Экологический критерий технологического процесса

Экологическое воздействие на окружающую среду оказывают не только физические процессы, действующие при операции (например, токарной, фрезерной и т.д.), но и работа основного и вспомогательного технологического оборудования, к которому можно отнести работу станков, промышленных роботов, различного вида приводов, контрольно-измерительных машин, электрооборудования, средств вычислительной техники и т.д.

Целесообразно выделить два вида загрязнений:

• возможные виды загрязнений, возникающие от способа обработки Fu;
• возможные виды загрязнений, возникающие непосредственно от работающего оборудования Fv.

Для количественной оценки целесообразно проводить анализ экологического состояния среды по каждому критерию Fu или Fv полученной для обработки партии деталей-представителей.

При создании экологически «чистых» технологических процессов необходимо минимизировать значение критериев F min или использовать эти критерии в качестве ограничений при оптимизации.

Постановка задача состоит в минимизации функции стоимости.

Учитывая, что поставленная задача представляет собой задачу большой размерности, целесообразно осуществлять ее решение, минимизируя воздействие ТО на окружающую среду на каждом этапе проектирования всего жизненного цикла изделия путем принятия рациональных конструкторско-технологических решений.

Задачи оптимизации для определения режимов резания рассмотрены в работах Ю.М.Соломенцева, В.Г.Митрофанова, С.А.Тимашева, В.К.Старкова , Э.В.Рыжова, В.И.Аверченкова, в которых излагаются основные положения для решения оптимизационных задач, формулируются целевые функции, ограничения и методы их решения.

В процессе резания в зоне контакта инструмент-заготовка происходят сложные процессы, вызванные пластической деформацией, наличием внешнего и внутреннего трения, изнашиванием и разрушением поверхностей, которые приводят к значительному выделению теплоты.

Согласно данным возникает три основных источников теплоты.

Первый – это механическая работа, затраченная на пластическую деформацию и разрушение материала в процессе стружкообразования.

Второй – работа сил трения на передней поверхности лезвия резца.

Третий – работа сил трения по задней поверхности.

Реализация технологического процесса во многих случаях с учетом образования теплоты осуществляется при применении смазочноохлаждающих жидкостей (СОЖ), обеспечивающих отвод теплоты и тем самым способствующих увеличению стойкости инструмента, повышению производительности и качества обработки.

За время работы инструмента часть теплоты q₁ идет на нагрев стружки и уносится из зоны резания, материал резца является проводником второго потока q₂ отводимой теплоты, часть теплоты q₃ проникает в материал обрабатываемой заготовки и нагревает ее.

Часть теплоты q₄ отводится из зоны резания в окружающую среду. При резании всухую теплота отводится в окружающую воздушную среду излучением. При использовании СОЖ часть теплоты отводится в окружающую среду путем нагрева и парообразования охлаждающей жидкости.

СОЖ является одним из важных факторов загрязнения среды как твердыми и жидкими фракциями, вызванными разрушениями поверхностей, так и газообразными, получаемыми вследствие разложения компонентов СОЖ под воздействием температуры.

Задача оптимизации механической обработки с учетом термодеструкции продуктов разложения СОЖ под воздействием температуры, возникающей в зоне резания, решается на основе рассмотрения контакта инструмент-заготовка.