Исследование температурных процессов при абразивной обработке резиновых покрытий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.454.3:628

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ РЕЗИНОВЫХ ПОКРЫТИЙ

© 2011 Е.О. Трофимов1, Л.П. Шингель2

1 ОАО «Пермский завод «Машиностроитель» 2 Пермский государственный технический университет

Поступила в редакцию 12.03.2011

Предложена модель абразивной обработки резинового теплозащитного покрытия с оценкой температурных условий, которые могут быть использованы при выборе как обрабатывающего инструмента, так и режимов механической обработки.

Ключевые слова: механическая обработка, резиновое теплозащитное покрытие, температура, абразивный инструмент, усилие прижима

Одним из методов придания необходимых форм и параметров шероховатости резиновых теплозащитных покрытий является механическая обработка при помощи абразивного инструмента. В качестве инструмента для обработки резин использовался абразивный круг ПП180х20х3216А50НСТ1БУ30 со следующими характеристиками: размер зерен абразивного круга - 0,5-0,63 мм; модуль упругости Е - 35 ГПа; теплоемкость С - 930 Дж/(кг-к); коэффициент теплопроводности X -20 Вт/(м-к); коэффициент Пуассона ц - 0,3. В качестве обрабатываемого материала рассмотрена каландрованная резиновая смесь 51-2180 на основе каучука марки СКЭПТ-40НТ со следующими физико-механическими показателями: модуль упругости Е - 50 МПа; коэффициент Пуассона ц - 0,46; разрушающие напряжение при растяжении о - 4 МПа; теплоемкость С - 1900 Дж/(кг-к); коэффициент теплопроводности X - 0,12 Вт/(м-к). Для оценки температурных процессов при абразивной обработке применялась расчетная схема, показанная на рис. 1.

Абразивное зерно, изображенное треугольником, при обработке движется по покрытию, работа сил трения приводит к появлению теплового потока, обозначенному на рис. 1 как h. Стрелками показаны тепловые потоки, вызванные охлаждением, как абразивного инструмента, так и самого покрытия. Коэффициент теплоотдачи при этом принимается Кт =130 вт/(м*к).

Необходимо отметить, что при механической обработке абразивным кругом абразивное

Трофимов Евгений Олегович, заместитель начальника цеха. E-mail: eo.trofimov@mail.ru Шингель Леонид Петрович, доцент кафедры «Конструирование машин и сопротивления материалов». E-mail: unpl_mtf@pstu.ru

зерно контактирует с обрабатываемым покрытием только в небольшой промежуток времени. При скорости вращения круга 480 об/мин время взаимодействия зерна с покрытием составляет 0,0083 сек, время одного оборота абразивного круга 0,125 сек. Таким образом в области контакта зерна с резиной в течение 0,0083 сек выделяется тепловая мощность, равная P=ov, где о - напряжение, вызванное силой контактного трения, о = 11,3 МПа (максимальное значение силы трения при контакте), у = 4,52 м/с - окружная скорость абразивного круга.

Рис. 1. Расчетная схема тепловой задачи при контакте абразивного зерна с обрабатываемым покрытием

Скорость движения у определяется как: у=2лгп/60; где г - радиус абразивного круга, г = 0,09 м; п - скорость вращения об/мин, п =480 об/мин. Результаты решения двухмерной нестационарной тепловой задачи, при начальной температуре рассматриваемых областей равной 200С приведены на рис. 2.

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №1(3), 2011

Т. С"

260 210 220 200 180 160 КО 120 100 20

■ -з

А

о от 0026 от0.0520.065 от от ом от0.125

Е, сек

покрытию и соответственно контактной силы трения до 1,77 МПа, получаем аналогичные графики, приведенные на рис. 5-7.

Рис. 2. Графики роста температуры при абразивной обработке покрытия

Из рисунка видно, что температуры в зерне и покрытии вблизи границы практически совпадают. На рис. 3 в увеличенном масштабе изображен начальный участок графика роста температуры при абразивной обработке покрытия (рис. 2). Рассматриваемый период времени соответствует времени одного оборота абразивного круга (0,125 сек).

Рис. 3. Начальный участок графика роста температуры при абразивной обработке покрытия: 1 - график температуры зерна вблизи границы

зерна и резины, 2 - график температуры на границе зерна и резины, 3 - график температуры резины вблизи границы зерна и резины

На рис. 4 показано распределение температуры в зерне и поверхностном слое покрытия в момент времени, соответствующий конечной точке графика рис. 2. Расчет показывает, что температура максимальна на границе зерна и покрытия. Рабочая температура абразивного круга при обработке не должна превышать 100-120°С.

Результаты расчетов, приведенные на рис. 2, показывают, что через некоторое время после начала процесса температура абразивного инструмента может превысить предельно допустимую температуру. Снижая значение усилия прижима абразивного инструмента к

Рис. 4. Распределение температуры в зерне и поверхностном слое покрытия в момент времени 1=5,47 сек

Рис.5. Графики роста температуры при абразивной обработке покрытия при уменьшенной силе контактного трения

Т.С"

60 56 52 18 и Ш 36 32 28

Я

20

?_

~уГ

/

ГЕ

?

0 0.013 0.026 0.039 0.0520.065 0.07В 0.091 ОМ 0.1170125

X, сек

Рис. 6. Начальный участок графика роста температуры при абразивной обработке покрытия с учетом уменьшенной силы контактного трения: 1 - график температуры зерна вблизи границы зерна и резины, 2 - график температуры на границе зерна и резины, 3 - график температуры резины вблизи границы зерна и резины

Вывод: при заданной скорости вращения абразивного инструмента путем изменения силы его контакта с покрытием и, соответственно, контактного трения можно подбирать режимы обработки, которые обеспечивают допустимые температурные условия.

5Й.650 ¿Ь.007 BL.<H"7 9В.П6

fin.яга fii,чпа 11. ЯЛ 1fil В4 . fiqi

Т,С"

Рис. 7. Распределение температуры в зерне и поверхностном слое покрытия в момент времени t=5,47 сек с учетом уменьшенной силы контактного трения

RESEARCH OF TEMPERATURE PROCESSES AT ABRASIVE PROCESSING THE RUBBER COVERINGS

© 2011 E.O. Trofimov1, L P. Shingel2

1 JSC «Perm Plant "Machineostroitel" 2 Perm State Technical University

The model of abrasive processing the rubber heat-shielding covering with estimation of temperature conditions which can be used at a choice both processing tool, and machining modes is offered.

Key words: machining, rubber heat-shielding covering, temperature, abrasive tool, force of hold-down tool

Evgeniy Trofimov, Deputy Section Chief. E-mail: eo.trofimov@mail.ru

Leonid Shingel, Associate Professor at the "Machines Construction and Materials Resistance" Department. E-mail: unpl_mtf@pstu.ru