Повышение производительности механической обработки высокоэнергетических материалов при переменном припуске Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

1. Родионов А. А. Утилизация обычных видов боеприпасов - важная государственная задача // Сборник докладов I Российской НТК "Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов". М.: ЦНИИНТИКПК, 1995. С. 3-6.

2. Справочник артиллерийских боеприпасов, подлежащих утилизации и уничтожению / под ред. А.Ф. Каллистова. М.: Нова, 1992. 150 с.

3. Рекомендации по организации разделки и уничтожения боеприпасов на предприятиях в/ч 64176-Н. М.: МО, 1989. 76 с.

4. Конверсия. Ч. IV. Утилизация снятых с вооружения боеприпасов и ракет. М.: ЦНИИНТИКПК, 1996. 82 с.

5. Способ уничтожения нитроцеллюлозных порохов: пат. Рос. Федерация № 2188385. Опубл. 27.08.2002.

V.K. Kolmakov

ABOUT EXPEDIENCY OF PROCESSING OF THE PROPELLANT POWDER OF THE AMMUNITION FORBIDDEN TO FIGHTING APPLICA TION

Possible methods rational use of the nitrocellulose gunpowder forbidden to fighting application are considered. The method of alkaline destruction which provides safe recycling of the gunpowder which has settled a stock of chemical firmness is offered. Gunpowder turns to absolutely nonflammable, biodecomposed solution of salts of low-molecular organic acids.

Key words: nitrocellulose gunpowder, a stock of chemical firmness, the alkaline destruction, biodecomposed

УДК 621.91

Д.С. Корнаков, асп., (4872) 35-18-79, котакоу 4872@mail.ru,

В.Ю. Сладков, д-р техн. наук, проф. (4872) 35-18-79, sladkow@inbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ПРИПУСКЕ

В статье представлена методика определения оптимальных режимов механической обработки высокоэнергетических материалов при переменном припуске, обеспечивающих максимальную производительность технологической системы при обеспечении гарантированной безопасности операции.

Ключевые слова: высокоэнергетические материалы, механическая обработка, оптимальные режимы, переменный припуск, технологическая система.

С увеличением в последнее время объемов механической обработки деталей из высокоэнергетических материалов (ВЭМ) острее ставится во-

прос повышения производительности при обеспечении гарантированной безопасности данной операции. При их обработке необходимо учитывать наличие экзотермических реакций, которые могут возникнуть в наиболее прогретых слоях стружки и заготовки из ВЭМ и привести к воспламенению или даже детонации.

Одно из направлений повышения производительности механической обработки - оптимизация режимов резания ВЭМ, которая, в общем случае, представляет собой задачу нахождения минимума (максимума) целевой функции (критерия оптимальности):

Ос=/(х,с,в),

где X, С, В - соответственно вектор независимых, фиксированных, расчетных параметров.

При оптимизации режимов резания в качестве целевой функции целесообразно принять показатель производительности П - число деталей Ид в партии, отнесенное к фонду времени ///:

п-Ыд

1п

Фонд времени на обработку партии деталей определяется следующим образом:

N t

i =f КГ -і-/ Д маш

П маш Д см ,

где 1маш - машинное время, tCM - время смены и наладки инструмента, tcm - период стойкости инструмента, te - вспомогательное время на одну деталь, Qm= tcm /1.маш ~ число деталей, обработанных одним инструментом, tn3 - подготовительно-заключительное время.

Из представленных выше зависимостей можно получить:

1—

t (t t )-----------------------t

маш \ cm см J . в

откуда следует, что при одноинструментальной обработке при постоянных значениях , 1СЛЬ tcm и te максимум производительности достигается при ус-

ловии минимизации машинного времени tM симости:

min, определяемого по зави-

nnpLpx

nnpLpx

Sn

где Ьрх - длина рабочего хода инструмента, 8Л1ин - минутная подача, п - частота вращения шпинделя, ппр =

D3~D ТЛ

3 - число проходов инструмента, из -

2t

диаметр заготовки, D - диаметр детали.

t

Таким образом, целевая функция, которую необходимо минимизировать, принимает следующий вид:

Qc=Lv

D3-D

f

2 tSn связывающий

Л

1 + lc*L + K t

V cm J

вспомогательное

и машинное

где Кв - коэффициент, время (и = К в ^ш).

