CC BY
4
tive diameter of the mill, which are necessary to calculate the magnitude of the total deformation of the vane. A methodology is proposed and analytical models are obtained for determining and assigning a combination of controlled parameters of the milling mode that provide a given accuracy of the vane airfoil profile when developing a control program for the vane milling process on a CNC machine.
Key words: vane deflection, vane profile milling, cutting forces, cutter effective diameter, contact arc length, parameters of the transverse line milling mode.
Svirshchev Valentin Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, svirshchev vi@pstu.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,
Tarasov Stepan Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, tarasovsv100@mail.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,
Merezhnikov Vladislav Vladimirovich, postgraduate, merejnikov. v@,yandex. ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University
УДК 331.45
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-243-247
ПРОЦЕССЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВИБРАЦИЙ И ШУМООБРАЗОВАНИЯ ПРИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ СВАРНЫХ ШВОВ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИХ СОБОЙ КРУГЛЫЕ СТЕРЖНИ
А.Г. Исаев
В данной статье представлены результаты теоретических исследований процессов возбуждения вибраций и шумообразования при абразивной обработке сварных швов рамных конструкций представляющих собой круглые стержни сплошного и полого профиля. Обработка сварных соединений рамных конструкций является обязательным этапом выполнения таких работ, а абразивная обработка сварных швов является наиболее популярной операцией. Однако процесс обработки сварных соединений в рабочей зоне оператора сопровождается повышенным шумообразованием и запыленностью, при обработки в закрытом пространстве. В работе получены выражения уровней звукового давления для абразивной обработки сварных швов элементов рамных конструкций, представляющих собой круглые стержни сплошного и полого профиля. Представлены дифференциальное уравнения колебаний для различных условий закрепления сплошного и полого стержня. Полученные результаты позволяют подтвердить правомерность теоретического подхода к описанию закономерностей процесса шумообразо-вания процесса обработки сварных швов рамных конструкций.
Ключевые слова: абразивная обработка, уровни звукового давления, спектры шума, сварных швов, рамные конструкции.
Актуальной задачей современного машиностроения является обеспечение надежности стальных рамных конструкций, большая часть которых подвергается сварочным работам в процессе изготовления рамных конструкций. Важную роль в решении этой задачи играют методы обработки поверхности сварного соединения. Абразивная зачистка сварных швов одним из обязательных технологических этапов обработки поверхности и пользуется особой популярностью благодаря своей доступности. Круглые стержневые конструкции широко используются в металлоконструкциях кранов, работающих под осевой нагрузкой. Благодаря большим радиусам инерции в трубчатых конструкциях возможно применение ферм большей длины и имеют ряд преимуществ.
Абразивная зачистка сварных швов может осуществляться как вручную при местной обработке конструкций, так и на плоскошлифовальных станках в открытом пространстве и в условиях производственных помещений [1, 2].
243
Акустическая система оборудования, на котором производится абразивная обработка сварных швов включает следующие источники шума:
- несущая система оборудования, на котором и производится обработка сварных швов;
- обрабатываемое изделие;
- абразивный инструмент - шлифовальный круг.
К настоящему времени в результате проведенных исследований выявлено, что доминирующим источником шума, превышающими над предельными спектрами, являются сам инструмент и, а особенности, обрабатываемое изделие [1, 4, 5].
К сожалению, технологический процесс обработки сопровождается повышенным шу-мообразованием, превышающим предельные спектры. Для снижения шума в рабочей зоне оператора до нормативных значений необходимо провести всесторонние исследования шумообра-зования и разработать комплекс мероприятий экологического характера. /3-5/
Для абразивной обработки сварных швов элементов рамных конструкций, представляющих собой круглые стержни сплошного и полого профиля получены следующие выражения уровней звукового давления.
