Научная статья на тему 'Повышение точности изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей на основе виброустойчивой инструментальной системы'

Повышение точности изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей на основе виброустойчивой инструментальной системы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
140
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ / PRECISION MANUFACTURING / ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ / PRECISION SURFACE / СИЛОВЫЕ ГИДРОЦИЛИНДРЫ / HYDRAULIC POWER CYLINDERS / ВИБРОУСТОЙЧИВЫЙ ИНСТРУМЕНТ / ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СИСТЕМА / TOOL SYSTEM / ГАШЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ / VIBRATION DAMPING / АНИЗОТРОПИЯ / ANISOTROPY / ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЕ / TOOL VIBRATION / VIBRATION DISPLACEMENT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Леонидов Павел Викторович, Максаров Вячеслав Викторович, Осминко Дмитрий Александрович

Основными отказами механизированных крепей являются нарушение герметичности и наличие протечек в системе силовых гидроцилиндров. Причины возникновения протечек в процессе эксплуатации напрямую связаны с точностью обработки внутренних поверхностей гидроцилиндра и грундбуксы, а также наружных поверхностей штока и поршня. От их состояния зависит ресурс и межсервисный интервал обслуживания механизированных крепей, входящих в состав горно-шахтного оборудования. Устойчивость парциальной технологической подсистемы «инструмент» при чистовой обработке штока силового гидроцилиндра существенно влияет на характер процессов, протекающих в течение эксплуатации на прецизионных поверхностях силовых гидроцилиндров: трение и износ, контактные деформации, концентрацию напряжений, усталостную и ударную прочности, коррозионную стойкость, герметичность манжет, прочность и качество покрытий и т. д. Одним из эффективных способов обеспечения устойчивости парциальной технологической подсистемы «инструмент» и повышения точности изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей является использование виброустойчивой инструментальной системы, состоящей из так называемых демпфирующих элементов. Преимущества гашения колебаний с помощью таких элементов: простота (отпадает надобность в специальных, порою довольно сложных виброгасящих устройствах), практическая независимость эффекта демпфирования от частоты и, как правило, широкая область рабочих температур.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Леонидов Павел Викторович, Максаров Вячеслав Викторович, Осминко Дмитрий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Impro-ving machining precision of the powered support unit hydraulic cylinder critical surfaces on the basis of vibration resistance lathe tool system

The main type of damage powered supports unit is a problem with sealing and leaks in hydraulic cylinders power system. The reason of leakage directly related to the precision machining of critical inner surfaces (of the hydraulic cylinder, gland bush) and outer surfaces (of the piston and connection rod). Dependent of its condition the maintenance intervals and service intervention to the mining equipment will be executed.

Текст научной работы на тему «Повышение точности изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей на основе виброустойчивой инструментальной системы»

ЕТАПЛООБРАБОТК]

УДК 621.9.015

Повышение точности изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей на основе виброустойчивой инструментальной системы

П. В. Леонидов, В. В. Максаров, Д. А. Осминко

Основными отказами механизированных крепей являются нарушение герметичности и наличие протечек в системе силовых гидроцилиндров. Причины возникновения протечек в процессе эксплуатации напрямую связаны с точностью обработки внутренних поверхностей гидроцилиндра и грундбуксы, а также наружных поверхностей штока и поршня. От их состояния зависит ресурс и межсервисный интервал обслуживания механизированных крепей, входящих в состав горно-шахтного оборудования. Устойчивость парциальной технологической подсистемы «инструмент» при чистовой обработке штока силового гидроцилиндра существенно влияет на характер процессов, протекающих в течение эксплуатации на прецизионных поверхностях силовых гидроцилиндров: трение и износ, контактные деформации, концентрацию напряжений, усталостную и ударную прочности, коррозионную стойкость, герметичность манжет, прочность и качество покрытий и т. д. Одним из эффективных способов обеспечения устойчивости парциальной технологической подсистемы «инструмент» и повышения точности изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей является использование виброустойчивой инструментальной системы, состоящей из так называемых демпфирующих элементов. Преимущества гашения колебаний с помощью таких элементов: простота (отпадает надобность в специальных, порою довольно сложных виброгасящихустройствах), практическая независимость эффекта демпфирования от частоты и, как правило, широкая область рабочих температур.

