CC BY
45
(с 64,6 до 72,8 %) и ортосиликата кальция C2S (с 8,6 до 9,7 %), значительное уменьшение кристаллической фазы трехкальциевого алюмината СзА (с 25,5 до 15,9%), содержание браунмиллерита C4AF находится на уровне 0,7-0,8 %.
Выводы
1. Наличие в химическом составе аморфного кремнезема, отличающегося повышенной реакционной способностью в процессе структурообразования силикатных систем при термической обработке, определяет целесообразность использования многотоннажных отходов переработки риса в технологии вяжущих материалов.
2. Для изготовления портландцементного клинкера в состав сырьевой смеси может быть введено 17,5-35,0 масс. % рисовой шелухи или 3,5-9,0 масс. % золы от сжигания рисовой шелухи.
3. Разработанные составы сырьевой смеси позволяют получить клинкер с пониженным содержанием красящих оксидов и железосодержащих фаз, что указывает на возможность повышения белизны цемента.
Литература
1. Бутт Ю.М. Химическая технология вяжущих материалов / Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев -М.: Высшая школа, 1980. - 460 с.
2. Kurdowski W. Chemia cement / W. Kurdowski
- Warzawa: PWN, 1991. - 478 s.
3. Taylor H. F. W. Cement Chemistry - London: Thomas Telford Publishing; 2 edition, 1997 - 459 р.
4. Комплексное развитие сырьевой базы промышленности строительных материалов / [Удач-кин И.Б., Пащенко А.А., Черняк Л.П., Захарченко П.В., Семидидько А.С., Мясникова Е.А. ]- К.: Будiвельник, 1988. - 104 с.
5. Черняк Л.П. Особливосп структуроутво-рення дисперсних систем у технологи портландцементу // Технологический аудит и резервы производства. - 2013. - Т.6.- № 5(14) - С. 8-10.
6. Ляховкин А.Г. Мировое производство и генофонд риса. - Ханой: Сельское хозяйство, 1992. - 343 с.
7. Отходы от переработки риса. Електронний ресурс: http://clean-future.ru/info-othody-ot-pererabotki-risa.html
8. Сергиенко В.И. Возобновляемые источники химического сырья: комплексная переработка отходов производства риса и гречихи / В. И. Сергиенко, Л. А. Земнухова, А. Г. Егоров, Е. Д. Шкорина, Н. С. Василюк // Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. - 2004.- т. XLVIII. -№ 3. - с. 116 - 124.
9. Сввдерський В.А. Програмне забезпечення технологи портландцементу / В.А. Свщерський, Л.П. Черняк, Н.О. Дорогань, А.С. Сорока // Строительные материалы и изделия. - 2014. - № 1 (84). - С. 16-17.
Самчук Володимир Володимирович астрант кафедри металоршучого обладнання i транспортних систем, Украшсько! iнженерно-педагогiчноi академи
СТВОРЕННЯ К1НЕМАТИЧНИХ СХЕМ Р1ЗАННЯ ДЛЯ МЕХАНМНО1 ОБРОБКИ НЕЖОРСТКИХ ЦИЛ1НДРИЧНИХ ВИРОБ1В 13 ПОЛ1МЕРНИХ КОМПОЗИТ1В
Самчук Владимир Владимирович
аспирант кафедры металорежущего оборудования и транспортных систем,
Украинской инженерно-педагогической академии
Samchuk Vladimir V.
graduate student of metal cutting equipment and transport systems,
Ukrainian Engineering Pedagogics Academy
СОЗДАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ РЕЗАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ
CREATION OF KINEMATIC SCHEMES OF CUTTING FOR MACHINING OF NONRIGID CYLINDRICAL PRODUCTS FROM POLYMERIC COMPOSITES
Анотацiя: Стаття присвячена теоретичним аспектам 3i створення юнематичних схем рiзання, викори-стання яких дозволить в процесi обробки зменшити ттенсивнкть коливань виробу, осюльки вони передбачають урiвноваження сили рiзання, що полiпшили яюсть оброблених поверхонь на фот пiдвищення продуктивностi процесу рiзання у порiвняннi при використаннi класичних ктематичних схем рiзання при реалiзацii обробки ви-робiв цилiндричноi форми.