Rk
L = 20lg^^+20lgD-20lgr + 117, (1)
где В - функция, определяющая распределение скоростей колебаний по длине источника шума; к - коэффициент, определяющий собственные частоты колебаний круга; I - длина источника, м; D - внутренний диаметр стержня, м; г - расстояние от источника шума до расчетной точки, м.
Для стержней полого сечения
L = 20lg^ + 5\g(D2 + d2) - 201дг + 117, (2)
где d - внутренний диаметр стержня, м.
Жестко закрепленных стержней плоского сечения
Rk
L = 201д^ + 201д(2к + 3) - 201дг + 20lgD + 111, (3)
Для стержней полого профиля
L = 201д^ + 20lg(2k + 3) + 51дф2 + d2) - 20lgr + 111, (4)
Выполняя аналогичные преобразования, получены следующие дифференциальные уравнения колебаний:
Шарнирно опертый сплошной стержень
^+1.6 • 10* g)4 D2yt = + <р) • sin-^ (5)
Шарнирно опертый полый стержень
l^^16'10 (т)4 + = + „) • sin^ (6)
Для условий жесткого закрепления сплошного стержня
+ 1.6 • 108 (*) D2y3 = E sin(KcfBt + cp) • sin3 ^
+ 1.3 •Ю10 (j)*D2y3 = -*J^lEsin{KcfBt + cp) •sin
3nkz,
о
dt2 \U D2l " "-------ь'в- ---- i
Для условий полого стержня
Щ+1.6^108 р)4 (D2 + d2)y5 = 2J^Esin{KcfBt + cp) • sin3^
dt2 \lj v Jyb (D2+d2)l v cjb rJ l
d'y* + 1.3 • 10™ (D2 + d2)y6 = --?^Zsin(KcfBt + cp) • sin3 ^
(7)
(8)
dt2 \U v JJÜ (D2 +d2)l'
где P - сила, Н; ф - фактор направленности источника; Kc - коэффициент зернистости; fB -собственные частоты колебаний, с-1; t - глубина шлифования, мм.
Решения данных уравнений относительно действительной части скоростей колебаний получены в следующем виде
4
ЧЧ-1П-*РК fn 1.6 •108(т) D-(KcfB)2
ReíA) = ^Г ^-"I--SÍn(KJBt + Cp) ■
[l^lO^) D-(KcfB)21 +2.6-10«(f) (VD2)2 (9)
. nkzn . nkz
sin-sin-
l l
1.*10 8(у)4(Д2+^2)-(Кс/в)2
пкгп
I I
(в2+й2)г
лкг
1.6-108(у)4(В2+й2)-(Й:с/в)2] +2. 6^1016(у)%2(В2+й2):
(10)
Для условий жестко закрепленного стального стержня
в2г
ЯеЫ = ЯДУз} + ЯДУ4} =
0.32
1.6-10в(|) В-(Кс/в)2] +2.6^10"(£) (^в2)2
(11)
[1.3-10«(^ В2-(КС/В)2] + 1^102°(|) (^В2)2 Для условий полого стержня
ЯД^Л = яДУ5} + яду6} =
(о2+а2)1
0.32
Ьб-Ю8(у)4(В2+й2)-(Кс/в)2] зт(КсЫ+<рЪт3^з1г^
(12)
[1.3^Ю10(у) (В2+й2)-(Кс/в)2| + 1.7^Ю20(у) ^2(В2+Й2)2
где ^ - коэффициент потерь колебательной энергии.
Полые заготовки, у которых отношение толщины стержня поперечного сечения (5) к
внутреннему диаметру составляет ^ <0.1 представляют собой не стержни, а тонкостенные
оболочки.
В этом случае дифференциальное уравнения колебаний примут вид:
Для шарнирно-опертой заготовки сплошного профиля
_ р
дЬ2 ' р^ дг4 Р дг2дЬ2 ~
д2У , Е] д4у ] д4у Р . г , , х . пкг . пкгп
+ ^=-ггт-:!=шгггггг; = —51п(Кс№ + (р) "5171-ЯШ- 0
Ор I
_______^ . .... .... (13)
р^ 4 ^ I I у '
где Е - модуль упругости изделия, Па; ] - момент инерции, м4; F - площадь поперечного сечения, м2.; р - плотность материала заготовки кг/м3.
