CC BY
16
УДК 669.14.018.298.3
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АБРАЗИВНЫХ БРУСКОВ ДЛЯ ПРОЦЕССА СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТЕРМООБРАБОТАННЫХ СТАЛЕЙ
The Selection of the Optimal Characteristics of Abrasive Bricks for Super-Finishing of the Parts Made
of Heat-Treated Steels
Коршунов В.Я., д.т.н, профессор Korshunov V. Ya.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» 243365 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а Bryansk State Agrarian University
Реферат. Для выбора оптимальных характеристик абразивных брусков для суперфиниширования деталей из термообработанных сталей был проведён комплексный анализ параметров абразивной обработки, которые определяют её эффективность. Для оценки энергетической эффективности процесса суперфиниширования использовался термодинамический критерий - КПД, который показывает, какая часть работы идёт на разрушение объёма металла снимаемого с заготовки. Рассмотрена методика расчёта термодинамических параметров: удельной работы и коэффициента полезного действия. На основе анализа экспериментальных данных и термодинамических параметров, полученных расчётным путём, даны рекомендации по выбору оптимальных характеристик абразивных брусков для процесса суперфиниширования термообработанных сталей.
Summary. To select the optimal characteristics of abrasive bricks for super-finishing of the parts made of heat-treated steels, a comprehensive analysis of the parameters of abrasive treatment determining its effectiveness was carried out. To assess the energy efficiency of the super-finishing the thermodynamic criterion of efficiency was used, showing what part of the work goes for the destruction of the metal volume removed from the blank. The calculation technique of the thermodynamic parameters (specific work and efficiency) is described. Based on the analysis of experimental data and thermodynamic parameters obtained by calculation, the choice of the optimal characteristics of abrasive bricks for the super-finishing heat-treated steels is recommended.
Ключевые слова: мощность, производительность, эффективность, удельная работа, внутренняя энергия, коэффициент полезного действия.
Key words: capacity, productivity, effectiveness, specific work, internal energy, efficiency factor.
Введение. Постановка задачи. Повышение качества и эффективности обработки деталей при их изготовлении и ремонте является актуальной темой в настоящее время [1-8]. Поэтому процесс суперфиниширования часто используется на чистовых операциях обработки ответственных деталей машин. Суперфиниширование - процесс отделочной обработки поверхностей деталей мелкозернистыми абразивными брусками. Характерным признаком процесса являются колебательное движение брусков с частотой от 500 - 600 до 2000 - 3000 дв. ход/мин и амплитудой 2 - 5 мм. Суперфиниширование целесообразно применять для улучшения качества и эксплуатационных свойств деталей, работающих в условиях трения скольжения и качения, поскольку с помощью этого процесса можно получить поверхность шероховатостью до Ra = 0,16 мкм практически без волнистости, удалить дефектный поверхностный слой металла, образовавшийся при шлифовании и достигнуть упрочнения поверхностного слоя без каких-либо структурных изменений. Всё это позволяет рекомендовать суперфиниширование как наиболее эффективный вид отделочной обработки рабочих поверхностей для таких деталей, как кольца и ролики подшипников качения, коленчатые и распределительные валы, поршневые пальцы, клапаны двигателей тракторов и комбайнов, гладкие и ступенчатые оси, штоки, поршни, золотники механизмов и гидросистем различной сельскохозяйственной техники [1-6].
Суперфиниширование выполняют после шлифования, для деталей, не подвергающихся термической обработке, после чистового и тонкого точения на специальных суперфинишных станках или на универсальных токарных и шлифовальных станках с установленными на них головками вибраторами, что характерно для ремонтного производства. Однако следует отметить, что исследований энергетической эффективности процесса суперфиниширования при обработке термообработанных сталей, с использованием термодинамического критерия - КПД (псуп), ДО сих пор проведено не было,
что значительно затрудняет разработку энергосберегающей технологии процесса суперфиниширования деталей сельскохозяйственной техники. На основе выше сказанного, была сформулирована задача данной работы: исследовать влияние брусков с различными характеристиками на энергетическую эффективность (КПД) процесса суперфиниширования термообработанных сталей, сделать выводы и дать соответствующие рекомендации по их выбору.