Ключевые слова: точность изготовления, прецизионные поверхности, силовые гидроцилиндры, виброустойчивый инструмент, инструментальная система, гашение колебаний, анизотропия, виброперемещение.

Введение

Гидравлический механизированный привод применяется во многих отраслях промышленности. В горном машиностроении гидропривод механизированных крепей существенно отличается от системы гидропривода других горных машин как своими техническими решениями, так и применяемой рабочей жидкостью и конструкцией гидроагрегатов [6].

Современная механизированная крепь имеет большую протяженность гидрокоммуникаций, что предопределено наличием в систе-

ме гидропривода большого числа гидростоек (до 1000 шт.), гидродомкратов передвижки (до 450 шт.) и прочих гидроцилиндров и гидропатронов (до 2000 шт.) с большим числом предохранительных и разгрузочных клапанов, индикаторов давлений, распределителей, гибких и жестких гидромагистралей протяженностью на всю длину очистного забоя, с большим количеством соединительной арматуры и уплотнительных элементов. В качестве рабочей жидкости применяют негорючие дешевые маловязкие жидкости — водные эмульсии. Питание системы значительным объемом рабочей жидкости (до 1000 л)

осуществляется от насосной станции, обычно управляемой дистанционно и расположенной на нижнем откаточном штреке.

Секционность конструкции механизированной крепи по всей длине очистного забоя с повторяющимися в каждой секции набором гидростоек, гидродомкратов передвижки и других гидроцилиндров, набором регулируемой и распределительной гидроаппаратуры и требование значительного усилия начального распора обусловливают применение рабочего давления в системе в пределах от 16 до 45 МПа.

В связи со сложностью и трудоемкостью работ по монтажу-демонтажу механизированной крепи и необходимостью транспортировки ее элементов на поверхность шахты для ремонта и обратно все элементы гидропривода механизированной крепи должны обеспечивать надежную эксплуатацию без необходимости аварийного ремонта и экстренной замены всего нарезанного выемочного столба очистного забоя.

В значительной мере проблема устранения повреждений силовых гидроцилиндров механизированных крепей при эксплуатации в жестких условиях решается за счет качественной механической подготовки штоков перед нанесением на их поверхность износостойких защитных антикоррозионных покрытий.

Потеря устойчивости процесса резания при токарной подготовке штока силового гидроцилиндра приводит к образованию периодических колебаний элементов упругой системы, что способствует повышению интенсивности изнашивания режущего инструмента и снижению долговечности исполнительных механизмов станка. Возникновение вибраций вызывает снижение точности обработки и ухудшение качества рабочей поверхности штока силового гидроцилиндра, что, в свою очередь, вызывает повышенный износ уплотняющих элементов и снижение технологических возможностей горно-шахтного оборудования.

Возникновение вибраций при обработке штока гидроцилиндра характеризуется возмущающими силами, инерционными и уп-ругодиссипативными свойствами системы. Структура динамической системы и соотношение между этими параметрами определяют как возможность возникновения и характер

вибраций, так и их интенсивность, т. е. амплитуду и частоту.

Возмущающие силы в зависимости от физической сущности механизма возбуждения вибраций, действующего на технологическую систему, приводят к возникновению собственных затухающих и вынужденных колебаний, а также автоколебаний, параметрически возбуждаемых, и других колебаний.

При рассмотрении технической системы токарной подготовки штока силового гидроцилиндра с точки зрения возникновения автоколебаний необходимо отметить, что система представляет собой сложную, замкнутую динамическую систему. При этом замкнутость обусловливается связями между всеми звеньями системы, благодаря которым всякое воздействие на систему извне или возникшее в ней воспринимается всей системой.