Выполняя аналогичные преобразования, получим
(т)2»2
10» = Н^^ад/^ ф)
4
дг2
в2г
I
-0.1](^с/в)2)-({1.6
2
107 (у)^2 - -0.1] (Кс/В)2) +2.6 ■
8\-1
Для шарнирно-опертой заготовки полого профиля 1_
(14)
(15)
0+(/)2+^)1.6-10в(*) (Я2 + ^)у =
пкгп
З.ЗР-Ю"*
(о2+а2)1
(16)
= 3 3(д°"+5Г$/В^{1.6 ■ 107 (у)4 (О2 + [(у)2 (О2 + ^2)-0.1] (Кс/В)2) ^1.6 ■ 107 (у)4 (О2 + й2)- [(у)2 ф2 + й2) — 0.1 (Кс/В)2) +2.6 -1014^2(Я2 +
й яйг пкг
Для условий жестко закрепленного сплошного профиля
- (т)2 я2| ^1.6 • 10s (тГ^2У = + ф) • sin3
89 (т)2 °2Ш+1.3 • 1010 {lfD2y = -SJLi^f^sin{KcfBt + ф) - sin
ЬШ = 25'10l7lKcfBZsin(KcfBt +
3 3nkz0
(18)
• з 3nkz0 I h^jj) »МЧУ) P^f^sin^
+<p)sin*---------
0.32
¡1.6-108(|) D2-[l-(j) D2](KC/B)2) +1.7-10 (19)
+<p)sin
0.32
3 3nkz0
{l.3-109(D B2 + [(^) -0.l|(KcfB)2] +^2D4(f) 1.7-101 Для условий жестко закрепленного полого профиля
1- (D2 + d*)] (D2 + d2)y = Ug£zsin(KcfBt + <p) •sir (20)
-89 g)2 (D2 + d*)| %+1.3- (D2 + d2)y = + Ф) •
¡1.6-108(f)4(D2+d2)-[l-(f)2(D2+d2)](Kc/B)2)Sin2i££o
jl.6-108(y)4(D2 + d2)-[l-(y)2(D2 + d2)](ft:c/B)2] +1.7-10 (21)
jl.3-109(f)4(D2 + d2)-[l-89(f)2(D2+d2)](Kc/B)2)Sin^2fc£0
[l.3-10«(^^)4(D2+d2) + [(2i|£)2-0.l|(Kc/B)2)2+42(D2 + d2)2(f)81.7-10l
В результате проведенного теоретического исследования получены выражения уровней звукового давления для абразивной обработки сварных швов элементов рамных конструкций и дифференциальные уравнения колебаний для различных условий закрепления сплошного и полого стержня, представляющих собой круглые стержни. Данные подтверждают теоретические выводы о закономерностях формирования спектров шума и вкладе источников шума в звуковое поле на рабочем месте оператора. Доминирующими источниками шума, которые и создают превышение уровней звукового давления в рабочей зоне оператора над предельно-допустимыми значениями, являются заготовка. Таким образом, полученные результаты экспериментальных исследований по данным работ [1, 4] подтверждают правомерность теоретического подхода к описанию закономерностей процесса шумообразования. Сопоставление расчетных уровней шума, полученных в результате теоретических исследований, с санитарными нормами позволяет на этапе проектирования определить превышение над предельно-допустимыми значениями и выбрать рациональные способы снижения уровней звукового давления до санитарных норм.
Список литературы
1. Чукарин А.Н., Бескопыльный А.Н., Исаев А.Г. Исследования виброакустических характеристик в рабочей зоне оператора при абразивной обработке сварных швов// Безопасность труда в промышленности. 2019. № 11. С. 7-12. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-11-712.
