Исследование и выбор шлифовальных кругов на основе ППУ
Казакова А.В.,
Корелин Д.В.,
Новоселов В.Г.
Цель этого исследования состояла в том, чтобы определить наилучший вариант для диапазона четырех переменных: потребление мощности, расход круга, засаливаемость и стоимость.
На кафедре МОД УГЛТУ совместно с ЗАО УЦРНТ "Шлифполимер" (г. Кыштым) были разработаны и получены опытные образцы шлифовальных кругов на ППУ основе, а совместно с кафедрой станков и инструментов был разработан станок модели ШлПр для шлифования погонажных изделий с использованием шлифовальных кругов.
На данном станке проводились исследования опытных образцов шлифовальных кругов на ППУ основе, отличающихся характеристиками: твердость, зернистость, содержание абразива [1]. В частности изучались следующие параметры: стойкость кругов, их расход, качество шлифуемой поверхности. Определение сил резания: главная составляющая силы резания Fx и радиальная составляющая Fy проводились на лабораторной установке НГФ-110Ш 4. Исследования проводились с целью выявления оптимальной рецептуры компонентов ППУ и абразива.
Задачей исследование было определение наилучшего варианта круга по четырем переменным параметрам: засаливаемости, удельному расходу круга на 6м погонажа, мощности резания для срезаемого слоя высотой 0,025мм и стоимости. мощность шлифовальный сосновый
Для проведения экспериментов были отобраны строганные сосновые заготовки, как наиболее распространенная порода в производстве мебели. Шлифовальные круги устанавливались на станок и попеременно подавались заготовки длиной 1 м. При этом замерялся диаметр шлифовального круга до шлифования и после, разница показывала расход инструмента на 6 метров шлифуемой древесины. После каждого метра шлифованной древесины фиксировалось закаливаемость круга, и определялась стойкость инструмента. После шлифования, с помощью прибора ТСП-4 определялась шероховатость поверхности. Для определения мощности на резание измерялись силы резания, для чего на главном валу лабораторной установки кафедры станков и инструментов НГФ-110Ш 4 зажимался шлифовальный круг, а на стакане с тензорезисторами закреплялась заготовка. Для процесса шлифования устанавливались следующие параметры резания: скорость подачи заготовки 1м/мин, частота вращения шлифовального круга 800 мин-1. Шлифование проводили с изменением высоты шлифуемого слоя от 0 до 0, 075 мм. При данной высоте снимаемого слоя не наблюдалось засаливания инструмента.
Данные с тензодатчиков передавались на ПК и сигнал обрабатывался в специализированной программе LabVIEW. Далее данных импортировались в пакете Matlab, где проводилась предварительная обработка. Окончательная обработка, сравнение и построение графиков проводили в пакете Microsoft Excel. В таблице 1 приведены значения параметров, полученные в результате эксперимента.
|
Таблица 1 |
||||||||
|
Параметр |
номер круга |
|||||||
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
Экспертная оценка засаливаемости, t Наилучшему качеству соответствует показатель 1. |
3 |
4 |
1 |
3 |
1 |
2 |
1 |
|
|
Расход круга, D,мм |
0,83 |
0,1 |
0,67 |
0,2 |
0,13 |
0,1 |
0,27 |
|
|
Мощность на резание, P, Вт |
0,267427 |
0,240944 |
0,183171 |
0,068131 |
0,642322 |
0,071402 |
0,735893 |
|
|
Стоимость круга, С, руб. |
533 |
533 |
533 |
533 |
533 |
533 |
533 |
Для определения наилучшего из испытуемых образцов шлифовальных кругов была применена процедура дискретной оптимизации на пространстве исследуемых параметров. В качестве целевой функции принята сумма взвешенных рангов этих параметров
FJ(t,?D,P,C)=(бi*Rji)>min, (1)
где Rji - ранг i-того параметра j-того образца шлифовального круга; бi - вес i-того параметра.
Значения рангов i-того параметра j-того образца шлифовального круга из условия минимизации целевой функции вычислялись по формулам
Rji= min(Х ji)/ Х ji, (2)
где Х ji абсолютное значение i-того параметра j-того образца шлифовального круга.
Ранжированные параметры приведены в таблице 2, здесь же приведены весовые коэффициенты параметров, полученные экспертным путем.
Таблица 2
|
Параметр |
номер круга |
Весовой коэффициент |
|||||||
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|||
|
Экспертная оценка засаливаемости, t |
0,33 |
0,25 |
1 |
0,33 |
1 |
0,5 |
1 |
0,5 |
|
|
Расход круга, D,мм |
0,12 |
1 |
0,15 |
0,5 |
0,76 |
1 |
0,37 |
0,2 |
|
|
Мощность на резание, P, Вт |
0,255 |
0,283 |
0,372 |
1, 000 |
0,106 |
0,954 |
0,093 |
0,1 |
|
|
Стоимость круга, С, руб. |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,2 |
В таблице 3 приведены ранжированные значения параметров с учетом их весовых коэффициентов и значения целевой функции.
Таблица 3
|
Параметр |
№ круга |
|||||||
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
Экспертная оценка засаливаемости, t |
0,165 |
0,125 |
0,5 |
0,165 |
0,5 |
0,25 |
0,5 |
|
|
Расход круга, D,мм |
0,024 |
0,2 |
0,03 |
0,1 |
0,152 |
0,2 |
0,074 |
|
|
Мощность на резание, P, Вт |
0,025 |
0,028 |
0,037 |
0,100 |
0,010 |
0,095 |
0,009 |
|
|
Стоимость круга, С, руб. |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|
|
FJ(t,?D,P,C) |
0,414477 |
0,553277 |
0,767195 |
0,565 |
0,862607 |
0,745419 |
0,783258 |
На рис. 1 приведена объемная диаграмма ранжированных взвешенных параметров исследованных шлифовальных кругов.
Рис.1 - Объемная диаграмма ранжированных параметров шлифовальных кругов
Как следует из диаграммы, непосредственно по взвешенным ранжированным параметрам определить наилучший по своим свойствам шлифовальный круг невозможно.
На рис. 2 приведён график изменения целевой функции, представляющей сумму взвешенных рангов параметров исследованных шлифовальных кругов.
Рис.2 - График изменения целевой функции
Максимальное значение целевая функция приобретает у образца шлифовального круга №8, обладающего в соответствии с принятыми критериями и их весовыми коэффициентами наилучшим сочетанием исследованных параметров.
Библиография
1. Ветошкин Ю.И., Корелин Д.В., Казакова А.В., Михайлов В.Е. [Текст]/Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент ХХI века. Труды VI международного евразийского симпозиума / Под научной ред. М.В. Газеева - Екатеринбург, 2011.-389 с.