Ключовi слова: нежорсткий вирiб, полiмерний композитний матерiал, урiвноважена ктематична схема рiзання.
Аннотация: Статья посвящена теоретическим аспектам по созданию кинематических схем резания, использование которых позволит в процессе обработки уменьшить интенсивность колебаний изделия, поскольку они предусматривают уравновешивание силы резание, что улучшит качество обработанных поверхностей на фоне повышения производительности процесса резание по сравнению при использовании классических кинематических схем резание при реализации обработки изделий цилиндрической формы.
Ключевые слова: нежесткое изделие, полимерный композитный материал, уравновешенная кинематическая схема резания.
Summary: Article is devoted to theoretical aspects on creation of kinematic schemes of cutting which use will allow to reduce intensity of fluctuation of a product as they provide force equilibration cutting in processing that will improve quality of the processed surfaces against increase ofproductivity ofprocess cutting in comparison when using
classical schemes cutting at realization ofprocessing ofproducts of a cylindrical form.
Key words: nonrigid product, polymeric composite material, balanced kinematic scheme of cutting.
Вступ. Для устшного виршення багатьох еко-номiчних та сощальних задач, що стоять перед нашою кра!ною та подальшим усшшним И розвитком, необхь дно забезпечити швидкий темп модершзацп морально застаршого верстатного парку, що всупереч усьому продовжують експлуатувати на вiтчизняних тдприем-ствах та створення абсолютно нового устаткування з iнновацiйно-технологiчними можливостями, що спри-ятимуть до росту конкурентоспроможностi укра!нсь-ких товарiв на свiтовому ринку.
Постановка проблеми. В останне десятилiття в багатьох кра!нах свiту великих обсяпв досягло вироб-ництво композитних матерiалiв, серед яких особливе мiсце посвдають композити на основi полiмерних речо-вин, тому що вироби iз полiмерних композитних мате-рiалiв (ПКМ) знаходять все бiльш широке застосу-вання в галузях народного господарства у сфер1 мате-
рiального виробництва, а саме в таких галузях проми-словостi, як хiмiчне машинобудування, медицина, бу-дiвництво, транспорт, також усе частше виготовля-ються рiзний спортивний iнвентар, великих темпiв зро-стае застосування !х в ракетнш i авiакосмiчнiй технiцi тощо. Це обумовлено тим, що ПК являються основним видом матерiалiв, що задовольняють таким жорстким, часто суперечливих один одному вимогам в плаш фь зико-механiчних властивостей у порiвняннi з металами та !х сплавами. Однак бшьш широке впровадження ПКМ стримуеться, саме через проблеми забезпечення високо! ефективносп !х мехашчно! обробки. Особливо ця проблема гарно виражена при рiзаннi виробiв циль ндрично! форми, що володшть переважно значною анiзотропною пружшстю, тобто таких у яких власна податливють значно перевищуе податливiсть техноло-пчно! системи в процесл обробки (рис. 1).
Рис. 1. Схема умови обробки нежорсткого цилтдричного виробу, де fmax - величина пружно'1 деформаци ви-робу; Amax та Amax - величина пружно'1 деформацИ тструментально'1 та вiдповiдно верстатно'1 системи
Анатз останшх дослвджень i публiкацiй. За-
вдяки фундаментальним науковим роботам, таки вче-них, як В.Г. Подпоршна, В.С. Корсакова, Б.М. Базрова, В.О. Кудшова, В.1. Попова, В.1. Локтева, Б.П. Бармша, 1.Г. Жаркова, С.А. Васша, В.Н. Подураева та шших [16], в даний час накопичений значний досв1д у питанш шдвищення ефективносп процесу р1зання нежорстких
виробiв c точки зору рiзних поглядiв i початкових при-пущень, на яких розроблений цший ряд технологiчних croœ6iB обробки (рис. 2), кожний з який у тому чи ш-шому ступенi довели кожну свою iндивiдуальну перевагу один щодо iншого, насамперед при рiзаннi мета-левих матерiалiв та ïx сплавiв, однак при обробцi ПК, виявилися додатюш проблемш сторони.
