CC BY
25
УДК 621.923; 621.922
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПРИ ОБРАБОТКЕ ЭЛАСТИЧНЫМИ АБРАЗИВНЫМИ КРУГАМИ
1 9
Ю.В. Димов1, Д.Б. Подашев2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты исследования производительности процесса обработки и достижимой шероховатости поверхности при обработке эластичными абразивными кругами компании 3 M (Minnesota Mining and Manufacturing Company), изготовленными из абразивного материала Scotch-Brite™. Приведены зависимости относительного съема материала Q и поперечной шероховатости Ra от деформации круга, скорости резания и продольной подачи.
Ил. 6. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: эластичный круг; нетканый материал Scotch-Brite™; прессованный круг; щетка; съем материала; достижимая шероховатость; режимы обработки.
PRODUCTIVITY AND QUALITY WHEN MACHINING BY ELASTIC ABRASIVE DISCS Y.V. Dimov, D.B. Podashev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article provides the research results of treatment performance and achievable surface roughness under machining by elastic abrasive discs of 3M (Minnesota Mining and Manufacturing Company), made of abrasive material Scotch-Brite™. It gives the dependences of relative material removal Q and transversal roughness Ra on disc deformation, cutting speed and longitudinal feed. 6 figures. 4 sources.
Key words: elastic disc; Scotch-Brite™ nonwoven; pressed disc; brush; material removal; achievable roughness; processing modes.
Эластичные абразивные круги, рассмотренные в работах [1-3], применяются для финишной обработки с целью придания обрабатываемой поверхности требуемой шероховатости, подготовки ее под лакокрасочные покрытия, удаления заусенцев, скругления острых кромок, предварительной обработки перед полированием и глянцеванием и т. п. При этом обрабатываться могут различные металлы и их сплавы, пластмасса, дерево, стекло, керамика и камни.
Шлифование эластичными инструментами, в отличие от обработки «жесткими» кругами, имеет ряд специфических особенностей. Такие инструменты не устанавливаются на определенную глубину резания, а необходимые условия для работы отдельных зерен создаются за счет их предварительного нагружения. При этом деформируется основание инструмента, прижимаемого к обрабатываемой поверхности.
Закрепление абразива в упругой связке коренным образом изменяет характер его взаимодействия с обрабатываемым материалом, заключающийся в том, что:
• амортизируется удар зерна о материал, в результате чего повышается его стойкость;
• уменьшается напряженность теплового потока вплоть до полного устранения прижогов;
• исключается микрорастрескивание поверхностного слоя хрупких материалов;
• создаются условия для увеличения количества одновременно работающих зерен;
• уменьшается скорость засаливания рабочей поверхности инструмента;
• улучшается процесс самоочистки инструмента;
• увеличивается время взаимодействия абразивного зерна с обрабатываемой поверхностью.
В результате воздействия перечисленных факторов повышается качество обработанной поверхности.
В данной статье и частично в [4] приведены результаты исследования производительности процесса обработки и достижимой шероховатости поверхности при обработке эластичными абразивными кругами компании 3M (Minnesota Mining and Manufacturing Company), изготовленными из абразивного материала Scotch-Brite™. Этот материал состоит из синтетических волокон, образующих трехмерное нетканое полотно, по всему объему которого равномерно распределены абразивные зерна.
Круги FS-WL 8A MED, FS-WL 6S FIN, FS-WL 2S CRS, DB-WL 8S MED и DB-WL 7S FIN (рис. 1, 2) -прессованные, цифрами (8, 7, 6, 2) обозначена их структура, А - абразивный материал Al2O3, S - абра-
1Димов Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: 89645427169, e-mail: [email protected]
Dimov Yury, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Designing and Standardization in Mechanical Engineering, tel.: 89645427169, e-mail: [email protected]
2Подашев Дмитрий Борисович, студент, тел.: 89086558744, e-mail: [email protected] Podashev Dmitry, Student, tel.: 89086558744, e-mail: [email protected]
зивный материал SiC, зернистость: FINE (тонкое зерно, соответствующее 45-50 мкм), MEDIUM (среднее зерно, соответствующее 50-60 мкм), COARSE (грубое зерно, соответствующее -200 мкм).
Рис. 1. Круги марки FS-WL
Рис. 2. Круги марки DB-WL
Круг CF-FB 0,5A FIN (рис. 3) - очень эластичная щетка из лепестков материала типа Clean & Finish для чистовой обработки с абразивным материалом А120з зернистостью FINE (тонкое зерно, соответствующее 45-50 мкм).
