Температура в зоне резания при обработке эластичными абразивными кругами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

0,030 0,010 -0,010 -0,030 -0,050 -0,070

■ -

■ -

1

í

I

I

■■ -.4

[3 Образцы группы А

ЕВ Образцы группы Б

■V Образцы группы В

fzl

fz2

fz3

Рис. 5. Прогибы полотна тонкостенного профиля при его изготовлении из призматической заготовки (образцы группы А и В) и полуфабриката (образцы группы Б)

На рис. 5 представлены прогибы полотна тонкостенного П-образного профиля при его изготовлении из заготовок с призматическим поперечным сечением и полуфабриката по схеме 3. Следует отметить, что прогибы полотна при изготовлении детали из полуфабриката значительно меньше прогибов при его изготовлении из массивной призматической заготовки. Эти данные совпадают с выводами автора работы [3].

В заключение можно сделать следующие выводы:

1. Изготовление деталей из полуфабрикатов (поковок, штамповок) с максимально близкими размерами поперечных сечений и размерами в плане к теоретическому контуру детали эффективно не только с точки зрения минимизации остаточных деформаций (поводок, коробления, закручивания), но и других показателей (снижение металлоемкости заготовки, снижение времени механической обработки и т.д.).

2. При изготовлении маложестких деталей из заго-

товок и полуфабрикатов, прошедших полный цикл термической обработки, назначение удаляемых припусков необходимо осуществлять из принципа совмещения главных осей инерции поперечных сечений заготовки (полуфабриката) и готовой детали.

Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета», согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.

Статья поступила 05.12.2014 г.

Библиографический список

1. Ботвенко С.И. Остаточные напряжения и деформации при изготовлении деталей типа пластин с подкреплениями. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 132 с.

2. Ботвенко С.И. Механизм перераспределения термических

остаточных напряжений // Вест-ник ИрГТУ. 2011. № 10 (57). С. 29-32.

3. Брондз Л.Д. Особенности технологии, проектирования и изготовления пассажирских самолетов: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 73 с.

УДК 621.923; 621.922

ТЕМПЕРАТУРА В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЭЛАСТИЧНЫМИ АБРАЗИВНЫМИ КРУГАМИ

© Ю.В. Димов1, Д.Б. Подашев2

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

Рассмотрено влияние режимов резания на температуру в зоне резания при обработке эластичными абразивными кругами. Измерение температуры производилось тепловизором FLIR Orion SC7000. Установлены закономерности изменения температуры в зоне резания от радиальной деформации круга, скорости резания и подачи. Приведены уравнения данных зависимостей.

1Димов Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: 89645427169, e-mail: Dimov-Ura@yandex.ru

Dimov Yuri, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Design and Standardization in Mechanical Engineering, tel.: 89645427169, e-mail: Dimov-Ura@yandex.ru

2Подашев Дмитрий Борисович, кандидат технических наук, ассистент кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении, тел.: 89086558744, e-mail: dbp90@mail.ru

Podashev Dmitry, Candidate of technical sciences, Assistant Professor of the Department of Design and Standardization in Mechanical Engineering, tel.: 89086558744, e-mail: dbp90@mail.ru

Ключевые слова: эластичный круг; нетканый материал Scotch-Brite™; прессованный круг; тепловизор; температура резания; эмпирические зависимости; режимы обработки.

CUTTING ZONE TEMPERATURE UNDER ELASTIC FLAP DISC MACHINING Yu.V. Dimov, D.B. Podashev

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

The paper deals with the effect of cutting modes on the temperature in the cutting zone under machining with elastic flap discs. The temperature has been measures by the FLIR Orion SC7000 infra-red imager. The regularities of temperature changing in the cutting zone are identified depending on radial disc deformation, cutting speed and feed. The equations of these dependences are provided.

Keywords: elastic disc; Scotch-Brite™ nonwoven material; pressed disc; infra-red imager; cutting temperature; empirical dependences; machining modes.

Эластичные абразивные круги 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 лянцеванием 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, необходимые условия для работы отдельных зерен создаются за счет их предварительного нагружения. При этом деформируется основание инструмента, прижимаемого к обрабатываемой поверхности.

В мире производится большое разнообразие эластичных абразивных и неабразивных кругов для финишной обработки деталей. В работе [1] приведена их классификация.

Существенное влияние на качество обработанной поверхности и на процесс износа инструмента оказывает температура, возникающая в процессе резания. В данной статье приведены результаты исследования температуры в зоне резания 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 и DB-WL 8S MED - прессованные, в обозначении которых цифрами 8, 6, 2 обозначена структура, А -абразивный материал Al2O3, S - абразивный материал SiC, зернистость: FINE - тонкое зерно, соответствующее 45-50 мкм; MEDIUM - среднее зерно, соответствующее 50-60 мкм; COARSE - грубое зерно, соответствующее -200 мкм.

