CC BY
119
УДК 621.923
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ СОЖ ПРИ ШЛИФОВАНИИ
О. А. Василенко, А.В. Тюхта, Ю.В. Василенко
Рассмотрены способы подачи СОЖ, направленные на улавливание и нейтрализацию отходов шлифования и вредных паров при плоском шлифовании периферией круга. Представлены обоснование и оценка эффективности улавливающего свойства СОЖ, заключающегося в нейтрализации отходов шлифования в зоне резания и оцениваемого посредством предельной концентрации вредных веществ в рабочей зоне станка.
Ключевые слова: плоское шлифование, комбинированная подача СОЖ, функции СОЖ, улавливание отходов, экологичность.
В России, в условиях санкционного давления, предпринимаются практические шаги для подъема машиностроительного производства и его перевода на инновационный путь развития. Перестройка отечественного машиностроения является одной из важнейших государственных задач, включающей как производство новых машин и механизмов, так и модернизацию устаревших технологий, оборудования, оснастки и инструментального обеспечения. Ключевая роль принадлежит металлообработке, разработке прогрессивных методов изготовления деталей машин высокой конструктивной и технологической сложности. В этой связи в нашей стране ведутся активные научные исследования, направленные на совершенствование способов подачи смазочно-охлаждающей технологической жидкости (СОЖ) и применение различных видов энергетического воздействия на нее. Особенности применения СОЖ при абразивной обработке связаны со спецификой конструкции инструмента, с режимами и способом обработки. Основными действиями СОЖ являются: смазочное, охлаждающее, моющее, диспергирующее и антикоррозионное [1-3].
Общеизвестно, что шлифование сопровождается пылевыделением, интенсивность которого зависит от обрабатываемого материала, используемого абразивного инструмента и техники подачи СОЖ.
Пыль при шлифовании представляет собой аэродисперсную систему в которой дисперсионной средой является воздух рабочей зоны, а в дисперсную фазу входят взвешенные твердые частицы обрабатываемого материала, абразива и связки шлифовального круга, а также распыленная СОЖ [4].
При работе шлифовального станка пыли выделяется до 30 г/час на 1 кВт мощности разной дисперсности (от 0,1 до 200 мкм). Благодаря сравнительно быстрому оседанию крупных пылевых частиц (от 10 мкм и более) обычно в воздухе производственных помещений преобладают пылевые частицы до 10 мкм, причем 70...90 % из них составляют частицы размером до 5 мкм [4, 6].
На основании развития в последнее время техники подачи СОЖ, актуально выделить новое функциональное свойство СОЖ - улавливающее, которое заключается в снижении концентрации вредных веществ в рабочей зоне оператора станка за счет нейтрализации факела отходов шлифования и аэрозолей дезинтеграции и конденсации из зоны резания путем их физического улавливания и отвода технологической жидкостью.
Численно улавливающее действие СОЖ возможно оценить через безразмерный коэффициент улавливания ц по формуле
К
т=-,
ПДК
где К - концентрация вредного вещества в рабочей зоне, мг/м ; ПДК - предельно допустимая концентрация вредного вещества в рабочей
3
зоне, мг/м .
Улавливающее действие СОЖ определяется техникой ее подачи и считается удовлетворительным при значении коэффициента ц £1, причем, чем меньше это значение, тем эффективнее улавливающее действие СОЖ.
Одним из самых распространенных опасных веществ, выделяющихся при шлифовании, является диоксид кремния (8Ю2), поступающий из зоны резания в виде аэрозолей дезинтеграции и конденсации и составляющий до 70 % от общей массы пыли, что характерно для операций шлифования с применением кругов на керамической связке. Диоксид кремния относится к 3-му классу опасности [5], его ПДК в рабочей зоне составляет 2 мг/м [6]. Поэтому эффективность улавливающего действия СОЖ возможно оценивать по эффективности улавливая 8Ю2 [4].
