а) б)
Рис. 4.15. Визуализация результатов моделирования:
а – в виде матрицы сетки; б – в виде сплайновой поверхности
5. Анализ результатов математического моделирования
С помощью созданной программы (см. главу 4) можно быстро и без особых затруднений получать модель геометрии поверхности, при задании параметров обработки.
Исходными данными для расчетов являются:
· D – диаметр обрабатываемой детали, мм;
· L – длина рассчитываемого участка, мм;
· a1, a2 – углы максимального отклонения оси инструмента относительно горизонтали, град;
· n – частота вращения детали, об/мин;
· w – частота колебания инструмента, Гц;
· Кz – число совершаемых оборотов;
· Ki – количество инструментов;
· Dx, Dy – шаг вычислений по оси Х, по оси У.
Основным фактором, влияющим на геометрия получаемого микрорельефа является отношение – 60×w/n (количество колебания за один оборот). Чем больше значение данного отношения, тем больше канавок образуется на обработанной поверхности, при этом если в это значение – целое число, геометрия микрорельефа формируется уже на первом обороте детали, при остальных оборотах инструмент будет проходить по той же траектории обработки, что и при первом. Если отношение 60×w/n – иррациональное число, то инструмент с каждым новым оборотом в процессе обработки будет проходить по новой траектории, в результате чего с увеличением числа оборотов геометрия обработанной поверхности будет стремится к гладкому цилиндру.
Углы a1, a2 прямо пропорционально влияют на глубину канавок, при этом если эти углы неравны друг другу, на поверхности формируется микрорельеф с канавками разной глубины (см. рис. 4.15).
В предыдущих главах была показана эффективность использования в качестве финишной обработки манжетных шеек валов обработку широким выглаживателем с нанесением микрорельефа. Поэтому в результате реализации научных иследований предлагается изменить существующий технологический процесс обработки сальниковых шеек, и внедрить в качестве финишной операции отделочно-упрочняющую обработку методом ППД, в результате которой помимо упрочнения на поверхности будет создаваться микрорельеф с необходимыми геометрическими показателями.
В результате анализа математического моделирования процесса обработки можно предъявить следующие технические требования к оборудованию, которое могло бы осуществлять процесс обработки всех сальниковых шеек автомобилей ВАЗ:
· мощность главного привода 15 кВт;
· частота вращения шпинделя 60…240 об/мин;
· частота колебания инструмента 5…50 Гц (рациональнее, если частота колебания инструмента зависит от частоты вращения детали, т.е. как количество колебаний за оборот детали);
· амплитуда колебания инструмента ± 10°;
· сила прижатия инструментов 5000…12500 Н;
· расстояние между двумя инструментами в нерабочем состоянии регулируется от 20…100 мм;
· расстояние между центрами регулируется от 50…500 мм;
Цикл процесса обработки должен осуществляться в следующей последовательности: придание вращение детали; наложение колебаний на инструмент; подвод инструментов; постепенное увеличение силы прижатия инструментов до необходимой; совершение необходимых оборотов детали; плавное уменьшение силы прижатия; отвод инструментов; останов вращения детали.
7. Безопасность и экологичность проекта
Финишная операция обработки, сальниковых шеек коленчатого вала: в первоначальном варианте данная операция заключалась в полировании лентой шеек код манжетное уплотнение. Целью дипломного проекта является углубленное исследование методов обработки ППД и обоснование преимуществ в их использовании перед абразивными обработками. Так как в рассматриваемом случае станок сохраняется (идет только замена нескольких узлов, а не всего станка), то организация рабочего места не изменяется. Станок является звеном автоматической линии, поэтому не требует постоянного наблюдения и управления, а требует лишь осуществлять по необходимостизамену инструмента (в первоначальном варианте замена полировальной ленты, после модернизации замена выглаживателей) и периодический контроль для предотвращения случайных непредвиденных сбоев. Данные функции выполняет наладчик (рабочий-оператор, как следует из вышесказанного не требуется).
При обработке абразивной лентой имеет место образование пыли из частиц ее износа. В результате чего воздух рабочей зоны имеет неблагоприятный химический состав, так как мелкодисперсная абразивная пыль находясь в парах СОЖ остается в взвешенном состоянии в воздухе. При этом, данная пыль оказывает на организм фиброгенное действие, вызывая раздрожение слизистых оболочек дыхательных путей и оседая в легких, практически не попадая в круг кровообращения вследствие плохой растворимости в биологических средах (крови, лимфе). Действие вредных воздушных веществ (абразивной пыли) в условиях высоких температур, шума и вибраций (данные факторы имеют место в рассматриваемом случае) значительно углубляется, хотя количественную оценку этого явления в настоящее время дать трудно. Так, при высокой температуре воздуха расширяются сосуды кожи, усиливается потоотделение, учащается дыхание, что ускоряет проникновение вредных веществ в организм.
Процесс обработки сопровождается обильной подачей СОЖ, которая в свою очередь имеет тенденцию разбрызгиваться и при отладке станка наладчиком, может попадать на его тело,вызывая слабое раздражение кожного покрова рабочего, негативные эмоции,ненормативную лексику рабочего, последняя в свою очередь отвлекает других рабочих.
В процессе обработки в зоне резания (полирования) происходит интенсивное тепловыделение, что приводит к испарению СОЖ. Вдыхание паров СОЖ может вызвать легкое отравление. Опасность отравления масляными парами сильно увеличивается, если в нем содержатся сернистые соединения. При наличии серы и масла могут создаться условия для образования сероводорода (Н2S), который вызывает отравление с молниеносной потерей сознания. Также следует отметить, что из-за больших температур в зоне резания происходит задымленность окружающей среды.
Также из-за обильного применения СОЖ в районе станка при измерении можно наблюдать увеличение влажности воздуха, что неблагоприятно сказывается на состоянии здоровья человека.
Так как производство массовое, очевидно, что станки, на которых осуществляется операция полирования, имеют повышенную мощность (примерная мощность двигателя главного привода 15 кВт) для увеличения скоростей резания, а следовательно и производительности. Необходимо также учесть и большое количество функцианируемыхузлов станка (автоматические базирующие и зажимные устройства, автоматические устройства загрузки и разгрузки заготовки, датчики активного контроля). Все это приводит к усложнению электропроводки и увеличению потребляемой электроэнергии станка. Электрический ток представляет опасность для рабочего. Основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока следующие: случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением; появления напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования в результате повреждения изоляции и других причин; возникновения шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода на землю. Проходя через организм, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действия. Термическое действие выражается в ожогах отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов и других тканей. Электролитическое действие выражается в разложении крови и других органических жидкостей, что вызывает значительные нарушения их физико-химических составов. Биологическое действие является особым специфическим процессом, свойственным лишь живой материи. Оно выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма (что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц), а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и теснейшим образом связанных с его жизненными функциями. В результате могут возникнуть различные нарушения в организме, в том числе нарушение и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения. Раздражающее действие тока на ткани организма может быть прямым, когда ток проходит непосредственно по этим тканям, и рефлекторным, т. е. через центральную нервную систему, когда путь тока лежит вне этих тканей.