Круг CF-FB 0,5A FIN - очень эластичная щетка из лепестков материала типа Clean & Finish для чистовой обработки с абразивным материалом Al2O3 зернистостью FINE.

Как отмечено выше, одним из главных факторов, определяющих процесс износа инструмента, является температура резания. Если бы вся образующаяся при

резании теплота быстро и равномерно распределялась по всему объему изделия и инструмента, она отводилась бы в пространство. В действительности большое количество теплоты концентрируется в зоне контакта, сильно повышая ее температуру. В результате происходит износ инструмента и даже возможно изменение структуры тончайшего слоя обработанной поверхности.

Для исследования температуры в зоне резания использован тепловизор FLIR Orion SC7200 (серия SC7000) (Швеция) (рис. 1).

Рис. 1. Тепловизор FLIR Orion серии SC7000

Физической основой для создания тепловизора послужил эффект, связанный со способностью некоторых веществ (материалов) изменять свои электрические свойства (в частности проводимость) под воздействием электромагнитного излучения в инфракрасном диапазоне.

Упрощенно тепловизор состоит из оптической системы (объектива), фокусирующего тепловой поток от объекта на чувствительный элемент - приемник инфракрасного излучения (ИКИ), и блока обработки (усиления) для представления тепловой карты (термограммы) объекта в виде, удобном для анализа.

Основные характеристики камер серии SC7000:

- температурная чувствительность (до 0,018 К);

- высококачественные FPA детекторы нескольких типов для решения различных задач;

- большой выбор сменной оптики;

- скорость сбора данных (до 20 кГц);

- встроенный двигатель автофокусировки;

- интерфейс CamLink / USB2 / GigE;

- совместимость с ПО ALTAIR для анализа термографических данных.

Тепловизоры FLIR SC7000 серии Orion - это многоспектральные устройства, способные выдавать тепловые изображения с частотой видео в коротковолновой, средневолновой и длинноволновой областях ИК-спектра. Тепловое излучение изучаемого объекта фиксируется объективом, спроектированным таким образом, чтобы минимизировать искажения во всем инфракрасном спектре.

Тепловизоры Orion оснащены быстрым восьмипо-зиционным диском-кассетой спектральных фильтров, который размещен между объективом и фокальной плоскостью. Вращение диска синхронизировано с детектором так, чтобы под каждое положение фильтра был получен один кадр изображения.

Orion SC7000 способен снимать до 400 кадров в секунду с разрешением 320x240 пикселей, причем каждое изображение снимается в режиме моментального снимка. Время накопления заряда можно изменить программно для каждого фильтра. Изображение снимается для каждого положения диска светофильтров, позволяя выполнить многоспектральную съемку. Сняв или остановив диск-кассету фильтров, Orion SC7000 можно использовать и как обычный теплови-

хронизированных с FPA, максимум 400 Гц), диск-кассета спектральных фильтров.

Опции: моторизированная фокусировка (опционально), автофокус (опционально), встроенный временной интерфейс IRIG-B (опционально), возможность внешнего запуска, поддержка SDK, совместимость с Lab Viev, совместимость с Matlab.

Экспериментальные исследования по определению температуры в зоне резания проведены при обработке сплава В95пчТ2. При исследовании образец крепился в специальном приспособлении и обрабатывался на универсально-фрезерном станке марки Deckel Maho DMC 635V. Температура измерялась в зоне выхода инструмента из контакта с обрабатываемым образцом.

На рис. 2 представлена зависимость температуры в зоне резания от радиальной деформации кругов Ay. Из графиков видно, что с ростом радиальной деформации температура возрастает. Это происходит потому, что с ростом радиальной деформации увеличивается глубина внедрения единичных зерен в обрабатываемый материал, и, как следствие, теплообразование в зоне контакта инструмента и заготовки увеличивается.

Таблица 1

Технические характеристики FLIR серии SC7000 Orion

Параметр Характеристика

Тип датчика InSb / MCT

Разрешение 320x240

Шаг датчика 30 мкм

Спектральный диапазон 1,5-5,1 мкм - для InSb (BB); 7,7-11,5 мкм - для SC7900VL

Частота кадров InSb: 170-380 Гц - в полнокадровом режиме; 11-31,8 КГц - в оконном режиме съемки. MCT: 230 Гц - в полнокадровом режиме съемки; до 25 КГц - в оконном режиме съемки; 400 Гц - ограничение для модели Orion

зор с сохранением полной скорости съемки. Помимо записи изображений ПО ALTAIR также обрабатывает полученные данные.

