ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ПРИ СУДОРЕМОНТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЧИСТКИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ В МАГНИТНОМ ОТСТОЙНИКЕ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Рассматривается вопрос эффективности очистки смазочно-охлаждающих жидкостей, принимающих участие в технологических процессах обработки деталей при судоремонте. Одним из инструментов очистки является магнитный отстойник, обладающий высоким коэффициентом полезного действия при сравнительно низких затратах на эксплуатацию и обслуживание. Проведены лабораторные испытания магнитного отстойника по полнофакторному эксперименту с изменением определенных параметров с целью выявления показателя чистоты смазочно-охлаждающей жидкости при очистке от механических примесей. Получены зависимости, связывающие значение показателя чистоты смазочно-охлаждающей жидкости с технологическими и конструкционными параметрами магнитного отстойника. Выявлено влияние показателя чистоты смазочно-охлаждающей жидкости в магнитном отстойнике на шероховатость шлифованной поверхности образцов. При уменьшении концентрации механических примесей после очистки в магнитном отстойнике уменьшается параметр шероховатости поверхности образцов с 0,8 до 0,2 мкм. Определены наиболее рациональные параметры магнитного отстойника, при которых наблюдается оптимальная шероховатость поверхности при обработке коленчатого вала двигателя с применением смазочно-охлаждающей жидкости, очищенной в магнитном отстойнике. Приведена схема экспериментальной установки для определения эффективности очистки смазочно-охлаждающей жидкости от механических примесей в магнитном отстойнике, которая включает регулировочный трансформатор ЛАТР, понижающий трансформатор 220/12В, вольтметр, амперметр, блок выпрямительных диодов, магнитный отстойник. Отмечено, что погрешности представленных экспериментальных и расчетных зависимостей не превышали 10 %. Сделаны выводы, что очистка смазочно-охлаждающей жидкости в магнитном отстойнике до максимальных значений позволяет увеличить интервалы машинного времени между очистками круга до 70 %.

Ключевые слова:
магнитный отстойник, эффективность очистки, магнитное поле, концентрация механических примесей, смазочно-охлаждающие жидкости
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

 

Введение

При выполнении резания, выдавливания, прокатки, штамповки, сверления деталей и т. д. в процессе судоремонта часто используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), которые отводят теплоту от рабочего инструмента и заготовки и смазывают трущиеся детали. В общем случае использование СОЖ позволяет увеличить интенсивность технологического процесса, производительность труда и оборудования, сократить время постройки или ремонта судна [1]. В процессе эксплуатации СОЖ загрязняются стружкой, твердой пылью, посторонними маслами или микроорганизмами. Загрязнение может являться причиной снижения эффективности и качества обработки материалов, а также привести к поломке оборудования.

Основная сила, которая действует на частицы в отстойнике – гравитационная, но при наличии магнитного поля на частицы действуют и магнитные силы FМ притяжения и коагуляции [2]:

где μ0 = const = 4π ∙ 10–7 магнитная постоянная, Гн/м; χ – магнитная восприимчивость, о. е.; V – объем частицы, м3; H, gradH – напряженность магнитного поля и его градиент, А/м и А/м2 соответственно [3].

Под действием магнитных (кулоновских) сил частицы увеличиваются, образуя флокулы игольчатой структуры:

где M1, M2 магнитные массы частиц, (м2∙кг)/(с2∙А); μ – магнитная проницаемость среды, в которой находятся частицы; rрасстояние между частицами, м.

Одним из достоинств отстойника-осадителя является то, что он улавливает и магнитомягкие примеси. Этот тип магнитных отстойников получил наибольшее распространение как обеспечивающий высокую эффективность очистки при относительно небольших затратах на производство. Магнитные отстойники оснащены перегородками и немагнитными насадками [4] для того, чтобы дать всему загрязненному потоку пройти вблизи магнитного поля с высокой напряженностью.

Эффективность обработки материалов на судостроительных и судоремонтных предприятиях является одним из основных факторов развития отечественного судостроения. На основании этого целью настоящей работы является проведение опытно-промышленных испытаний с последующей оценкой результатов для определения наиболее рациональных параметров магнитного отстойника, при которых наблюдается оптимальная шероховатость поверхности при обработке коленчатого вала двигателя с применением СОЖ, очищенной в магнитном отстойнике.

 

Первый этап испытаний

На первом этапе проводились лабораторные испытания магнитного отстойника по полнофакторному эксперименту, варьируя определенными параметрами с целью выявления показателя чистоты СОЖ при очистке от механических примесей.

На рис. 1 приведена схема установки, при помощи которой проводились экспериментальные исследования по выявлению эффективности очистки СОЖ от механических примесей в магнитном отстойнике.