В процессе финишной обработки штока гидроцилиндра наблюдаются колебания, которые лежат в диапазоне низких частот (70400 Гц — частоты вибраций элементов суппортной группы, шпинделя с заготовкой и т. д.), средних частот (1000-6000 Гц — частоты колебаний державок резцов) и высоких частот (12-15 кГц — частоты колебаний режущей пластины и узла ее крепления). Следовательно, с точки зрения динамической стабильности в процессе чистовой токарной обработки в парциальной системе «станок-инструмент-деталь» наиболее уязвима подсистема «инструмент», так как именно подсистема «инструмент» совершает вибрации в области средних и высоких частот, часто являясь слабым звеном технической системы обработка [5].

Возникающие в этой подсистеме вибрации особенно опасны на финишных операциях, при обработке ответственных деталей на высокоточных станках. Используя на этих станках стандартный инструмент, нельзя добиться требуемого результата, так как инструмент, являясь конечной точкой контакта технической системы обработка (рис. 1) и имея высокую точность, должен не только поглощать колебания, передаваемые от станка и от заготовки, но и сводить к минимуму условия, способствующие износу резца при работе. Производство такого инструмента нельзя представить без использования современных

I ЧЕТАЛЛ00 БРАБОТКА

Револьверная головка (700 Гц)

Рис. 1. Нелинейная модель динамической системы токарной обработки по Б. М. Бржозовскому [3]

б)

конструкционных материалов и прогрессив- а) ных технологий.

Методика эксперимента

Известно, что при обработке металла давлением возникает и усугубляется анизотропия механических свойств [2, 4]. В процессе такой обработки не только изменяется форма заготовки, но и происходит сложный физический процесс, влияющий на структуру металла, а следовательно, на его механические и физические свойства.

В результате холодной прокатки металла в заготовке появляется текстура с вытянутой формой зерен, ориентированных в направлении наибольшей деформации. Также анизотропия свойств заготовки усиливается вытянутыми после прокатки строчками неметаллических включений, представляющими собой сульфидные и оксидные включения (рис. 2).

Таким образом, в обработанной давлением заготовке максимальное сопротивление нормальным (растягивающим, сжимающим) напряжениям совпадает с направлением прокатки, а максимальное сопротивление каса-

Рис. 2. Фрагменты включений, образующих ориентированную в направлении проката текстуру образца заготовки при увеличении 200 (а) и 1000 (б) раз

Рис. 3. Схема резания и направления сил резания, по которым ориентируется текстура пластин державки проходного резца:

х, у, г — направление координат на станке; ф — главный угол в плане; í — глубина резания; Рх — осевая сила резания; Ру — радиальная сила резания; Рг — тангенциальная сила резания; В, Вхг, Вуг — равнодействующие силы резания под углами /в, /хг, fyz^; 1—3 — пластины

У

тельным (сдвиг, срез) напряжениям перпендикулярно к направлению волокон текстуры.

С практической точки зрения свойства анизотропии материала целесообразно использовать в конструкции режущих инструментов, обеспечив максимально возможные значения их конструктивных характеристик в направлении восприятия основных нагрузок [11].

Из теории резания [1] известно, что составляющая силы резания Рг, действуя на резец, изгибает его в вертикальной плоскости, сила Ру стремится оттолкнуть резец от детали в направлении, перпендикулярном к ее оси, сила Рх противодействует продвижению суппорта станка вдоль оси детали и изгибает резец в горизонтальной плоскости (рис. 3).

В связи с этим при конструировании предложенной державки режущего инструмента и разработке технологии ее изготовления (с применением обработки заготовки давлением) были учтены направления действия сил резания и свойства текстуры металла. Предложена

конструкция специальной (сборной из трех пластин) державки резца, обладающей конструктивным демпфированием за счет ориентации структуры пластин в противодействие силам резания (см. рис. 3).