Технические характеристики FLIR серии SC7000 Orion приведены в табл. 1.

Доступные объективы: SWB: 25 мм - 22x17°; 27 мм - 20x16°; в WB: 50 мм - 11x8,8°; 100 мм - 5,5x4,4°; 200 мм - 2,75x2,2°; MWB & LWB: 12 мм - 44x36°; 25 мм - 22x17°; 50 мм - 11x8,8°; 100 мм - 5,5x4,4°; 200 мм - 2,75x2,2°.

Параметры визуализации: диапазон волн - MW; динамический диапазон - 14 бит, 16 бит с TRE; температурная калибровка камеры - 5-300°C - для InSb, 5-150°C - для MCT, возможна компенсация окружающей среды; точность температурных измерений - +/-1% или +/-1°C; HypercalTM/CNUC .

Интерфейсы: аналоговый вход, аналоговое видео (композитное или S-Video), вывод цифровых данных (GigE, Camera Link), управление и контроль (GigE, Camera Link), оконный режим съемки (выбираемые размер и положение дополнительных окон), индекс диафрагмы (f/3.0 - для InSb, и f/2.0 - для MCT), диск-кассета спектральных фильтров (8 кассет-дисков, син-

t,° с

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Лу, мм Рис. 2. Зависимость температуры в зоне резания от

деформации йу для кругов при S = 130 мм/мин: 1 - FS-WL 8A MED при V = 441,4 м/мин; 2 - FS-WL 6S FIN

при V = 406,8 м/мин; 3 - FS-WL 2S CRS при V = 462,4 м/мин; 4 - DB-WL 8S MED при V = 464,3 м/мин; 5 - CF-FB 0,5A FIN при V = 606,3 м/мин

На рис. 3 представлена зависимость температуры в зоне резания от скорости резания. Из графиков вид-

но, что с ростом скорости резания температура также увеличивается. Это происходит в результате того, что количество теплоты, выделяющейся в единицу времени, увеличивается пропорционально скорости резания.

Рис. 3. Зависимость температуры в зоне резания от скорости резания V для кругов при S = 130 мм/мин: 1 - FS-WL 8A MED при йу = 1,5 мм; 2 - FS-WL 6S FIN при йу = 1,5 мм; 3 - FS-WL 2S CRS при йу = 1,5 мм; 4 - DB-WL 8S MED при йу = 1,5 мм; 5 - CF-FB 0,5A FIN при йу = 4,5 мм

На рис. 4 представлены зависимости температуры в зоне резания от продольной подачи, из которых видно, что с ростом продольной подачи значения температуры уменьшаются. Это происходит потому, что с увеличением продольной подачи уменьшается время обработки, а следовательно, уменьшается и общее количество выделившейся теплоты.

Полученные экспериментальные зависимости были аппроксимированы следующей формулой: t = a1Ay+a2-V+a3-S+ a4 Ay-V+a5Ay-S+a6- V S+a7 Ay - V S+a8.

Значения коэффициентов а1-7 и свободных членов а8 данного уравнения приведены в табл. 2.

Как уже было отмечено, температура, возникающая в зоне резания, оказывает существенное влияние на процесс износа инструмента. Экспериментальное исследование износа инструмента проводилось на универсально-фрезерном станке модели 675 на образцах из алюминиевого сплава В95пчТ2. Износ круга

определялся взвешиванием образца до и после обработки в течение 5 мин. на электронных весах с точностью 0,01 г.

Рис. 4. Зависимость температуры в зоне резания от продольной подачи S: 1 - FS-WL 8A MED при V = 441,4 м/мин, йу = 1,5 мм; 2 - FS-WL 6S FIN при V = 406,8 м/мин, йу = 1,5 мм; 3 - FS-WL 2S CRS при V=462,4 м/мин, йу = 1,5 мм; 4 - DB-WL 8S MED при V=464,3 м/мин, йу = 1,5 мм; 5 - CF-FB 0,5A FIN при V = 606,3 м/мин, йу = 4,5 мм

В качестве показателя износа круга использована величина износа I за единицу времени (мм/мин), которая рассчитывалась по формуле

I =-

(G, -G2) Рк-л-DK-Ь-Т

где уК - плотность материала круга в г/мм ; G1 и G2 -масса круга до и после обработки соответственно, г; b - ширина обрабатываемого образца, мм; DK - диаметр круга в мм; T - время обработки длины образца l-Т = l/S, мин.

