CC BY
6
УДК621.923.01
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ УПЛОТНЕННЫМ ШЛИФОВАЛЬНЫМ МАТЕРИАЛОМ
М. Ю. Ломакин, В. А. Скрябин
EXPERIMENTAL INSTALLATION FOR RESEARCH OF TREATMENT OF FIGURINE DETAILS BY THE CONDENSED GRINDING MATERIAL
M. Y. Lomakin, V. A. Skryabin
Аннотация. Рассмотрены схема, описание работы и основные технические параметры экспериментальной установки для исследования процесса обработки слож-нопрофильных деталей из труднообрабатываемых литейных сплавов статически уплотненным шлифовальным материалом. Приведена приборная база, применяемая для оценки шероховатости обработанной сложнопрофильной поверхности детали.
Ключевые слова: экспериментальная установка, процесс обработки, литейные сплавы, шлифовальный материал, шероховатость.
Abstract. In the article a chart, description of work, and basic technical parameters of the experimental setting, is considered for research of treatment of profilecomposite details from hard-processing casting alloys statically close-settled polishing material. The device base over, applied for the estimation of roughness of a treat surface of detail, is brought.
Key words: the Experimental setting, process of treatment, casting alloys, material, roughnes.
В результате проведенных однофакторных экспериментов были определены интервалы изменения давления абразивной среды на обрабатываемую поверхность детали, а также скорости резания, при которых обеспечивается высокая производительность и качество финишной обработки, а также исключается появление прижогов вследствие перегрева детали. Полученные результаты послужили основой при проведении исследований производительности и параметров шероховатости процесса обработки в уплотненной мелкодисперсной абразивной среде.
Исследования производительности обработки лопастей колеса турбины осуществлялись на экспериментальной установке, схема и общий вид которой показаны на рис. 1, 2 соответственно.
Вся установка жестко закреплена на столе вертикально-сверлильного станка и соединена с его шпинделем. Работа такого устройства осуществляется следующим образом. Обрабатываемую деталь 2 закрепляют на оправке 3, которая устанавливается на вал ротора 10. Перемещение оси оправки относительно оси ротора обеспечивается шарнирным поводком 9 с шариками 8. Ротор помещают в камеру 7 с эластичными стенками 6, заполненную абразивной средой 5, и сообщают ему вращение со скоростью ю = V / (E + R) . Максимальная величина угловой скорости, как показали проведенные исследования, составила 10 рад/с. В кольцевую полость камеры 4 подают сжатый воз-
дух под давлением, в результате чего рабочая среда 5, состоящая из абразивных зерен и смазывающей охлаждающей жидкости, уплотняется и точно копирует форму погруженного в нее профиля детали. Камере 7 посредством зубчатой передачи 1 сообщается вращательное движение от приводного вала 11. При этом она совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения, перемещаясь относительно неподвижных кулачков 13, входящих в зацепление с кулачковой прорезью 14 камеры. Для уменьшения нагрузки на кулачки используется демпфирующая пружина 12.
10 СО
Рис. 1. Схема установки, реализующей способ обработки
Время выравнивания давления (заполнения возникшего зазора между поверхностью детали и абразивной средой) зависит от инерционности среды. Для эффективной обработки всего контура, имеющего отклонение от кругло-сти, требуется обеспечить равномерную интенсивность воздействия на все его точки. Для этого необходимо определить эксцентриситет Е оси оправки относительно оси ротора. Согласно [1] эксцентриситет определяется следующим образом (см. рис. 1):
Е = 0,5В - г,
где В - диаметр описанной окружности детали, м-10-3; г - радиус смещения, м-10-3.
Необходимо отметить, что угловую скорость выбирают в зависимости от твердости материала детали. Однако при высокой угловой скорости вращения детали этого недостаточно, чтобы гарантировать равномерность обработки всего контура. В таком случае на качество обработки начинает оказывать влияние даже незначительное отклонение контура от круглости, а инерционность абразивной среды не позволяет уменьшить время выравнивания давления до определенной величины.
Процесс обработки протекает стабильно при условии непрерывного контактирования абразивной среды и участка контура в течение времени, которое необходимо для оборота вокруг собственной оси ротора с деталями (или большего времени). Эксперименты с использованием лопастей колеса турбины свидетельствуют, что ударный характер взаимодействия поверхности кулачка и уплотненной абразивной среды не проявляется при ограничении угловой скорости ротора в пределах 10 рад/с, скорости возвратно-поступательного движения относительно оси вращения детали ¥п = (0,1...0,5) • 10-3 м/с и применении самоустанавливающейся эксцентриковой оправки.
Изменение величины подводимого давления сжатого воздуха осуществлялось редукционным пневмоклапаном 122-12-У4, ГОСТ 18468-79. Регистрация давления осуществляется манометром МВТПСд - 100 - ОМ - 2, ГОСТ 12733-79 с ценой деления 0,005 МПа.
Описанная экспериментальная установка [2] позволяет обрабатывать колеса турбин. Образцы деталей для исследования производительности и шероховатости обработки приведены на рис. 2. Образцы изготавливались из жаропрочного труднообрабатываемого литейного сплава ЖС6К твердостью 40.45 ИЯС и исходной шероховатостью поверхности Яа = 3,2.2,5 мкм.
Рис. 2. Опытный образец детали (колесо турбины), использованный при проведении исследований
В качестве абразивной среды использовался порошок карбида кремния зеленого объемной влажностью 20 % марки 63С50. Жидкой составляющей среды служил 2.10 % водный раствор Аквол 8 (Аквол 10М, Аквол 14).
