CC BY
8DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-10-72-83 *Любимый Н.С., Романович М.А., Тихонов А.А., Бабкин М.С.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
*E-mail: nslubim@bk. ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛ-МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНОЙ ДЕТАЛИ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ПЛОСКИМ ШЛИФОВАНИЕМ
Аннотация. Знания точной температуры нагревания комбинированной металл-металлополи-мерной детали при обработке плоским шлифованием помогает при назначении режимов резания, а также прогнозировании долговечности обработанной детали. Точный мониторинг температуры нагрева детали при плоском шлифовании позволяет понять, происходит ли температурная деструкция поверхностных слоев металлополимера, которая может снизить долговечность обрабатываемой детали из-за прожогов поверхностных слоев. В то же время, точное определение температуры в зоне резания дает понимание о необходимости применения смазочно-охлаждающих технологических средств, которые не всегда можно применять без дополнительных исследований при обработке металлополимеров имеющих диеновую матрицу. Исследование температуры в зоне резания необходимы из-за более низкой температуры деструкции металлополимера по отношению к металлу. В этой статье исследуется процесс плоского шлифования комбинированной металл-металлополимер-ной детали с использованием теоретических расчетов, метода конечно-элементного анализа, аналитической оценки результатов эксперимента. Оценка температуры в зоне резания производилась для детали - формообразующей плиты пресс-формы, что диктовало выбор определенного диапазона режимов резания, позволяющих получить требуемую шероховатость плоскости смыкания формообразующей детали.
Ключевые слова: металлополимер, металло-металллополимер, пресс-формы, заливка, глубинаре-зание, моделирование, нагревание.
Введение. Металлополимерные материалы - это олигоэфиракрилатные многокомпонентные материалы, имеющие в своей основе пластичную матрицу и заполнитель. Как правило в качестве базы (матрицы) выступает модифицированная эпоксидная смола, а в качестве заполнителя может служить любой мелкодисперсный заполнитель [1, 2]. Сочетание пластичных свойств матрицы и физико-механических свойств заполнителя дает составу ряд уникальных свойств, таких как текучесть в не отвержденном состоянии, прочность и твердость в отвержденном состоянии, электропроводность или свойства изолятора, теплопроводность и многие другие свойства, зависящие от того какой именно материал выбран в качестве заполнителя. Различные производители, изменяя состав и пропорции компонентов добиваются получения составов, находящих свое применение в различных отраслях промышленности. Чаще всего можно встретить вариант [1, 2] когда металлополимеры используют в качестве ремонтных составов, когда ремонтную деталь не представляется возможным вывести из оборудования для её ремонта или замены из-за непрерывности технологического процесса и требуется обеспечить ремонт и восстановление в составе сборочной единицы. Другим вариантом использования металлополимерных составов, яв-
ляется использование металлополимеров для изготовления новых изделий методом литья Кроме того, металлополимеры могут выполнять и роль защитного состава, когда поверхность изделия обрабатывается составом для придания антикоррозийных или антифрикционных свойств. Так же нередко металлополимеры используют в качестве клеевого состава при сборке различных узлов и агрегатов. Благодаря пренебрежительно низкому проценту объемной усадки металлопо-лимерного состава, его так же используют для герметизации неподвижных соединений деталей.
При изготовлении пресс-форм для литья пластиковых изделий используют как стандартные изделия, изготовленные согласно нормам взаимозаменяемости, так и специальные детали, выполненные непосредственно под то изделие, которое планируется отливать в пресс-форме. Фактически производители оснастки стремятся использовать в конструкции пресс-формы унифицированные детали, объем которых может достигать до 95 % от всего комплекта деталей пресс-формы. Стоимость унифицированных деталей в цене пресс-формы составляет от 15 до 65 %. Изменения процента состава стандартных изделий во многом зависят от конструкции самого изделия которое планируется изготавливать в пресс-форме, а также от опыта и квалификации конструктора оснастки.
К специальным деталям пресс-формы чаще всего относятся формообразующие детали - матрицы и пуансоны. Именно формообразующие детали составляют наибольшую долю в стоимости всей пресс-формы, так как их изготовление является наиболее сложным технологически, а также требует соблюдения высоких точностных и размерных допусков. Формообразующие детали пресс-форм составляют наибольшую часть стоимости пресс-формы, а, следовательно, существует экономическая целесообразность переконструирования таких деталей под вновь изготавливаемые изделия в тех случаях где это возможно.
Авторы статьи работают над совершенствованием технологии реконструирования формообразующих деталей пресс-форм с использованием металлополимера наполненного алюминием марки «LEO». Результаты ранних изысканий приведены в [3, 4].