Державку режущего инструмента изготавливали из пакета собранных между собой по плоскостям, параллельным опорной поверхности державки, пластин, с максимальным углом разориентировки текстуры, вырезанных из листового проката, с продольной, поперечной и вертикальной ориентацией пластин по плоскости относительно направления их прокатки (рис. 4). Направление прокатки в опорной пластине 1 ориентировали параллельно тангенциальной составляющей силы резания. В верхней пластине 3 направление прокатки ориентировали параллельно радиальной составляющей силы резания, а направление прокатки в средней пластине 2 — параллельно действию осевой составляющей силы резания.

При вибрациях резца во время токарной обработки наличие в материале державки внутреннего трения, связанного с перемещениями дислокаций и сопротивлением волокон державки нормальным (растягивающим, сжимающим) напряжениям наряду с преодолением сил трения на контактных площадках, вызывает необратимые гистерезисные потери энергии внутри державки, что позволяет обеспечить высокую производительность точения при одновременном достижении необходимой точности и шероховатости обработанной поверхности.

Для достижения наибольшего демпфирующего эффекта разориентация текстуры в двух соседних пластинах должна быть максимальной. Тогда колебательная волна при переходе границы раздела будет менять свое направление, в результате чего происходит рассеяние энергии колебаний. Поэтому в предлагаемом техническом решении пластины державки ориентировали таким образом, чтобы при переходе от одной пластины к другой текстура деформации изменялась на 90 ± 10 ° относительно действия на державку основной составляющей силы резания — тангенциальной.

Результаты эксперимента

В качестве объекта исследования был выбран токарно-винторезный станок 1К62, оснащенный токарными проходными резцами, с механическим креплением пластин трехгранной формы из керамики ВОК63 (рис. 5): обычный резец с цельной державкой без специальной ориентации текстуры; резец-аналог с многослойной державкой без анизотропии; предложенный резец с многослойной державкой, обладающей анизотропными свойствами.

Цель экспериментального исследования — оценить влияние демпфирующих свойств предложенной державки на процесс изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей и определить технологические возможности резца, оснащенного державкой, обладающей анизотропными свойствами.

Исследование проводилось в несколько этапов. На рис. 6 в качестве иллюстрации приведена полученная экспериментально диаграм-

1

3

Рис. 4. Конструкция предложенной демпфирующей державки

ма области устойчивости по двум параметрам Ьс и и8. Граничные кривые, приведенные на диаграмме, характеризуют зоны устойчивости для трех инструментов. Справа от этих границ расположена область режимов резания, на которых процесс изготовления прецизионных поверхностей силовых гидроцилиндров механизированных крепей является неустойчивым и приводит к возникновению вибраций инструмента, слева — зона устойчивого процесса точения.

Точки А1, А2 и А3 являются точками абсолютной устойчивости исследуемой технологической системы по скорости резания для резца с цельной державкой (точка А1), для резца-аналога с державкой без анизотроп-

а)

б)

в)

У

Рис. 5. Исследуемые токарные проходные резцы (25x25x145 мм), оснащенные режущей керамикой ВОК63: а — обычный резец с цельной державкой без специальной ориентации текстуры; б — резец с многослойной державкой без анизотропии; в — резец с многослойной державкой, обладающей анизотропными свойствами;

2 — ось по направлению тангенциальной силы резания Р2; у — ось по направлению радиальной силы резания Ру

о

Р

2

о

сж

2

м/мин

Рис. 6. Граница области устойчивости (обрабатываемый материал — сталь 45): 1 — резца с цельной державкой; 2 — резца-аналога с державкой без анизотропных свойств; 3 — резца с державкой, обладающей анизотропными свойствами

мм

ных свойств (точка А2) и для резца с державкой, обладающей анизотропными свойствами (точка А3).

