CC BY
1
Чечуга Антон Олегович, аспирант, chechugaanton@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TECHNOLOGICAL FEATURES OF THE PROCESS OF GRINDING SHA VERS FOR PROCESSING WHEELS WITH
CIRCULAR TOOTH
A.O. Chechuga
The paper examines the features of the process of grinding the surfaces of shaver teeth after milling. The types of equipment and tools involved in the grinding process, as well as the criteria for their selection, are described. A method for calculating the dimensional values ofthe shaver teeth and its main surfaces before and after processing is outlined. The features of the formation of teeth are analyzed, and based on the analysis, recommendations are given for the implementation of control operations and the equipment used in them.
Key words: shaving, disc shaver, tooth profile, tip diameter, grinding wheel.
Chechuga Anton Olegovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.015
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-412-413
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ РЕЗАНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ ОРГСТЕКЛА МАРКИ СО-133-К ПОСЛЕ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ
С.Б. Скобелев, И.А. Борзенков
В работе произведен подбор оборудования, оснастки и абразивного материала для гидроабразивной резки при раскрое листового материала из оргстекла марки СО-133-К. Определена рациональная стратегия резания и назначены рациональные режимы обработки, при которых достигается требуемое качество поверхности резания. Определена шероховатость поверхности резания, составляющая Ra 5,43. Исследована морфология поверхности резания и проведен спектральный анализ зоны резания. Установлено, что структура поверхности резания образца является однородной и не имеет стороннего материала и остатков абразивного песка.
Ключевые слова: гидроабразивная резка, оргстекло марки СО-133-К, гидроабразивный станок, абразивный материал, режимы обработки, растровый электронный микроскоп, спектральный анализ, зона резания.
Органическое, конструкционное, сополимерное стекло марки СО-133-К представляет собой пластифицированный полимер метилового эфира метакриловой кислоты. Такое органическое стекло используется в качестве конструкционного материала, для приборо- и агрегатостроения и для изготовления изделий технического назначения в машиностроении и других отраслях промышленности. Данный материал поставляется в виде прозрачных неокрашенных листов прямоугольной формы с обрезными и необрезными краями.
Данная марка оргстекла имеет следующие характеристики: плотность при 23 °C - 1190 кг/м3; температура размягчения - не менее 133 °C; ударная вязкость для толщины 3 - 4 мм - 9 кДж/м2; прочность при разрыве - не менее 83,4 Мпа; модуль упругости при растяжении - не менее 3400 МПа; коэффициент пропускания для толщины до 18 мм - не менее 90% [1, 2].
Объектом исследования в представленной работе являлась контурная поверхность после гидроабразивной обработки, применяемой при раскрое листовых материалов из оргстекла, так как качество поверхности после резания зависит от многих факторов и оказывает влияние на производственный и технологический процесс.
Образцы для исследований получены из листовой заготовки размерами 1400х1600х10 мм, изготовленной в соответствии с требованиями по ГОСТ 10667-90 [1].
Наиболее эффективным методом раскроя листовых материалов из оргстекла является гидроабразивная резка. Особенность гидроабразивной резки, в отличие от других методов раскроя (с помощью разрезных ножниц, гильотины, фрезерования, кислородной резки, плазменной резки), заключается в том, что этот способ раскроя представляет собой процесс нетепловой (холодной) резки материала. Благодаря этому готовые детали имеют высокое качеств кромок и более надежные свойства, не создавая при этом никакого напряжения в детали [3]. Сопло при гидроабразивной резке не нужно менять для обработки различных материалов или толщин. Одно и тоже сопло применяют для различных задач путем регулировки параметров резания, таких как скорость подачи и давление.
Гидроабразивная резка обладает следующими преимуществами: высокая точность, отсутствие зоны термического влияния, отсутствие необходимости в смене инструмента, совместимость с различными видами материалов. Данный метод обработки органического стекла исключает перегрев, который оказывает на него пагубное влияние, так как может изменить структуру материала, повредить поверхность и изменить его свойства. Также данный метод не требует финишной обработки кромок полученных деталей [4 - 6].
