CC BY
10
CONSTRUCTION AND ANALYSIS OF SPACE-TIME DIMENSIONAL CHAINS OF GRINDING OPERATIONS
U. ^ Novosyolov, V. B. Bogutsky
Are shown the features of the construction and analysis of dimensional chains in the operations offine and fine grinding. The operation is considered as a technical system, all connections of which with the environment are divided into input and output variables, control and disturbing influences, and the system itself is characterized by state parameters. Due to the fact that all connections and parameters of the state of the system can change during its operation, it becomes necessary to use space-time dimensional chains for its analysis, changing their structure or the sizes of their links over time. Are given the examples of construction and analysis chains for the plunge grinding process.
Key words: dimensional chains, changes in over time, finishing grinding operations, material removal, tool wear.
Novosyolov Yuri Konstantinovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University,
Bogutsky Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Sevastopol, Sevastopol State University
УДК 669.162.275.12 : 621.952 + 06 DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-392-393
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ЧУГУННОЙ ПЫЛИ И СТРУЖКИ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКОВ
И.Т. Хиникадзе
Выполнен дисперсный анализ пыли и стружки, образующейся при сверлении чугуна. Для проведения дисперсионного анализа была использована методика ситового анализа с применением виброгрохота. Отбор чугунной пыли для анализа производился на разных режимах резания при сверлении. Полученные в экспериментальных исследованиях характеристики пыли, а также результаты дисперсного анализа позволят в дальнейшем построить математические модели, адекватно описывающие интегральные и дифференциальные кривые распределения чугунных частиц пыли и стружки по размерам. Найденные закономерности гранулометрического состава чугунной пыли будут учитывать такие параметры как средний медианный диаметр частицы пыли, диаметр сверла и скорость подачи.
Ключевые слова: сверление, пылеобразование, дисперсный состав, ситовой анализ, скорость подачи.
Целью исследования является изучение дисперсного состава чугунной пыли и стружки, образующейся в рабочей зоне оператора одношпиндельного вертикально-сверлильного станка. Для реализации цели необходимо: провести ряд экспериментальных исследований, что позволит в последующем разработать математическую модель диспергирования чугунной пыли при сверлении.
Результаты настоящего исследования позволят сформировать начальные условия для последующей аппроксимации гранулометрического состава чугунных частиц модельными функциями, которые наилучшим образом опишут зависимость между размером частиц и их процентным содержанием с учетом технологического режима резания при сверлении.
Постановка задачи. Задачей исследования является определение фракционного состава чугунной пыли и стружки, образующейся при сверлении с учетом таких параметров как диаметр сверла и скорость подачи.
Объект исследования. Эксперименты проводились в условиях реальной эксплуатации вертикально-сверлильных станков на производственном участке. Вертикально-сверлильный одношпиндельный станок 2Н125Л (рис.1) с условным диаметром сверления 25 мм, используется на предприятиях с единичным и мелкосерийным выпуском продукции.
Вертикально-сверлильные станки благодаря своим техническим характеристикам позволяют выполнять такие технологические операции, как: сверление и рассверливание отверстий; развертывание; зенкерование; нарезание внутренней резьбы; подрезка торцов деталей (с применением специального инструмента).
Сверлильный станок 2Н125 Л допускает обработку деталей в широком диапазоне размеров из различных материалов, в том числе хрупких с использованием инструмента из высокоуглеродистых и быстрорежущих сталей и твердых сплавов.
Результаты экспериментальных исследований фракционного состава чугунной пыли и стружки.
Для проведения дисперсионного анализа была использована методика ситового анализа с применением виброгрохота, Отбор проб чугунной пыли и стружки проводился в точках, находящихся в рабочей зоне операторов сверлильных станков, работающих со сверлами различного диаметра от 6 мм до 40мм при разной величине скорости подачи 125 мм/об, 250мм/об и 500мм/об.
