CC BY
31
Розглянутi основш oco6Mueocmi алмазного свердлтня, пов'язат з ктематикою процесу та мехатзмом обробки тендтних неметалiчних матерiалiв, наведет дослiд-ження оптимiзацiiрежимiв рiзання
Ключовi слова: алмазне свердлтня, неме-талiчт матерiал, режими рiзання
Освещены основные особенности алмазного сверления, связанные с кинематикой процесса и механизмом обработки хрупких неметаллических материалов, приведены исследования оптимизации режимов резания
Ключевые слова: алмазное сверление, неметаллические материал, режимы резания
The basic features of diamond drilling connected to the law of course of process and the mechanism of processing of fragile not metal materials are covered the researches of optimization of modes of cutting are given
Key words: diamond drilling, not metal material, modes of cutting
УДК 621.95.01
КЕРУВАННЯ РЕЖИМАМИ АЛМАЗНОГО СВЕРДЛ1ННЯ В ДЕТАЛЯХ З ТЕНД1ТНИХ НЕМЕТАЛ1ЧНИХ МАТЕР1АЛ1В
О.Л. Кондратюк
Кандидат техычних наук, доцент*
А.П. Тарасюк
Кандидат техшчних наук, доцент, завщуючий кафедрою*
А.О. CKopKi н
Астрант, асистент*
О.О. Литвинова*
Контактний тел.: (057) 733-78-26 E-mail: Kondr20071@I.ua *Кафедра металорiжучого обладнання i транспортних
систем
УкраТнська шженерно-педагопчна академiя вул. Ушверситетська, 16, м. Хармв, УкраТна, 61003
Вступ
Тендггш неметалiчнi матерiали (далi НМ), таю як керамжа, скло, ситали (склокерамжа) знаходять усе б^ьше широке застосування в машинобудiвнiй, елек-тротехшчнт, приладобудiвнiй, хiмiчнiй промисло-восп, авiацiйно-космiчнiй i ракетнiй технiцi, ядернт енергетицi, будiвництвi.
Скло, керамiка й ситали мають високу твердiсть, знососттюсть й схильнiсть до тендiтного руйнуван-ня, тому однieю iз самих трудомштких i вщповщаль-них операцт при виготовленнi деталей iз НМ е фор-моутворення отворiв.
Вивченням мехашки руйнування НМ присвяченi дослщження А. Грифiтса, Ф. Боудена, Д. Тейбора, Д. 1р-вiна, Д. Моджиса, А. Еванса, Б. Лоуна, Г. М. Бертенева, Е. М. Морозова, В. М. Пострикова, Н. В. Морозова.
Сьогодш для формоутворення отворiв ввд 1,0 до 1000 мм найб^ьше широко застосовують алмазне свердлтня, що мае ряд особливостей, пов'язаних з
ктематикою процесу й обробкою тендiтних матерiалiв зв'язаним абразивом.
Внаслiдок особливостей тендиного руйнування НМ, процес алмазного свердлтня протжае досить ефективно лише в режимi самозагострювання iнстру-мента, що у першу чергу забезпечуеться призначенням оптимальних режимiв свердлiння.
Потрiбно вiдзначити, що не шнуе широко розпов-сюджено! унiверсальноi методики вибору режимiв алмазного свердлтня, подiбноi до методики розрахунку режимiв обробки для металевих матерiалiв. Вибiр ре-жимiв рiзання при алмазному свердлiннi здiйснюеться ввдповщно до технологiчних рекомендацiй виробникiв алмазних свердлiв залежно вiд дiаметра отвору та матерiалу оброблювано! деталi, причому рекоменду-ються значення, що до подачi та швидкостi головного руху змтюються в широких межах. При призначенш неоптимальних режимiв свердлiння не забезпечуеться заявлена постачальником сттюсть i продуктивнiсть. При цьому не забезпечуються режими обробки опти-
мальш для диспергування НМ, що приводить до зни-ження продуктивностi процесу i перевитратi дорогого алмазного шструмента.
Iснуючi розробки пiдтверджують, що застосу-вання адаптивного керування режимом обробки на основi зворотного зв'язка iз зони рiзання по подачi дозволяе значно тдвищити ефективнiсть алмазного свердлiння.
У зв'язку з цим, перспективним представляеться застосування систем, що реалiзують керування про-цесом свердлшня як по швидкосп головного руху, так i по подачi.
Пiдвищення продуктивностi алмазного свердлiння в НМ при заданш якостi оброблено! поверхнi на основi автоматичного керування режимами обробки у наш час е актуальним науковим завданням.