Операция гидроабразивной обработки была выполнена на гидроабразивном станке марки "PTV" модели "WJ3020-1Z-UJ". В качестве абразивного материала был использован гранатовый песок марки "LM Mining" с фракцией 80 mesh (0,18 мм). Компонентами режущей головки являлись: смесительная камера с интегрированным алмазом 0,33 мм-13 301329-1-13 IWP (США) / IDE® The Integral Diamond Eductor - III .0xx"" Single Port (.281 I.D.) (IDE III)" и смесительная трубка R100 7,14х0,76х76,2 мм-3 1000013-30-3 Kennametall, США / Mixing tube R1007,14x0,76x76,2 mm.
Первоначальный раскрой органического стекла на станке гидроабразивной резки производился на стандартных параметрах и режимах резания для данного материала и толщины заготовки: скорость резания - 279 мм/мин, давление - 800 Бар (80 Мпа). По результатам первичной опытной резки, осмотрев полученную деталь, были выявлены
412
следующий дефекты по краям резки: крупные сколы, трещины, конусность реза, а также неравномерное распределение высокой шероховатости по сечению реза.
Второй пробный раскрой органического стекла на станке гидроабразивной резки производился с новым неотработанным соплом и с уменьшенной скоростью резания (133 мм/мин) при таком же давлении. Такие изменения были внесены с целью получения шероховатости поверхности после обработки, не превышающей Яа 25 (Кг 100) [7]. По результатам второй опытной резки, осмотрев полученную деталь, было установлено, что после замены фокусирующей трубки на новую и уменьшения скорости резания в два раза, удалось получить качественный по шероховатости край детали схожий с зоной гладкого реза, а также уменьшить конусность после обработки до незначительных параметров. Но после резки остались дефекты - крупные сколы и трещины, но только в углах детали и местах врезания абразивной струи в заготовку.
Для устранения полученных в результате второй резки дефектов были приняты следующие решения:
1. во избежание трещин и сколов в угловых частях детали следует при прохождении режущей головки в этих местах снижать скорость резания, а после прохождения постепенно увеличивать до прежнего значения. Для этого существует специальная функция в системе самого станка;
2. во избежание трещин и сколов в местах врезания абразивной струи в заготовку было принято решение опробовать два варианта:
а) на этапе проектирования программы обработки закладывать перемычки для безопасного врезания абразивной струи в заготовку, тем самым все дефекты остаются вне поверхности детали. Пример данного метода показан на рис.1.
\
Ншуреярля \
О 1
| К?вт рех/чы
Рис. 1. Эскиз обработки с перемычками
б) снизить ударное воздействие абразивной струи на поверхность материала в начале резания путем старта резки на заниженной подаче давления и постепенным ее увеличением в ходе обработки до первоначального значения в 800 бар (80МПа).
Пробный раскрой по новой программе с перемычками производился при скорости резания - 133 мм/мин и давлении - 800 Бар (80 МПа). Пробный раскрой с пониженным ударным воздействием абразивной струи на поверхности материала в начале резания производился на следующих режимах: скорость резания - 133 мм/мин, давление в начале резания - 500 Бар (50 МПа), давление в процессе резания - 800 Бар (80 МПа).
По результатам обоих методов удалось получить ровный, качественный рез материала, с шероховатостью не превышающую Яа 25 (Кг 100), без заметных сколов и трещин по краям реза.
Шероховатость поверхности резания после гидроабразивной резки была измерена с помощью портативного измерителя шероховатости ТЯ-200. По результатам измерения в нескольких точках образца после гидроабразивной резки получили среднюю шероховатость Ra 5,43 (Кг 26,1) [8].
Образец после гидроабразивной резки, уменьшенный до размера 10х10х7 мм., был установлен в рабочую камеру растрового электронного микроскопа фирмы Jeol марки JCM-5700, который предназначен для качественного и количественного анализа конструкционных и композитных материалов [4]. С помощью данного микроскопа были получены изображения поверхности резания образца после гидроабразивной резки.
