Пути повышения качества и эффективности использования конструкционных материалов.

Снижение энергетических затрат при обработке заготовок резанием является актуальной проблемой современного машиностроения. Создание нового и повышение энергоэффективности действующего металлорежущего оборудования должно основываться на методах сокращения потерь энергии по цепи: электрическая сеть преобразователь электрической энергии в механическую трансмиссия зона резания. Учитывая различную природу явлений, протекающих в звеньях приведённой цепи, целесообразно решать задачу повышения энергоэффективности в три последовательные стадии:

- внедрение экономичных методов преобразования электрической энергии в механическую;

- внедрение экономичных методов транспортирования механической энергии в зону резания;

- внедрение экономичных условий и параметров реализации процесса резания.

Для теории резания представляет интерес третья часть. Именно работа резания определяет, в конечном счёте, количество энергии, потребляемой двигателями станка из электрической сети, а также нагрузочные потери в трансмиссии. Поэтому решение поставленной задачи следует начинать с конечного звена – с установления оптимальных условий реализации процесса резания [2].

Величина энергозатрат при резании определяется, прежде всего, видом и физико-механическими свойствами обрабатываемого материала. В большинстве случаев обрабатываемый материал задан чертежом детали, вследствие чего является для системы резания неуправляемым фактором.

Кроме свойств материала на величину работы резания влияют: состояние поверхностного слоя заготовки, площадь срезаемого слоя, вид и свойства инструментального материала, геометрические параметры режущей части инструмента, элементы режима резания, наличие и характеристики СОТС, другие условия реализации процесса резания, которые все вместе образуют совокупность управляемых параметров. Как известно, значения управляемых параметров любой системы, в том числе – системы резания, следует определять на основе методик оптимизации.

Общепризнанна перспективность использования энергетических критериев оптимизации условий обработки, поскольку они характеризуют физическую природу явлений, происходящих в зоне контактирования инструментального и обрабатываемого материалов, имеют устойчивые функциональные связи с управляемыми параметрами системы резания. В качестве энергетического показателя встречается удельная энергоёмкость (удельные энергозатраты, удельная работа) процесса резания, определяемая отношением величины работы, совершаемой режущим инструментом за время рабочего хода, к объёму срезаемого слоя. Исследовано влияние входных (неуправляемых и управляемых) параметров системы резания на удельную энергоёмкость, построены алгоритмы оптимизации распространённых методов механической обработки. Наряду с достоинствами критерия минимальной удельной энергоёмкости процесса резания следует привести ряд недостатков, обнаруженных при применении вышеупомянутых методик оптимизации. Во-первых, удельная энергоёмкость является размерным показателем и не позволяет определить, какая часть энергии расходуется непосредственно на деформацию и (или) разрушение единицы объёма срезаемого слоя, либо образование единицы площади новых поверхностей детали (полезная составляющая), а какая часть энергии затрачивается на механические и физико-химические явления, неизбежно сопровождающие стружкообразование. Во-вторых, используя показатель удельной энергоёмкости, затруднительно сопоставлять уровень энергии, развиваемой в технологической системе, с предельным энергетическим состоянием обрабатываемого материала, определяемым его свойствами. В-третьих, удельная энергоёмкость процесса резания пропорциональна мощности резания, при этом сила и мощность резания полагаются постоянными в течение времени рабочего хода, что справедливо только для стационарного резания и встречается редко.