International Scientific Conference 18 – 19 November 2011, gabrovo

а б в

Фиг. 1. Схеми на абразивно отрязване

а)  неподвижна заготовка; б) неподвижна заготовка и колебаещ се АИ; в) въртяща се заготовка

За отрязване на детайли и заготовки от прътов материал или ивици се използват редица установки и машини в зависимост от размера на изходния материал, неговия профил, марка и допустими отклонения от нормалните размери. Отрязването може да се извършва на стругови автомати, ножов­ки, банцизи, циркуляри, абразивно-отрезни машини, преси и електроискрови или елек­трохимични установки [3]. Изборът на оптимален вариант за получаване на заго­товка или отделяне на готов детайл е технико-икономическа задача със значи­телно отражение върху себестойността на машиностроителната продукция.

Отрязването с абразивни дискове (фиг.1) [3,4] е универсален и един от най-производителните методи. Прилага се при рязане на закалени и незакалени заготовки и детайли с диаметър до 60÷70 mm при диаметър на абразивния инструмент (АИ) до 400 mm и широчина на прореза до 4 mm.

При абразивно отрязване отрезният абразивен диск извършва въртеливо и пода­вателно движение (фиг.1 а). За облегчаване на процеса на рязане при някои схеми се въвежда и колебателно движение на инструмента в направление, перпендику­лярно на основното подавателно движение (фиг.1 б). Реализирането на такова движение способства за намаляване на разхода на абразивни дискове, но усложнява и оскъпява машината. Това до известна степен се избягва чрез замяна на колебателното движение с въртеливо движение на заготовката (фиг.1 в).

Абразивният инструмент може да се подава към заготовката с постоянна ско­рост на радиално подаване (), осигурявана по кинематичен път от отрезната машина (твърдо абразивно отрязване), или да се притиска към нея с постоянна сила (,) – еластично абразивно отрязване [2]. Кинематичните схеми на твърдо абразивно отрязване са аналогични на тези при отрязване с дискова отрезна фреза, циркуляр и врезно външно кръгло шлифоване с напречно подаване, които са достатъчно добре изучени. Интерес представляват схемите на еластично абразивно отрязване.

Процесът на абразивно отрязване е съпроводен с интензивно износване на абразивния инструмент. Доказано е, че въвеждането на въртеливо движение на заготовката при еластично абразивно отрязване води до значително намаляване на износването на АИ и до повишаване надеждността на процеса [4]. В резултат на непрекъснато променящите се условия на работа (непрекъснато променящи се диаметри на АИ и заготовката) се изменят големината и характерът на натоварването и износването, явяващи се определящи за технологичната себестойност и производи­телността на операцията еластично абразивно отрязване на въртящи се заготовки.

Цел на настоящата разработка е установяване на зависимостите между елементите на режима на рязане и икономическите параметри на процеса еластично абразивно отрязване на въртящи се заготовки, както и обоснован избор на оптимален режим на рязане.
ИЗЛОЖЕНИЕ

Времето за отрязване на заготовка с диаметър d_заг не е константна величина, а зависи от силата F_a на притискане на АИ към заготовката, честотата на въртене на заготовката (n_з) и непрекъснато променя­щия се диаметър на АИ () вследствие на неговото износване - . Това налага при абразивно отрязване да се използва параметърът средно време за отрязване на заготовката - . Определените в [5] стойности на средната продължителност на отрезния цикъл при еластично отрязване на заготовки от стомана 45 с диаметър с отрезен диск с размери 180х3х22,3 и характеристика А30RBF в зависимост от силата на притискане и честотата на въртене на заготовката са представени в таблица 1.

Времето за отрязване се определя по зависимостта [2]:
, (1)

където: - честота на въртене на АИ, ;

Промяната на основно се дължи на промяна на сечението на срязвания слой материал за един оборот на АИ, т.е. . Теоретико-експериментал­ният модел, отразяващ влиянието на силата на притискане F_a и на честотата на въртене n_з върху средното сечение на срязвания слой материал за един оборот на АИ (), е от вида:

nз, min-1	Сила на притискане на АИ
	Fa=1daN	Fa=2daN	Fa=3daN
16	10,40 s 0,4798 mm2/tr i=99; i=76	9,43 s 0,5291 mm2/tr i=62; i=48	8,44 s 0,5912 mm2/tr i=45; i=35
63	11,10 s 0,4495 mm2/tr i=54; i=44	10,11s 0,4935 mm2/tr i=37; i=28	9,10s 0,5483 mm2/tr i=28; i=21
Заготовка: материал - стомана 45; АИ – А30R BF;; ; ; ; ; ;

При зададено средно време за отрязване на заготовка с диаметър , след преобразуване на зависимости (1) и (3), за определяне на необходимата сила на притискане на АИ към заготовката са получени зависимостите:

- за плътна заготовка:
; (4)
- за тръба с дебелина на стената а:
.

(5)

Броят на възможните работни цикли i на АИ може да се опише с теоретико-експериментален модел от вида:

Отчитайки получените стойности на константата, степенните показатели и диаметъра на отрязваната заготовка, теоретико-експерименталният модел (7) получава вида:

Анализът на данните от таблица 2 показва:

1. Изборът на честота на въртене на заготовката при еластично абразивно отрязване зависи от нейния диаметър:

- заготовки с диаметър следва да се отрязват при възможно най-ниска честота на въртене - ;

- заготовки с диаметър следва да се отрязват при честоти на въртене в диапазона ;

- заготовки с диаметър се отрязват при честоти на въртене .

2. Увеличаването на силата на притис­кане F_a води до намаляване на времето за отрязване, но едновременно с това и до намаляване на броя на отрезните цикли i, които могат да се реализират с един АИ в определен работен диапазон на използването му. Нарастването на силата на притискане F_a е възможно да доведе до претоварване на АИ и счупване на диска!

