CC BY
106
УДК 621.9.06; 621.7.07
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОБРАБОТКИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ С УЛУЧШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
В.В. Ерохин, Д.А. Погонышева, И.Г. Степченко
В статье излагаются основные положения по расчету производительности обработки деталей и ее повышения за счет повышения интенсификации режимов резания при выборе оптимальных параметров станочной оснастки. Особое внимание уделяется расчету коэффициента интенсификации, зависящего от параметров виброустойчивости технологической оснастки, что более полно расширяет обоснованность выбора того или иного станочного приспособления для обеспечения формообразования деталей. Ключевые слова: производительность труда, технологическая оснастка, качество.
Согласно теории производительности, разработанной Г.А. Шаумяном [1], следует, что удельный вес затрат прошлого труда (овеществленный труд на создание оборудования и оснастки) непрерывно повышается, в то время как удельный вес затрат живого труда снижается при общем объеме уменьшения трудовых затрат на единицу продукции. Следовательно, совершенствование методов конструирования технологической оснастки с целью повышения производительности обработки -закономерный и объективно необходимый процесс. Производительность труда определяется
А = , шт (1) ^ Т чел .час
где Qг - годовой выпуск продукции, шт./год; N - срок службы оборудования и приспособлений, год; ТТг - суммарные трудовые затраты, необходимые для выпуска продукции, чел.час:
ТТг = Тр + ЩТ), + Ту),
где Тр - единовременные затраты прошлого труда (затраты труда на станки, сооружения и
т.д.), чел.час; Т - затраты живого труда при создании данной продукции, челмас ; Ту - текущие за-
год
траты прошлого труда (материалы, оснастка, энергия и т.д.), челчас .
год
Тр
Обычно живой труд вводят как меру оценки прошлого труда, т.е. К =- коэффициент
ТН
Ту
технической вооруженности живого труда, т = — - коэффициент энергоматериалоемкости и
ТН
оснащенности живого труда.
В этом случае производительность труда выразится:
А = QгN , шт- (2)
Т [К + N(т +1)] чел.час
В теории производительности [1] основным показателем при сравнении двух вариантов принят рост производительности труда
П = А = QгТш К + Nl(ml +1) (3)
А1 QгlTh2 К2 + N2К + 1)
Вводим следующие обозначения:
Ф = 2 - коэффициент роста производительности оборудования; &г1
в = т— - коэффициент сокращения затрат живого труда; Тк 2 т
с =-- коэффициент повышения роли прошлых затрат труда на оборудование;
Тр1 т
5 =-- коэффициент повышения роли текущих затрат прошлого труда.
Ту1
Рост производительности труда через показатель базового (исходного) варианта составит:
П = Ф К + Н1(ш1 +1) . (4)
1 ^ ( 1
К1с + Ы21 т15 + -^ в
Из выражения (4) определяем основные пути повышения производительности труда:
1) уменьшение затрат живого труда путем сокращения числа рабочих, непосредственно занятых в производстве изделий (в > 1);
2) сокращение затрат прошлого труда путем снижения стоимости производства на единицу продукции (с < 1);
3) сокращение затрат живого труда и прошлого путем сокращения трудовых затрат на единицу изделия (Ф > 1);
4) снижение текущих затрат за счет разработки новых технологических процессов и высокопроизводительной технологической оснастки (5 < 1).
Таким образом, развивая и совершенствуя технологическую оснастку, можно существенно способствовать сокращению общих текущих затрат труда на единицу продукции (5), тем самым повышать производительность труда.
Годовая производительность труда (&,) рассматривается как зависящая от длительности рабочего цикла ((о + где (о, (х - соотвественно основное время и время холостых ходов работы оборудования при изготовлении годовой программы выпуска изделий, год/шт.), внецикловых потерь на простои оборудования ((е), смену и заточку инструмента (Ха), т.е.
& =-
(о + *х + Ъ +Х С
Применением приспособлений, обеспечивающих возможность высокопроизводительной обработки, позволяет воздействовать на сокращение основного времени работы оборудования, времени холостых ходов и времени простоев оборудования. Использование жесткой, виброустойчивой и дис-сипационной технологической оснастки всегда приводит к снижению основного времени на изготовление изделия ((о). Улучшение параметров приспособлений может повысить общую технологическую производительность &тех, т.к.
&тех = &тЦЦтех, шт./год (6)
где &т - технологическая производительность, шт./год; ^ - коэффициент производительности, учитывающий цикловые потери; цтех - коэффициент, учитывающий внецикловые потери.
Повышая режимные параметры, обеспечиваем повышение производительности труда через безразмерный параметр % - коэффициент интенсификации режимов резания: &т = &то%, где &то -технологическая производительность при заданной скорости резания Vо; после изменения до V = Уо% производительность труда возросла до 0т. Величина % может принимать максимально возможное предельное значение для данного процесса:
Хтах Т . II—, ' (7)
(т -1)! С,.
где т - безразмерный показатель.
Подбором соответствующего приспособления определяем оптимальное значение коэффициента интенсификации режимов резания
__1_
ОПт0 (Фопт - №то (tx + -е Ьпах + 3]+ 1' где фопт = (1,03...1,2) - коэффициент изменения производительности за счет качества оснаст-
ки.
При повышении общей культуры производства и качества оснастки фопт стремиться к 1,03. Таким образом, зная начальную производительность Qmо и хшах, можно определить %опт,0, которое позволяет определить по новым режимам обработки и новую производительность.