Как следует из результатов исследования, зависимость износа инструмента от режима резания (Ау, V и S) аналогична зависимости температуры от тех же параметров. Обработка экспериментальных данных проведена по методу наименьших квадратов. В качестве примера такая зависимость приведена для круга CF-FB 0,5A FIN (рис. 5).

Значения коэффициентов а1-7 и свободных членов а8

Таблица 2

Коэффициент Марка круга

FS-WL 8A MED FS-WL 6S FIN FS-WL 2S CRS DB-WL 8S MED CF-FB 0,5A FIN

а1 44,5699 24,261806 16,5461 42,983733 5,60395

а2 0,0621162 0,0941789 0,055208 -0,067316 0,04105625

аз -0,1961227 -0,1797811 -6,45944 10-3 -0,317812 -0,0968395

а4 0,0603936 0,0594147 0,0402005 0,141986 -1,02969-10"3

аз 0,115684 2,95092-10-3 -4,10002 10-3 0,0589903 0,01319605

ае 1,8293-10"5 -3,69861-10"5 -1,3454 10-5 5,40267-10"4 -2,62375-10-5

а7 -1,93126-10-4 1,39442 Ю-4 -1,061610-5 -3,71007 10-4 1,24465-10"5

as 57,7678 33,405333 22,5513 60,857133 -3,851095

Значения коэффициента с для разных кругов

Таблица 3

Марка круга

FS-WL 8A MED FS-WL 6S FIN FS-WL 2S CRS DB-WL 8S MED CF-FB 0,5A FIN

Коэффициент c

0,0071

0,0005

0,001

0,0032

0,0052

I, мм/мин 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01

0

25

30 35 40 45 50 t, °C

Рис. 5. Зависимость износа инструмента от температуры в зоне резания для круга CF-FB 0,5A FIN

Зависимость износа инструмента за 1 мин работы от температуры выражается уравнением I = c■t,

где с - коэффициент, приведенный в табл. 3 для разных кругов.

Из результатов исследования можно констатировать, что по известной величине температуры в зоне резания t можно прогнозировать износ инструмента.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ по постановлению Правительства от 9 апреля 2010 г. № 218 в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» (шифр 2012-218-03-120).

Статья поступила 27.01.2015 г.

Библиографический список

1. Димов Ю.В., Подашев Д.Б. Круги для финишной обработки деталей // Вестник ИрГТУ. 2011. № 5 (52). С. 16-20.

УДК 621.924.9

РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДРОБЕУДАРНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ НА УСТАНОВКАХ КОНТАКТНОГО ТИПА

1 л 4

© А.А. Лихачев1, В.В. Герасимов2, А.А. Пашков3

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

Рассмотрены отечественные и зарубежные способы формообразования длинномерных обшивок. Описывается конструктивное решение дробеметного аппарата 3Д400М. Представлены варианты автоматизации основных узлов дробеметного аппарата, а также факторы, влияющие на стабильность и производительность, принципы функционирования и схемы работы систем адаптивного прижима и автоматической досыпки дроби дробеметных аппаратов.

Ключевые слова: дробеударное формообразование; дробеметная установка; адаптивное управление; досыпка дроби.

IMPLEMENTATION OF SHOT PEEN FORMING CONTROL SYSTEM ON CONTACT TYPE INSTALLATIONS A.A. Likhachev, V.V. Gerasimov, A.A. Pashkov

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

Having considered domestic and foreign methods of forming long skins, the article describes a design solution of a 3D400M shotblaster. It discusses automation options for the major units of a shotblaster as well as the factors affecting its stability and performance, operation principles and the workflow of the systems of adaptive clamping and automatic

1Лихачев Андрей Александрович, научный сотрудник, старший преподаватель кафедры оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: 89501129865, e-mail: pupajr@mail.ru

Likhachev Andrei, Researcher, Senior Lecturer of the Department of Equipment and Automation of Mechanical Engineering, tel.: 89501129865, e-mail: pupajr@mail.ru

2Герасимов Виталий Валериевич, научный сотрудник, аспирант, тел.: 89501311731, e-mail: krimskiy_tsar@inbox.ru Gerasimov Vitaly, Researcher, Postgraduate, tel.: 89501311731, e-mail: krimskiy_tsar@inbox.ru

3Пашков Александр Андреевич, младший научный сотрудник, аспирант, тел.: 89041109030, e-mail: pashk0ff@mail.ru

Pashkov Alexander, Junior Researcher, Postgraduate, tel.: 89041109030, e-mail: pashk0ff@mail.ru