Въз основа на проведения анализ е предложен следният алгоритъм за определяне на елементите на режима при еластично абразивно отрязване на въртящи се заготовки:

1. При зададени , , и време за отрязване :

1.1. Определя се от зависимостта [2] и от възможните честоти на въртене на машината се избира честота на въртене .

1.2. Определя се необходимата сила на притискане F_a по зависимост (4) или (5).

1.3. Определя се броят цикли на отрязване, които могат да се реализират с един АИ, по зависимост (8).

1.4. Определя се броят абразивни дискове - , необходими за реализиране на определена производствена програма П - .

2. При зададени , , , , и П последователността е същата като вместо изпълнение на позиция 1.2. по зависимост (6) се определя .

Минимални диаметри на отрязваните заготовки
Честота на въртене nз, min-1	Сила на притискане Fa, daN
	1	2	3	3,5
12,5	19,5 17,1	21,4 18,8	22,5 18,9	23 20,3
16	17,2 15,2	19 16,6	20,0	20,5
22,5	14,5 12,8	16 14,1	16,9	17,2
31,5	12,4 10,9	13,6 12	14,3	15
45	10,4 9,1	11,4 10	12,0	12,5
63	8,8 7,7	9,7 8,5	10,2	10,5
90	7,4 6,5	8,2 7,2	8,6	8,8
АИ - А30R BF ; ;

Примери за определяне на елементите на режима на рязане при еластично абразивно отрязване на въртящи се заготовки са представени в таблица 3.

	Елементи на режима		, s
	nз, min-1	Fa, daN
15	22,5	1	2,8	172
	31,5	3,5	2	64
20	12,5	1	5,1	162
	12,5	3	4,2	76
	12,5	3	4,8	120
25	12,5	1	8	129
	12,5	3,5	5,6	56
	12,5	3,5	6,5	87
30	16	3	8,4	45
АИ - А30R BF ;; ;;

Ефективността на процеса еластично абразивно отрязване на въртящи се заготовки следва да се оценява в две направления:

- намаляване на себестойността на операцията;

- увеличаване на производителността на операцията.

Разходите за формиране на себестой­ността на операцията се делят на две групи:

- постоянни разходи, които не зависят от условията за експлоатация на инструмента;

- променливи разходи, чиято големина за единица изделие се мени в зависимост от условията за експлоатация на инструмента:
, (10)

където: Е – разходи, свързани с експлоата­цията на машината за една минута, лв/min;

За постигане на минимална себестойност на операцията е необходимо променливите разходи А_пром да са минимални.

Разделяйки двете части на зависимост (10) на величината Е, е получена зависимост за определяне на реалното активно време t_a (време за работа без спомагателното време за операцията) за реализация на една отрезна операция:
.

(11)

- намаляване на чрез увеличаване на F_a и ;

- увеличаване на броя отрезни цикли i, реализирани с един АИ, чрез намаляване на F_a и .

Данните от таблица 1 показват, че броят на работните цикли i се мени в по-широки граници от средното време за отрязване, т.е. в зависимост (11) доминиращо е второто събираемо. По–добри икономичес­ки показатели (по-малко реалното активно време t_a и по-ниска себестойност) на операцията еластично абразивно отрязване следва да се получават при ниските стойности на F_a и , независимо от това, че при тези условия машинното време за отрязване () е по-голямо.

Ефективността на операцията еластично абразивно отрязване на въртящи се заготовки зависи от вероятността в произволно избран момент технологичната система „машина-приспособление-инстру­мент-детайл” (МПИД) да е в работно състояние. Това се изразява с коефициента на готовност на оборудването:
, (12)

където: t_р – общо време за участие на инструмента в процеса на работа между две смени:

Производителността на операцията се изразява със зависимостта:

(14)

nз, min-1	Сила на притискане на АИ
	Fa=1daN	Fa=2daN	Fa=3daN
16	ta=0,446 min Поп=1,44 бр/min Икономичен режим	ta=0,59 min Поп=1,45 бр/min	ta=0,74 min Поп=1,46 бр/min Производи­телен режим
63	ta=0,68 min Поп=1,37 бр/min	ta=0,90 min Поп=1,38 бр/min	ta=1,12 min Поп=1,385 бр/min
АИ – А30R BE; Заготовка: материал - стомана 45; ;; S=2,5 лв.; Е=0,1 лв/min

Анализът на данните от таблица 4 показва, че ниските честоти на въртене на заготовката са за предпочитане – при тях се реализират икономичният и производител­ният режим. По отношение на силата на притискане се вижда, че нарастването на F_a води до слабо увеличаване на производи­телността и чувствително увеличаване на реалното активно време t_a.

[1] Александрова, И. Основи на инженерните изследвания. Университетско издателство “Васил Априлов”, Габрово, 2003.

[2] Александрова, И., Х. Христов, Г. Ганев. Динамични и технологични характеристики на процеса еластично абразивно отрязване на въртящи се заготовки. Журнал на технически университет София, филиал Пловдив "Фундаментални науки и приложения", том 16, 2011, кн.2, 123-128.

[3] Амуджев, И.М., Г.Н. Ганев. Технико-иконо­мически аспекти на операцията отрязване в машиностроенето. -Машинознание и машиностроене, 2011, бр. 13, 58-63.

[4] Ненков, Н., И. Александрова, Г. Ганев. Из­носване на абразивния инструмент при абразивно отрязване на заготовки. –Маши­ностроене, 1999, бр. 5-6, 38-40.

[5] Ненков, Н., И. Александрова, Г. Ганев. Тео­ретико-експериментално изследване на процеса абразивно отрязване. Машино­строене, 1999, бр.7-8, 23-25.