2. Чукарин А.Н., Исаев А.Г., Шашурин А.Е., Элькин Ю.И. Теоретические исследования процессов возбуждения вибраций и шумообразования при абразивной обработке сварных швов рамных конструкций / NOISE THEORY AND PRACTICE2020. № 4 (22). С. 71-80.
3. Иванов Н. И. Основы виброакустики / Н. И. Иванов, А. С. Никифоров. Санкт-Петербург. Политехника, 2000. 482 с.
4. Beskopylny A., Meskhi B., Chukarin A., Isaev A. Spectral characteristics of noise during
hardening of welds of rod structures // В сборнике: IOP Conference Series: Materials Science and
Engineering. Collection of materials of the International Conference on Modern Trends in Manufac-
246
turing Technologies and Equipment: Mechanical Engineering and Materials Science (ICMTMTE 2019). Sevastopol State University, National University of Science and Technology «MISIS», Polzunov Altai State Technical University, Crimean Federal University, Inlink Ltd. and International Union of Machine Builders. 2020. С. 044087.
5. Чукарин А.Н., Щерба Л.М. Обеспечение комфортных условий труда при виброударной отделочной обработке фасонных деталей за счет снижения вибраций и шума // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении: сб. ст. по мат-лам Всерос. науч.-техн. конф. Нижний Новгород; Арзамас, 2002. С. 352-355.
Исаев Александр Геннадьевич, канд. техн. наук, докторант, isaev278@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет
PROCESSES OF EXCITATION OF VIBRATIONS AND NOISE GENERATION DURING ABRASIVE PROCESSING OF WELDS OF FRAME STRUCTURES REPRESENTING ROUND RODS
A.G. Isaev
This article presents the results of theoretical studies of the processes of vibration excitation and noise generation during abrasive processing of welds offrame structures representing round rods of solid and hollow profile. Processing of welded joints of frame structures is a mandatory stage of such work, and abrasive treatment of welds is the most popular operation. However, the process of processing welded joints in the operator's work area is accompanied by increased noise generation and dustiness, when processing in an enclosed space. The expressions of sound pressure levels for abrasive treatment of welds of elements offrame structures, which are round rods of solid and hollow profile, are obtained in the work. Differential equations of oscillations for various conditions of solid and hollow rod fixing are presented. The results obtained allow us to confirm the validity of the theoretical approach to the description of the regularities of the noise formation process of the processing of welded seams offrame structures.
Key words: abrasive treatment, sound pressure levels, noise spectra, welds, frame structures.
Isaev Alexander Gennadievich, candidate of technical sciences, doctoral student, isaev278@mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University
УДК 621.322
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-247-252
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ТОНКОГО ТОЧЕНИЯ ИЛИ ФРЕЗЕРОВАНИЯ НА СТАНКАХ С ЧПУ
В.В. Жмурин, В.В. Хрячкова
В статье представлены аналитические исследования, направленные на повышения технологичности изготовления деталей в машиностроении путем внедрения технологии тонкой обработки. В результате их выполнения й была установлена необходимость в разработке новой методики назначения режимов резания, которая учитывает, динамические особенности многоцелевых станков.
Ключевые слова: тонкое точение, шероховатость поверхности, режимы резания, финишная обработка, дисбаланс.
Для получения поверхностей с низкой шероховатостью и точностью размеров по 8-му - 6-му квалитету в машиностроении используется шлифование. Основным недостатком данного метода обработки является высокая трудоёмкость и относительно низкая производительность. Поэтому начиная с конца 70-х начала 80-х годов в качестве альтернативы операции шлифования в машиностроении стали внедряться технологии тонкого точения и фрезерования, предназначенные для финишной или отделочной стадии обработки детали. По точности размеров и качеству получаемых поверхностей эти технологии превосходят развертывание, протягивание и в некоторых случаях шлифование [3, 5].
247
