CC BY
4ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 621.923 *
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ
В ШЛИФОВАЛЬНОМ ЗЕРНЕ
В.С. ЛЮКШИН, канд. техн. наук, КузГТУ, г. Кемерово
Решена задача по уточнению характера распределения напряжений в шлифовальном зерне в зависимости от его формы и характера приложения нагрузки методом конечных элементов.
The problem on adjusting the stress pattern in an abrasive grain depending on its form and load application mode by means of finite element method has been solved.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ШЛИФОВАЛЬНЫЕ ЗЕРНА, МОДЕЛИРОВАНИЕ, МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
Шлифовальная лента представляет собой инструмент, состоящий из шлифовальных зерен, связующего вещества и основы. Соответственно работоспособность шлифовальных лент будет зависеть от эксплуатационных свойств ее компонентов.
Шлифовальная лента состоит из множества зерен, расположенных на основе и соединенных между собой связующим веществом. Поэтому свойства шлифовального инструмента в значительной мере будут определяться поведением шлифовальных зерен в процессе резания.
Одной из важных характеристик, определяющих свойства шлифовального зерна, является его прочность. Однако в настоящее время механизм хрупкого разрушения зерен изучен недостаточно. Существующие теории Кулона, Кулона - Навье, Мора, Орована и других [1, 2] могут быть использованы для оценки прочности шлифовальных зерен с большими допущениями, так как они основаны на эмпирических данных и не раскрывают внутренний механизм разрушения хрупких объектов. Данные теории позволяют достаточно достоверно описать лишь какую-то часть всего многообразия процессов разрушения хрупких тел и мало пригодны для оценки группы других результатов.
В настоящей работе была поставлена задача - уточнить характер распределения напряжений в шлифовальном зерне в зависимости от его формы и характера приложения нагрузки, который впервые был изучен в [3] на основе использования поляризационно-оптического метода исследования напряжений.
Для этого была использована программа «MSC/ NASTRAN» [6]. Эта программа обеспечивает полный набор расчетов, включая расчет напряженно-деформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, акустических явлений, нелинейных статических процессов, нелинейных динамических переходных процессов, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ и исследование аэроупругости. Предусмотрена возмож-
ность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и гиперупругие.
Для выявления характера распределения напряжений в шлифовальном зерне использовались модели шлифовальных зерен в форме сферы, куба и пластины. Выбор таких форм обусловлен тем, что шлифовальные зерна в большинстве случаев, как упоминалось ранее, делят на три группы: изометрическую, промежуточную и пластинчатую [1]. Соответственно модель в форме сферы отображала шлифовальное зерно изометрической формы, в форме куба - промежуточной, а в форме пластины - пластинчатой конфигурации. Глубина заделки моделей в связку принималась равной половине их длины или диаметра в зависимости от формы исследуемых зерен.
Характер приложения нагрузки зависит от конкретного расположения шлифовальных зерен в инструменте. Поэтому было рассмотрено 11 схем нагружения моделей.
В таблице показана часть схем нагружения моделей и полученные в результате обработки в программе «MSC/ NASTRAN» картины нормальных напряжений, возникающие в них.
Из таблицы видно, что форма шлифовальных зерен и характер приложения нагрузки ощутимо влияют на величину возникающих нормальных напряжений и, как следствие, на прочность всего зерна. Зерна, которые воспринимают нагрузку заостренными участками (схема №1), имеют максимальные напряжения вблизи своих вершин, что, вероятно, приведет к откалыванию частиц небольшой формы и соответственно к самозатачиванию.
Зерна, которые воспринимают нагрузку плоскими участками (схема №2), имеют максимальные напряжения вблизи места заделки зерен в связку, что способствует выламыванию их из связки.
Особенностью нагружения сферической модели является точечный характер приложения нагрузки (схема № 3), что может привести как к вырыву зерна из связки при достаточно большом усилии, так и к разрушению самого зерна.
Данные выводы подтверждаются авторами других работ [4, 5].
Таким образом, результаты моделирования достаточно убедительно показывают, что форма шлифовальных
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Схемы нагружения моделей зерен и нормальные напряжения, возникающие в них
зерен и их ориентация на основе ощутимо влияют на уровень возникающих в них при работе напряжений, а значит, и на их прочность.
Список литературы
1. Разрушение. Разрушение неметаллов и композитных материалов. Ч.1. Неорганические материалы / пер. с англ. яз.; под ред. Р. Любовиц - М.: Мир, 1976. - 633 с.
2. Коротков А.Н. Эксплуатационные свойства абразивных материалов: монография. - Красноярск: Изд-во Краснояр. унта, 1992. - 122 с.
3. Нетребко В.П., Коротков А.Н. Прочность шлифовальных кругов. - М.: Агентство Российской печати, 1992. - 104 с.
4. Мишнаевский Л.Л. Износ шлифовальных кругов. - Киев: Наукова думка, 1982. - 282 с.
5. Коротков А.Н., Дубов Г.М. Влияние технологии изготовления шлифовальных зерен на их эксплуатационные показатели // Труды XIV научной конференции, посвященной 300-летию инженерного образования России. - Юрга: Изд-во. ТПУ, 2001. - 2007 с.
6. http://www.mscsoftware.ru
