова: качество обработанной поверхности, оптимизация процесса, шлифование, твердость, шлифовочные прижоги, экономическая эффективность. Раздел: (04) экономика.
По 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 Тпз и нормы штучного времени Тшт:
Нвр = Тшт + Тпз / П,
где n - количество деталей в партии запуска.
ат„„ + а„„„ + а„
T_ =
К + ТвК 1в + -
тех орг отл
100
где Тца- время цикла автоматической работы станка по программе, мин;
Кв - поправочный коэффициент на время выполнения ручной вспомогательной работы в зависимости от партии обрабатываемых деталей;
ISSN 2Э04-120Х
ниепт
научно-методический электронный журнал
Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В. Повышение экономической эффективности плоского шлифования стальных заготовок // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2017. - № 6 (июнь). -0,3 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2017/170130.htm.
атех, аорг, аотл - время на технологическое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности при одностаночном обслуживании, процент от оперативного времени.
Т = Т + Т ,
ца о мв '
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.
Т = Т + Т .
мв мв.н мв.х
Вспомогательное время на операцию рассчитывается по формуле:
Т = Т + Т + Т ,
в в.у в.оп в.изм '
где Тв.у - время на установкуу 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].
ISSN 2304-120X
ниепт
научно-методический электронный журнал
Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В. Повышение экономической эффективности плоского шлифования стальных заготовок // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2017. - № 6 (июнь). -0,3 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2017/170130.htm.
Математические модели приведенных к ширине образца составляющих силы резания ру и pz, коэффициента шлифования Кш и параметра шероховатости обработанной поверхности Ra были созданы методом полного факторного эксперимента типа 24, где 4 - число факторов (см. таблицу).
Математические модели параметров процесса шлифования стали ШХ15
Параметр Модель
Py(F46), Н/мм Py = 19,9 + 5,45X1 + 3,43X2 + 0,99хэ + 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
Km(F46) Кш = 44,77 - 5,06X2 - 13,51X3 + 6,15X1X3
Klu(F60) Кш = 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 (К) до 4930 м/с (и); Цх2) - глубина шлифования - от 0,01 до 0,02 мм/ход; vs(хз) - скорость подачи стола - от 10 до 20 м/мин; Цх4) - 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 523812005) изменялась от Г60 до Г46.
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-циф-ровой преобразователь E14-140 - на персональный компьютер.
Шероховатость поверхности определяли на столе станка профилографом-профи-лометром «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.
ISSN 2Э04-120Х
ниепт
научно-методический электронный журнал
Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В. Повышение экономической эффективности плоского шлифования стальных заготовок // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2017. - № 6 (июнь). -0,3 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2017/170130.htm.
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 Цх4) 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
v = -662t + 26,2
s ?
получим
Q(t) = 103(-662t2 + 26,2t).
Приравняем к нулю производную функции по t и найдем значение оптимальной глубины шлифования:
2(5 2
Q(t) = 0 ^ t0pt = -6— = 0,02 мм/ход.
2 • 662
ISSN 2304-120X
ниепт
научно-методический электронный журнал
Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В. Повышение экономической эффективности плоского шлифования стальных заготовок // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2017. - № 6 (июнь). -0,3 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2017/170130.htm.
Рис. 1. Целевая функция приведенной производительности процесса Q(vs, t)
Подставив t в выражение, получим оптимальное значение скорости подачи заготовки:
v, opt = v, (0,02) = 13 м/мин.
Полученным оптимальным режимам соответствует точка А, отмеченная на рисунке.
При шлифовании на оптимальных режимах максимальная приведенная производительность
Qmx = 103 -13 • 0,02 = 260 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.
ISSN 2Э04-120Х
ниепт
научно-методический электронный журнал
Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В. Повышение экономической эффективности плоского шлифования стальных заготовок // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2017. - № 6 (июнь). -0,3 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2017/170130.htm.
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 Р46, твердостью не выше L и режимом обработки Vs = 20 м/мин, £ = 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].
Ссылки на источники
1. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. / А. М. Дальский, А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков, А. Г. Суслов. Т. 2. - М.: Машиностроение-1, 2003. - 944 с.
