Скругление острых кромок деталей машин полимерно-абразивной щёткой Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.923:621.922

СКРУГЛЕНИЕ ОСТРЫХ КРОМОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПОЛИМЕРНО-АБРАЗИВНОЙ ЩЁТКОЙ

© Ю.В. Димов1, Д.Б. Подашев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрено влияние режимов обработки (деформации инструмента, скорости резания и подачи) эластичным инструментом на фактический радиус скругления кромки, относительное отклонение от симметричности расположения радиуса скругления, относительную погрешность формы радиуса и относительный снятый слой кромки 1 мм ширины инструмента. Получены экспериментальные зависимости и математические модели относительного отклонения от симметричности расположения радиуса скругления и относительного снятого слоя кромки. Предложена методика выбора режимов обработки на операциях скругления кромок. Ил. 6. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: полимерно-абразивная щётка; радиус скругления; точность формы радиуса; режимы обработки; математические модели радиуса и симметричности.

ROUNDING SHARP MACHINE PART EDGES BY POLYMER-ABRASIVE BRUSH Yu.V. Dimov, D.B. Podashev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The article considers the effect of elastic tool machining regimes (tool deformation, cutting speed and feed) on the actual radius of edge curvature, relative deflection from arrangement symmetry of the curvature radius, relative error of the radius form and a relative edge layer removed of 1mm width of the tool. The authors obtain experimental dependencies and mathematical models of the relative deflection from the symmetry of the curvature radius location and relative edge layer removed. They suggest a procedure for selecting machining regimes when performing edge rounding. 6 figures. 2 tables. 3 sources.

Key words: polymer-abrasive brush; curvature radius; radius form precision; machining regimes; mathematical models of radius and symmetry.

В авиастроении и других отраслях машиностроения скругление острых кромок на механически обработанных деталях обязательно. В настоящее время на большинстве предприятий эти операции выполняются вручную. Поэтому механизация и автоматизация скругления кромок являются крайне необходимыми. Один из способов выполнения этих операций - обработка эластичными абразивными инструментами, классификация и описание которых приведены в работах [1, 2]. Для исследования процесса формирования радиусов закругления использована полимерно-абразивная щетка BB-ZB Type C 6 мкм компании 3M (рис. 1) диаметром 150 мм, шириной 13 мм, абразив Al2O3 зернистостью 6 мкм.

Для эксперимента был использован универсально-фрезерный станок модели 675.

Обработка производилась на следующих режимах:

• частота вращения n = 500, 1000, 1250, 1600 об/мин;

• подача вдоль кромки S = 13, 21, 33, 52 мм/мин;

• деформация круга ДХ = 2; 3; 4; 5 мм.

Рис. 1. Щетка BB-ZB Scotch-Brite™ Bristle компании 3М

На указанных режимах были проведены эксперименты по обработке кромок образцов из алюминиевого сплава В95пчТ2 длиной l=100 мм и шириной b=20 мм.

Для анализа результатов проведенных экспериментов использовались следующие параметры:

- Фактический радиус скругления:

1Димов Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: 89645427169, e-mail: [email protected]

Dimov Yuri, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Designing and Standardization in Mechanical Engineering, tel.: 89645427169, e-mail: [email protected]

2Подашев Дмитрий Борисович, аспирант, тел.: 89086558744, e-mail: [email protected] Podashev Dmitry, Postgraduate, tel.: 89086558744, e-mail: [email protected]

X2 + Y2 + 4h2

r =

8h

(1)

где к = (X ■ 0,7 0 7 - р + рт) - фактическая высота сегмента (здесь р - размер снятой кромки (рис. 1); рТ=0,414-г - теоретический размер снятой кромки); X и У - расстояния от вершины угла до точек A и B перехода радиусов в прямую линию (рис. 2).

- Относительное отклонение от симметричности расположения радиуса закругления:

Для выполнения исследования влияния режимов обработки на производительность процесса и качества полученных радиусов закругления необходимо определить ограничительные значения деформации инструмента (AX) и положения инструмента относительно обрабатываемой кромки.

Наибольшее значение деформации инструмента AX (рис. 3) принимали из условий стойкости инструмента. Для щетки BB-ZB Type C 6 мкм оно составило 5 мм. Превышение указанной величины приводит к интенсивному износу инструмента.