Исследования воздействия приспособления на виброустойчивость технологической системы позволяет повысить при обработке заготовки глубины резания на 30...40% [2]. Это позволяет ввести специальный коэффициент у в расчет оптимального значения коэффициента интенсивности %Опт,0.
Величина у _ —1 связывает затраты основного времени обработки по первому варианту (^1) ^о 2
и затраты основного времени с использованием улучшенного в динамическом отношении приспособления по второму варианту (-о2). В этом случае
%опт %опт.0у
^__. (9)
(Фопт - ^Што (-х + -е кпах + 3]+ 1
Введение коэффициента у = 1.1,5 позволяет выделить роль приспособления в общем балансе повышения производительности за счет интенсификации режимных параметров.
Виброустойчивость технологической оснастки определяется через параметр внутреннего трения материала - коэффициент внутреннего (вязкого) трения р (коэффициент диссипации колебательной системы [кг/с]). Этот коэффициент входит в дифференциальные уравнения затухающих колебаний, что позволяет более точно анализировать не только затухающий колебательный процесс, но и резонансный режим эксплуатации технологической оснастки.
Выбирая материал элементов технологической оснастки с повышенными значениями коэффициента внутреннего трения, можно уменьшить значение амплитуды колебаний, а также время собственных затухающих колебаний. Влияние собственных колебаний обуславливает снижение точности обработки в начальный момент времени, в зависимости от которого необходимо применить либо дополнительный более точный метод обработки поверхности, либо на дополнительном технологическом переходе предусмотреть снятие фаски. Например, подбирая материал таким образом, чтобы
Р > л/2М®0, (М - масса элемента технологической оснастки, выступающего из заделки, кг; ю0, -
частота собственных колебаний /-о тона (/-й гармоники), с-1) явление резонанса совершенно исчезает. В этом случае при любой частоте возмущающей силы амплитуда колебаний меньше статического отклонения.
На основе вышеизложенного, коэффициент у в формуле (9) можно определить из выражения
_ /1,36232- Вр , (10)
У \ 0,36232
где Вр - коэффициент резонансного режима эксплуатации технологической оснастки, параметры которого приведены в источнике [3].
Формула (10) обусловлена следующими ограничениями: если подкоренное выражение имеет отрицательное значение, станочное приспособление вибронеустойчивое и коэффициент у можно принять 0,8; если коэффициент у > 1,5 принимает у = 1,5.
Коэффициент резонансного режима эксплуатации технологической оснастки Вр определяем
из выражения
Bp =
4lMmm , (П)
Р
где М- масса элемента технологической оснастки, выступающего из заделки, кг; ю01 -частота собственных колебаний первого тона (первого гармоники), с-1; Р - коэффициент внутреннего трения технологической оснастки, кг/с.
При этом минимальная частота вынужденных колебаний ютт обусловливает динамический нерезонансный режим колебания технологической оснастки, при котором коэффициент резонансного режима эксплуатации Вр = 0,75.
Коэффициент внутреннего трения технологической оснастки в виде стержневой конструкции определяется по формуле
Р = МО
П
_ __ T от от 4 0,005pdD
0,02--— +-—■—-г +-^
Тпл 1 + от 1 + о2т23(1 + р) 24
(12)
У
где ю - частота вынужденных колебаний, с-1; т - время релаксации напряжений, с; Т -температура эксплуатации технологической оснастки или его рассматриваемого элемента, К; Тпл -температура плавления материала рассматриваемого элемента технологической оснастки, К; рй -плотность дислокационных петель (рй = 106 см2 для отожженной стали, рй = 1011 для закаленной стали), шт./см2; Dкр - диаметр кристаллита (зерна) материала элемента технологической оснастки, см; ц - коэффициент Пуассона материала элемента технологической оснастки.
= (13)
2 2 п Б п Хг
где dnp - приведенный диаметр части поводкового устройства, выступающей из заделки, м; D
2 ДЖ
- коэффициент тепловой диффузии, м/с; с - удельная теплоемкость тела, -; %t - коэффициент
кг ■ К
теплопроводности, Вт .
м ■ К
Параметры виброустойчивости (о01, р, Bp, Wn.ycm, omin) для основных представителей технологической оснастки представлены в источнике [3].
This article outlines the basic provisions on the calculation of machining performance and its improvement by increasing cutting data intensified when choosing of optimal parameters of machine tools. Special attention is given to the calculation of rate of intensification, depending on the vibration parameters of technological equipment, that more fully extends the validity of the choice of a machining device for machining parts. The key words: productivity, machine tools, quality.
Список литературы
1. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение, 1973. 640 с.
2. Ильицкий В.Б., Микитянский В.В., Сердюк Л.М. Станочные приспособления. Конструк-торско-технологическое обеспечение эксплуатационных свойств. М.: Машиностроение, 1989. 208 с.
3. Ерохин В.В. Обеспечение качества станочных приспособлений. Дис. ... докт. техн. наук. Брянск. 2007. 412 с.
Об авторах
Ерохин В.В. - доктор технических наук, профессор Брянского государственного университета
им. И.Г. Петровского, [email protected]
Погонышева Д.А. - доктор педагогических наук, зав. кафедрой автоматизированных инфор-
мационных систем и технологий и профессор Брянского государственного университета им. И.Г.
Петровского,
Степченко И.Г. - аспирант, ассистент кафедры автоматизированных информационных систем и технологий Брянского государственного университета им. И.Г. Петровского,