Ситовой анализ чугунной пыли и стружки. Ситовой анализ измельченных материалов основан на механическом разделении частиц по крупности [1]. Материал загружается на сито с ячейками известного размера и путем вибрации разделяется на две части - остаток и проход. Просеивая материал через набор различных сит, можно разделить пробу на несколько фракций. Размеры частиц этих фракций ограничены размерами отверстий используемых в анализе сит. При проведении экспериментов по просеиванию использовался следующий набор сит: 50, 100, 200, 500, 900, 2000, 3000, 4000 и 5000 мкм.
Рис. 1 Общий вид вертикально сверлильного станка 2Н125Л: 1- колонна; 2 - стол, плита; 3- коробка скоростей;
4 - привод; 5 - коробка подач; 6 -двухсторонний храповый диск; 7 - шпиндель; 8, 9 -электрооборудование
Для проведения ситового анализа чугунной пыли и стружки, образующейся при сверлении, использовалось современное научное лабораторное оборудование (рис.2).
Так, Analysette 3 spartan является "подбрасывающим грохотом" в классическом смысле [2], в котором электромагнитный привод приводит сита к вертикальной вибрации (рис.2а). При этом рассеиваемый материал периодически подбрасывается с ткани сита и в падении прогоняется через установленные аналитические сита. Благодаря регулируемому вертикальному движению достигается оптимальная точность рассева и равномерное распределение грохотимого материала через отверстия. Из-за отсутствия центробежных сил, все силы почти независимо от ускорения действуют в разделительном направлении сит. Компьютерный многофункциональный прибор для определения удельной поверхности и среднемассового размера частиц порошков методом газопроницаемости ПСХ-12, ПСХ-12(SP)
Образец помещают в специальную кювету и присоединяют к прибору также как кювету с порошком. Все измерения включены в программу прибора.
а б в
Рис. 2. Приборное обеспечение экспериментов: а - Виброгрохот Analysette 3 spartan; б - Весы аналитические Precisa; в - прибор для определения удельной поверхности и среднемассового
размера частиц пылей ПСХ-12
Экспериментальные исследования дисперсности чугунной пыли и стружки при сверлении. Распределение по размеру металлических пылинок и стружки, имеющих сложную форму достаточно эффективно определять традиционным методом ситового анализа (рис.2). В табл. 1 как раз представлены результаты ситового анализа, проведенного для чугунной пыли и стружки, образующейся при сверлении заготовок сверлами диаметра от 6 мм до 40 мм включительно при разной величине скорости подачи. [3,4].
Также данные ситового анализа гранулометрического состава чугунной пыли и стружки, образованной при механической обработке чугуна, при различных параметрах: диаметре сверла и скорости подачи. частично представлены на рис. 3.
Как следует из проведенного ситового анализа, размер диаметра сверл от 6 мм до 40 мм существенно оказывает влияние на дисперсный состав. Для получения полной картины дисперсного анализа пыли необходимо было воспользоваться ситами с размером ячеек не менее 50 мкм, а также 10000 мкм.
Последнее обстоятельство доказывает тот факт, что в отбираемых пробах при сверлении достаточно большая доля частиц приходится на крупную стружку.
Вместо функции распределения часто при анализе используетсяй(х) - кривая полных остатков. Зависимость fi(x) характеризует массовую долю частиц, размер которых превышает х. fi(x) изменяется от 1 до нуля при изменении х от нуля до dm.
Исходные данные, приведённые к виду fi(x), представлены в табл. 2, а их визуализация показана
на рис. 3.
В ходе исследования были проанализированы экспериментальные данные, изучены зависимости количества крупнодисперсной пыли от диаметра сверла и скорости подачи. Результаты позволяют выявить несколько закономерностей. Согласно полученным данным, с увеличением диаметра сверла наблюдается повышение содержания крупнодисперсной пыли. Более того, данная пыль может составлять более 60% от общего количества.