Класифiкацiя iснуючих методiв дослщжень
Призначення оптимальних режимiв обробки, що забезпечують самозагострювання iнструмента, дозволяе скоротити юльюсть виправлень шструмен-та, стабШзувати процес диспергування матерiалу й одержати максимально можливу продуктившсть для заданих властивостей матерiалу й iнструмента. А. В. Баликовим встановлено, що продуктившсть процесу алмазного свердлшня мае екстремум, що вщповщае робой свердла в режимi самозагострю-вання.
Процес алмазного свердлшня супроводжуеться численними та рiзноманiтними фiзичними явищами, i характеризуеться бiльшим числом факторiв, тому його математичний опис утруднений. Грунтуючись на дослiдженнях, розглянутих рашше, видiлимо значимi фактори i основнi параметри процесу (табл. 1).
Для дослiдження процесу алмазного свердлшня в неметалiчних матерiалах використовувалися методи теорп подоби та аналiзу розмiрностей, якi дозволили узагальнити результати обмежено! кiлькостi дослiдiв, виявити найбiльш загальш закономiрностi процесу, одержати однорiднi по розмiрностi залежностi, що ста-новлять математичну модель системи й поширити от-римаш результати на схожi об'екти. Для дослщження процесу алмазного свердлiння дощльне застосування теорп подоби у формi автомоделювання. При цьому як модель i натури розглядають ту саму систему при рiзних значеннях и параметрiв.
Таким чином, вивчивши один з режимiв роботи системи, можна описати роботу системи в подiбних режимах з шшими значеннями параметрiв.
1дея використання методiв теорii подоби та ана-лiзу розмiрностей для дослщження процесiв ме-ханiчноi обробки НМ, i !хнього шлiфування ви-користовувалася А. А. Сухобрусом при вивченш процесу рiзання кварцового скла алмазними колами. При цьому встановлено, що на подiбних режимах обробки об'емна робота шлiфування залишаеться постшною, тобто при рiзаннi тендiтних неметалiч-них матерiалiв алмазно-абразивним iнструментом на силовi й енергетичнi показники процесу, а також на яюсть оброблено! поверхнi впливають не абсолютнi значення швидкостей подачi та головного руху, а !хне вiдношення.
Таблиця 1
Значимi фактори та основнi параметри процесу алмазного свердлшня. Значимi фактори процесу алмазного свердлшня
Величина Позначення, одинищ вим!ру
Подача 8, мм/хв;
Зернистють алмаз1в З, мкм;
Швидюсть р1зання V, м/с;
Вщносна концентращя алмаз1в З, %;
Межа мщност алмазного порошку на стиск оапсж, МПа;
Межа мщност зв'язування на вигин осви, МПа;
Витрата СОЖ Осож, л/хв;
Мжротвердють матер1алу деташ Н, кгс/мм2
Площа контакту свердла з деталлю Б, мм2
Параметри процесу алмазного свердлшня
Осьове зусилля р1зання Ру Н
Шорсткють оброблено! поверхш Яа, мкм
Середня ширина сколовши на вход! в отв!р \ , мм
Питома витрата алмаз!в q, мг/мм
Стшюсть свердла м!ж виправленнями 1, мм
Дослвдження процесу алмазного свердлшня НМ (на прикладi скла) методами теорп подоби й аналiзу розмiрностей
Процес алмазного свердлшня в НМ шструментом з алмазами й зв'язуванням задано! марки як мехашчну систему досить повно можна описати наступними фь зичними величинами: швидюсть рiзання V, подача S, ефективна площа контакту iнструмента з оброблюва-ною деталлю F, осьова складова сили рiзання Ру , межа мщност на стиск оброблюваного матерiалу о. Частина iз цих величин легко вимiрювана й визначаеться експе-риментально (V, S, Ру), iншi е вiдомими для конкретного матерiалу (о), iншi (Б) розраховуються по вiдомих геометричних параметрах шструмента, зернистосп за-стосовуваного алмазного порошку З та його ввдносно! концентрацп в алмазному шарi С.
Ефективна площа контакту шструмента з оброб-люваною деталлю F обчислюеться по формулi:
F = F ■ пр ,
е.з. торц"
(1)
де Fe.э. - ефективна площа контакту одиничного зерна з оброблюваним матерiалом рiвна площi перетину ввддаленому на 0,15 З вщ вершини зерна, прорц - юльюсть робочих зерен на торцi свердла.