2. Исследование процессов шлифования внутренних и наружных конусов деталей класса колец / Б. И. Коротков, С. Б. Коротков, В. Н. Тышкевич, С. В. Орлов. - Волгоград: ВолгГТУ, 2007. - 133 с.
3. Выбор оптимальных условий плоского шлифования стальных заготовок / В. А. Носенко, В. Н. Тышкевич, С. В. Орлов, А. В. Саразов, Е. А. Сукочева // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2016. - № 6 (675). - С. 73-81.
4. Гончарова Е. В., Баханова Г. И. Способы продвижения продукции промышленных предприятий в условиях реализации стратегии импортозамещения // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2016. - Т. 11. - С. 3326-3330. - ит_: М1р://е-копсер1.ги/2016/86702.Мт.
5. Гончарова Е. В. Эффективность продвижения научно-технических разработок // Наука и образование в жизни современного общества: сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф.: в 14 т. - Тамбов, 2015. - С. 47-48.
6. Выбор оптимальных условий плоского шлифования стальных заготовок / В. А. Носенко, В. Н. Тышкевич, С. В. Орлов, А. В. Саразов, Е. А. Сукочева.
Vladimir Tyshkevich,
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Volzhsky Polytechnical Institute (branch) of Volgograd State Technical University [email protected] Ekaterina Sukocheva,
Graduate Student, Volzhsky Polytechnical Institute (branch) of Volgograd State Technical University
Elena Goncharova,
Candidate of Economic Sciences, Associate Professor of Economy and Management chair, Volzhsky
Polytechnical Institute (branch) of Volgograd State Technical University
Half-finished steel products flat grinding industrial efficiency increase
Abstract. Flat grinding process of WX15 steel standards with the periphery of a straight wheel is probed. The method of optimum standards surface grinding conditions determination is presented.They provide achivement of the set processed surface quality requirements with the maximum efficiency. Mathematical models of such components as cutting force, grinding coefficient and processed surface roughness according to sample width are received by method of a full-scale factor experiment. Input factors are grinding process optimization parameters. Mathematical models of output factors are used for restriction of optimization parameters accepted values area. Key wоrds: processed surface quality, process optimization, grinding, hardness, grinding burns, economic efficiency. References
1. Dal'skij, A. M. et al. (2003). Spravochnik tehnologa-mashinostroitelja: v 21. T. 2, Mashinostroenie-1, Moscow, 944 p. (in Russian).
2. Korotkov, B. I. et al. (2007). Issledovanie processov shlifovanija vnutrennih i naruzhnyh konusov detalej klassa kolec, VolgGTU, Volgograd, 133 p. (in Russian).
3. Nosenko, V. A. et al. (2016). "Vybor optimal'nyh uslovij ploskogo shlifovanija stal'nyh zagotovok", Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Mashinostroenie, № 6 (675), pp. 73-81 (in Russian).
4. Goncharova, E. V. & Bahanova, G. I. (2016). "Sposoby prodvizhenija produkcii promyshlennyh predprijatij v uslovijah realizacii strategii importozameshhenija", Nauchno-metodicheskij jelektronnyj zhurnal "Kon-cept", t. 11, pp. 3326-3330. Available at: http://e-koncept.ru/2016/86702.htm (in Russian).
ISSN 2304-120X
ниепт
научно-методический электронный журнал
Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В. Повышение экономической эффективности плоского шлифования стальных заготовок // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2017. - № 6 (июнь). -0,3 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2017/170130.htm.
5. Goncharova, E. V. (2015). "Jeffektivnost' prodvizhenija nauchno-tehnicheskih razrabotok", Nauka i obra-zovanie v zhizni sovremennogo obshhestva: sb. nauch. tr. po materialam Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: v 141., Tambov, pp. 47-48 (in Russian).
6. Nosenko, V. A. et al. (2016). Op. cit.
Рекомендовано к публикации:
Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
Поступила в редакцию Received 17.12.16 Получена положительная рецензия Received a positive review 09.01.17
Принята к публикации Accepted for publication 09.01.17 Опубликована Published 29.06.17
© Концепт, научно-методический электронный журнал, 2017 © Тышкевич В. Н., Сукочева Е. А., Гончарова Е. В., 2017
www.e-koncept.ru