Способ получения формообразующих деталей с применением металлополимера, а также конструкция самой пресс-формы с комбинированными формообразующими деталями запатентованы [5, 6], однако авторы могут позволить себе в данной работе раскрыть некоторые аспекты и привести общую схему получения комбинированной формообразующей детали, для того чтобы раскрыть актуальность исследований, описываемых в текущей работе. Обобщенная схема получения комбинированной формообразующей детали для изделия «звездочка» с одной плоскостью разъема приведена ниже.
На первом этапе производится изготовление мастер-модели будущего изделия на 3D принтере. Модель изделия «звездочка», которая имеет специальные технологические основания с двумя отверстиями. Данное основание и отверстия необходимы для того, чтобы правильно отцентрировать модель относительно металлической части формообразующей плиты.
Далее напечатанная модель собирается с предварительно подготовленной металлической обоймой (рис. 1). Здесь модель 1 укладывается на основание и сверху накрывается металлической обоймой 3, которая имеет колодец 7. В колодец устанавливается закладная деталь 2 из выполняемого материала. Подвод охлаждающей жидкости осуществляется через отверстия 8, показана позицией 5 и вынесена из сборки. После отверждения металлополимера и извлечения мастер-модели, поверхность разъёма 6 подвергается шлифованию.
Выше приведенная схема является упрощенной и не отражает многих нюансов получения комбинированной формообразующей детали пресс-формы, однако она показывает, что одним из заключительных этапов является именно шлифование плоскости смыкания, состоящей из двух материалов: металла обоймы и металлополимера формообразующей части. Шлифование необходимо для того чтобы убрать технологические припуски свойственные мастер-модели при ее получении на 3D принтере. В случае невыполнения требований по шероховатости и плоскостности плоскости смыкания требованиям стандарта [7, 8], деталь в такой пресс-форме может получаться с облоем, что так же недопустимо.
Рис. 1. Компоненты сборки в разнесенном виде: 1 - мастер-модель; 2 - технологические отверстия; 3 - металлическая обойма; 7 - колодец; 5 - мастер-модель; 6 - каналы охлаждения.
Материалы и методы. Согласно теории абразивной обработки [8, 9] разработанной сотрудниками Южно-Уральского государственного университета Кошиным А.А. и Сопельцевым А.В., а также работами Корчака С.Н., с учетом рекомендаций производителей абразивного инструмента, для обработки плоской поверхности смыкания пресс-формы с учетом обеспечения требуемой размерной точности и шероховатости Ra <0,80 рекомендуется использовать круг из электрокорунда марки 25А, зернистостью не выше 16, с углом заострения 85°.
Проблема назначения корректных режимов абразивной обработки, на решение которой направленно настоящее исследование заключается в том, что возникает необходимость одновременной (совместной) обработки изделия, имеющего разные физико-механические свойства и соответственно отличные режимы резания как для металла, так и для металлополимера. Другими словами, необходимо подобрать те режимы шлифования, которые бы позволяли произвести обработку комбинированной детали с требуемой шероховатостью и не допустить возникновения дефектов обоих материалов. В теории могут возникнуть такие дефекты как прижёги и температурная диструкция матрицы металлополимера. Использование СОТС также не рассматривается в работе, так как на сегодняшний день нет данных о воздействии СОТС и металлополимера, что может привести к невидимой химической реакции и разрушению металлополимера или другим непрогнозируемым последствиям.
В соответствии с теорией абразивной обработки [9, 10], при обработке поверхности перефе-рией круга нагрев поверхности имеет циклический характер. Существуют циклы нагрева и охлаждения, время цикла расчитывается согласно выражению [ЮОшибка! Источник ссылки не найден.]:
г-к
VdH
Si sriooo'
(1)
где 5г - продольная подача стола, м/мин; й - диаметр шлифовального круга, мм; £ - глубина резания при шлифовании, мм; 2 • Л. - ширина плоского источника тепла.
Так как требуется вычислить температуру нагрева металлополимера при шлифовании, необходимо вычислить мощность источника тепла, для чего воспользуемся предложенной учеными Пермского национального технологического университетаформулой, Вт [11, 12]:
(?Л.Я = 0,4899 • • ств • V • Ь2 • 12 • п„ • В • 1д, (2)
где - коэффициент трения зерна о заготовку; ов - предел прочности обрабатываемого материала, мПа; V - скорость резания при шлифовании, мм/с; Ь2-ширина среза зерна, мм; 12 - длина контакта зерна с обрабатываемым материалом по задней поверхности, мм; пр - количество зерен при одновременном контакте; В - высота круга, мм; 1д- длина контакта круга с заготовкой, мм.
