ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕМЕННЫХ ФАКТОРОВ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ РЕЗАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ СМАЗОЧНО- ОХЛАЖДАЮШЕЙ ЖИДКОСТИ
Серикова М.Г., Тарасов В.А., Маничкина О.И., Поцыкайло М.А., Петроченко А.П. (АМТИ, г. Армавир, РФ)
Under utilization of highly productive equipment and new industrial conditions it is profitable to use hibricating codlings for more long-term with using less expensive initial components.
При использовании высокопроизводительного оборудования (модулей) и новых производственных условиях рентабельно готовить смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) на более длительный срок, с использованием менее дорогих исходных компонентов. Окончательные выводы об эффективности СОЖ могут быть получены из решения задачи, оптимизации режима резания при всех прочих факторах состояния системы, рассматриваемых как заданные и постоянные [1].
При проведении сравнительных испытаний были приготовлены опытные составы СОЖ, содержащие эмульсол Укринол-1М, воду и присадку. В качестве обрабатываемого материала использовали, стали 40Х13М и 45. Применяли резцы со сменными многогранными пластинками из твердого сплава Т14К8, Т14К8Al2O3. Режимы резания в диапазоне: V=250мм/мин;
S =0,32мм/об; t=2,7 мм.
Разработанная новая СОЖ имеет низкую вязкость, довольно высокую плотность, хорошие низкотемпературные свойства, не содержит отравляющих веществ при термическом воздействии во время обработки металлов резанием, не вызывает коррозии деталей и оборудования. Жидкость устойчива к микробиологическому поражению и не вызывает заболеваний кожных покровов и верхних дыхательных путей.
Экспериментальные исследования осуществляли на многофункциональном модуле типа «MAZAK». СОЖ подавали под давлением 2-3 МПа через сопло диаметром 0,2 - 0,5 мм. Используя метод охлаждения и смазывания зоны резания распыленными жидкостями, которые, попадая на поверхность контакта не в обычном состоянии, а в виде паров и отдельных частиц – молекул, радикалов входящих в состав СОЖ, усиливали моющее действие благодаря улучшению смачиваемости, интенсифицировали смазочное действие.
Для получения оптимального состава смазочно - охлаждающей жидкости авторами применялся метод планирования эксперимента, в частности, метод симплексных решеток.
При изучении свойств смеси, зависящих только от соотношений компонентов, факторное пространство представляет собой правильный (q-1)-мерный симплекс. Для систем выполняется соотношение:
(1)
где xi≥0 – концентрация компонента; q – количество компонентов.
При q=3 правильный симплекс – равносторонний треугольник. Каждая точка треугольника отвечает одному отдельному составу тройной системы и, наоборот, каждый состав представляется одной определенной точкой. Вершины треугольника соответствуют чистым веществам, стороны – двойным системам.
При планировании эксперимента для решения задач на диаграммах состав- свойства предполагается, что изучаемое свойство является непрерывной функцией аргументов и может быть с достаточной точностью представлено полиномом. Использование методов планирования эксперимента позволяет значительно сократить объем эксперимента при изучении многокомпонентных систем, отпадает необходимость в пространственном представлении сложных поверхностей, так как свойства можно определять из уравнений. При этом сохраняется возможность графической интерпретации результатов.
В настоящее время наибольшее применение получили симплекс – решетчатые планы Шеффе, с помощью которых и была построена матрица планирования экспериментов (для полинома третьего порядка). Эти планы обеспечивают равномерный разброс экспериментальных точек по (q-1)-мерному симплексу (таблица 2; рисунок 1)
Рисунок 1 – Графическое изображение матрицы планирования эксперимента
Задачей является разработка состава охлаждающей жидкости позволяющей снизить шероховатость обработанной поверхности, увеличить производительность обработки резанием, сохранить биостойкость и стабильность, улучшить санитарно-гигиенические условия труда.
Выбор сочетания компонентного состава СОЖ, обоснование количества дозировок компонентов, проводили с использованием математического планирования эксперимента по ортогональным латинским прямоугольникам на симплексе. Варьированию по трём уровням подвергали основные компоненты состава СОЖ: Эмульсол Укринол – 1М; натриевое мыло и этиленгликоль.
Уровни варьирования основных факторов эксперимента приведены в табл.1.
Таблица 1 – Уровни варьирования компонентов
|
Обозначение |
Исследуемые факторы |
Уровни факторов |
|||
|
0 |
1/3 |
2/3 |
1 |
||
|
Z1 |
Эмульсол Укринол – 1М |
3,0 |
5,3 |
7,7 |
10,0 |
|
Z2 |
Натриевое мыло |
0,3 |
1,0 |
1,7 |
2,5 |
|
Z3 |
Этиленгликоль |
1,0 |
1,7 |
2,3 |
3,0 |
План эксперимента на основе матрицы планирования трёхфакторного эксперимента на трёх уровнях включает 11 опытов. Матрица планирования представлена в таблице 2.
Таблица 2 – Матрица планирования эксперимента и результаты функций отклика
|
№ опыта |
Матрица планирования в кодированных значениях |
Матрица планирования в натуральных значениях, % |
Функция отклика |
||||
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Z1 |
Z2 |
Z3 |
Ra, мкм |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
3,0 |
0,3 |
1,0 |
1,98 |
|
2 |
1 |
0 |
0 |
10,0 |
0,3 |
1,0 |
1,48 |
|
3 |
0 |
1 |
0 |
3,0 |
2,5 |
1,0 |
1,32 |
|
4 |
0 |
0 |
1 |
3,0 |
0,3 |
3,0 |
1,64 |
|
5 |
1/3 |
2/3 |
0 |
5,3 |
1,0 |
1,0 |
0,82 |
|
6 |
1/3 |
0 |
2/3 |
5,3 |
1,0 |
2,3 |
1,50 |
|
7 |
2/3 |
1/3 |
0 |
7,7 |
1,7 |
1,0 |
0,71 |
|
8 |
2/3 |
0 |
1/3 |
7,7 |
1,7 |
1,7 |
1,59 |
|
9 |
0 |
1/3 |
2/3 |
3,0 |
0,3 |
2,3 |
1,24 |
|
10 |
0 |
2/3 |
1/3 |
3,0 |
0,3 |
1,7 |
0,89 |
|
11 |
1/3 |
1/3 |
1/3 |
5,3 |
1,0 |
1,7 |
0,32 |
Таким образом, получен объемный график зависимости шероховатости поверхности от состава смазочно-охлаждающей жидкости (рис. 2)
Рисунок 2 – Объемный график зависимости шероховатости поверхности от состава смазочно-охлаждающей жидкости
Литература
1. Технологические свойства новых СОЖ для обработки резанием/ Под ред. М.И. Клушина. – М.: Машиностроение 1979.- С.86-87
2. Патент на изобретение №2005120918 от 4.07.05 «Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов» /М.Г. Серикова, М.В. Ржепишевский.