(2)

где X, У - координаты перехода конца закругления в

_ Х+У

прямую линию (см. рис. 1), X = —

- Относительная погрешность формы радиуса:

, Ah

k = — , r

(3)

где ДЬ|=1"1-г-11 (здесь 1"1Т=0,293-г - теоретическая высота сегмента; Л - фактическая высота сегмента); г - фактический радиус закругления.

- Относительный снятый слой кромки 1 мм ширины инструмента:

Р

Р =

B

(4)

где В - ширина круга, мм.

Параметры г и р характеризуют производительность процесса, параметры 5 и к - геометрическую точность радиуса.

Рис. 2. Схема к определению параметров скругления

Измерение размеров X, У и р выполнялось на большом инструментальном микроскопе с цифровым отсчетным устройством БМИ 1Ц.

j ь Y \ X

A J l l -' /

AX

Рис. 3. Схема к определению параметров а и АХ

Определение положения круга относительно обрабатываемой кромки - угол a

Относительное отклонение от симметричности расположения радиуса закругления § (2) зависит от соотношения размеров Х и У. Оптимальное расположение радиуса соответствует § = 0, то есть равенству Х=У. Это достигается путем выбора соответствующего угла а (см. рис. 3).

На рис. 4,а приведены зависимости §от угла а, из которых следует, что при исследованных режимах для щетки BB-ZB Type C 6 мкм оптимальным является а=5о.

При увеличении деформации AX (рис. 4,6) и скорости V (рис. 4,е) значение § растет. Изменение подачи не влияет на показатель § (рис. 4,г). Это подтверждено статистической обработкой экспериментальных данных по [3]. Отношение дисперсии фактора (подачи) SA2 = 0,014 к генеральной дисперсии S0 = 0,012 (F= Sa2/S02 =1,123) для данного инструмента оказалось меньше квантия распределения Фишера F(095)=9,1 при уровне значимости 0,95.

На основании проведенных исследований получена математическая зависимость § от всех параметров

в виде полинома 2-й степени: 2 2 2 2 б =ara +a2-Ax +a3-V +a4-S +a5-a+a6-Ax+a7-V+a8-S+

+a9-Ax-a+a10-a-V+a1ra-S+a12-V-Ax+a13-S-Ax+a14-V-S+

a15-Ax-a-S + a16-V-a-S + a17-V-Ax-S +

+ a18-V-Ax-S-a +a19 . (5)

Значения коэффициентов a1-a19 приведены в табл. 1.

д

« •

♦

1 5 10 15 2 25 30

4

д

0,3 0,20,10

а0

а)

♦ ♦ "А *

150 30 0 45 ф 600 75 900

♦

д

0,30,2-

0Д 0

« »

< >

< »

1 1,5 2 2,5 • •3 3,5 4 4,5 о

< »

У,м/ми н

д

0,3 0,2

ОД 0

-0,1

б)

*

<*•

1 г\ 20 ♦3( + 4С 5

Б,мм/ .мин

П 1

г)

Рис. 4. Зависимость относительного отклонения от симметричности расположения радиуса закругления б:

а - от угла а (а) при йХ=4 мм, У=754 м/мин, Б=13 мм/мин; б - от деформации йХ при а=7,66' У=754 м/мин, Б=13 мм/мин; в - от скорости Vпри йХ=4 мм а=7,66", Б=13 мм/мин; г - от подачи Б при йХ=4 мм, У=754 м/мин,

а=7,66°

Значения коэффициентов в уравнении

(51

Коэффициент Значение Коэффициент Значение

а1 3,361 10-4 а11 4,862-10-3

а2 0,011929 а12 2,01910-4

а3 -2,788 10-6 а13 0,030199

а4 -6,417-10-4 а14 2,328-10-4

а5 -0,079337 а15 -9,313-10-4

а6 -0,41704 а16 -4,777-10"6

а7 -3,833 10-4 а17 -3,371-10"5

а8 -0,141793 а18 9,342-10"'

а9 0,012589 а19 1,69224

а10 3,81410-5

Таблица 1

0

При выборе режимов обработки необходимо обеспечить равенство нулю параметра б.

Определение относительной погрешности формы радиуса - k

Данный параметр (формула (3)) характеризует геометрическую точность радиуса скругления. По ГОСТ 30893.1-2002 (ИСО 2768-1-89) предусмотрены

предельные отклонения притупленных кромок (наружных радиусов скругления и высот фасок):

• для точного (!) и среднего (т) классов точности ±0,2 мм;

• для грубого (с) и очень грубого (V) классов точности ±0,4 мм.