Известно более 2000 различных способов подачи СОЖ. Систематизируя их, было выделено 30 основных способов, значительное число их разновидностей и комбинаций. В 2002 году был разработан новый основной способ подачи СОЖ — заградительный, предназначенный для борьбы с факелом отходов, направленно движущимся из зоны резания и являющимся основным источником загрязнений в рабочей зоне шлифовщика (рис. 1) [7].
Под рабочей зоной оператора станка понимается пространство высотой до 2 м над уровнем пола, на котором находится место постоянного пребывания рабочего, на котором он находится большую часть своего рабочего времени (более 50 % времени или более 2 ч непрерывно) [1, 4].
В заградительном способе подачи СОЖ улавливанию факела шлифования отводится основное значение, что достигается посредством вертикального расположения сопла для подачи СОЖ за зоной обработки так, что на пути факела создается заградительная штора из жидкости [7]. Улавливающее действие СОЖ удовлетворительное: ц »0,75.
Однако при заградительном способе не обеспечивается эффективная реализация СОЖ других своих действий, что создало
предпосылки к разработке в 2012 году комбинированного способа подачи СОЖ с применением заградительного способа (рис. 2) [8].
Сущность способа заключалась в том, что зону обработки по периметру полностью окружаются шторами из СОЖ, а за счет наклона этих штор в зоне резания создается ванна из технологической жидкости. Вследствие этого весь шлам, вылетающий из зоны резания, полностью и гарантированно улавливается защитными шторами из СОЖ, а в самой зоне резания создается ванна из технологической жидкости.
Рис. 1. Устройство заградительного способа подачи СОЖ: 1 - круг шлифовальный; 2 - корпус защитного кожуха; 3 - заготовка; 4 - сопло; 5 - струя СОЖ; 6 - факел отходов шлифования
банна из СОЖ
Рис. 2. Устройство комбинированной подачи СОЖ: 1 - деталь; 2 - шлифовальный круг; 3 - защитный кожух; 4 - сопла; 5 - трубопровод; 6 - штора из СОЖ; 7 - ванна из СОЖ; 8 - манометры;
9 - вентили
Уловленные частицы шлама смываются в систему очистки СОЖ станка за счет проточности ванны [9]. Улавливающее действие СОЖ при таком комбинированном способе подачи СОЖ значительно выше: ц »0,3.
217
Однако, как показала опытная эксплуатация, устройство, реализующее такой комбинированный способ подачи СОЖ имело ряд недостатков: повышенный расход СОЖ, низкая эффективность при шлифовании конструктивно сложных деталей, повышенные энергозатраты системы подачи СОЖ станка.
В 2014 году данный способ доработан с учетом применения гидроаэродинамического способа подачи СОЖ и разработано новое устройство комбинированной подачи СОЖ (рис. 3).
2
Рис. 3. Новое устройство комбинированной подачи СОЖ при плоском шлифовании периферией круга: 1 - трубопровод; 2 - кожух станка;
3 - устройство комбинированной подачи СОЖ; 4 - стол магнитный;
5 - штора из СОЖ
Устройство представляет собой моноблок, крепящийся к защитному кожуху 2 станка, к нему присоединяются трубопроводы 1, обеспечивающие подачу СОЖ [10]. Сама жидкость образует заградительный контур 5, меньшего периметра, чем в предшествующем устройстве. В конструкции устройства предусмотрен механизм регулировки положения при износе или после правки инструмента.
В нижней части устройство снабжено рядом нерегулируемых сопел 1-7, (рис. 4), за счет которых, вокруг зоны резания, формируется сплошная заградительная штора из СОЖ, улавливающая все отходы шлифования и пары СОЖ.
За счет комбинации не менее 6 основных способов подачи (поливом в зону обработки, поливом вне зоны обработки на периферию круга и на заготовку, шлифование в среде СОЖ, гидроаэродинамический, заградительный) нейтрализуется негативное влияние периферийных воздушных потоков на действие СОЖ, а, при контакте круга с заготовкой, мгновенно в зоне резания формируется проточная динамическая пространственная ванна из технологической жидкости [10].