Методика математической обработки экспериментальных данных. Для решения задачи были использованы данные, представленные в литературных источниках [1,2], которые были получены в процессе абразивной обработки образцов из термообработанных легированных сталей марок 20Х, 38ХМЮА и инструментальных Р9Ф5. Р12Ф5, твёрдостью по Виккерсу НУ7500 МПа (НИС 64) на центровом суперфинишном станке полуавтомате модели 3Д370Б. Данный станок предназначен для обработки в центрах наружных и конических поверхностей деталей с продольной подачей или врезанием. Схема суперфиниширования детали врезанием показана на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема процесса суперфиниширования детали врезанием 1,5 - передний и задний центры; 2 - деталь; 3 - абразивный брусок; 4 - державка суперфинишной головки; Рн - нормальная сила прижима абразивного бруска к детали; У1 - скорость вращения детали; У2 - скорость перемещения абразивного бруска
Диаметр экспериментальных образцов ф = 30 мм, длина Ь = 70 мм. При проведении обработки использовались абразивные бруски из карбида кремния зелёного 63С марки 63СМ14М15К и сверхтвёрдого материала Эльбора марки ЛОМ14СТ1К100%. Размеры зёрен М14 и керамическая связка К были одинаковые в обоих брусках, твёрдость была разной, у первого бруска М1, у второго СТ1. Концентрация Эльбора составляла 100%. Размеры брусков: из карбида кремния БКв 15x15x64 мм, из Эльбора ЛБС 15x64x16x6 мм. Технологические условия процесса суперфиниширования были следующие: припуск на диаметр И = 10 мкм; в качестве СОЖ использовался керосин - 90%, с добавлением масла - 8% и олеиновой кислоты - 2%; скорость вращения образца У1 = 42 м/мин; частота колебаний бруска П = 1200 мин"1; размах колебаний - 3 мм; скорость колебательного движения У2 = 12 м/мин; Удельная сила прижима инструмента к образцу Рн составляла 0,3 МПа (Н/мм2). В процессе эксперимента определялись: мощность абразивной обработки Ксуп (кВт) и производительность Qcyп (мм3/с). Рассчитывались: сила резания Рг (Н), коэффициент резания Псуп, удельная работа юсуп (Дж/мм3), а также термодинамический критерий эффективности - КПД (псуп) процесса суперфиниширования шсуп (Дж/мм3). Исходная шероховатость поверхности образцов после чистового точения составляла величину Иа0,63 мкм, после суперфиниширования 0,16 мкм.
Коэффициент резания процесса суперфиниширования рассчитывался по формуле
^уп = ^ , (1)
где Рг - тангенциальная сила резания; Ру - нормальная сила резания.
Величина силы Рг определялась по мощности обработки
Р2 = ^^ (2)
Нормальная сила резания Ру рассчитывалась по формуле Ру = Рн ■ 5бр ■ Пбр, (3)
где 8бр - рабочая площадь бруска, мм2; пбр - количество брусков, пбр = 1шт.
Величина 8бр определялась зависимостью
8бр = В • Ьбр = 15 • 64 = 960 мм2 , (4)
где В - ширина бруска, мм; Ьбр - длина бруска, мм.
Удельная работа процесса суперфиниширования юсуп рассчитывалась по формуле
^суп = ТТ2" , Дж/мм3 (5)
Чсуп
Значение коэффициента полезного действия псуп (%) для брусков разных характеристик определялось по энергетическому соотношению [9,10]
Псуп=^тИоо,% (6)
^суп
где АИе - упругая энергия дефектов. накопленная в срезаемом слое детали при обработке, Дж/мм3;
Значение АИе рассчитывалось по формуле АИ = и* - Иео - иТо, (7)
где И* - критическая плотность внутренней энергии (термодинамический критерий разрушения), равная энергии плавления материала, для стали И* = 10 Дж/мм3; Иео - начальный уровень упругой энергии дефектов, Иео = 6,5 Дж/мм3; Ит0 - уровень тепловой составляющей внутренней энергии, ИТо = 1,5 Дж/мм3.
При данных значениях термодинамических параметров, входящих в формулу (7), значение АИе1 для термобработанных сталей будет равно 2,0 Дж/мм3.