к

0,25 0,2 0,15 ОД 0,05 0

к

0,3 0,25 0,2 0,15 ОД 0,05 0

5 10 15 20 25 а0 а)

0 10 20

к

0,3 0,25 0,2 0,15 ОД 0,05 О

30 40 50 Б,мм/ мин

к

0,3 0,2

ОД 0

« »

• *

• » *

• к •

« 1»

« * • »

0 12 3 4 б) 5 АХ,

♦ 4 * Л ¥

¥

150 300 450 600 750 У,м/мин

Рис. 5. Зависимость относительной погрешности формы радиуса - к: а - от угла а; б - от деформации йХ; в - от подачи Б; г - от скорости V (режимы обработки те же, что и на рис. 4)

По отраслевому стандарту авиационной промышленности ОСТ 1.00022-80 предельные отклонения притупленных кромок составляют ±0,3 мм.

На основании экспериментальных данных, приведенных на рис. 5, установлено, что значения к изменяются в диапазоне от 0 до 0,25. При этом при радиусе до 1 мм погрешность формы находится в пределах 0,25 мм, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 30893.1-2002 для грубого и очень грубого классов точности. Для точного и среднего класса точности при наибольшем значении к = 0,25 допустимому значению погрешности формы соответствует радиус до 0,8 мм. Если обеспечить равенство нулю параметра 8, то относительная погрешность формы радиуса к уменьшится.

Изменение деформации АХ и подачи Б не влияет

на показатель к (рис. 5,6 и 5,в). Это подтверждено статистической обработкой экспериментальных данных по [3]. Отношение дисперсий факторов (деформации и подачи) Бд2 к генеральным дисперсиям Б02 (Р= Бд2/Б02) оказалось меньше квантия распределения Фишера Р(0 95) при уровне значимости 0,95 (табл. 2).

Управление величиной к, если это необходимо, может осуществляться за счет снижения скорости резания V (рис. 5,г).

Поскольку к не зависит от деформации АХ (см. рис. 5,6) и от подачи Б (см. рис. 5,в), зависимость от V можно представить выражением:

К = 3,472-10 ^ - 0,0118.

(6)

Таблица 2

Зависимости к от йХ и Б

Зависимость Р Р(0,95)

к=Г(АХ) 2,775 10-3 4,602 10-3 1,659 9,1

к=(Б) 3,547 10-3 5,207 10-4 0,147 9,1

Определение фактического радиуса скругле-ния - г

Исследованиями фактического радиуса скругле-ния по формуле (1) в зависимости от деформации инструмента установлено, что с увеличением значения АХ (рис. 6,а) фактический радиус скругления увеличивается. Это объясняется тем, что с увеличением деформации растет вертикальная составляющая силы, а следовательно, и увеличивается глубина внедрения единичных зерен в обрабатываемый материал. С увеличением скорости вращения V (рис. 6,б) установлено, что фактический радиус скругления увеличивается. Это связано с увеличением динамической составляющей силы удара абразивного зерна по обрабатываемой поверхности.

С увеличением подачи вдоль кромки Б (рис. 6,е) фактический радиус скругления уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением подачи вдоль кромки уменьшается время обработки (при одинаковой деформации и скорости вращения).

Определение относительного снятого слоя

кромки одним миллиметром ширины инструмента - Р

Данный параметр характеризует производительность процесса. Исследованиями относительного снятого слоя кромки одним миллиметром ширины инструмента по формуле (4) установлено, что в зависимости от АХ (рис. 6,а) и от скорости V (рис. 6,б) относительный снятый слой кромки одним миллиметром ширины инструмента увеличивается, а с увеличением подачи Б (рис. 6,в) - уменьшается. Это объясняется теми причинами, что и при формировании радиуса скругления г

На основании проведенных исследований получена математическая зависимость от всех параметров в

виде полинома 2-й степени: 2 2 2 р = агДх +а2^ +а3-Б +а4-Дх+а5^+а6-Б+

+а7-Дх^+а8-Дх-Б+а9^-Б+ а10-Дх^-Б +ац. (7)

Значения коэффициентов э^вц приведены в табл. 3.