 

 

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для определения эффективности очистки СОЖ
от механических примесей в магнитном отстойнике:
TVпонижающий трансформатор 220/12В;

 1 – регулировочный трансформатор ЛАТР; 2 – вольтметр; 3 – амперметр;
4 – блок выпрямительных диодов; 5 – магнитный отстойник

 

Испытания проводились по общепринятой методике при следующих изменяемых параметрах: сила тока в обмотке электромагнита I = 5; 10; 15; 20; 25; 30 А. В качестве СОЖ использовали трехпроцентную эмульсию «Укринол-1» с концентрациями механических примесей: δвх = 0,25; 0,7; 1,0 г/л. Для значений входной концентрации δвх взяты средние гранулометрические характеристики примесей в СОЖ при шлифовании восстановленных коленчатых валов двигателей ЗИЛ. Скорость горизонтального движения СОЖ vп в начале отстойника принимали 9–12 мм/с. Предельное значение показателя чистоты δвых СОЖ в процессе эксплуатации принимаем равным 0,1 г/л. 

На первом этапе исследования проводились при количестве витков в обмотке электромагнита – 2 800. При этом СОЖ с концентрацией механических примесей δвх, равной 1,0 г/л, подавали в отстойник. Кроме того, в обмотке электромагнита изменяли величину силы тока I. После каждого изменения силы тока брали пробы очищенной СОЖ и определяли массовую концентрацию механических примесей согласно методике [5].

В результате эксперимента была получена зависимость, связывающая значение показателя чистоты СОЖ δвых с технологическими и конструкционными параметрами магнитного отстойника δвых = f (І, δвх) (рис. 2) [6].

 

 

Рис. 2. Зависимость показателя чистоты СОЖ от изменения тока в обмотке при δвх = 1 г/л

 

Методика вышеприведенного эксперимента реализовывалась для последующих заданных концентраций: δвх = 0,7 и 0,25 г/л. Результаты экспериментов представлены на рис. 3, 4.

 

 

Рис. 3. Зависимость показателя чистоты СОЖ от изменения тока в обмотке при δвх = 0,7 г/л

 

 

Рис. 4. Зависимость показателя чистоты СОЖ от изменения тока в обмотке при δвх = 0,25 г/л

 

Определенный практический интерес представляет эффективность очистки СОЖ от напряженности магнитного поля в отстойнике. Зависимость Э = f (Н) представлена на рис. 5.

 

 

Рис. 5. Зависимость эффективности очистки СОЖ
от напряженности магнитного поля в отстойнике

 

Погрешности приведенных экспериментальных и расчетных зависимостей не превышали 10 %. 

 

Второй этап испытаний

На втором этапе исследований проводились опытно-промышленные испытания эффективности абразивной обработки восстанавливаемых деталей с использованием очистки СОЖ в магнитном отстойнике.

Предпосылкой опытно-промышленных тестирований считалась необходимость увеличения производительности механической обработки [7]:

– наращиванием периода стойкости шлифовального круга и соответствующего сокращения количества его правок;

– методом изменения интенсивности режимов шлифования (изменением величины машинного времени);

– уменьшением затраты шлифовальных кругов и алмазных правящих инструментов.

При этом во всех случаях основным условием считается обеспечение требуемого свойства шлифованных деталей по ГОСТ 2789-73.

Условия абразивной обработки восстанавливаемых деталей требуют применения не только разных марок шлифовальных материалов, но и определенных размеров (зернистостей) основной фракции зерен (шлифзерно – 160–2 000 мкм; шлифпорошки – 40–125 мкм), а также разнообразие видов СОЖ, используемых при обработке деталей.

В связи с вышеобозначенным исследования проводились на круглошлифовальном станке модели 3А151, электрокорундовыми кругами зернистостью 40–100 мкм, твердостью СТ1 и размером 1 (ПП) 900 ´ 50 ´ 305, согласно требованиям ГОСТ 2424-83, обрабатывались образцы наплавленных шеек коленчатых валов автомобиля ЗИЛ из стали 45 ГОСТ 1050-88 твердостью 50–60 HRС. Смазочно-охлаждающую жидкость (двухпроцентную эмульсию «Укринол-1» – смесь минерального масла, эмульгаторов и ингибиторов коррозии) подавали свободно падающей струей (поливом), расход которой составлял 10–12 л/мин. Правку круга проводили алмазом в оправе (тип 037–3908, 1037–0,04–64). Величина припусков на механическую обработку и рекомендуемые режимы шлифования определялись расчетно-аналитическим методом. Измерения параметров шероховатости обработанных поверхностей производились с помощью профилографа – профилометра модели 201 и визуального анализа профиля на приборе МИС11. Оценка состояния поверхности круга производилась визуально с помощью микроскопа МИМ-6, оснащенного цифровой камерой.

В начале экспериментальных исследований производили предварительное (черновое) (tр = 0,03 мм) шлифование образцов после наплавки, обеспечивая величину шероховатости поверхности Ra = 1,6 мкм. Далее производили окончательное (чистовое) шлифование (tр = 0,005 мм). Требуемый параметр шероховатости поверхности детали составлял Ra = 0,32 мкм.