г д ж
Рис. 2. Способи мехатчноЧ обробки нежорстких виробiв: а - з додатковими опорами; б - прикладення розтягу-вального зусилля; в - керування режимами р1зання; г - керування напрямом дИ сили ргзання; д - надання мате-рiалу виробу бшьшо'( жорсткостi; ж - комплексний напрям
Видшення не виршених paiiiiiie частин зага-льно1 проблеми. Специф1ку обробки ПКМ в свою чергу вивчали М.Ф. Семко, В.1. Дрожжин, О.О. Степанов, Б.П. Штучний, А. Кобаяши, В.М. Ярославцев, Б.В. Лупкин, М.Н. Ларш, О.1. 1саев, Л.С. Кравченко, Н.В.
Верезуб, А.П. Тарасюк, О.Ф. Саленко, W. Konig, R. Teti, G. Spur, D. Wang [7-15] та багато шш^ i внесли значний вклад в розумшня процесу рiзання. Аналiз цих робгг дозволив видiлити основнi показники ефектив-
носп мехашчноГ обробки виробiв з ПК, причин Гх зни-ження та iндивiдуальнi шляхи полiпшення кожного по-казника, у результатi чого був сформований комплекс можливоГ технологiчноí реалiзацií з пiдвищення ефек-тивностi мехашчноГ обробки нежорстких виробiв, що насамперед, який полягае у необхiдностi урiвнова-ження силових факторiв, використаннi прийнятних к1-нематичних рух1в, призначеннi рацюнальних режимiв рiзання та використаннi багатошструментальног обробки, а ключовим шструментом для комплексного за-безпечення високог ефективностi механiчноí обробки нежорстких виробiв можуть бути саме створенi нов1 к1-нематичнi схеми рiзання.
Метою роботи е створення к1нематичних схем рiзання, використання, яких дозволить тдвищити як1-снi та технологiчнi показники ефективносп мехашчноГ обробки нежорстких виробiв iз ПКМ.
Основний матерiал. Проведений аналiз науко-вих робiт, як вггчизняних так i закордонних вчених, Г.1. Грановського, Г.О. Этiн, О.В. Кудшова, П.Р. Родiна, О.П. Соколовського, М.О. Шевченка, F.M.L. Amirouch, B.K. Choi, K. Marciniak [16-20] та багато iнших, що в тдсумку дозволило вiдокремити цiлий ряд класичних к1нематичних схем рiзання цил1ндричних поверхонь (рис. 3), з подальшим дослщженням Гх переваг та недо-лшв, одна щодо шшог. Зокрема одним iз спiльних не-долiкiв цих схем е однобiчний напрям ди складових сили рiзання на елементи технолопчноГ системи, а особливо на вирiб (рис. 4).
д ж з i
Рис. 3. Класичш кiнематичнi схеми мехатчног обробки цилтдричних виробiв: а - точiння статичним ргзцем; б - способи широких зрЫв (статичним та рухомим Шструментом); в - ротацтне точiння 13 замкнутою рiжу-чою кромкою; г - окружне фрезерування дисковою фрезою; д - фрезоточтня; ж - ргзання торцевою фрезою; з
- охоплене фрезерування; ^ рiзаннi цилтдричною фрезою
Рис. 4. Схема дП складових сили pi3aHHH на eupi6 та його пружш деформаци
Так статичш пружш деформаци цилiндричного виробу можна визначити за наступними рiвняннями (рис. 4)
fo _ 4PxLe . fo _ pj^.
Jx J2' Jz _3EJZ'
fo _
L
EJV
IPnLe
f o
J m
TtEdв
Pxd в
); fo _
max
4
-fo + J
J xyz ^ J q
SPTLed в TiGd 3
як1 е причиною виникненню вимушеним коли-вань, у результатi чого виникае перюдична змiна тов-щини зр1зу i в1дпов1дно це призводить до зниження як1-сних показнишв ефективностi, а саме шорсткосп, Rz, мкм, ворсистосп, Кв, %; глибини дефектного шару, М, мкм; ступеня деструкци поверхневого шару, N, стн/г; точност1 геометричног форми, Ф, мкм (рис. 5).