У ходi аналiтичного моделювання юльюсть алмаз-них зерен на торщ свердла було визначено як:
Хф2 - d2)
п р = 0,00184- 2
торц ' 32
(2)
де С - вщносна концентрацiя алмазiв в алмазному шар^ %; D - зовнiшнiй дiаметр свердла, м; d - вну-трiшнiй дiаметр свердла, м; середньозважений розмiр алмазного зерна З, м.
Вiдповiдно до прийнятого подання алмазного зерна у виглядi октаедра з дiагоналлю рiвною середньоз-важеному дiаметру зерна З, Feэ можна визначити у виглядi:
Fe.3.= 0,32 ■ m2 = 0,091^-3j = 0,045 З2
де m - ребро октаедра висотою З.
(3)
Таблиця 2
Фiзичнi величини, що визначають процес алмазного СВерДЛШНЯ i ТхНЬОТ p03MipH0CTi
Фiзична величина Символ Формула розмiрностi
Швидкiсть головного руху V LT-1
Швидкють подачi S LT-1
Осьова складова сили рiзання Ру MLT-2
Ефективна площа контакту свердла з оброблюваною деталлю F L2
Межа мщност оброблюваного матерiалу o ML-1T-2
Py 1
я, = —■ —= о -
F 0 деист'
/°пр
(7)
Отже, комплекс п2 - вiдношення дiючi в матерiалi напруги, створюваного осьово! складово! сили pi3aH-ня, до межi мiцностi матерiалу на стиск. Диспергу-
вання матерiалу вiдбуваeться при створенш в зонi об-робки напруг, що перевищують межу мiцностi. Тобто, умова ходу процесу алмазного свердлшня записуеться у виглядi:
= о.
Т0пред ^ 1
(8)
Таким чином, величину п2 можна назвати «крите-рiй диспергування».
Функцiональний зв'язок мiж п1 = S/V (числом по-доби режимiв) i п2 = Ру /F-o (критерiем диспергування) е рiвнянням подiбностi процесу алмазного свердлiння iнварiантне у всьому дiапазонi оброблюваних шстру-ментом задано! характеристики дiаметрiв отворiв для даного матерiалу.
Вiдповiдно до попередшх розрахункiв, що були виконанi за даними з вщкритих джерел, залежносп Py/F o = f([S/V] ), можна апроксимувати лшшною ре-гресiею виду:
Таким чином, маемо 5 розмiрних величин при 3-х основних розмiрностях [M], [L], [T], де M - маса, L - довжина, T - час.
Виразимо осьову складову сили рiзання Ру як основний фактор, що впливае на процес диспергування матерiалу при алмазному свердлшш, через iншi величини, обраш для опису процесу.
Згщно п - теоремi теорii подоби залежшсть Ру = f (V, S, F, o) можна виразити через n - k = 5 - 3 = 2 без-розмiрного статечного комплексу. При використанш методу Релея за ршенням розмiрних систем i з огляду на властивкть однорiдностi по розмiрностi, шукана залежнiсть прийме вид:
Py = f(V-b,Sb, o), або
Py/F o = f([S/V]b), (4)
Безрозмiрнi комплекси в цьому випадку:
П1= S/V i П2 = Ру /F-o. (5)
Для опису процесу свердлшня будь-якого неме-талiчного матерiалу iнструментом з певною маркою алмазного порошку й на певшм зв'язуванш досить виявити залежнiсть мiж числами подоби п1 = S/V i п2 = Ру /F-o.
Комплекс п1 = S/V - вщношення лiнiйноi продук-тивностi процесу до шляху тертя - узагальнена характеристика режиму алмазного свердлшня, називана також «число подоби режиму».
Комплекс п2 можна записати в наступному видк P P 1
п2 = = -1 (6)
2 Fo F o
Величина Ру/F являе собою умовну напругу, що створюеться в матерiалi в процес обробки осьовою силою Ру. Виходячи iз цього, одержимо:
Py/F -o = b0 + bi (S/V 105),
(9)
де b0 й b1 коефiцiенти, що розраховуються по методу найменших квадратiв.
Отримане в ходi аналiзу розмiрностей рiвняння (9) зв'язуе виконання умови стабшьного протжання процесу свердлiння (8) з факторами режиму обробки й визначае область адекватносп регресшно! моделi А. В. Баликова, найб^ьш повно й адекватно, що описуе залежшсть, показниюв якоси оброблено! поверхнi та осьового зусилля ввд основних факторiв процесу:
Ry = f(S,3,C, o~H) Ra = f(V,S,3,C,H) % = f(S,3,C,H,QC0TC)
(10)
Основною перевагою отримано! уточнено! мате-матично! моделi е те, що вона дозволяе оцшити вплив факторiв режимiв обробки - швидкосп рiзання V i подачi S, а також !хнього взаемовпливу на основнi па-раметри й хщ процесу алмазного свердлшня в щлому.