На данный момент представленное устройство находится в стадии лабораторных испытаний, по предварительному анализу улавливающее действие СОЖ составит: ц »0,25.
Рис. 4. Конструктивные особенности нового устройства комбинированной подачи СОЖ: 1 - сопло тыльное; 2 - сопло конструктивное; 3 - сопло фронтальное; 4-7 - сопла контурные
Несмотря на все вышесказанное, следует учитывать, что не для всех СОЖ реализация улавливающей функции допустима, так как интенсивное попадание раскаленных отходов из зоны резания в СОЖ интенсифицирует ее испарение и нагрев, способно резко изменить ее состав и структуру [11], поэтому в каждом конкретном случае процесс улавливания требует взвешенного подхода.
Список литературы
1. Носенко В. А., Носенко С.В. Технология шлифования металлов / Старый Оскол: ТНТ, 2013. 616 с.
2. Кудряшов Е.А., Смирнов И.М., Яцун Е.И. Инструментальное обеспечение процессов чистового точения конструктивно сложных поверхностей деталей резцами из композита // Материалы МНПК «Актуальные проблемы в машиностроении». Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014, С. 42-48.
3. Василенко Ю. В. Современное состояние техники подачи СОЖ при шлифовании // Справочник. Инженерный журнал. 2005. №4. С. 29-34.
4. Василенко О. А., Тюхта А.В., Василенко Ю.В. Оценка эффективности улавливающего действия СОЖ при шлифовании // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2015. №4. С. 87-92.
5. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. М.: Стандартинформ. 2007. 7 с.
6. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы. ГН 2.2.5.686-98» (утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 04.02.1998 №4). М.: Минздрав России, 1998. 15 с.
219
7. Василенко, Ю.В. Совершенствование техники применения СОТЖ при плоском шлифовании на основе закономерностей ее поведения в рабочей зоне: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.02.08; БГТУ. Брянск. 2002. 24 с.
8. Ардашев Д.В. Прогрессивные инструменты и технологии шлифования: коллективная монография. / Д.В. Ардашев, Ю.В. Василенко, В.Г. Гусев [и др.]; под ред. А.В. Киричека. М.: Издательский дом «Спектр», 2013. С. 264-307.
9. Тюхта А.В., Подмастерьев К.В., Василенко Ю.В. Технологическое обоснование и оценка эффективности комбинаторного способа подачи СОТС // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2012. №5. С. 15-22.
10. Теоретическое обоснование развития комбинированной техники подачи СОЖ при плоском шлифовании периферией круга / О.А. Василенко, В.Г. Семенов, А.В. Тюхта [и др.] // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. № 5. С. 72-78.
11. Полянсков, Ю.В. Повышение эффективности операций шлифования путем стабилизации свойств СОЖ: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.02.08. М.: Станкин. 1989. 34 с.
Василенко Ольга Аркадьевна, асп., [email protected], Россия, Орел, Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева,
Тюхта Антон Владимирович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Орел, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева,
Василенко Юрий Валерьевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Орел, Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева
THE EFFECTIVENESS OF COOLANT IN GRINDING O.A. Vasilenko, A.V. Tyuhta, Y.V. Vasilenko
The methods of coolant designed to capture and neutralization of waste grinding and noxious fumes at flat grinding wheel periphery. Presented study and evaluation of the functional properties of the new coolant — catcher, is to neutralize the waste grinding and cutting zone is estimated by limiting the concentration of harmful substances in the working area of the machine.
Key words: surface grinding, combined coolant, coolant function, capturing waste ecological treatment.
Vasilenko Olga Arkadievna, postgraduate, [email protected], Russia, Orel, Orel State University named after I.S. Turgenev,
Tyuhta Anton Vladimirovich, candidate of technical science, docent, anto-ha [email protected], Russia, Orel, Orel State University named after I.S. Turgenev,
Vasilenko Yuri Valerievich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Orel, Orel State University named after I.S. Turgenev
