Введение к работе
Актуальность темы. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) являются неотъемлемым элементом технологического обеспечения операций механической обработки, эффективность которых в значительной степени определяется составом и чистотой применяемых СОЖ.
Общепризнана необходимость очистки СОЖ от механических примесей, способствующей повышению производительности обработки и стойкости режущих инструментов. Известно множество очистителей СОЖ, однако по-прежнему актуальна проблема обеспечения высокого качества и производительности очистки, поскольку эффективность современных технических средств очистки СОЖ от различных загрязнений (примесей), в том числе от ферромагнитных частиц, недостаточна в свете современных требований к технико-экономической эффективности операций механической обработки.
Для очистки водных СОЖ от ферромагнитных частиц предлагается разработать новый вид очистителей - многорядные кассетные патронные магнитные сепараторы (КПМС) и построенные на их основе технологические системы, обеспечивающие необходимое качество очистки СОЖ при минимальной стоимости аппаратов.
В связи с вышеизложенным тема настоящей диссертационной работы, посвященной разработке и исследованию высокоэффективных в технологическом и экономическом отношениях многорядных КПМС для очистки водных СОЖ на операциях механической обработки, является актуальной.
Автор защищает: 1. Комплекс многофакторных математических моделей очистки водных СОЖ в КПМС, обеспечивающих расчет критериев качества очистки СОЖ от ферромагнитных примесей и учитывающих аддитивный и си-нергетический механизмы осаждения ферромагнитных частиц в магнитном поле, конструктивные параметры КПМС, скорость движения СОЖ при очистке, физико-химические свойства разделяемых при очистке фаз, дисперсность механических примесей и их концентрацию в очищаемой СОЖ.
Результаты численных и натурных экспериментальных исследований эффективности очистки водных СОЖ от ферромагнитных частиц в КПМС, выявленные зависимости критериев качества очистки от условий выполнения операций механической обработки и конструктивных параметров КПМС, способность многорядных КПМС адаптироваться к изменению исходных условий, а также к отказам одного или одновременно нескольких рядов магнитных патронов.
Результаты экспериментальных исследований технологической эффективности операций круглого наружного шлифования периферией круга с применением СОЖ, очищенной в КПМС: зависимости параметров шероховатости Ra, Rz и 5/72, коэффициента шлифования Кт и критической бесприжоговой подачи VsKp от режима очистки и конструктивных параметров сепаратора.
Методики расчета, проектирования и оптимизации одно- и многорядных КПМС в зависимости от условий выполнения операций механической обработки.
Рекомендации по выбору конструктивных параметров КПМС и скорости движения СОЖ при очистке в зависимости от условий выполнения операций механической обработки.
Цель работы. Повышение эффективности операций механической обработки на основе разработки и применения КПМС для очистки водных СОЖ. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1. Разработан комплекс многофакторных математических моделей очистки
водных СОЖ в КПМС с учетом его конструктивных параметров, производи
тельности очистки, физико-химических параметров очищаемой СОЖ и удаляе
мых ферромагнитных примесей.
2. Проведены натурные и численные экспериментальные исследования
влияния исходных условий выполнения операций механической обработки на
эффективность очистки СОЖ в КПМС (на примере шлифовальных операций).
3. Разработаны методики расчета, проектирования и оптимизации КПМС.
Проведены натурные и численные экспериментальные исследования влияния отказов одного или одновременно нескольких рядов магнитных патронов на работоспособность КПМС.
Разработаны рекомендации по расчету и проектированию одно- и многорядных КПМС.
Опытно-промышленными испытаниями и опытом эксплуатации в промышленности подтверждена эффективность КПМС на операциях механической обработки.
Научная новизна. 1. Разработан комплекс многофакторных математических моделей, обеспечивающих расчет критериев качества очистки водных СОЖ от ферромагнитных примесей в КПМС. Модели учитывают конструктивные параметры КПМС - диаметр магнитных патронов, расстояние между ними и количество рядов патронов; скорость движения СОЖ в рабочем зазоре; коэффициент динамической вязкости и температуру СОЖ; граничную концентрацию механических примесей при аддитивном осаждении; дисперсный состав механических примесей в очищаемой СОЖ.
2. Получены математические модели, характеризующие влияние условий
выполнения операций механической обработки на эффективность очистки СОЖ в
одно- и многорядных КПМС и длительность непрерывной очистки СОЖ до реге
нерации КПМС, способность к адаптации многорядных КПМС при изменении
исходных условий, а также при отказах одного или одновременно нескольких ря
дов магнитных патронов.
3. Разработана методика расчета удельных капитальных вложений на единицу про
изводительности КПМС и оптимизации конструкции одно- и многорядных сепараторов.
Практическая ценность и реализация работы. Разработан программно-информационный комплекс для исследования технологической эффективности операций механической обработки, выполняемых с применением водных СОЖ, очищенных в одно- и многорядных КПМС.
Разработаны алгоритмы расчета и методики проектирования одно- и многорядных КПМС, а также рекомендации по выбору конструктивных параметров КПМС и режима очистки.
Разработаны новые схемотехнические решения и конструкции высокоэффективных и экономичных КПМС и систем очистки водных СОЖ от ферромагнитных примесей (патенты № 2317130, 23171131, 2351384, 55299, 55362, 55629, 57269,
63356). Новые конструкции КПМС внедрены в производство ЗАО «Кардан» (г. Сызрань), ОАО «НЛМК» (г. Липецк), ОАО «ВАЗ» (г. Тольятти), ЗАО «Орский завод компрессоров» (г. Орск). Суммарный годовой экономический эффект от внедрения систем очистки СОЖ составил 20 030 тыс. руб.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях УлГТУ в 2004 - 2008, 2011 гг., на VI и VII Конгрессах прокатчиков в 2005 и 2007 гг., на всероссийской научно-технической конференции «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» (Ростов-на-Дону, 2008), на научно-техническом семинаре кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ в 2007, 2010 и 2011 гг., а также на заседании научно-технического совета машиностроительного факультета УлГТУ в 2012 году. Разработки удостоены серебряной медали на международной выставке изобретений, технологий и продукции в г. Женеве в 2006 году, экспонировались на выставках «Металлообработка-2006», «Металлообработка-2007» в г. Москве.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе одна монография и 4 публикации в рецензируемых изданиях из перечня ВАК, получены 3 патента на изобретения и 5 патентов на полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (188 наименований) и 7 приложений, включает 206 страниц машинописного текста, в том числе 24 таблицы и 100 рисунков.