Таблица 1
Исходные данные гранулометрического состава чугунной пыли и стружки
Средний 06 мм Ш5) 06 мм (2зс; 06 мм (300) 014.3 мм (123; 014,3 мм (230) 014,3 мм (300) 020 мм (123) 020 мм (250 020мм (50Щ 035 мм (125) 025 мм (250 025 мм (300) 040 мм (125; 040 мм (23С; 0« мм (500)
5300 4,03% 5,43% 12.76% 19.63% 24,71% 26,66% 60.82% 51,83% 53,97% +5,18% 43,(4% 37,06% 71,74% 66,37% 6227%
4300 ЗД4% 10,34% 7,22% 24 21% 3008% 23,09% 11,44% 203«. 9,82% 24,83% 22,89% 27,21% 3,13% 16,38% 17,12%
ЗЗОО 6,61% мда* 13.49% 12,71% 12,36% 5,70% 5,53% 9,1«4 9,80% 8,00% 498% 4,56% 4,43% 3,63%
2500 14,93% 17.21% 30,7!% 17,93% 1036% 15,37% 453% 6,69% 7,58% 4,61% 7,52% 229% 3,14% 4,32% 697%
145С 10,86% 3,34% 7.29% 3,13% 5£3% 3,03% 2,15% 3,06% 4,20% 422% 3,1». Ц99% 2,32% 3,12% 1,34%
700 9,37% 1С.70М 3.34% 139% 133% 149% 2,14% 1,54% 1,45% 2,54% 2 Д9% 0.82% 0,54% 0,84% 0,88%
330 19,33% 13.30% 1339% 3,53% 541% 4,97% 3,96% 3,И% 2,71% 1,64% 3,09% 2,02% 2,10% 1,49% 133%
100 9,23% 9,80% 8,01% 465% 6,19% 6,11% 3,18% 4,47% 1,62% 2,27% ЛО0% 0Д%
130 22,62% 17,ВЗ% 71Я4
73 В,40% 4,75% 2.30%
23 0,29% 098% ^3%
Диаметр, мим
-•-06 мм ¡125) -#-014,5 мм (125) —»-020 мм (125) -»-025 мм (125) -»-040 мм (125)
Рис. 3. Исходные данные гранулометрического состава пылевой смеси
Таблица 2
Исходные данные гранулометрического состава чугунной пыли и стружки, приведённые к виду Я(х)
Средннн :::: н: ¡кнрЕан 06 ММ (125)0.1 Ни (250)0.1 Яа (500)0,1 014.5 им (125)0.1 0145 мм (250)0.1 014.5 мм (500)03 020 мм (125)0.1 020 мм (250)0.1 020мм (500)0,1 025 мм (125)0.1 025 мм (250)0.1 025 мм (50Щ0.1 040 мм (125)0.1 040 мм (250)0.1 040 мм (500)03
33» 4.05% 64514 12.7514 15,5314 24,7114 26,6614 60,3214 515314 53,5714 45,1314 43,0414 ; 7,0614 71,7414 65,3714 612714
43» 73214 16.79« 13,5314 43,3914 54,7514 54,7514 Т1.Ш 722314 63, И4 74,0114 "0,5314 342714 75,1714 33,7514 753514
35» 13.9314 23.3514 30.9714 ;73К 675014 67.1114 77ЯМ 73.1514 ".9514 33.3114 7!.9Э14 512514 34.4314 332014 33.0714
2 ¡Ж 21 а«4 46,0« Я,7Я4 "53514 77.3614 32,4114 »,4914 34,3514 35,5314 33,4214 36,4514 935414 925714 925214 950414
1450 39,7414 51,4214 ®,0414 3354% 32,9414 355614 17.24« 379114 39,7314 92,6414 39,5314 955314 950914 95,6414 96,3314
7» 49,1114 62,1214 3,3314 3593% Н,2914 37,0214 ¡9,3314 39,3514 91,1114 95,1314 91.3414 963514 95,6314 96,4314 9"7«4
350 Ш»4 77,4214 50,7714 3551% 50,2014 5155% 53,3414 53,3114 53,3514 56,3214 54,5314 533714 5"7314 575414 55,0514
1» 1»,ИИ4 1»,И>14 ВОДИМ 59,5914 ВОДИМ 1»,«И4 1»,И>14 55,4014 555914 1»,И>14 100,0014 1»,И>14
150 91,3114 552714 56,67%
75 09,71« 1С0.0214 99,47%
25 100 ИИ Ш .0014 1С0.0014
Другим значимым результатом является то, что при увеличении скорости подачи также происходит рост содержания крупной пыли и стружки. Это может быть объяснено ускоренным процессом изнашивания инструмента, что в свою очередь приводит к более интенсивному образованию крупных частиц пыли.