Для эксперимента был использован универсально-фрезерный станок модели 675. Обработка производилась на следующих режимах:
• частота вращения круга n = 500, 1000, 1250, 1600 об/мин;
• подача (попутная) S = 42; 130; 255; 395 мм/мин;
• радиальная деформация круга Ay = 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 мм.
На указанных режимах были проведены эксперименты по обработке образцов из алюминиевого сплава В95пчТ2 длиной l = 100 мм и шириной b = 20 мм.
В качестве показателя производительности процесса использован относительный съем Q (в мкм/мин). Q, мкм/мин 120
100 80 60 40
20
0
-:
1
y* 2 / _3
1 i ^r 5 i i J>
L-—1 i L«-""i
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Ду,мм а)
Рис. 3. Круг марки CF-FB
Относительный съем рассчитывался по формуле:
- О 2
Q =
у- b ■ l ■ T
3 3
где Y = 2,85-10" г/мм - плотность для материала В95пчТ2; Т - время обработки в мин Т = ^;
и в2 - масса в граммах до и после обработки соответственно.
Измерение масс производилось на электронных весах с точностью 0,1 мг. Шероховатость продольная и поперечная по параметру На измерялась на профи-лометре модели 283 завода «Калибр».
На рис. 4 приведены зависимости относительного съема О от деформации круга. Установлено, что относительный съем с увеличением деформации растет. Это объясняется тем, что с увеличением деформации растет вертикальная составляющая силы, а следовательно, увеличивается и глубина внедрения единичных зерен в обрабатываемый материал. От этого зависит и увеличение достижимой поперечной шероховатости, то есть той шероховатости, которая может быть получена при заданных параметрах процесса независимо от продолжительности обработки. С увеличением зернистости круга съем материала и шероховатость возрастают, так как что количество зерен, находящихся в контакте с поверхностью, зависит от зернистости. Чем крупнее зерно, тем количество зерен меньше, следовательно, они внедряются в материал глубже, и съем материала идет интенсивнее.
Ra,
3,5
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
< 1
rT
3
4 / «
/ 1 Д- 5
6
2
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Ду, мм б)
Рис. 4. Зависимость относительного съема материала Q (а) и поперечной шероховатости Ra (б) от деформации
йу для кругов: 1 - FS-WL 8A MED; 2 - FS-WL 6S FIN; 3 - FS-WL 2S CRS; 4 - DB-WL 8S MED; _5 - DB-WL 7S FIN; 6 - CF-FB 0,5A FIN_
Отмечено, что деформация Ay для кругов FS-WL 8A MED, FS-WL 6S FIN, DB-WL 8S MED, DB-WL 7S FIN более 2 мм, для круга FS-WL 2S CRS - более 3 мм и для круга CF-FB 0,5A FIN - более 4,5 - приводит к интенсивному износу инструмента.
На рис. 5 приведены зависимости относительного съема и поперечной шероховатости от скорости резания. Установлено, что относительный съем материала с увеличением скорости растет. Это объясняется тем, что с увеличением скорости растет динамическая составляющая силы удара абразивного зерна по обрабатываемой поверхности, что обуславливает и увеличение поперечной шероховатости. Выяснено: при увеличении скорости свыше 750-1000 м/мин связующий
нетканый материал начинает размягчаться и процесс резания ухудшается.
Повышение интенсивности съема материала с увеличением подачи (рис. 6) объясняется тем, что при обработке эластичным инструментом с поверхности с большими исходными микронеровностями образца материал срезается интенсивнее, чем при меньших микронеровностях. Уменьшение достижимой поперечной шероховатости с увеличением подачи связано с уменьшением суммарной скорости взаимодействия абразивных зерен с обрабатываемым материалом, поскольку обработка производилась при попутной подаче.