Как видно из диаграммы, зона устойчивости резца с державкой, обладающей анизотропными свойствами, лежит левее точки А3, т. е. при Ьс < ЬсА^ возможно спокойное резание при любой технологически допустимой скорости, что ограничено точками А1 и А2 при использовании обычного резца, оснащенного цельной державкой (Ьс < Ьса < ЬсАз), и резца-аналога с державкой без анизотропных

свойств (Ьс < ЬсА1 < ЬсА2 < ЬсА3 ).

Для подтверждения эксперимента и проверки сходимости, теоретических и практических данных, на технологическом оборудовании для каждого из его элементов были измерены частота собственных колебаний и логарифмический декремент. Величины определялись по осциллограммам затухающих колебаний, вызванных импульсным возбуждением. Импульс вызывал колебания в широком диапазоне частот и после его снятия регистрировались установившиеся собственные колебания.

Импульсная нагрузка на элементы исследуемой модели создавалась ударом обрезинен-

ного молотка. Сила удара поддерживалась постоянной. Затухающие колебания элементов системы записывались в направлениях принятой системы координат.

Жесткость элементов системы определялась статическим методом на основании диаграмм нагрузка-перемещение. Нагружение системы производилось ступенчато в направлении выбранных осей координат.

На основании результатов работы [8] и исходя из конструкции исследуемой системы в качестве расчетной математической модели технологического оборудования была выбрана четырехконтурная динамическая модель технологической системы механической обработки малой размерности (рис. 7).

Известно, что поведение выбранной динамической четырехконтурной модели технологической системы представлено в общем виде системой дифференциальных уравнений:

Т2 х + (Тх + Тх ) X - Тх и + 2х - и = ф; (1)

х2 \ х1 х3 ) х3

Т2 у+К + ТУ3) у - ТУ3 ™+2у -ж =р; (2) Т2 и + (Ти1 + Тцъ ) и - Тщ X + 2и - х = -Я; (3)

Рис. 7. Предварительная расчетная четырехконтурная динамическая модель технологической системы механической обработки малой размерности

Т^ Ш + (Тш, + Тш3)Ш - тщу + 2Ш - у = -Р;(4)

(ТР + тр,) р + Р = - (кх - кРх )(х - и)- Ьру (Тр + Тр2 )](у - Ш) + кр X

1_ У1

х(у - Ш)-[кхТр1 - крх (Тр + Тр2 )](хх - и); (5) ТяЯ + Я = Р - Ткх (X - и)-Тку2 (у - Ш), (6)

где

Тх , Т

У2

— постоянные време-

ни контуров х, у, и, Ш; ТХл, Ту , Тш, Т

Ш

Туя, и, Тшя — постоянные времени демпфи-

коэффи-

кх

рования контуров х, у, и, Ш; циент передачи контура х системы; Тр, Тд — постоянные времени; кР , кР , ТР , ТР — коэффициенты и постоянные времени, учитывающие реологические особенности процесса стружкообразования.

Анализ результатов имитационного моделирования технологической системы механической обработки нелинейной модели в среде МаНаЬ с учетом особенностей процесса точения при следующих параметрах и размерных характеристиках: обрабатываемый материал — сталь 45 (исходное состояние — 185 НВ); режущий материал инструмента — ВОК 63 (у = 5°, а = 7°, ф = 60°, г = 0,2 мм); сх = су =

= 15 • 106 Н/м; Ьх = Ьу = 3600 Н • с/м; к = 1700 Н/мм2; 1Р = 0,3 мм;

= 0,3 мм; юх = Юу = 250 с-1; \ = 1,8; 5 = 0,2 мм; с 1 = = 2 • 1011 Н/м2; с2 = с3 = 2,5 •х х 109 Н/м2; Ь2 = Ь3 = 2 • 107 Н • с/м2 показал, что при последовательном решении системы уравнений (1-6) имеется существенное смещение границы области устойчивости для инструмента с державкой, обладающей анизотропными свойствами.