Параметрами оптимизации являются подача и частота вращения шпинделя станка (или скорость резания), что эквивалентно другому критерию - объему удаляемого материала в единицу времени, который необходимо максимизировать.

При оптимизации операции токарной обработки зарядов ВЭМ в качестве основного ограничения, накладываемого на режимы резания, следует взять условие отсутствия воспламенения материала в зоне резания, которое согласно [1] может быть записано в виде:

СТ1Хт8ТтУ2тКТКТЗ < [Г], (1)

где Ст, Хт, Ут, - показатели степени при соответствующих основаниях (при обработке ВВ, как показали исследования [1] Ст = 32,83; Хт = 0,335; У г = 0,11; = 0,348); К-/ - коэффициент, учитывающий изменение геомет-

рии режущего инструмента, Ктз - коэффициент запаса по температуре воспламенения, [7] - температура воспламенения заряда.

На независимые параметры накладываются ограничения, определяемые техническими возможностями станка (пределами изменения подачи и частоты вращения шпинделя (скорости резания)):

smm<s<sm

V- < V < к.

(2)

На расчетные параметры при механической обработке ВВ можно наложить ограничения по стойкости инструмента, которое при мелкосерийном производстве не играет особой роли и им можно пренебречь, а также качеству обработки поверхности детали, представляющее собой ограничение по шероховатости получаемой поверхности, при этом основным фактором считают подачу на оборот детали [2]:

+ <р)

S< - тах

(3)

Sin (рх Sin (р

где Rmax ~ МаКСИМЭЛЬНО допустимая высота микронеровностей; ф, фі - углы резца.

При наличии ограничения по шероховатости поверхности величина подачи S постоянна и однозначно определяется высотой микронеровностей, а параметром оптимизации является только скорость резания V, изменение величины которой должно зависеть от величины припуска t.

Для обеспечения требуемого закона изменения скорости резания (частоты вращения шпинделя) по длине рабочего хода возможно использование

адаптивной системы управления технологическим процессом (АСУТП) [2], представляющей собой комплекс устройств, включающий измерительную, задающую, сравнивающую и исполнительную аппаратуру, совместная работа которой направлена на поддержание параметров режимов резания на заданном оптимальном, для конкретного случая, уровне.

Для оценки целесообразности применения АСУТП определим изменение получаемое при обработке без использования и с использованием данной системы при получении заряда (рисунок) заданной формы из одноканальной цилиндрической заготовки.

Шерчіші I

■ т~ •- ш Г тг о ít , _\ "7"—-—.— a ¡ffi

...... . > • ■■ ■;. . :■■/.■. Щ ■■ "• . . чч •п ■с ь

... "а

Ж ■ . ■:> • 8 5Є X Х.ХКу1. XX ХХХХХХХХ/О СКХХХХХХХллХлХХ X

п\

Схема получения заряда

В данном случае ограничения, накладываемые на режимы резания, имеют вид:

S = K«Á п(я+р)=со,и,

sin Фх sin ф

smm<s<sm^

Vmm<V<Vmax

Закон изменения скорости резания по длине рабочего хода (1)

' А

V =

1

\zT

где А =

SYtíXt j

= const, при этом t =/(/)=> V

= <Р(!),

При обычной обработке (без АСУТП) скорость резания V (частота вращения шпинделя п) постоянна на всей длине рабочего хода и определяется при максимальном припуске графическим решением системы уравнений ограничений [3]. Максимальное значение величины подачи, применяемое на производстве рассматриваемой детали £ = 0,3 мм/об, однозначно определя-

ется требуемой шероховатостью поверхности. Тогда машинное время для каждой из операций составит: для операции 1 (¥= 14 м/мин) /'юш =5,12мин, для операции 2 (¥= 7 м/мин) = 23,84мин .

Общее время на всю обработку детали toб маш = 28,96 мин.

