К.т.н. Гусарев В.С., Яровой Ю.В.

Одесский национальный политехнический университет, Украина

НОВЫЙ КРИТЕРИЙ ДЛЯ АНАЛИЗА ВАРИНАТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Выбор и оценка технологических операций в технологии машиностроения традиционно выполняют по техническим и экономическим критериям. Этими критериями являются трудоемкость (временной критерий) и себестоимость (денежный критерий). Оба критерия имеют широкий диапазон значений переменных факторов, что затрудняет их применение в частных случаях для различных по физической сути технологических операций (штамповки, резания, немеханического воздействия). Достоинством этих критериев является их стремление к минимуму функции цели.

Критерием, приближенным к операция обработки, в первую очередь является критерий удельной работы (энергии), затрачиваемой на выполнение технологической операции, отнесенной к единичному объему деформируемого материала:

, (1)

где a – удельная работа; E – энергия съема материала; V – объем снимаемого материала.

Этот критерий использовался для определения предельных значений удельной работы при выполнении разных операций [1 – 3]. В работе [3] показана возможность сравнения технологических операций точения и шлифования (в равных объемах) с использованием критерия удельной работы

, (2)

где а_ш = (5,1…7,5)·10⁴, а_т = (1,7…2,5)·10³ – удельная работа, затрачиваемая на шлифование и точение соответственно.

Таким образом было показано, что операции шлифования более высокозатратны по энергии, чем точение. Аналогичным образом, возможно сравнивать другие технологические операции, выполняемые разными методами обработки. Например, растачивание и протягивание сквозных отверстий (удельная работа протягивания а_п = (2,5…4,0)·10³):

.

В тех случаях, когда в качестве анализируемых технологических операций выступают операции, реализуемые одним и тем же методом обработки, критерий удельной работы не дает положительный результат. Покажем это на примере обработки точением вала длиной L однорезцовым и многорезцовым методом. Известно, что работа определяется по выражению:

, (3)

где F – приложенная сила; L – пройденный путь.

В первом случае (однорезцовая обработка) резец проходит путь L₁, при этом возникает сила резания F₁, во втором случае (многорезцовая обработка) путь сокращается в n раз (по числу инструментов), а сила резания возрастает в n раз. Таким образом, работа резания для первого ивторого случая составит

(4)

Из этого следует, что работы для первого и второго случая равны
(А₁ = А₂), следовательно удельная работа и энергия тоже будут равны (а₁ = а₂, Е₁ = Е₂), так как объемы снимаемого материала равны (V₁ = V₂ ). Поэтому использовать критерий удельной работы для сравнения технологических операций, выполняемых по одному методу, оказывается невозможным.

В работе [4] рекомендует для решения задачи анализа и выбора технологических операций, выполняемых по одному методу обработки, применять критерий действие технологической системы.

Этот критерий известен физикам, исходя из реализации принципа наименьшего действия (в механике принцип Мопертюи–Лагранжа).

Действие технологической системы в работе [4] рассматривается как работа, потраченная в единицу времени, и определяется по выражению:

, (5)

где Т – время совершаемого действия.

Рассмотрим действие технологической системы для примера токарной обработки одним и несколькими резцами. При условии постоянства режимов резания, время обработки при однорезцовом процессе составит Т₁, при многорезцовой обработке . Действие технологической системы в первом варианте:

. (6)

Действие технологической системы во втором варианте обработки составит:

. (7)

При постоянстве работ для первого и второго варианта обработки получим следующее соотношение:

или (8)

Таким образом, действие для многорезцового варианта обработки будет в n раз меньше действия технологической системы при однорезцовой обработке.

В практических случаях, когда нам известны все параметры обрабатываемой детали, режимы резания и мощность резания, можно воспользоваться критерием в виде

(9)

где N – мощность резания.

Это позволяет применять критерий действие технологической системы в различных случаях механической обработки, как для операций, выполняемых по одному методу, так для сравнения операций, выполняемых по разным методам.

Литература

1. Швец В.В. Некоторые вопросы теории технологии машиностроения – М., Машиностроение, 1967 – 63 с.

2. Подураев В.П. Технология физико-механических методов обработки – М., Машиностроение, – 264 с.

3. Гусарев В.С. Энергетическая эффективность технологических процессов /сб. Авиационно-космическая техника и технология, вып. 14 – Харьков, ТАКУ им. Н.Е. Жуковского, 2000. С. 41-44.

4. Яровой Ю.В. Применение принципа наименьшего действия в технологии машиностроения //Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении: Материалы научно-технической конференции 30 сентября – 1 октября 2008 г., г. Одесса. – Киев: АТМ Украины 2008. С. 115–116.