На рис. 8 приводится осциллограмма расчетных виброперемещений для инструмента с предложенной многослойной державкой, обладающей свойствами анизотропии, которая зафиксировала режимы технологической системы механической обработки в точке А3 до границы ее области устойчивости.

На рис. 9 и 10 приводятся осциллограммы расчетных виброперемещений для обычного резца и резца-аналога с державкой без анизотропных свойств, которые зафиксировали режимы технологической системы механической обработки в точке А3 за границей их области устойчивости.

Для инструмента, оснащенного предложенной многослойной державкой, обладающей свойствами анизотропии, в точках А1, А2 и А3 согласно имитационному моделированию реализуются режимы, которым соответствуют затухающие виброперемещения. Но для обычного резца, оснащенного цельной державкой, и резца-аналога в точке А3, наблюдается развитие колебательного процесса (см. рис. 9 и 10).

Из анализа расчетных осциллограмм видно, что анизотропия механических свойств, связанная с механической текстурой деформации, обусловливает изменение скоростей упругих волн, траектории их распространения и коэффициента рассеивания (затухания) в различных направлениях. Это определяет возможность использовать характерную для большинства конструкционных материалов анизотропность для разработки и создания конструкции державки режущего инструмен-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,83

Рис. 8. Расчетная осциллограмма виброперемещений по оси х в точке А3 до границы области устойчивости технологической системы для предложенной многослойной державки, обладающей свойствами анизотропии

0,67 г, с

Рис. 9. Расчетная осциллограмма виброперемещений по оси х в точке А3 за границей области устойчивости технологической системы для обычного инструмента с цельной державкой

3 2 1 0 -1 -2 -3

0

0,17

0,33

0,5

г, с

Рис. 10. Расчетная осциллограмма виброперемещений по оси х в точке А3 за границей области устойчивости технологической системы для резца-аналога с державкой без анизотропных свойств

та с повышенными демпфирующими характеристиками.

Для оценки вибраций, точности формы, шероховатости поверхности и износа режущей пластины при использовании предложенной конструкции резца были выполнены экспериментальные исследования точения обычным резцом и резцом, оснащенным державкой, обладающей анизотропными свойствами. Все исследования проводились по традиционной

методике однофакторного эксперимента с «замораживанием» всех факторов, кроме одного исследуемого, который изменялся в заданных пределах. При последовательной замене исследуемых факторов и сохранении постоянными всех остальных находили частные, а затем и общие зависимости функций от всех исследуемых факторов. Протачивание заготовок из конструкционной легированной стали 40Х проводили пластинами из кермета ВОК 63,

МЕТЛПП00 БРАЬОТКА

формой 2010-0162, установленными на обычном резце и резце, державка которого обладает анизотропными свойствами (рис. 11).

Вибрации с многократной записью сигнала оценивали с помощью однокоординатной установки измерения вибраций, которая состоит из микромеханического, емкостного датчика ускорения, установленного в узловой точке резца, блока диагностики вибрации и персонального компьютера с программой диагностики, позволяющей получать в графическом виде форму вибрационного сигнала (рис. 12). Точку установки датчика выбирали исходя из направления действия основной силы резания Р2.

Сопоставление результатов экспериментальных данных позволяет утверждать, что применение резца, оснащенного анизотропной многослойной державкой, снижает уровень интенсивности возникающих при точении вибраций в 1,3-1,7 раза.

Для сравнительного анализа геометрической точности и формы обработанных штоков силовых гидроцилиндров при использовании обычного резца и резца, державка которого обладает демпфирующими свойствами, были выполнены измерения:

• отклонения от цилиндричности формы обработанных экспериментальных образцов штоков силовых гидроцилиндров;

• отклонения от круглости формы экспериментальных образцов штоков силовых гидроцилиндров в пяти сечениях;

• отклонения от прямолинейности формы экспериментальных образцов штоков силовых гидроцилиндров по пяти профилям.