Анализ полученных результатов подтверждает, что при уменьшении концентрации механических примесей после очистки в магнитном отстойнике (с 1,0 до 0,01 г/л) уменьшается и параметр шероховатости поверхности образцов Rа с 0,8 до 0,2 мкм [8].

Влияние показателя чистоты СОЖ в магнитном отстойнике на шероховатость шлифованной поверхности образцов представлено на рис. 6.

 

 

Рис. 6. Зависимость параметра шероховатости образцов
от показателя чистоты СОЖ, г/л, в магнитном отстойнике:
1 – δвых = 0,01; 2 – δвых = 0,1; 3 – δвых = 0,4; 4 – δвых = 1,0

 

Влияние показателя чистоты СОЖ в магнитном отстойнике на количество шлифованных шеек коленчатого вала до правки круга представлено на рис. 7.   

 

Количество отшлифованных шеек, шт.

 

Показатель чистоты СОЖ, г/л 

        tр = 0,06 мм

 

 

Рис. 7. Влияние показателя чистоты СОЖ в магнитном отстойнике
на количество шлифованных шеек коленчатого вала (до правки круга)

 

Влияние уровня очистки СОЖ в магнитном отстойнике на производительность процесса шлифования коленчатого вала представлено на рис. 8.

 

Технологическое время шлифования, с

Количество отшлифованных шеек, шт.

 

δ вых = 0,05 г/л

δ вых = 0,3 г/л

1

2

 

 

Рис. 8. Влияние показателя чистоты СОЖ в магнитном отстойнике
на производительность процесса шлифования шеек коленчатых валов:
1 – машинное время; 2 – правка круга

 

При длительном шлифовании и снятии больших неравномерных припусков повышается концентрация механических примесей в СОЖ δвх, а значит, ухудшается параметр шероховатости. Кроме того, периодичность очистки шлифовального круга увеличивается, а это связано с повышением степени засаливания режущего инструмента. При этом параметр шероховатости обработанных поверхностей будет зависеть от уровня очистки СОЖ в магнитном отстойнике.

 

Заключение

Анализ полученных результатов подтвердил, что очистка СОЖ в магнитном отстойнике до максимальных значений согласно ГОСТ 50558-93 делает возможным увеличение интервалов машинного времени между очистками круга до 70 %. При этом непосредственно после очистки СОЖ шероховатость поверхности детали уменьшается от 50 до 30 %, что объясняется уменьшением степени засаливания шлифовального круга. Наиболее рациональная шероховатость поверхности (Ra = 0,32 мкм) при обработке коленчатого вала двигателя ЗИЛ с применением СОЖ, очищенной в магнитном отстойнике, достигается при следующих параметрах магнитного отстойника: длина отстойника L = 0,65 м; ширина отстойника А = 0,12 м; высота отстойника h = 0,45 м; число витков W = 2 800; ток в обмотке I = 23–25 А; мощность Р = 453 Вт.

 

Список литературы

1. Мусохранов М. В., Калмыков В. В., Логутенкова Е. В. Краткий обзор отделочных операций, применяемых для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин // Науч. альманах. 2015. № 10-3 (12). С. 183–186.

2. Худобин Л. В., Бабичев А. П., Булыжев Е. М. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием: справ. М.: Машиностроение, 2006. 544 с.

3. Зенкин Н. В., Варичкин И. А., Сорокин С. П. Анализ смазочно-охлаждающих жидкостей // Науч. альманах. 2016. № 4-3 (18). С. 82–85.

4. Zhukov V., Masyutkin E., Avdeyev B. The application of mathematical modeling for the development of devices as an example of viscous fluid purification from magnetic impurity // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. N. 177. P. 012015. DOI: 10.1088/1757-899X/177/1/012015.

5. Avdeyev B., Vyngra A., Bordiug A. Testing the efficiency of abrasive treatment of reconditioned parts using coolant cleaning in a magnetic sump // MATEC Web of Conferences. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2019. 2019. Vol. 298. P. 00115. URL: https://doi.org/10.1051/matecconf/201929800115 (дата обращения: 05.03.2020).

6. Вынгра А. В., Авдеев Б. А. Моделирование пуска электропривода компрессора судовой холодильной установки // Тр. Крылов. гос. науч. центра. 2019. Вып. 2. С. 143–151.

7. Черный С. Г., Чирков Д. В., Лапин В. Н. и др. Численное моделирование течений в турбомашинах. Новосибирск: Наука, 2006. 202 с.

8. Lyutov A., Kryukov A., Cherny S. et al. Modelling of a Francis Turbine Runner Fatigue Failure Process Caused by Fluid-Structure Interaction // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2016. Vol. 49. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/49/7/072012 (дата обращения: 05.03.2020).