Согласно рекомендациям из [8], принимаем ^ = 0,46, угол зерна принимаем равным - 85°. Длина контакта круга с заготовкой, мм [13, 14]:
агсз1п(—-—)
1д = пВ-(3)
а 360° ' у '
где О - диаметр круга, мм; £ - глубина резания, мм.
Учитывая то, что в выражении (2) присутствует параметр ав, имеющий различные данные для стали и металлополимера, то и количество теплоты, выделяющееся при снятии припуска, разное.
Количество зерен в круге (средневероят-ностное) [9]:
0,0126 /^¡^Ш-К
Хаг
Пр Ч V'0,25 , (4)
где Хау - средне вероятный размер зерна (0,55 мм) для выбранного, по требуемой шероховатости круга [15, 16Ошибка! Источник ссылки не найден.]; 5г - продольная подача стола, мм/с; V-скорость резания, мм/с; К - концентрация режущего материала в круге, %.
Для выбранного материала круга производители указывают 100 %-ю концентрацию, или К = 1.
На основе выше приведенных выражений для расчета мощности теплового излучения на поверхности обработки, вычислим значения температуры, для этого воспользуемся моделированием процесса теплопереноса с помощью программы конечно-элементного анализа.
Основная часть. Для более простого понимания процесса шлифования необходимо разработать схему абразивной обработки комбинированной детали (рис. 2) [14].
В двух случаях, представленных на рис. 2, производится обработка темплета с размером I, h и в. В расчетах принимаем - в = , так как упростит расчет и не окажет влияния на температуру в зоне в/2. Так же в двух случаях длина обработки, расчитывается от радиуса ^кр/2) круга и глубины резания t.
На схеме б модель представлена двумя участками: 1 - участок из металлополимера, 2 -участок из металла. С учетом технологии изготовления комбинированной детали, длина метал-лополимерного участка должна стремиться к минимуму, с целью обеспечения максимальной теплопроводности.
Рис. 2. Схема моделей для определения теплопереноса: а - металлополимер; б - металлополимерная композиция
Источником тепла является радиусная поверхность, в качестве начальной температуры взята температура 25 °С (Окружающая среда в цеху). Параметры шлифовального круга - материал 25А, высота круга 40 мм, диаметр круга 450 мм, а также режимы резания - глубина резания
изменяется от 0,01 до 0,1 мм, продольная подача стола от 9 до 24 м/мин (0,015 до 0,4 м/с).
В таблицу 1 сведены расчеты мощности тепловыделения на всех диапазонах режимов резания [17, 18] для обоих материалов - стали и ме-таллополимера.
Таблица 1
Значения мощности тепловыделения кВт при обработке стали 40Х13. ГОСТ 4543
(предел прочности 1840 МПа)
Глубина резания, мм
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
0,015 87 103 113 122 129 134 140 144 148 152
0,03 123 145 161 172 182 190 197 204 210 215
0,045 150 178 197 211 223 233 242 250 257 263
0,06 173 206 227 244 257 269 279 288 296 304
0,075 194 230 254 272 287 300 312 322 331 340
0,09 212 252 278 298 315 329 342 353 363 372
0,105 229 272 300 322 340 356 369 381 392 402
0,12 245 291 321 344 364 380 395 408 419 430
0,135 260 308 340 365 386 403 419 432 445 456
я 0,15 274 325 359 385 407 425 441 456 469 481
о н 0,165 287 341 376 404 426 446 463 478 492 504
и я 0,18 300 356 393 422 445 466 483 499 513 527
г я 0,195 312 370 409 439 464 485 503 519 534 548
о 0,21 324 384 425 456 481 503 522 539 555 569
№ 0,225 335 398 440 472 498 520 540 558 574 589
я 0,24 346 411 454 487 514 538 558 576 593 608
ч 0,255 357 424 468 502 530 554 575 594 611 627
п о 0,27 368 436 482 517 545 570 592 611 629 645
а С 0,285 378 448 495 531 560 586 608 628 646 663
0,3 387 460 508 545 575 601 624 644 663 680
0,315 397 471 520 558 589 616 639 660 679 697
0,33 406 482 532 571 603 630 654 676 695 713
0,345 415 493 544 584 617 645 669 691 711 729
0,36 424 503 556 597 630 658 683 706 726 745
0,375 433 514 567 609 643 672 698 720 741 760
0,39 442 524 579 621 656 685 711 735 756 775
0,405 450 534 590 633 668 698 725 749 770 790
Выполнив подобные вычисления для метал-лополимерного материала на базе паспортных данных металлополимера [2] полученные данные сведем в таблицу 2.
Для того чтобы провести конечно-элементные расчеты необходимо также выполнить расчеты времени цикла нагрева и охлаждения согласно выражения (1). Расчетные данные также сведем в таблицу 3.