а б
Рис. 5. Яюстъ обробленог поверхт нежорсткого виробу 1з ПК: а - наглядний вигляд; б - схематичне зо-браження профшю i структури поверхневого шару
А область прийнятно! величини пружно! дефор-мацп, при яких можливе адекватне оцiнювання як1сних
показник1в оброблених поверхонь, та таких що не критично знизять експлуатацшш властивостi виробiв показана на рис. 6.
"О | " волокно
Рис. 6. Умова (область) прийнятного р1зання для адекватного оцтювання (вимiрювання) яюсних показниюв
оброблених поверхонъ виробiв ¿з ПКМ
Отже, на цш основi можна запропоновано уш-версальний спосiб зi створення урiвноважених шнема-тичних схем рiзання, який базуеться на класичних ш-нематичних рухах та напрямку ди складових сили рь зання, що дозволило скласти загальну шнематичну схему щодо напрямку ди складових сили в зош рiзання (рис. 7, а) та змоделювати розрахункову схему (рис. 7, б), яка формуеться iз цилiндричного стрижня довжи-ною Ье, один шнець якого жорстко закршлений у точщ
В, а до другого шнця рiвномiрно по окружностi у точка 1, 2, 3 та 4 прикладеш урiвноважена система сил, де Р Р'-п - дотичнi складовi; Рга-, Р'т - нормальнi; Рхи Р'^ -осьовi складовi сил рiзання. Також вiдповiдно до до си-лових факторiв, виникають реакци в опорi ZВ, 2'в та YВ, Y'в, та Xв, Хе, та МВг, Мвг (у горизонтально), М'ве, Мвв (у вертикальнiй площит).
А б
Рис. 7. Схема: а - загалъна юнематична схема щодо напрямку ди складових сили в зон ргзання; б - схема зi створення урiвноважених ктематичних рухiв механiчноi обробки нежорсткого цилтдричного виробу
Так загальне лшшне перемiщення i-i точок (рис. 7, б) вздовж bící х та величина кутового закручування щодо жорсткого затиснення В становить
ТРи z
i-1
de\6z\± Р21 +¿ Р_
yi I
fX (z ■ W- 2Grf
а сумарна пружна деформащя у поперечному
напрямку вiсi yz
fz ( 2 )-
Z'
f n _ n _ \/ \ f n _
![zРуг +XPzi}[Le-2 dLez2[ХР
V i-1 i-1 ^J__y i-1
*22EJy 44EJy
+
'{ífyi +ÍPz¡\b-2 dLez2{±Px
V i-1 i-1 J^ 3 Vi-1
Завдяки способу було створено цший ряд урiв-новажених к1нематичних схем (табл.1), яш, дозволять окремо урiвноважити пружнi деформаци виробу в поперечному та осьовому напрямках, крутнi деформаци, так i ix комплекс, скориставшись умовами статично! рiвноваги
2EJz 4EJz
fyz(z)-0 \fiz(z)-0 ff, fx (z)*0; \fx (z)*0; f (z)*0 f (z)-0 f (z)-o
fiz (z)-0 fi (z)-0 • fi (z)-0
Таблиця 1
Можливi урiвноваженi кiнематичнi схеми рiзання виробiв цилiндричноi форми
№
Найменування кшематично! схеми
Схема напрямку дй' складових сили рiзання
2
3
fiz (- 0; fi (z) * 0; a (z) * 0
Р1зання pi'/кучою головкою
при зустрiчному рiзаннi
n _
|z
(14
EJx
fi (z) -
de8zl ^Р21+^Ру
fi(z)— 1-1 i-1 '
Gnd,
3
зус^чне рiзання поб1жне рiзання
Окружне фрезерування
*Dnil w -Dm,
зустрiчне рiзання поб1жне рiзання
при поб1жному рiзаннi I z
fi (z) -
(14
EJX
de8zl Y?*+ЕРу
f i (z)-_y-1_i-1_j
JÁz)- -ndl
Ф pe ÍOTO LI i н н я
зус^чне рiзання поб1жне рiзання
при зустрiчному рiзаннi
fi (z) -
(14
EJx
f (z)
i
в8z[ ±Р21
у1
i-1 i-1 Gndl
при поб1жному рiзаннi
(Y Р'и I z
fi (z)
EJi
fi (z)-
i
в8z| ±Р21 +±Ру
i-1 i-1 GndB
1
1
2
3
Фрезоточшня торцевыми фрезами
зус^чне рiзання поб1жне рiзання
при зустрiчному рiзаннi
П (*)=■
(14
ЕЛ
П (*)
' X
в 8*| ±Р„ +±Ру
:=1 г=1
ОтИ
при поб1жному рiзаннi
П (*)=
(§4
ЕЗх
п (*)=
' X в 8*1
г=1 г=1
ОтИ
Р1зання охопленими фрезами
зус^чне рiзання поб1жне рiзання
при зустрiчному рiзання
п _
I*
и (*)=
йР")*
X
п п
Ы.