Производительность обработки оценивалась по величине массового съема металла с единицы площади обрабатываемой поверхности и измерялась путем сравнения массы детали до и после обработки.
Взвешивание образцов для проведения экспериментов производилось согласно принципу «Мензурки», который позволяет по объему вытесненной жидкости с точностью до 0,01 г определять объем снятого материала.
После обработки перед взвешиванием опытные образцы предварительно охлаждались до температуры ^ = 18.. .20 °С.
Исследования производительности процесса финишной обработки и шероховатости поверхности детали проводились на экспериментальной установке, общий вид которой показан на рис. 3.
Рис. 3. Общий вид варианта промышленной установки для полирования деталей предлагаемым камерным способом в уплотненной обрабатывающей среде
Измерение высоты неровностей поверхности производилось по параметру Ra на специальном приборе Mar Surf PS1 (Германия) (рис. 4).
Рис. 4. Специальный прибор для измерения высоты микронеровностей поверхностей Mar Surf PS1 (Германия)
Предлагаемое устройство для полирования деталей камерным способом состоит из камеры, блока подготовки воздуха, шпинделя и эксцентричной оправки. Для обеспечения работы устройства требуется источник сжато-
го воздуха с давлением не ниже 0,25 МПа. Камера устанавливается на столе вертикально-сверлильного станка и крепится болтами. Камера через пневмо-распределитель соединена с блоком подготовки воздуха.
Блок подготовки воздуха включает в себя: вентиль муфтовый РУ16ДУ (ГОСТ 9086-74), клапан 122-12 (ГОСТ 18468-79), манометр МТ-1Ф60-10-74 (ГОСТ 8628-77), фильтр-влагоотделитель 22-10-80 (ГОСТ 17437-81), обратный клапан 10-2-УХЛ4 (ГОСТ 21324-83).
Блок подготовки воздуха монтируется на корпусе вертикально-сверлильного станка модели 2Н135 в месте, удобном для обслуживания, и соединяется с источником сжатого воздуха.
Основные данные установки приведены в табл. 1.
Таблица 1
1. Класс точности станка Н
2. Объем рабочей камеры, л 15,0
3. Объем контейнера для сбора наполнителя, л 15,0
4. Наибольшая масса обрабатываемых деталей, кг 5,9
5. Высота обрабатываемой детали, мм, наибольшая 70
6. Диаметр цилиндрических деталей, не более, мм 280
7. Частота вращения ротора, мин-1 45, 63, 125, 140, 350, 500, 710, 1000, 1400, 1500
8. Давление воздуха в сети, МПа 0,4... 0,6
9. Количество одновременно обрабатываемых деталей, шт. 1
10. Потребляемая мощность, кВт 5,5
11. Род тока трехфазный, переменный
12. Напряжение, В 380
13. Масса установки, кг 180
14. Машинное время обработки, мин 8.10
15. Габаритные размеры, мм 450x450x670
При эксплуатации установок подобного типа перед началом работы необходимо проверить надежность крепления камеры на столе станка. Затем необходимо приготовить рабочую смесь и засыпать ее внутрь камеры; очистить оправку от загрязнений, установить и закрепить на ней деталь. В дальнейшем нужно опустить шпиндель станка вниз до упора, после чего зажать верхнюю крышку специальными поворотными рычагами. После этого следует установить с помощью клапана 122-12 (ГОСТ 18468-79) и манометра МТ-1 (Ф-60-10-4) (ГОСТ 8628-77) требуемую величину давления воздуха, подводимого к эластичной стенке камеры, и частоту вращения шпинделя. Установка давления воздуха и частоты вращения шпинделя производится перед началом каждой рабочей смены. После этого необходимо включить привод станка и произвести обработку детали.
По окончании цикла обработки нужно отключить подачу воздуха, выключить вращение шпинделя станка, раскрыть крышку и освободить деталь. Отсчет времени обработки выполняется специальным реле времени.
Замена рабочей среды производится после сильного ее истирания или загрязнения. Для этого необходимо выдвинуть отсекатель, освободить окно
в нижней части рабочей емкости и протолкнуть рабочую среду в выдвижной ящик, находящийся под камерой. После этого отсекатель задвигается и производится новая загрузка рабочей среды в камеру установки.
Список литературы
1. Пат. 1803308 РФ, МКИ В24В 31/104. Способ обработки деталей / В. А. Скрябин. -Опубл. 23.03.93, Бюл. № 11.
2. Скрябин, В. А. Устройство для обработки деталей сложного профиля / В. А. Скрябин, О. Ф. Пшеничный, Ю. В. Рыбаков // Технология металлов. -2000. - № 9. - С. 18-19.
Ломакин Михаил Юрьевич магистрант,
кафедра технологии машиностроения, Пензенский государственный университет E-mail: Vs_51@list.ru
Lomakin Mikhail Yuryevich Graduate of Technology of Mechanical Engineering chair, Penza State University
Скрябин Владимир Александрович доктор технических наук, профессор, кафедра технологии машиностроения, Пензенский государственный университет E-mail: Vs_51@list.ru
Scriyabin Vladimir Aleksandrovich Doctor of Engineering, Professor of «Mechanical Engineering», Penza State University, Graduate
УДК621.923.01 Скрябин, В. А.
Экспериментальная установка для исследования процесса обработки сложнопрофильных деталей уплотненным шлифовальным материалом /
М. Ю. Ломакин, В. А. Скрябин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2013. - № 2 (6). - С. 182-187.