Измерения выполняли для двух образцов силовых гидроцилиндров, обработанных инструментом, оснащенным обычной державкой, и державкой, обладающей демпфирующими свойствами (рис. 13).

Сопоставление экспериментальных результатов позволяет утверждать, что при точении резцом, оснащенным анизотропной демпфирующей державкой, на всем диапазоне изменений отклонения от цилиндричности поверхности, от круглости формы и от прямолинейности формы в 1,6 раза меньше, чем отклонения при обработке резцом-аналогом.

Сравнительные испытания шероховатости обрабатываемой поверхности производили

Рис. 11. Исследуемые токарные проходные резцы, оснащенные режущей керамикой ВОК 63: обычный и многослойный с ориентацией текстуры

на деталях типа «шток» диаметром 40 мм из стали ХВГ. Твердость заготовки после термообработки — 58-62 ИИС. Обработку производили по наружному диаметру детали, т. е. имитировали чистовую (окончательную) обработку, обеспечивая наименьшую шероховатость поверхности. Примеры профилограмм шероховатости обработанных поверхностей обычным резцом и резцом с державкой, обладающей свойствами анизотропии, приведены на рис. 14.

Сравнительные исследования зависимости шероховатости поверхности от режимных параметров для резца с предложенной анизотропной державкой показали улучшение качества обработанной поверхности в 1,7-1,9 раза по параметру Яа по сравнению с обычным резцом.

Сравнительные испытания связи между износом металлокерамического материала и режимами резания проводили при прохождении пути резца Ь = 400 м. При помощи обработки экспериментальных данных посредством ЭВМ были выведены функциональные зависимости для инструмента, оснащенного в обоих случаях режущей керамикой ВОК 63:

• для многослойной державки, основанной на принципе анизотропных свойств,

^0,38 §0,17 ¿3 = 0,08 - (мм);

г

(7)

а)

Датчик 1: ГЕТ (Пик)

340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20

0

б)

Датчик 1: ГЕТ (Пик)

100 200 300 400 500 600

700 800 900

1000 1100 1200

Рис. 12. Формы вибрационного сигнала для одного из исследуемых режимов резания: а — форма вибрационного сигнала для резца, оснащенного демпфирующей державкой; б — форма вибрационного сигнала для обычного резца

а)

б)

270°

/ 270°

Рис. 13. Графическое представление протокола измерения отклонений от цилиндрично-сти формы штока силового гидроцилиндра, обработанного инструментом: а — оснащенного обычной державкой; б — оснащенного анизотропной демпфирующей державкой

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

0

0

для обычной державки

,,0,22 §0,023 ¿3 = 0,04 и г0§11- (мм).

(8)

В целом по этапу исследований на стойкость, по полученным функциональным зависимостям (7)-(8) и экспериментальным данным износостойкости на различных режимах резания можно сделать вывод, что инструмент с многослойной державкой, где пластины имеют текстурированную направленность в соответствии с направлением сил резания, обладает в 1,3 раза большим потенциалом работоспособности, чем обычный инструмент и с увеличением интенсивности режимов резания эта величина возрастает до 2,1 раза.

Выводы

1. Разработан метод повышения устойчивости парциальной технологической подсистемы «инструмент» при чистовой обработке

штока силового гидроцилиндра, основанный на использовании анизотропных свойств пластически деформированной конструкционной стали и явления диссипации колебательной волны при переходе раздела между разори-ентированными по текстуре пластинами державки инструмента.

2. На основании изученных физических анизотропных свойств стального проката создан инструмент, оснащенный многослойной демпфирующей державкой с ориентированной в разных направлениях текстурой деформации металла.