Спрощене подання рiвняння подоби у виглядi ль ншно! регресii дозволить поширити дану модель на б^ьш широкий дiапазон оброблюваних матерiалiв за умови проведення нечисленних додаткових експе-риментальних дослiджень. Експерименти необхщш лише для коректування коефiцiентiв рiвняння лшш-но! регресп (9) i !хня кiлькiсть може бути обмежено бажаною точшстю визначення коефiцiентiв.
За допомогою залежност (9), використовуючи вла-стивостi автомоделювання, можливо пророчити стан системи при змж режимiв обробки, що е шшим важ-ливим досто!нством наведено! моделi. Як i при рiзаннi тендiтних НМ алмазно-абразивним шструментом при алмазному свердлiннi на силовi показники процесу впливають не абсолютш значення швидкостей подачi та головного руху, а !хне ввдношення. Таким чином, змiна величини мехашчно! подачi S (i вiдповiдно до лшшно! продуктивностi у випадку твердо! подач^ в n раз i вiдповiдне збiльшення швидкостi головного руху V в n раз для збереження сталосп вiдносини S/V не приведе до змши силових або енергетичних параме-трiв процесу обробки.
Висновки
У результат дослщжень запропонований узагаль-нений показник процесу алмазного свердлшня тендгг-них неметалiчних матерiалiв - критерш диспергування, що представляв собою вщношення умовно! напруги свердлшня до межi мiцностi оброблюваного матерiалу. З використанням методiв теорп подоби та аналiзу розмiрностей встановлена функщональна залежнiсть мiж критерiвм диспергування й вщношенням подачi до швидкостi головного руху. Встановлено, що, як i при алмазному рiзаннi неметалiчних матерiалiв, при алмазному свердлiннi на величину осьово! сили рiзання впливають не тiльки абсолютнi значення швидкостей подачi й головного руху, але i !хнс вiдношення.
Лiтература
1. Сердобинцев Ю. П., Барыков А. В., Листунов Л. С. Моде-
лирование системы управления алмазным сверлением в неметаллических материалах./Автоматизация технологических процессов: сб. науч. трудов Калининградский государственный технический университет/КГТУ. - Калининград, 2006 - с. 57-63.
2. Сизый Ю.А., Кондратюк О.Л., Чайка Э.Г. Выбор и расчет
параметров привода подачи силовой головки для глубокого сверления //Вестник Национального технического университета. - Харьков: НТУ«ХПИ». - 2007. - №17.С. 25-34.
Аналтичним методом визначаються моменти сил пружностi в пружних зв'язках трьохмасово1 механiчноï системи з ураху-ванням маси напрямного штва.
Ключовi слова: динамша, диференщальт рiвняння, аналтичне ршення, осцилограми
Аналитическим методом определяются моменты сил упругости в упругих связях трехмассовой механической системы с учетом массы направляющего шкива
Ключевые слова: динамика, дифференциальные уравнения, аналитическое решение, осциллограммы
An analytical method determine the moments of forces of resiliency in resilient svyazyakh to the three-mass mechanical system taking into account mass of sending pulley
Key words: dynamics, differential equalizations, analytical decision ostsyllogrammy
УДК 621.95.01
КОЭФФИЦИЕНТЫ ДИНАМИЧНОСТИ ПОДЪЕМНИКА С УЧЕТОМ МАССЫ КАНАТА И НАПРАВЛЯЮЩЕГО
ШКИВА
Т.Н. Осипова
Аспирантка
Кафедра «Металлорежущее оборудование и транспортные системы» Украинская инженерно-педагогическая академия ул. Университетская, 16, г. Харьков, Украина, 61003 Контактный тел.: (057) 733-78-18
1. Введение
Для определения действительных динамических нагрузок в линии передач подъемника необходимо решить систему дифференциальных уравнений или получить аналитическое решение [1, 2].
Однако оценку этих нагрузок с достаточной точностью можно выполнить по коэффициентам дина-
мичности, получив упрощенные формулы для их определения.
2. Основное содержание
Рассмотрим одноконцевой подъемник с направляющим шкивом, представленный крутильной динами-