На рис. 2 показана морфология поверхности резания в центре образца после гидроабразивной резки с разным увеличением. На полученных снимках видно изображение с разным контрастом серого и белого оттенков.
а б
Рис. 2. Морфологии поверхности резания в центре образца после гидроабразивной резки: а - микрофотография с увеличением в 1000раз; б - микрофотография с увеличением в 3000раз
а б
Рис. 3. Морфологии поверхности резания в другой области образца после гидроабразивной резки: а - микрофотография с увеличением в 3000раз; б - микрофотография с увеличением в 10000раз
а б
Рис. 4. Морфологии поверхности врезания абразивной струи в материал образца после гидроабразивной резки: а - микрофотография с увеличением в 160 раз; б - микрофотография с увеличением в 200раз
Рис. 5. Спектральный анализ зоны резания образца
414
а б
Рис. 6. Морфологии торцевой части образца после гидроабразивной резки: а - микрофотография с увлечением
в 1000раз; г - микрофотография с увлечением в 3000раз
Опираясь на полученные изображения, можно сделать вывод, что морфологическая поверхность полученного образца на рис. 2 имеет однородную, разно-рельефную структуру материала, полученную в ходе резания абразивной струи, а также отсутствие трещин. Также на рис. 2, а отчетливо виден контраст белового в верхней части образца с последующим затемнением к нижней части, что свидетельствует о характерной для гидроабразивной обработки конусности реза.
Для более точного утверждения об отсутствии трещин в основной части образца, на рис. 3 показана морфология поверхности резания в другой области, результат идентичен рис. 2.
На рис. 4 показана морфологическая поверхность кромки образца после гидроабразивной резки. На данном участке поверхности происходит врезание абразивной струи в материал заготовки.
На морфологии поверхности врезания абразивной струи в материал образца после гидроабразивной резки (рис. 4) можно наблюдать однородную, разно-рельефную структуру с характерным выкрашиванием материала со стороны направления движения врезания абразивных частиц под давлением. Трещины и сколы со стороны врезания абразивной струи все так же не обнаружены.
На рис. 5 представлен спектральный анализ поверхности реза образца.
Данный анализ показывает, что структура поверхности резания образца является однородной и не имеет стороннего материала и остатков абразивного песка, так как абразив работает в паре с водой высокого давления, которая вымывает посторонние материалы из зоны резания.
На рис. 6 показаны фотографии морфологии торцевой части образца после гидроабразивной
резки.
Морфология торцевой поверхности резания схожа с предыдущими поверхностями, но здесь можно заметить несколько полых пор размером до 5 мкм. Поры из-за их малых размеров являются незначительными. Причиной их образования могут служить дефекты от абразивной режущей струи высокого давления, вымывание струей сторонних элементов или слабая структура материала, а также дефекты на стадии производства заготовки и дефекты, полученные при подготовке образца до нужных размеров для установки в камеру микроскопа.
Проанализировав морфологии поверхности резания образца гидроабразивной струей, изучив имеющиеся дефекты, можно сделать вывод, что деталь из органического стекла, вырезанная на гидроабразивном станке по правильной технологии и оптимально подобранным режимам резания будет соответствовать требованиям чертежной документации.
Выводы и заключения:
1. Гидроабразивная резка является наиболее оптимальным способом раскроя листовых материалов из оргстекла. Это обусловлено рядом преимуществ данного метода, таких как высокая производительность, высокая точность и отсутствие зоны термического влияния, из-за чего в материале не возникает напряжений и отсутствует механическая деформация заготовки.
2. Рациональными режимами обработки при резании оргстекла марки СО-133-К являются: скорость резания, V - 133 мм/мин; давление в начале резания - 500 Бар (50 МПа); давление в процессе резания - 800 Бар (80 МПа);
3. По результатам измерения в нескольких точках поверхности образца после гидроабразивной резки средняя шероховатость составляет Ra 5,43 (Rz 26,1), что не превышает требования чертежной документации - Ra 25 (Rz 100).