Q, мкм/мин 180
160 140 120 100 80 60 40 20 0
A
4
r k /'K 1
A У 5 /
/ ^
2 / 3 6
■ y. / /
250 350 450 550 650 а)
750 850 950 v
м/мин
Ra, мкм 2,5
2,0 1,5 1,0 0,5 0
3 -J-A 1 К***"
J.— a A^. 4
• à 5
*
250 350 450 550 650 750 850 950 б)
V,
м/мин
Рис. 5. Зависимость относительного съема материала Q (а) и поперечной шероховатости Ra (б) от скорости V для кругов: 1 - FS-WL 8A MED; 2 - FS-WL 6S FIN; 3 - FS-WL 2S CRS; 4 - DB-WL 8S MED;
5 - DB-WL 7S FIN; 6 - CF-FB 0,5A FIN
Q, мкм/мин 120
100 80 60 40 20 0
4 \ à
A, A
k fl1 1 1
\ 6
Ь \ 5 3 / 2 /
■ f /
*-
Ra, мкм 3,0
50 100 150 200 250 300 350 S,
мм/мин
а)
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
8 3 A 6
■ a
■ * à 5 -----
50 100 150 200 250 300 350 S,
мм/мин
б)
Рис. 6. Зависимость относительного съема материала Q (а) и поперечной шероховатости Ra (б) от подачи S для кругов: 1 - FS-WL 8A MED; 2 - FS-WL 6S FIN; 3 - FS-WL 2S CRS; 4 - DB-WL 8S MED;
5 - DB-WL 7S FIN; 6 - CF-FB 0,5A FIN
Исследования достижимой продольной шероховатости показали, что Ra прод. для всех примененных кругов не зависит от заданных режимов резания. Статистической обработкой результатов экспериментов доказано, что при уровне значимости p = 0,95 по критерию Фишера влияния Ау, V и Б на Ra прод. являются незначимыми.
Таким образом, обработка эластичными абразивными кругами может успешно применяться на финишных операциях. При этом существенно снижается трудоемкость обработки по сравнению с ручной. Для исследованных кругов при обработке деталей из алюминиевых сплавов рекомендуются следующие допусти-
мые режимы резания, исходя из температурных условий обработки:
. FS-WL 8A MED, FS-WL 6S FIN, DB-WL 8S MED, DB-WL 7S FIN - деформация 0,5-2 мм, скорость -200-700 м/мин, подача 42-395 мм/мин.
• FS-WL 2S CRS - деформация 1-3 мм, скорость 200-750 м/мин, подача - 42-395 мм/мин.
• CF-FB 0,5A FIN - деформация 3-4,5 мм, скорость - 250-1000 м/мин, подача 42-395 мм/мин.
Выбор режимов также зависит от требуемой шероховатости. Применение охлаждения (воздушного, распыленной СОЖ и т.д) может существенно увеличить допустимую скорость резания.
Библиографический список
1. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Круги для финишной обработки деталей // Вестник ИрГТУ. 2011. № 5. С. 16-20.
2. Димов Ю.В. Обработка деталей эластичным инструментом. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 352 с.
3. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Инструмент для финишной обработки отверстий // Металлообработка. 2011. № 4 (64).
С. 5-8.
4. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Съем материала при обработке эластичными абразивными кругами // Фундаментальные исследования в области технологий двойного назначения: материалы Российской конф. (Комсомольск-на-Амуре, 21-24 ноября 2011). Комсомольск-на-Амуре, 2011. С. 139-142.
УДК 534.1.539.3
АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КОЛЕБАНИЙ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1 9
Нгуен Динь Дыонг1, И.Н. Рыжиков2
Байкальский государственный университет экономики и права, 664003, г. Иркутск, ул. Ленина, 11. Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлены основные теоретические положения для анализа чувствительности колебаний конструкций к изменению их конструкционных параметров. Использование коэффициентов чувствительности позволяет достичь эффективного результата, оценить влияние выбранного варианта изменения толщин на весь расчетный спектр частот колебаний. Этот метод может применяться для анализа различных конструкций, в частности, рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Ил. 4. Табл. 4. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: газотурбинные двигатели; метод конечных элементов; свободные колебания лопаток; коэффициенты чувствительности; динамический анализ конструкции.
VIBRATION SENSITIVITY ANALYSIS OF OPERATING GAS TURBINE ENGINE BLADES Nguyen Dinh Dyong, I.N. Ryzhikov
Baikal State University of Economics and Law, 11 Lenin St., Irkutsk, 664003. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article presents basic theoretical foundations to analyze the vibration sensitivity of structures to the changes in their structural parameters. The use of sensitivity coefficients allows to achieve efficient results and assess the effect of the chosen option in thickness change for the entire calculated range of vibration frequencies. This method is applicable for the analysis of various structures and in particular for operating blades of gas turbine engines. 4 figures. 4 tables 3. sources.
Key words: gas turbine engines; finite element method; free vibrations of blades; sensitivity coefficients; structure dynamic analysis.
1 Нгуен Динь Дыонг, аспирант, тел.: 89246038970, e-mail: [email protected] Nguyen Dinh Dyong, Postgraduate, tel.: 89246038970, e-mail: [email protected]
2Рыжиков Игорь Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: 89500610243, e-mail: [email protected]
Ryzhikov Igor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Designing and Standardization in Mechanical Engineering, tel.: 89500610243, e-mail: rin111 @list.ru