р г

0,035 1—3,5

0,03 — 3

0,025 — 2,5

0,02 — 2

0,015 — 1,5

0,01 — 1

0,005 —0,5

0 — 0

р г

0,03 |— 2 0,0275 —1,75

0,025 0,0225 0,02 0,0175

0,015 _ 0,5

- 1,5 -1,25 — 1 — 0,75

\

;

к ^Р

(

► ( ' \ < ч

ч

2 2,5

3 3,5 а)

4 4,5 АХ, мм

—*—

А N к /Р

К ▲

• ч Л

•

О 10 20

30 40 50 8>мм/ мин

в)

р г

0,04 ,— 2

0,035 -1,75

0,03 - 1,5

0,025 — 1,25

0,02 — 1

0,015 —0,75

0,01 - 0,5

0,005 — 0,25

I— О

•

Р ▲

•

• • ч

150 300 450 600 750 У,м/мин б)

Рис. 6. Зависимость фактического радиуса скругления (г) и относительного снятого слоя кромки одним миллиметром ширины инструмента (р): а - от деформации йХ; б - от скорости V; в - от подачи Б

(режимы обработки те же, что и на рис. 3)

0

Таблица 3

Значения коэффициентов в уравнении

(7)

Коэффициент Значение Коэффициент Значение

ai 9,297-10-4 а? 1, 126-10-5

a2 -1,029-10"' аз 1,309-10-4

аз 1,167-10-5 ад 3,168-10-7

а4 -0,01187 а10 -1,91110-7

аз 8,91510-5 а11 0,027536

ае -1,224-10-3

Машинное время обработки определяется по выражению Т=Ь/Э.

Выбор режимов обработки должен осуществляться в следующей последовательности:

1. Выбирается тип, марка и размеры инструмента в зависимости от конструкции детали и требований к обрабатываемой кромке.

2. Назначаются деформация инструмента АХ и скорость V из условий минимальной стоимости операции с учетом стойкости и стоимости инструмента, а также требований по шероховатости На.

3. В зависимости от требуемого радиуса скругле-

ния г по формуле рТ=0,414г определяется размер снимаемой кромки (см. рис. 1).

4. По формуле (4) определяется относительная величина снятого слоя р.

5. По формуле (7) определяется подача Б.

6. По формуле (5) при 6=0 определяется угол а.

Таким образом:

- исследованная щетка весьма эластична и может применяться для обработки кромок сложной формы;

- предложенная методика выбора режимов обработки позволяет оптимизировать процесс обработки.

Библиографический список

1. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Круги для финишной обработ- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. 293 с.

ки деталей // Вестник ИрГТУ. 2011. № 5. С. 16-20. 3. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обра-

2. Димов Ю.В. Обработка деталей свободным абразивом. ботки наблюдений. М.: Наука, 1968. 288 с.

УДК 625.768

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФОРСУНКИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЖИДКОГО АНТИГОЛОЛЕДНОГО МАТЕРИАЛА

© В.Г. Зедгенизов1, Л.В. Простакова2, С.Н. Сякин3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Нанесение антигололедных материалов с нормой расхода 5-10 гр/м2 требует создания специального оборудования. Предложена конструкция малогабаритной коммунальной машины. Проведены экспериментальные исследования форсунки; получено уравнение регрессии, определяющее зависимость расхода жидкости от площади поперечного сечения дросселирующих отверстий и давления в системе. Ил. 4. Табл. 3. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: малогабаритная техника; машины для ЖКХ; противогололедный; нанесение жидких реагентов.

RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDYING A NOZZLE FOR APPLYING LIQUID DEICER V.G. Zedgenizov, L.V. Prostakova, S.N. Syakin

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The application of deicing agents at a rate of 5.10 g/m requires special equipment to be developed. The design of a compact utility vehicle is proposed. Having conducted the experimental studies of a nozzle the authors obtained a re-

1Зедгенизов Виктор Георгиевич, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой строительно-дорожных машин и гидравлических систем,тел.: (3952) 405134, e-mail: [email protected]

Zedgenizov Victor, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Construction Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: (3952) 405134,e-mail: [email protected]

2Простакова Людмила Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры строительно-дорожных машин и гидравлических систем,тел.: (3952) 405134.

Prostakova Lyudmila, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Construction Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: (3952) 405134.

3Сякин Сергей Николаевич, аспирант, тел.: 89501042215, e-mail: [email protected] Syakin Sergey, Postgraduate, tel.: 89501042215, e-mail: [email protected]