Таблица 2
Значения мощности (кВт) тепловыделения при обработке металлополимера, наполненного
алюминием (предел прочности 140 МПа)
Глубина резания, мм
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
0,015 7 8 9 9 10 10 11 11 11 12
0,03 9 11 12 13 14 14 15 16 16 16
0,045 11 14 15 16 17 18 18 19 20 20
0,06 13 16 17 19 20 20 21 22 23 23
0,075 15 17 19 21 22 23 24 25 25 26
0,09 16 19 21 23 24 25 26 27 28 28
0,105 17 21 23 25 26 27 28 29 30 31
0,12 19 22 24 26 28 29 30 31 32 33
Я 0,135 20 23 26 28 29 31 32 33 34 35
о 0,15 21 25 27 29 31 32 34 35 36 37
о s 0,165 22 26 29 31 32 34 35 36 37 38
0,18 23 27 30 32 34 35 37 38 39 40
ч о 0,195 24 28 31 33 35 37 38 40 41 42
а 0,21 25 29 32 35 37 38 40 41 42 43
я 0,225 26 30 33 36 38 40 41 42 44 45
Л ч 0,24 26 31 35 37 39 41 42 44 45 46
о ч 0,255 27 32 36 38 40 42 44 45 47 48
о 0,27 28 33 37 39 42 43 45 47 48 49
U 0,285 29 34 38 40 43 45 46 48 49 50
0,3 29 35 39 41 44 46 47 49 50 52
0,315 30 36 40 42 45 47 49 50 52 53
0,33 31 37 41 43 46 48 50 51 53 54
0,345 32 37 41 44 47 49 51 53 54 55
0,36 32 38 42 45 48 50 52 54 55 57
0,375 33 39 43 46 49 51 53 55 56 58
0,39 34 40 44 47 50 52 54 56 58 59
0,405 34 41 45 48 51 53 55 57 59 60
Таблица 3
Величина цикла нагрева-охлаждения, мс.
Глубина резания, мм
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
0,015 141 200 245 283 316 346 374 400 424 447
0,03 71 100 123 141 158 173 187 200 212 224
0,045 47 67 82 94 105 116 125 133 141 149
0,06 35 50 61 71 79 87 94 100 106 112
0,075 28 40 49 57 63 69 75 80 85 89
0,09 24 33 41 47 53 58 62 67 71 75
о 0,105 20 29 35 40 45 50 54 57 61 64
0,12 18 25 31 35 40 43 47 50 53 56
ч 0,135 16 22 27 31 35 39 42 44 47 50
н 0,15 14 20 25 28 32 35 37 40 42 45
ев 0,165 13 18 22 26 29 32 34 36 39 41
У ев 0,18 12 17 20 24 26 29 31 33 35 37
Ч о В § s 0,195 11 15 19 22 24 27 29 31 33 34
0,21 10 14 18 20 23 25 27 29 30 32
0,225 9 13 16 19 21 23 25 27 28 30
л ч 0,24 9 13 15 18 20 22 23 25 27 28
о ч 0,255 8 12 14 17 19 20 22 24 25 26
о а 0,27 8 11 14 16 18 19 21 22 24 25
В 0,285 7 11 13 15 17 18 20 21 22 24
0,3 7 10 12 14 16 17 19 20 21 22
0,315 7 10 12 14 15 17 18 19 20 21
0,33 6 9 11 13 14 16 17 18 19 20
0,345 6 9 11 12 14 15 16 17 18 19
0,36 6 8 10 12 13 14 16 17 18 19
0,375 6 8 10 11 13 14 15 16 17 18
0,39 5 8 9 11 12 13 14 15 16 17
0,405 5 7 9 11 12 13 14 15 16 17
Для расчетов использовалось ПО ELCUT 6.1., а также рекомендации [19, 20]. Порядок расчета:
1. На первом этапе была составлена геометрическая модель толщиной 40 мм в соответствии с данными из таблицы 1 и таблицы 2.
2. На втором этапе были внесены данные о материалах: металлополимера - плотность 1850 кг/м3; теплоёмкость 7,5 Дж/кгК [18]; теплопроводность 0,3 Вт/Км; Сталь 40Х13 - плотность
7850 кг/м3; теплоёмкость 400 Дж/кгК; теплопроводность 385 Вт/Км.
3. В третью очередь были указаны начальные условия - температура 298 К.
4. Далее обозначено место (грань модели) по которой производился нагрев.
5. В заключении был выполнен сам расчет. Значение максимальных температур (К) были записаны в таблицу 4.
