CC BY
6
УДК 621.787.4
А.П. Моргунов, A.P. Morgunov, e-mail: morgunov_a@rambler.ru А.В. Удодова, A.V. Udodova, e-mail: nastya.udodova@mail.ru Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
МЕТОД НАНЕСЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО АБРАЗИВА НА РАБОЧУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ПУАНСОНА
METHOD OF DRAWING FINELY DISPERSED ABRASIVE ON THE WORKING SURFACE OF A PUNCH
В статье представлен метод нанесения мелкодисперсного абразива на рабочую поверхность пуансона с предварительным разделением абразивных частиц по объему и плотности.
The article presents the method of drawing finely dispersed abrasive on the working surface of a punch with preliminary separation of abrasive particles in volume and density.
Ключевые слова: мелкодисперсные абразивные частицы, разделение, объем частиц, плотность частиц, вихревой эффект Ранка
Ranque
Keywords: dispersed abrasive, separation, the volume of the particle, the particle density, the vortex effect
В результате экспериментальных исследований по повышению износостойкости рабочей поверхности пуансона методом поверхностного пластического деформирования (ППД) с предварительным нанесением абразивных частиц обнаружено влияние размера частиц на стойкость инструмента (пуансона). Степень влияния была установлена по результатам дополнительных исследований, которые проводились после измерения частиц, в установленных диапазонах от 0,7 мкм до 100 мкм. Кроме того, абразивные частицы имели различную форму в виде пирамиды, конуса, параллелепипеда и др. Формирование геометрии час-
341
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
тиц осуществлялось в процессе износа абразивных инструментов - шлифовальных кругов в результате абразивной обработки. Таким образом, после процесса отделения абразивных частиц от шлама, который представляет собой мелкую стружку из материала заготовки и материала связки абразивного круга, твердые абразивные частицы подверглись селекции по наибольшему размеру с помощью просеивания. Способ разделения компонентов, присутствующих в шламе, основан на применении вихревого эффекта Ранка, сущность которого изложена в работах В.И. Кузнецова [1, 2, 3].
Вихревой эффект заключает в себе сложный газодинамический процесс, происходящий в пространственном турбулентном потоке вязкого сжимаемого газа.
Впервые эффект открыт французским инженером Жозефом Ранком в конце 20-х годов при измерении температуры в промышленном циклоне. В конце 1931 года Ж. Ранк подает заявку на изобретенное устройство, названное им «Вихревой трубой» (в литературе встречается как труба Ранка-Хилша). Получить патент удается только в 1934 году в США. Измеряя температуру воздуха в циклонном пылеуловителе, Д.Ж. Ранк заметил, что в центре вихря температура ниже, чем у стенок. Создав более сильный вихрь в небольшой трубе, он получил большую разность температур между центральными и периферийными слоями вихря.
Это явление, названное впоследствии эффектом Ранка, заключается в том, что если в трубу (Рис.1) подать закрученный поток газа, то в ней при определенных условиях будет происходить температурное разделение газа. В центре образуется более холодный, чем на периферии, поток, и через центральное отверстие одного из концов трубы будет выходить газ, температура которого окажется значительно ниже, чем на входе. Периферийные слои газа, имеющие более высокую температуру, будут выходить через дроссельное отверстие с другого конца трубы. Такая схема вихревой трубы была названа противоточной. По мере
прикрытия дросселя общий уровень давления в вихревой трубе повышается, и расход газа через отверстие диафрагмы увеличивается при соответствующем уменьшении расхода горячего потока. При этом температуры холодного и горячего потоков также изменяются.
Рис.1. Схема вихревой трубы для разделения частиц по массе и нанесение их на поверхность заготовки
Устройство содержит питатель для подачи частиц 1 и вихревую трубу 2, состоящую из тангенциального сопла 3, трубы 4 и диафрагмы 5, через которую частицы поступают в вихревую трубу. К выходу вихревой трубы присоединена приемная камера 6 с эжекти-рующими окнами 7 для подачи сепарирующего потока воздуха. Приемная камера имеет бункер 8 для сбора отделенных частиц и шлюзовой затвор 11 для их выхода. Для выхода воздуха
342
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
служит патрубок 12. Для регулирования четкости воздушного разделения легких и тяжелых частиц в приемной камере имеется поворотный клапан 13. Компрессор, подающий воздух в вихревую трубку, в эжектирующие окна и подводящие трубопроводы, на схеме условно не показаны.
При подаче воздуха от компрессора в тангенциальное сопло 3 вихревой трубы 2 движение воздушного потока вдоль трубы 4 происходит по спирали, из-за чего вблизи оси трубы образуется область низкого давления. В результате этого частицы засасываются из подающего бункера 1 и попадают в область разряжения. Из-за внезапного неравенства давлений частицы с меньшей массой отделяются от частиц с большей массой, происходит процесс сепарирования. Окончательное разделение частиц завершается в приемной камере 6 потоком воздуха, поступающего через эжектирующие окна 7 (в которых воздух, также поступает от компрессора) и пересекающего струю отделенных частиц в полете. Частицы с большей массой попадают в бункер 8 и выводятся через шлюзовой затвор 9, а частицы с меньшей массой увлекаются потоком воздуха и поступают в бункер 10, из которого выводятся через шлюзовой затвор 11. Частицы из шлюзового затвора 11 попадают на заготовку 15, с предварительно нанесенной на нее пластичной смазкой 14. Четкость воздушного разделения частиц осуществляется поворотом клапана 13. Интенсивность процесса разделения регулируется расходом воздуха и давлением на входе в вихревую трубу [4].
Рис. 2. Схема нанесения абразивных частиц на обрабатываемую поверхность заготовки - тело вращения
Рис. 3. Схема нанесения абразивных частиц на плоскую обрабатываемую поверхность
На рис. 2 и 3 представлены схемы нанесения абразивных частиц на поверхность заготовки - тело вращения и плоскую заготовку соответственно. На заготовку 1 с предварительно нанесенной на нее пластичной смазкой 2 из сопла вихревой трубы 3 абразивные частицы 4 наносятся на поверхность.
Существует несколько конструктивных вариантов вихревых труб. Основным их различием является конструктивное выполнение тангенциального соплового входа сжатого газа и длина цилиндрической части (вихревой зоны) в калибрах. Ж. Ранком была предложена также вторая схема трубы, в которой дроссель горячего потока и диафрагма для входа холодного потока расположены с одной стороны. Это, так называемая, прямоточная схема.
В настоящее время реализован ряд аппаратов, в которых используется вихревой эффект для разделения твердых частиц по плотности, массе и объему.
343
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
Библиографический список
1. Барсуков, С. И. Вихревой эффект Ранка / С. И. Барсуков, В. И. Кузнецов. - Иркутск : Изд. ИГУ, 1983. - 121 с.
2. Кузнецов, В. И. Теория и расчёт эффекта Ранка / В. И. Кузнецов. - Омск : ОмГТУ, 1994. - 217 с.
3. Кузнецов, В. И. Вихревой шелушитель / В. И. Кузнецов, В. В. Макаров // Омский научный вестник. - 2000. - № 10. - С. 58-60.