3. Проведены экспериментальные исследования в области изучения влияния анизотропии материала державки на ее демпфирующие свойства. Сравнительные испытания показали, что изготовление державок режущих инструментов по предлагаемому способу позволяет на этапе токарной обработки существенно повлиять на характер процессов, протекающих в течение эксплуатации на прецизионных поверхностях силовых гидроцилиндров, что позволяет повысить межсервисный интервал механизированных крепей

а) мкм

б)

3,0 2,0 1,0 0,0 -1,0 -2,0 -3,0

4,0 мм

л

1 М 1(1А Л д л^ Д|Ц| ч Ли 1 Р^ М м 4 к1\лЛ \Л 1л1

у Р г 1 Г ' ЩД Угги

1

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0 мм

Рис. 14. Профилограммы шероховатости обработанных поверхностей: а — обычным резцом, Яа = 0,546 мкм; б — резцом с державкой, обладающей свойствами анизотропии, Яа = 0,287 мкм

мкм

0

и обеспечить надежную эксплуатацию горношахтного оборудования без необходимости аварийного ремонта.

Литература

1. Амосов И. С., Скраган В. А. Точность, вибрации и чистота поверхности при токарной обработке. Л.: Машгиз, 1953. 67 с.

2. Ашкенази Е. К., Ганов Э. В. Анизотропия конструкционных материалов: справ. Изд. 2, перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1980. 248 с.

3. Динамический мониторинг технологического оборудования / Б. М. Бржозовский, В. В. Мартынов, И. Н. Янкин, М. Б. Бровкова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2008. 312 с.

4. Баранцева З. В., Виноград М. И., Смирнова А. В. Влияние состава, формы и распределения неметаллических включений на пластичность и разрушение металла // МиТОМ. 1970. № 7. С. 46-49.

Васин С. А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. М.: Машиностроение, 2006. 384 с.

6. Жетесов С. С., Нургужин М. Р., Жетесова Г. С.

Развитие теории расчета механизированных крепей: учеб. для вузов. Караганда: Изд-во КарГТУ, 2003. 160 с.

7. Жетесова Г. С. Анализ разрушений и деформаций элементов конструкций механизированных крепей: тр. ун-та. Караганда: Изд-во КарГТУ, 2002. С. 9-11.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8. Макс-аров В. В. Теория и методы моделирования и управления процессом стружкообразования при лезвийной механической обработке: дис. ... д-ра техн. наук. СПб.: Изд-во ГТУ, 1999. 340 с.

9. Максаров В. В., Ольт Ю. Теория и практика моделирования и управления в области прогнозирования динамических свойств технологических систем // Металлообработка. 2012. № 2. С. 7-13.

10. Эльясберг М. Е. Автоколебания металлорежущих станков. Теория и практика. СПб.: Изд-во ОКБС, 1993. 180 с.

11. Maksarov V. V., Olt J., Madissoo M. Increasing the efficiency of external turning by using the multiple layer construction of the cutting tool holder / USB Proceedings. IEEE International Symposium on Assembly and Manufacturing, Tampere Hall. Tampere, Finland, 2012. Р. 6-11.

АО «Издательство "Политехника"» предлагает:

JI. Д. Ряполов. Параметрическое уравнение движения Ряполова: вывод, решение и применение. — СПб.: Политехника, 2015. — 99 с. ISBN 978-5-7325-1068-3 Цена 208 руб.

Параметрическое уравнение Ряполова и уравнения, полученные при его решении, аналогично уравнениям равномерно-переменного движения, устанавливают связь между параметрами движения для случая, когда сила сопротивления зависит от скорости независимо от конструктивных характеристик движущегося объекта. Уравнения дают возможность рассчитывать параметры движения существующих и необходимые энергетические параметры проектируемых объектов, перемещающихся в воде или воздухе, и механизмов (например, гидроприводов), внутри которых в качестве энергоносителей перемещаются жидкости или газы

Принимаются заявки на приобретение книги по издательской цене. Обращаться в отдел реализации по тел.: (812) 312-44-95, 312-57-68, тел./факсу: (812) 312-44-95, e-mail: sales@polytechnics.ru, на сайт: www.polytechnics.ru.

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ РЯПОЛОВА

Вывод, решение и применение

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.