Для примера на рис. 3 показана геометрическая модель при глубине резания 0,1 мм.
|ЛЫси1 - [металлополимер.той] | а | Е11 | I*
Файл Правка Вид Задача Сервис Окна ? ^
Сами же результаты расчета методом конечных элементов и диаграммы температурных полей представлены на рис. 4. (глубина резания 0,1 мм, скорость резания 0,015 м/с.)
Необходимо отметить следующее наблюдение, так при моделировании нагрева комбинированного образца было установлено, что нагрев
а)
металлополимера от металлической части образца затруднен, так как металл обладает более высоким коэффициентом теплопроводности по сравнению с металлополимером, именно поэтому в дальнейшем исследования комбинированного образца не проводилось, а все внимание было уделено металлополимерному образцу, б)
I 1Д|1
В
I л ■
Рис. 4. Распределение температурных полей: а - металлополимерного образца; б - комбинированного металл-металлополимерного образца (левая часть модели металлополимер, правая металл) Данные по исследованию металлополимер-ного образца были сведены в таблицу 4.
Таблица 4
Максимальное значение температуры металлополимера, °К.
Глубина резания, мм
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
0,015 299 301 304 307 309 310 311 311 312 311
0,03 299 301 304 307 309 310 311 312 312 312
0,045 300 302 304 307 309 311 312 312 312 312
0,06 300 302 305 307 309 311 312 312 312 312
0,075 300 302 305 307 309 311 312 312 312 312
0,09 300 302 305 307 309 311 312 312 312 312
0,105 300 302 305 308 309 311 312 312 312 312
0,12 300 302 305 308 310 311 312 312 313 312
0,135 300 302 304 307 309 311 312 312 312 312
а ч о н 0,15 300 302 305 307 309 311 312 312 312 312
0,165 300 302 305 307 309 311 312 312 312 312
о а 0,18 300 302 305 307 309 311 312 312 312 312
Т а 0,195 300 302 305 308 309 311 312 312 312 312
ч о В § = 0,21 300 302 305 308 310 311 312 312 313 312
0,225 300 302 305 308 310 311 312 313 313 313
0,24 301 303 305 308 310 312 313 313 313 313
ч 0,255 301 303 306 309 311 312 313 313 314 313
ч о 0,27 302 304 306 309 311 313 314 314 314 314
а В 0,285 302 304 307 310 312 313 314 314 315 314
0,3 303 305 307 310 312 314 315 315 315 315
0,315 303 305 308 311 313 314 315 315 316 315
0,33 304 306 308 311 313 315 316 316 316 316
0,345 304 306 309 312 314 315 316 316 317 316
0,36 305 307 309 312 314 316 317 317 317 317
0,375 305 307 310 313 315 316 317 317 318 317
0,39 306 308 310 313 315 317 318 318 318 318
0,405 306 308 311 313 315 317 318 318 318 318
Проведенные расчеты позволили получить металлополимера при плоском шлифовании пе-номограммы (рис. 5) взаимосвязи температуры риферией круга от глубины резания и подачи
стола.
250
200
и
Longitudinal table feed, м/с
—1=0,01 —fc t=0,02 —1=0.03 1=0,04
■ 1=0.05 —fc t=0,06 ■ t=0.07 « t=0.0S
Рис. 5. Температуры металлополимера в зависимости от глубины резания и продольной подачи стола
Проведенные теоретические расчеты позволяют сделать вывод, что даже при максимальных значениях подачи и глубины резания, тех что позволяет диапазон регулирования станка и рекомендации при обработке стальной детали, метал-лополимерный темплет не нагревается до температуры деструкции матрицы, что могло бы привести к нарушению целостности детали и поменять его физико-механические свойства.
С целью обеспечения достоверности расчетных данных также был поставлен эксперимент по
шлифованию металлополимерного темплета на станке 3Б722 с теми же исходными данными, что были использованы для теоретических расчетов.
Обработка результатов эксперимента производилась с использованием программного продукта SmartView 3.7.19.0, позволяющего покад-рово производить анализ записанных данных (рис. 6), что несмотря на высокий градиент рассеивания тепла в зоне резания, всё же позволило зафиксировать достоверные данные.
Рис. 6. Окно программы 8тагШем> 3.7.19.0 при обработке результатов эксперимента
Распределение температурных полей тепловизора Т400 показано на рис. 7.
Рис. 7. Распределение температурных полей при шлифовании металлополимерного образца
На рис. 7 можно видеть диаграмму распределения температур при шлифовании металлополи-мерного образца, со следующими режимами резания: продольная подача стола 13,5 м/мин, глубина резания 0,08 мм. Анализируя диаграмму
можно установить, что максимальная температура в зоне резания соответствует значению 39,1 °С. Проведя ряд замеров и обработав результаты эксперимента, получили следующие данные (табл. 5).