Все экспериментальные и расчётные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1- Экспериментальные и расчётные значения параметров процесса суперфиниширования термообработанных сталей
№ Марка стали образцов Характеристика абразивных брусков Силы резания, Н Коэффициент резания f Мощность N Вт Производительность Qcyп , мм3 /с Удель- ная ра-бота ®суп, Дж/мм3 Величина АИе,, Дж/мм3 "Поуп, %
Ру Рг
1 20Х 63СМ14М15К 288 23 0,08 16 0,16 100,0 2,0 2,0
2 Л0М14СТ1К100% - 17 0,06 12 0,26 46,0 - 4,3
3 38ХМЮА 63СМ14М15К - 23 0,08 16 0,21 76,0 - 2,6
4 Л0М14СТ1К100% - 17 0,06 12 0,36 33,4 - 5,9
5 Р9Ф5 63СМ14М15К - 26 0,09 18 0,03 600,0 - 0,4
6 Л0М14СТ1К100% - 20 0,07 13 0,23 56,5 - 3,5
7 Р12Ф5 63СМ14М15К - 26 0,09 18 0,03 600,0 - 0,4
8 Л0М14СТ1К100% - 20 0,07 13 0,13 100,0 - 2,0
Анализ полученных результатов. Анализ экспериментальных и расчётных данных, представленных в таблице 1 показал, что коэффициент резания Псуп, сила резания Р2 и мощность процесса суперфиниширования Ксуп при замене брусков эльборовых на абразивные увеличиваются в 1,3...1,4
раза. Анализ также показал, что приведённые выше параметры увеличиваются в 1,2...1,6 раза при обработке быстрорежущих сталей Р9Ф5, Р12Ф5 по сравнению с легированными 20Х и 38ХМЮА. Производительность процесса суперфиниширования Qcyn при обработке легированных сталей 20Х и 38ХМЮА абразивными брусками составила 0,16 и 0,21 мм3 /с, при обработке эльборовыми 0,26 и 0,36 мм3 /с, т.е. увеличилась в 1,6 и 1,7 раза. При суперфинишировании быстрорежущих сталей разница при обработке абразивными и эльборовыми брусками ещё больше увеличилась примерно в 7,1 и 4.3 раза. Анализ удельной работы юсуп и термодинамического критерия эффективности КПД (псуп) процесса суперфиниширования показал, что эти параметры значительно изменяются в зависимости от условий обработки. Так, при замене эльборового бруска на абразивный при обработке легированных сталей удельная работа съёма 1 мм3 металла образцов составила 46 и 100 Дж/мм3, т.е. увеличилась в 2,17 раза, что соответственно уменьшило на такую же величину КПД (псуп) абразивной обработки с 4,3 до 2,0 %. При суперфинишировании быстрорежущих сталей, замена эльборового бруска на абразивный значительно увеличила удельную работу юсуп с 56,5 до 600 Дж/мм3, т. е. в 10,6 раза. КПД обработки уменьшился с 3,5 до 0,4 %, примерно в 8,8 раза. Следует также отметить, что замена абразивных брусков на эльборовые при суперфинишировании закалённых легированных и инструментальных сталей увеличивает точность обработки деталей примерно на 50%, а также стойкость инструмента повышается в 2,5.3 раза [1,2].
Выводы. Анализ результатов экспериментальных и расчётных данных процесса суперфиниширования показал, что для эффективной обработки закалённых легированных и быстрорежущих сталей необходимо использовать вместо абразивных, бруски из сверхтвёрдого материала Эльбора, которые позволяют в несколько раз снизить энергетические затраты, расход абразивного инструмента, а также увеличить точность суперфиниширования деталей двигателей, гидроаппаратуры и других узлов сельскохозяйственной техники при обеспечении заданных параметров шероховатости обработанной поверхности.
Библиографический список
1. Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник / под ред. А.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. 391 с.
2. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. М.: Машиностроение, 1969. 330 с.
3. Чеповецкий ИХ. Основы финишной алмазной обработки // Автомобильная промышленность. 1981. № 9. С. 29 - 30.
4. Тюрин А.Н., Королев A.B., Королев A.A. Энергия взаимодействия инструмента и заготовки при суперфинишировании // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. № 4 (28). С. 71-81.
5. Тюрин А.Н. Баланс энергии взаимодействия инструмента и заготовки при суперфинишировании // Технология машиностроения. 2008. № 5. С .12-15.
6. Тюрин А.Н. Формирование профиля шеек коленчатого вала при остроугольной суперфинишной обработке // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2008. № 5. С. 48-50.
7. Козарез И.В., Новиков A.A., Михальченкова М.А. Повышение твёрдости компенсирующих элементов при восстановлении деталей // Сельский механизатор. 2017. № 3. С. 34-35.
8. Михальченков A.M., Ковалёв А.П., Козарез И.В. Геометрические параметры лучевидного износа // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 1. С. 44 - 47.
9. Коршунов В.Я. Оптимизация технологических условий абразивной обработки по КПД // СТИН. 1990. № 5. С. 17 - 20.
10. Коршунов В.Я.. Новиков ДА. Оценка энергетической эффективности способов восстановления шеек коленчатых валов при ремонте двигателей // Вестник Брянского государственного технического университета. 2015. № 1. С. 25 - 27.
References
1. Abrasive and diamond processing of materials. Reference book / Ed. by A.N. Reznikov. - M.: Mashinostroenie, 1977. - 391 p.