общ. маш

При обработке с АСУТП скорость резания является функцией припуска V = ф(/), но в то же время / /(/) => V ф[/(/)]. Тогда, частота вращения

шпинделя п = ф [/(/)].

Для рассматриваемого случая в каждой из операции выделяют два участка с постоянным и переменным припусками.

Для участков с постоянным припуском машинное время составит: для операции 1 а - ^\ш = 2,24мин, для операции 2 а - ?°аш = 0,61 мин.

Для участков с переменным припуском необходимо найти закон изменения частоты вращения шпинделя по длине рабочего хода инструмента, который имеет вид:

/г =

V

^з-Ю’

где и - припуск в /-м поперечном сечении заготовки.

Машинное время для участков с переменным припуском составит: операция 1 б Сш =1,47 мин, операция 2 б Сш =11,03 мин.

Общее время на всю обработку с АСУТП составляет

t, =15,35 мин .

общ.маш 5

Выигрыш во времени от использования АСУТП составит:

28,96-15,35

А/ = ■

маш

28,96

■ 100 % ~ 47 %

Из представленных расчетов видно, что использование АСУТП сокращает машинное время на 47 % по сравнению с обычной обработкой, а производительность при этом увеличится практически в 2 раза.

Таким образом, предложенный подход позволил определить рациональные с точки зрения максимальной производительности режимы резания для конкретного заряда при обеспечении гарантированной безопасности. Проведенные расчеты подтверждают эффективность и целесообразность использования АСУТП как основного способа реализации данного подхода.

Список литературы

1. Теоретические и практические аспекты механической обработки взрывчатых веществ/ В.Н. Васецкий [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 94 с.

2. Балакшин Б.С. Адаптивное управление станками. М.: Машино-

строение, 1973. 688 с.

3. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. М.: Физматлит, 1972. 400 с.

D.S. Kornakov, V.Y. Sladkov

THE INCREASING OF MECHANICAL PROCESSING BIG ENERGY MATERIAL CAPACITY UNDER VARIABLE DEPTH OF CUTTING

Methods of the determination optimum mode mechanical processing big energy material under variable depth of cutting is presented, providing maximum capacity of the technological system when ensuring guaranteed safety to operations.

Key words: big energy material, mechanical processing, optimum modes, variable depth of cutting, technological system.

УДК 623.457.6

В.Ю. Сладков, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-79, sladkow@inbox.ru. Ю.В. Дудина, канд. техн. наук, доц., (8903) 843-55-00 (Россия, Тула, ТулГУ)

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ РАССНАРЯЖЕНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ БОЕПРИПАСОВ

Рассмотрены перспективные методы расснаряжения и утилизации обычных боеприпасов, позволяющие повысить производительность процесса извлечения взрывчатого снаряжения, и обеспечить его использование для изготовления взрывчатых веществ с заданными свойствами.

Ключевые слова: утилизация, боеприпасы, взрывчатые вегцества, расснаряже-ние, гидроструйные технологии.

Проблема утилизации устаревших обычных боеприпасов (БП), несмотря на стоящие перед страной глобальные задачи, связанные с модернизацией российских вооруженных сил, не потеряла своей актуальности. В настоящее время на территории России и бывших стран СНГ скопились миллионы тонн морально и физически устаревших боеприпасов, дальнейшее хранение которых требует значительных материальных затрат и связано со все возрастающей опасностью самопроизвольных взрывов, экологических катастроф, несчастных случаев, хищений. Очевидно, что начавшееся масштабное сокращение вооруженных сил и их перевооружение приведет к значительному росту запасов, непригодных для боевого применения средств вооружения.

С другой стороны, устаревшие БП содержат весьма ценные материалы, такие как черные и цветные металлы, взрывчатые вещества (ВВ) и пороха, которые могут использоваться во многих отраслях промышленности.

В связи с этим проблема утилизации и рационального использования БП с истекшим сроком годности приобретет еще большую остроту.

Наиболее трудоемкой, сложной и опасной операцией в технологической цепочке утилизации БП является его расснаряжение. Поэтому воз-