Таблица 5
Экспериментальные значения температур металлополимера при шлифовании
Глубина резания, мм
0,01 0,05 0,08
Продольная подача стола, м/с 0,045 26,6 35,7 38,8
0,225 27,1 36,4 39,3
0,405 32,6 41,9 45,1
Выводы. В исследовании были проведены теоретические расчеты и эксперементальные исследования, которые позволили установить, что на всем диапазоне изменения режимов резания при шлифовании металлополимерного образца температура в зоне резания при обработке метал-лополимера плоским шлифованием периферией круга не достигает критических значений, приводящих к разрушению его матрицы. Максимальная зарегистрированная температура составила 46°С, тогда как предельное значение температуры для металлополимера 220°С. Таким образом было доказано, что металлополимер возможно обработать на тех режимах резания которые устанавливаются технологом для обработки стальной детали и основной задачей, стоящей перед конструктором теперь будет являться назначение тех режимов резания из исследованного диапазона, которые обеспечат требуемую шероховатость и размерную точность формообразующей детали пресс-формы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абдуллин И.А. Композиционные материалы с полимерной матрицей: учебное пособие. Казань. Изд-во Казан. гос. технол. ун-т. 2006. С. 147.
2. Баурова Н.И., Зорин В.А. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин: учебное пособие / Н.И. Баурова, В.А. Зорин. М.: МАДИ. 2016. 264 С.
3. Любимый Н.С., Чепчуров М.С., Мина-сова В.Е. Оптимизация параметров шлифования металлополимерной поверхности смыкания формообразующих деталей пресс-форм // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. №7. С. 125-130.
4. Любимый Н.С., Чепчуров М.С., Аверчен-кова Е.Э. Обеспечение требуемой шероховатости поверхностей изделий из металлополимера, наполненного алюминием при обработке шлифованием // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. №1. С. 162-168.
5. Любимый Н.С. Патент РФ № 188720. Ме-талл-металлополимерная пресс-форма.
2018144087, заяв. 12.12.2018. опубл. 22.04.2019. Бюл. №12.
6. Кошин А.А., Сопельцев А.В. Исследование гранулометрического состава и микрогеометрических показателей абразивных зерен шлифовальных кругов, применяемых в обдирочном шлифовании // Вестник ЮУрГУ. 2010. №10. С. 77-82.
7. Лищенко Н.В., Ларшин В.П. Температура при шлифовании прерывистыми и высокопористыми кругами // Вектор науки ТГУ. 2015. № 31. С. 75-84.
8. Курдюков В.И., Андреев А.А. Сила резания и температура при шлифовании: учебное пособие. Курган. Изд-во Курганского гос. ун-та. 2013. С. 11.
9. Никитин С.П., Ханов А.М., Сиротенко Л.Д. Расчет теплового сопротивления элементов зоны резания при шлифовании теплозащитных покрытий // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6. С. 118-120.
10.Штерензон В.А. Моделирование технологических процессов: конспект лекций. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та. 2010. 66 с.
11.Дальский А.М., Суслов А.Г., Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. М.: Изд-во Машиностроение. 2003. 944 с.
12.Майникова Н.Ф., Жуков Н.П., Рогов ИВ. Моделирование теплопереноса в полимерном материале при фазовом переходе // Вестник ТГТУ. 2008. №3. С. 490-494.
13.Лебедев С.М., Гефле О.С., Ткаченко С.Н. Диэлектрические и теплофизические свойства полимерных материалов с высокой диэлектрической проницаемостью // Пластические массы. 2010. № 12. С. 17-22.
14.Любимый Н.С., Чепчуров М.С., Костоев З.М. Исследование процессов получения комбинированных металл-металлополимерных формообразующих деталей пресс-форм заданного качества с применением аддитивных технологий: монография. Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2020. 140 с.
15.Герасимов М.Д. Способ получения направленных механических колебаний для практического применения в технологических процессах // Строительные и дорожные машины. 2014. №1. С. 35-38.
16.Bogdanov V.S., Romanovich A.A., Voro-byov N.D. Definition of rational conditions of materials grinding in energy-saving milling complex // World Applied Sciences Journal. 2013. Vol. 25. № 2. Pp. 214-221.
17.Venkatesh K., Bobji M.S., Biswas S.K. Power spectra of roughness caused by grinding of metals // Journals of Material Research. 2009. Vol. 14. Pp.319-322.
18.Manrico V. Fabretto, Drew R. Evans, Michael Mueller and Kamil Zuber. Polymeric Material with Metal-Like Conductivity for Next Generation Organic Electronic Devices // Chemistry of Materials. 2012. Vol. 24. Pp. 3998-4003.