4. Морфологический анализ поверхности резания показал, что поверхность имеет однородную, разно-рельефную структуру, с характерным выкрашиванием материала со стороны направления движения, врезания абразивных частиц под давлением.
5. Спектральный анализ поверхности резания показал, что структура образца является однородной и не имеет стороннего материала и остатков абразивного песка, так как абразив работает в паре с водой высокого давления, которая вымывает лишне и сторонние материалы из зоны резания.
Список литературы
1. ГОСТ 10667 - 90. Стекло органическое листовое. Технические условия: Государственный стандарт Союза ССР: дата введения 1991.07.01 / Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам. Изд. официальное. Москва: Издательство стандартов, 1990. 35 с.
2. ГОСТ 17622-72 Группа Л27. Государственный стандарт союза ССР. Стекло органическое техническое Технические условия. Industrial organic plastic. Specifications ОКП 22 1622.
3. Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Журавлева Т.А. Обеспечение качества сложноконтурного раскроя деталей из стеклотекстолита гидроабразивной струей // Специальные вопросы машиностроения. Известия ТулГУ. 2016. Вып. 8. Ч. 2. Тула: 2016. С. 235-241.
4. Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Журавлева Т.А. Влияние режимов гидроабразивного резания на эффективность раскроя материалов из стеклопластика // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век: Материалы XI международной научно-практической интернет-конференции / Под ред. д-ра техн. наук, проф. В.А. Голенкова, д-ра техн. наук, проф. А.Н. Качанова, д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Степанова. Орел: Госуниверситет - УНПК, 2013. С. 146 - 147.
5. Повышение эффективности гидроабразивной резки толстолистовых авиационных материалов / А. В. Верченко, М. А. Тамаркин, А. А. Кишко // Вестник МАИ, Т.24, №2. М.: МАИ, 2017. С. 104-114.
6. Барсуков Г. В., Степанов Ю.С., Михеев А.В. Разрушение преграды сверхзвуковым потоком свободных абразивных частиц. М.: Издательский дом "Спектр", 2010. 152 с.
7. Повышение качества гидроабразивной резки деталей из авиационных материалов / А.В. Верченко, М.А. Тамаркин, А.А. Кишко // Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьева №2(41). Рыбинск: РГАТУ, 2017. С. 88-96.
8. Верченко А.В. Исследование шероховатости поверхности реза при гидроабразивной резке / М.А. Тамаркин, А.В. Верченко // Вестник ДГТУ No2(89). Ростов н/Д: ДГТУ, 2017. С. 116-130.
Скобелев Станислав Борисович, канд. техн. наук, доцент, skobelew@rambler. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Борзенков Илья Андреевич, магистрант, skobelev.stanislaw@yandex. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
RESEARCH OF THE QUALITY OF THE CUTTING SURFACE OF SO-133-K PLEXIGLASS SAMPLES AFTER WATERJET CUTTING
S.B. Skobelev, I.A. Borzenkov
The work involved the selection of equipment, accessories and abrasive material for waterjet cutting when cutting sheet material made of plexiglass grade SO-133-K. A rational cutting strategy has been determined and rational processing modes have been assigned in which the required quality of the cutting surface is achieved. The roughness of the cutting surface was determined to be Ra 5.43. The morphology of the cutting surface was studied and a spectral analysis of the cutting zone was carried out. It was established that the structure of the cutting surface of the sample is homogeneous and does not have any foreign material or abrasive sand residues.
Key words: waterjet cutting, plexiglass brand SO-133-K, waterjet machine, abrasive material, processing modes, scanning electron microscope, spectral analysis, cutting zone.
Skobelev Stanislav Borisovich, candidate of technical sciences, docent, skobelew@rambler. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Borzenkov Ilya Andreyevich, postgraduate, [email protected], Russia, Omsk, Omsk State Technical
University