8*| ±Р21 +ЁР
г=1 г=1
ОтИ
при поб1жному рiзання ) *
п (*)=
(|4
ЕЗх
П (*)=-
' X
в8*| ±Р21 +±РУ
1=1 г=1
Отй,
Рпання щшндричними фрезами
зустрiчне рiзання поб1жне рiзання
при зустрiчному рiзаннi ) *
П (*)=
Й ^) *
п (*)=
ЕЗ.
8*| ±Р*г +М
х
п п
г=1 г=1
ОтИ
при поб1жному рiзаннi ) *
П (*)=
(|4
ЕЗх
П (*)=
' X
в8*| ±Р*г +±Ру
1=1 г=1
Ояйв
(г) = о; д(г)фо; д(г) = о
Рiзання двома рщучими головками
2б=0; УБ=0;
п
их (*)=
Й4
ЕЗГ
4
Окружне фрезерування
Рiзання охопленими фрезами
2б=0; УБ=0;
п
/X (2) =
14
Е1х
А (2=0; Л (*)=о; Л (2) * о
Фрезоточшня
2е=0; УЕ=0; Хв=0; йв Р21 +£ Р^
/I (7)-_У=!_Н_,
и(2)-
/ш (2 = 0; Л (*) = о; Ш = О
Р1зання щшндричними фрезами
9
Розглядаючи останню шнематичну схему рь зання (№10), яка спроможна комплексне урiвнова-ження, був виконаний аналiз схем фрезерування щодо якосп зр1зу. У ход1 чого було встановлено, що при зу-
стрiчному фрезеруваннi можемо одержувати бшьш ви-соку як1сть оброблених поверхонь, чим при побiж-ному, однак при поб1жному маемо бiльш прийнятний
зр1з (рис. 7).
а б
Рис. 8. Наочт зразки та схема стану поеерхт рьзання, де X - кут можливог ор1ентаци волокна, щодо вектора швидкостI р1зання: а - при зустр1чному; б - при побгжному фрезеруеаннI
Висновок i рекомендации Запропоновано та теоретично обгрунтовано ушверсальний споаб зi ство-рення нових шнематичних схем рiзання, якi грунту-еться на урiвноваженнi силових факторiв, що дозволять виконувати рiзноманiтнi технологiчнi операцп для пiдвищення яшсних та технологiчних показник1в ефективностi мехашчно! обробки цiлого ряду конф^-рацш виробiв, таких, як обробка отворiв, кiнцiв труб та
розрiзання листових виробiв з погляду на наявш недо-лiки процесу, використовуючи класичш кiнематичнi схеми рiзання.
Так вщповвдно до мети статтi було створено щ-лий ряд урiвноважених шнематичних схем рiзання для мехашчно! обробки нежорстких виробiв цил1ндрично! форми iз ПК, для цього передував анал1з л1тературних джерел при якому були окреслеш класичнi кiнематичнi
рiзання, тенденцп розвитку технологiй мехашчно! об-робки нежорстких виробiв цилiндричноl форми.
Запропоноваш урiвноваженi кiнематичнi схеми рiзання дають подальшу перспективу розробити мате-матичну динамiчну модель мехашчно! обробки цилш-дричного виробу для визначення бажаних умов рiзання та призначення рацiональних режимних параметрiв виконувано! операци, та подальшого створення оброб-них комплексiв.