19.Liang J., Narahara H., Koresawa H., Suzuki H. Verification and evaluation of automatically designed cooling channels for block-laminated molds // UK: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 75. Pp. 17511761.
20.Jeng Y.R., Liu D.S., Yau H.T. Fast numerical algorithm for optimization mold shape of direct injection molding process // USA: Materials and manufacturing processes. 2013. Vol. 6. Pp. 689-694.
Информация об авторах
Любимый Николай Сергеевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры подъёмно-транспортных и дорожных машин. E-mail: nslubim@bk.ru. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, Костюкова, д. 46.
Романович Марина Алексеевна, кандидат экономических наук, доцент кафедры подъёмно-транспортных и дорожных машин. E-mail: bel31rm@yandex.ru. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, Костюкова, д. 46.
Тихонов Александр Андреевич, магистрант. E-mail: cherep2240@rambler.ru. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, Костюкова, д. 46.
Бабкин Максим Сергеевич, магистрант. E-mail: maks.babkin.2012@inbox.ru. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, Костюкова, д. 46.
Поступила 14.09.2020 г.
© Любимый Н.С., Романович М.А., Тихонов А.А., Бабкин М.С., 2020
*Lubimyi N.S., Romanovich M.A., Tikhonov A.A., Babkin M.S.
Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov *E-mail: nslubim@bk. ru
INVESTIGATION OF THE SURFACE TEMPERATURE OF A METAL-METAL POLYMER PART DURING FLAT GRINDING MACHINING
Abstract. Knowing the exact heating temperature of a combined metal-metalpolymer part when processing flat grinding helps to assign cutting modes, as well as predict the durability of the processed part. Accurate monitoring of the heating temperature of the part during flat grinding allows to understand whether the temperature degradation of the surface layers of the metal polymer occurs, which can reduce the durability of the processed part due to burns of the surface layers. At the same time, accurate determination of the temperature in the cutting zone gives an understanding of the need for the use of cooling lubricants, which can not always be used without additional research when processing metal polymers with a diene matrix. The study of the temperature in the cutting zone is necessary because of the lower degradation temperature of the metal polymer relative to the metal. This article examines the process offlat grinding of a combined metalmetal polymer part using theoretical calculations, the method of finite element analysis, and analytical evaluation of the results of the experiment. The temperature in the cutting zone is estimated for the part-forming plate of the mold, which dictated the choice ofa certain range of cutting modes that allow to obtain the required roughness of the plane of closing of the forming part.
Keywords: metal polymer, metal-metal polymer, molds, casting, cutting depth, modeling, heating.
REFERENCES
1. Abdullin I.A. Composite materials with a polymer matrix. [Kompozicionnye materialy s po-limernoj matricej]. Kazan: Kazan state technol. Univ., 2006. 147 p. (rus)
2. Baurova N.I., Zorin V.A. The use of polymeric materials in the manufacture and repair of machines [Primenenie polimernyh kompozicionnyh materialov pri proizvodstve i remonte mashin]. M.: MARI, 2016. 264 p. (rus)
3. Lyubimyi N.S., Chepchurov M.S., Minasova V.E. Optimization of parameters for grinding the metal-polymer surface of the closing of forming parts of molds. [Optimizaciya parametrov shlifo-vaniya metallopolimernoj poverhnosti smykaniya formoobrazuyushchih detalej press-form]. Bulletin of BSTU named after V. G. Shukhov. 2017. No 7. Pp. 125-130. (rus)
4. Lyubimyj N.S., CHepchurov M.S., Aver-chenkova E.E. Ensuring the required roughness of surfaces of products made of metal polymer filled with aluminum when processing by grinding. [Obespechenie trebuemoj sherohovatosti pover-hnostej izdelij iz metallopolimera, napolnennogo al-yuminiem pri obrabotke shlifovaniem]. Bulletin of BSTU named after V. G. Shukhov. 2017. No 1. Pp. 162-168. (rus)