Диаметр частиц, мкм
—в— 06мм (125) —»—014,5мм (125) —в— 02Оглм (125) —«— 025мм (125) —«—040мм (125)
Рис. 3. Исходные данные, приведённые к виду Щх)
Ниже представлены графики (рис.4), отражающие зависимость среднего размера частиц чугунной пыли от диаметра сверла йсв станка при разной скорости подачи а.
5500
м 5000
м 4500
.Q J 4000
и
ст 3500
а T 3000
р е 2500
м m 2000
а
р 1500
is
и 1000
X
е
р
и
10 15 20 25 30
Диаметр сверла, мм
35
40
125 мм/об Ш 250 мм/об Ш 500 мм/об Рис. 4. Связь среднего размера частицы пыли с технологическими параметрами сверлильного станка
Зависимость между средним размером частицы чугунной пыли^ч, образованной при сверлении и диаметром сверла близка к логарифмической и определяется выражением:
(d4) = 1588.9 • ln(dCB) - 812.9 .
Выводы:
1. Результаты ситового анализа позволили установить гранулометрический состав чугунной пыли и стружки, образующейся при сверлении.
2. С ростом величины диаметра сверла ^сви скорости его подачи a наблюдается повышение содержания крупнодисперсной пыли.
3. Результаты ситового анализа позволят в дальнейшем построить модельные функции, которые наилучшим образом опишут зависимость между переменными.
4. Найденные закономерности гранулометрического состава чугунной пыли будут в дальнейшем учитывать такие параметры как средний медианный диаметр частицы пыли, диаметр сверла и скорость подачи. Последнее позволит сформулировать требования к системам пылеудаления и пылеулавливания для вертикально-сверлильных станков [5-7].
Список литературы
1.Коузов П.А. Основы определения дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. 3-е изд., перераб. Ленинград: Химия: Ленингр. отд-ние, 1987. 263 с.
2.Руководство по эксплуатации просеивающих машин ANALYSETTE 3.
3.Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. М.: Техника, 1980.
4.Finochenko T.A., Borisova A.V., Finochenko V.A. The Use of the Expert Method in Solving the Issues of Choosing the Instrumentation of the Procedure for Controlling Production Factors. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science // International Science and Technology Conference «Earth Science», 2021. Chapter 1. С. 022050. DOI: 10.1088/1755-1315/666/2/ 022022.
5
5.Власов А.Ф. Безопасность при работе на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1977. 122 с.
6.Азимова Н.Н., Булыгин Ю.И. Комплексная система пыле и шумозащиты операторов рельсорезных станков // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 9. С. 64-71. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-9-64-71.
7.Купцова И.С., Булыгин Ю.И. Снижение концентрации пыли и уровней шума на рабочем месте оператора при шлифовальной обработке // Актуальные проблемы науки и техники. 2021: Материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: Донской государственный технический университет, 2021. С. 130-131. EDN HQZOAJ.
Хиникаде Илдар Тенгизович, аспирант, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE DISPERSED COMPOSITION OF CAST IRON DUST AND CHIPS IN THE WORKING AREA OF VERTICAL DRILLING MACHINES
I.T. Khinikadze
A dispersed analysis of dust and chips generated during drilling of cast iron has been carried out. To carry out the analysis of variance, a sieve analysis technique using a vibrating screen was used. The selection of iron dust for analysis was carried out at different cutting conditions during drilling. The characteristics of dust obtained in experimental studies, as well as the results of dispersion analysis, will make it possible in the future to build mathematical models that adequately describe the integral and differential curves of the size distribution of cast iron particles of dust and chips. The found regularities of the granulometric composition of iron dust will take into account such parameters as the average median diameter of the dust particle, the diameter of the drill and the feed rate.
Key words: drilling, dust formation, dispersion composition, sieve analysis, feed rate.
Khinikade Ildar Tengizovich, postgraduate, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport
University