Список лiтератури
1. Косилова, А. Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении [Текст] / А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков, М. А. Калинин // Справочник. - М.: Машиностроение, 1976. - 288 с.
2. Жуков, Э. Л. Основы технологии машиностроения [Текст] / Э. Л. Жуков, И. И. Козарь, С. Л. Мура-шкин, Б. Я. Розовский и др. // Учеб. пособ. для вузов. В 2 кн. Кн. 1. - М.: Высш. шк., 2003. - 278с.
3. Соколовский, А. П. Точность механической обработки и пути ее повышения [Текст] / А. П. Соколовский. - М., Л.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1951. - 485 с.
4. Пуховский, Е. С. Безвибрационное многолезвийное резание [Текст] / Е. С Пуховский, Г. Э. Таврит, М. И. Лещенко. - К.: Техшка, 1982. - 114с.
5. Рыжков, Д. И. Вибрации при резании металлов и методы их устранения [Текст] / Д. И. Рыжков.
- М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1961. - 171с.
6. Бармин, Б. П. Вибрации и режимы резания [Текст] / Б. П. Бармин. - М.: Машиностроение, 1972. -71с.
7. Верезуб, Н. В. Научные основы высокоэффективных процессов механической обработки полимерных композитов [Текст] / Н. В. Верезуб // Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук. - Х.: 1995.
- 43 с.
8. Семко, М. Ф. Особенности процесса резания алмазным и минералокерамическим инструментом и обработка пластмасс. Доклад по опубликованным работам на соиск. учен. степ. докт. техн. наук [Текст] / М. Ф. Семко. - К.: 1968. - 76 с.
9. Тарасюк, А. П. Расширение функциональных возможностей волокнистых полимерных композитов
за счет разработки эффективных процессов механической обработки [Текст] / А. П. Тарасюк // дис. на соиск. учен. степ. д-ра техн. наук. Х.: 2013. - 485с.
10. Лупкин, Б. В. Научные основы механической обработки композиционных материалов, применяемых в авиастроении [Текст] / Б. В. Лупкин // Дис. в форме науч. доклада. д-ра техн. наук: 05.07.04. - Украинский НИИ авиационной технологии. - К.: 1997. - 62 с.
11. Кобаяши, А. Обработка пластмасс резанием [Текст] / А. Кобаяши. - М.: Машиностроение, 1974. -192 с.
12. Дрожжин, В. И. Физические особенности и закономерности процесса резания слоистых пластмасс [Текст] / В. И. Дрожжин // Дис. на соиск. наукч. степен. докт. техн. наук. - Х.: 1982. - 388с.
13. Степанов, А. А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных материалов [Текст] / А. А. Степанов - Л.: Машиностроение, Ле-нинг. отд-ние, 1987. - 176с.
14. Teti, R. (2002) Machining of composite materials. Annals of the CIRP. - vol. 51/2, рр. 611-634.
15. Ярославцев В. М. Обработка резанием полимерных композиционных материалов / В. М. Ярославцев // Учеб. пособие для вузов. МГТУ им. Н. Э. Баумана. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. - 180 с.
16. Грановский, Г. И. Кинематика резания [Текст] / Г. И. Грановский. - М.: Госуд. науч.-техн. изд. маш. лит., 1948. - 110с.
17. Этин А. О. Кинематический анализ и выбор эффективных методов обработки лезвийным инструментов / А. О. Этин, М. Е. Юхвид. - М.: АО «ЭНИМС», 1994. - 185 с.
18. Кудинов, А. В. Фрактальный подход к формообразованию поверхностей на металлорежущих станках [Текст] / А. В. Кудинов // Станки и инструмент, №6, 1996. - С. 13-16.
19. Соколовский, А. П. Точность механической обработки и пути ее повышения [Текст] / А. П. Соколовский. - М., Л.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1951. - 485 с.
20. Родин, П. Р. Основы формообразования поверхностей резанием [Текст] / П. Р. Родин - Киев: Вища школа, 1977. - 190 с.