5. Lyubimyj N.S. Metal-metal polymer mold. Patent RF, no. 188720, 2019.
6. Koshin A.A., Sopel'cev A.V. Investigation of the granulometric composition and microgeomet-ric characteristics of abrasive grains of grinding wheels used in rough grinding. [Issledovanie granu-lometricheskogo sostava i mikrogeometricheskih pokazatelej abrazivnyh zeren shlifoval'nyh krugov, primenyaemyh v obdirochnom shlifovanii]. Bulletin of SUSU. 2010. No. 10. Pp. 77-82. (rus)
7. Lishchenko N.V., Larshin V.P. Grinding temperature with intermittent and highly porous wheels. [Temperatura pri shlifovanii preryvistymi i vysokoporistymi krugami]. TSU science vector. 2015. No. 3. Pp. 75-84. (rus)
8. Kurdyukov V.I., Andreev A.A. Cutting force and grinding temperature. [Sila rezaniya i temperatura pri shlifovanii]. Kurgan: KSU. 2013. 11 p. (rus)
9. Nikitin S.P., Hanov A.M., Sirotenko L.D. Calculation of the thermal resistance of the elements of the cutting zone when grinding heat-protective coatings. [Raschet teplovogo soprotivleniya ele-mentov zony rezaniya pri shlifovanii teplozashchit-nyh pokrytij]. Modern problems of science and education. 2014. No. 6. Pp. 118-120. (rus)
10.Shterenzon V.A. Process Modeling: Lecture Notes. [Modelirovanie tekhnologicheskih processov: konspekt lekcij]. Ekaterinburg: RSPEU. 2010. 66 p. (rus)
11.Dal'skij A.M., Suslov A.G., Kosilova A.G., Meshcheryakov R.K. Handbook of a mechanical engineer. [Spravochnik tekhnologa-mashinostroitelya]. M.: Mashinostroenie. 2003. 944 P. (rus)
12.Majnikova N.F., Zhukov N.P., Rogov I.V. Modeling heat transfer in a polymer material during phase transition. [Modelirovanie teploperenosa v po-limernom materiale pri fazovom perekhode]. Bulletin of TSTU. 2008. No. 3. Pp. 490-494. (rus)
13.Lebedev S.M., Gefle O.S., Tkachenko S.N. Dielectric and thermophysical properties of polymeric materials with high dielectric constant. [Diel-ektricheskie i teplofizicheskie svojstva polimernyh materialov s vysokoj dielektricheskoj pronicae-most'yu]. Plastics. 2010. No 12. Pp. 17-22. (rus)
14.Favorite N.S., Chepchurov M.S., Kostoev Z.M. Investigation of the processes of obtaining combined metal-metal-polymer forming parts of molds of a given quality using additive technologies: monograph. [Issledovanie processov polucheniya kombinirovannyh metall-metallopolimernyh formoobrazuyushchih detalej press-form zadannogo kachestva s primeneniem additivnyh tekhnologij: monografiya]. Belgorod: BSTU named after V. G. Shukhov, 2020. 140 p. (rus)
15.Gerasimov M.D. Method of obtaining directional mechanical vibrations for practical use in technological processes. [Sposob polucheniya napravlen-nyh mekhanicheskih kolebanij dlya prakticheskogo primeneniya v tekhnologicheskih processah]. Construction and road machines. 2014. No. 1. Pp. 35-38. (rus)
16.Bogdanov V.S., Romanovich A.A., Voro-byov N.D. Definition of rational conditions of materials grinding in energy-saving milling complex. World Applied Sciences Journal. 2013. Vol. 25. No. 2. Pp. 214-221.
17.Venkatesh K., Bobji M.S., Biswas S.K. Power spectra of roughness caused by grinding of metals. Journals of Material Research. 2009. Vol. 14. Pp.319-322.
18.Manrico V. Fabretto, Drew R. Evans, Michael Mueller and Kamil Zuber. Polymeric Material with Metal-Like Conductivity for Next Generation Organic Electronic Devices. Chemistry of Materials. 2012. Vol. 24. Pp. 3998-4003.
19.Liang J., Narahara H., Koresawa H., Suzuki H. Verification and evaluation of automatically designed cooling channels for block-laminated molds. UK: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 75. Pp. 17511761.
20.Jeng Y.R., Liu D.S., Yau H.T. Fast numerical algorithm for optimization mold shape of direct injection molding process. USA: Materials and manufacturing processes. 2013. Vol. 6. Pp. 689-694.
Information about the authors
Lubimyi, Nikolai S. PhD, Engineering, Senior lecturer. E-mail: nslubim@bk.ru. E-mail: makskol97@mail.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Romanovich, Marina A. PhD, Associate Professor. E-mail: bel31rm@yandex.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Tikhonov, Aleksandr A. Master's student. E-mail: cherep2240@rambler.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Babkin, Maxim S. Master's student. E-mail: maks.babkin.2012@inbox.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Received 14.09.2020 Для цитирования:
Любимый Н.С., Романович М.А., Тихонов А.А., Бабкин М.С. Исследование температуры поверхности металл-металлополимерной детали при механической обработке плоским шлифованием // Вестик БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 10. С. 72-83. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-10-72-83
For citation:
Lubimyi N.S., Romanovich M.A., Tikhonov A.A., Babkin M.S. Investigation of the surface temperature of a metal-metal polymer part during flat grinding machining. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2020. No. 10. Pp. 72-83. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-10-72-83