2. Ippolitov G.M. Abrasive-diamond treatment/ G.M. Ippolitov. - M.: Mashinostroenie, 1969. - 330p.
3. Cherepovetsky I.H. Basis of finishing diamond processing //Automobile industry. 1981. № 9. Pp. 29-30.
4. Tyurin A.N., Korolev A. V., Korolev A. A. Interaction energy of tool and blank in the super-finishing //Bulletin of Saratov State Technical University. 2007. № 4 (28). Vol. 1. P. 71-81.
5. Tyurin A.N. Energy balance of the interaction of tool and work piece while super-finishing// Technology of mechanical engineering. 2008. № 5. Pp.12-15.
6. Tyurin A. N. The formation of the profile of the crankshaft at the sharp angle super-finishing / Repair, Reconditioning, Modernization. 2008. № 5. P. 48-50.
7. Kozarez I.V., Novikov A.A., Mikhalchenkova M.A. Hardness improvement of the compensating elements at restoring parts // Rural machine operator. 2017. № 3. P. 34-35.
8. Mikhalchenkov A.M., Kovalev A.P., Kozarez I.V. Geometric parameters of the beam-visible wear // Tractors and Agricultural Machines. 2011. № 1. P. 44-47.
9. Korshunov V.Ya. Optimization of technological conditions of abrasive treatment for efficiency // Stanki i Instrument. 1990. № 5. P. 17-20.
10. Korshunov V.Ya., Novikov D.A. Evaluation of the energy efficiency of recovery methods of the crankshaft necks during the engine repair // Vestnik of Bryansk State Technical University. 2015. № 1. P. 25-27.
УДК 631/635
ОЦЕНКА КАДАСТРОВОЙ СТОИМОСТИ РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ КЛИНЦОВСКОГО И НОВОЗЫБКОВСКОГО РАЙОНОВ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
Assessment of the Cadastre Value of the Radiological Contamination of Agricultural Lands in the Klintsy and Novozybkov Districts of the Bryansk Region
Кречетников B.B., аспирант [email protected]
Титов И.Е., н.с. [email protected] Шубина О.А., к.б.н., зав. отделом [email protected]
Ратников А.Н., д.с-х.н., е.н.с., [email protected] Прудников П.В., д. с-х. н., директор [email protected] Krechetnikov V.V.1, Titov I.E.1, Shubina O.A.1, Ratnikov A.V., Prudnikov P.V.2
1ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии», Обнинск
Russian Institute of Radiology and Agroecology 2ФГБУ Центр химизации и сельскохозяйственной радиологии "Брянский" Chemicalization and Agricultural Radiology Centre "Bryansky "
Реферат. Анализ информации, полученной в ходе последних туров обследования радиоактивно загрязненных земель Брянской области, позволил провести оценку кадастровой стоимости радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных земель Клинцовского и Новозыбковского районов. Оценка кадастровой стоимости земель, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС, проводилась с учетом расчетов нормативной урожайности, затрат на возделывание сельскохозяйственных культур и расчете дополнительных затрат на реабилитационные мероприятия, направленные на получение сельскохозяйственной продукции, удовлетворяющей нормативным требованиям. Расчеты показали, что в связи с низким плодородием почв легкого механического состава, характеризующихся повышенным поступлением радионуклидов в продукцию растениеводства и животноводства, на сегодняшний момент существует проблема нерентабельности производства на 16 963 га пашни Клинцовского района и 21 284 га пашни Новозыбковского района. Также на 144 га из-за высокой плотности загрязнения (свыше 1 480 кБк/м2) производство продукции растениеводства и кормопроизводства, удовлетворяющего нормативам практически невозможно. Показано, что производство как на дерново-подзолистых песчаных и супесчаных, так и на дерновых глеевых супесчаных почвах рентабельно лишь при использовании этих земель в качестве сенокосов и пастбищ, а также что легкосуглинистые и суглинистые почвы возможно использовать и под пашню, и под кормовые угодья.
Summary. The analysis of the information, collected during the last rounds of the surveys, has allowed assessing the cadastre value of the radioactively contaminated agricultural lands of the Klintsy and Novozybkov districts. The assessment of cadastre value of lands suffered from the radioactive contamination as a result of the Chernobyl disaster is based on calculations of normative productivity, costs of crop cultivation, and the calculation of additional costs for rehabilitation measures, aimed at obtaining agricultural products satisfying sanitary standards. The results of the calculation show the unprofitable production of 16 963 ha arable lands of the Klintsy district and 21 284 ha of the Novozybkov district due to the low fertility
