CC BY
13
nykh ugodiy: avtoref. dis. ... na soisk. uch. step. hand. e.n. M.: Vserossiyskiy NII organizatsii proizvodstva, truda i upravleniya v sel'skom khozyaystve, 2011. 18 s.
12. Kuvshinov M.N. K voprosu differentsiatsii gosudarstvennoy podderzhki sel'khozpredpriyatiy s uchetom radioaktivnogo zagryazneniya Bryanskoy oblasti // Trudy Bryanskogo gosudarstvennogo universi-teta im. akad. I.G.Petrovskogo «VestnikBGU», T.3 Ekonomika. Bryansk: RIO BGU, 2011. S. 31-34.
13. Kuvshinov M.N. Reabilitatsiya radioaktivno zagryaznennykh zemel' Bryanskoy oblasti / Oborot sel'skokhozyaystvennykh ugodiy: pravovoy, sotsial'nyy, organizatsionnyy, ekonomicheskiy i ekologicheskiy aspekty: sb. materialov nauchno-prakt. konf. M.: VNlOPTUSKh, 2010. S. 36-39.
14. Kuznetsova A.R., Gusmanov U.G. Klyuchevye zadachi prodovol'stvennogo samoobespecheniya Rossii i ee regionov v usloviyakh importozameshcheniya i sanktsiy //Agroprodovol'stvennaya politika Rossii. 2016. № 3(51). S. 2-5.
15. Mindrin A.S. Organizatsionno-ekonomicheskie usloviya okhrany zemel' sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya. M.: VNlETUSKh, 2002. 214 s.
16. Nechaev V.I., Mikhaylushkin P.V., Slepneva T.N. Gosudarstvennaya podderzhka sel'skokhozyaystvennogo proizvodstva Rossii: voprosy teorii i praktiki //Ekonomika sel'skokhozyaystvennykh i perera-batyvayushchikh predpriyatiy. 2016. № 12. S. 6-10.
17. Sbornik normativnykh i metodicheskikh dokumentov, reglamentiruyushchikh vedenie sel'skogo khozyaystva na territoriyakh, podvergshikhsya radioaktivnomu zagryazneniyu v rezul'tate avarii na Cherno-byl'skoy AES. Obninsk, 2006.
18. K probleme pochvennogo plodorodiya i subsidirovaniya mineral'nykh udobreniy / N.A. Sokolov, V.E. Torikov, I.S. Lobyrev, E.A. Poddubnaya //Ekonomicheskie nauki. 2014. № 111. S. 39-44.
19. Chernobyl': radiatsionnyy monitoring sel'skokhozyaystvennykh ugodiy i agrokhimicheskie aspekty snizheniya posledstviy radioaktivnogo zagryazneniya pochv (k 30-letiyu tekhnogennoy avarii na Cherno-byl'skoy AES) /V.G. Sychev, V.I. Lunev, P.M. Orlov, N.M. Belous. M.: VNIIA, 2016. 184 s.
20. Bryanskaya oblast' v tsifrakh. 2016 g.: kratkiy statisticheskiy sbornik. Bryansk, 2016. 147 s.
21. Ofitsial'nyy sayt Departamenta sel'skogo khozyaystva Bryanskoy oblasti [Elektronnyy resurs]. http://agro365.ru/gospodderzhka-selskogo-hozyaystva-v-bryanskoy-oblasti.html.
УДК 621.92:536
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНСТРУМЕНТОВ НА ГИБКОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
The Choice of the Optimal Characteristics of the Tools on the Flexible Basis for Abrasive Processing of Agricultural Machinery Parts
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
Аннотация. Для выбора оптимальных характеристик алмазных лент на гибкой основе при шлифовании закалённой стали был проведён комплексный анализ параметров абразивной обработки, которые определяют её эффективность. Для оценки энергетической эффективности процесса шлифования использовался термодинамический критерий - кпд, который показывает, какая часть работы шлифования 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 алмазных лент на гибкой основе для шлифования закалённой стали.
Summary. The complex analysis of the parameters of abrasive treatment determining its efficiency was conducted in order to select the optimal characteristics of a diamond-grinding belt on the flexible basis during hardened steel grinding. To assess the energy efficiency of the grinding process the thermodynamic criterion of efficiency has been used. It shows what stage of grinding is the destruction of the volume of met-
al removed from the blank. The technique of calculation of thermodynamic parameters (specific work and efficiency) is considered. The recommendations concerning the choice of the optimal characteristics of a diamond-grinding belt on the flexible basis for hardened steel are given on the basis of the analysis of experimental data and thermodynamic parameters obtained by the calculation.
Ключевые слова: удельный расход алмаза, шероховатость, производительность, эффективность, удельная работа, энергия, коэффициент полезного действия.
Key words: specific diamond consumption, roughness, productivity, efficiency, specific work, energy, coefficient of efficiency.
Введение. Постановка задачи
В настоящее время в сельскохозяйственном машиностроении и металлообработке объём и роль отделочных операций, выполняемых алмазными инструментами, непрерывно растет. Применение алмазных инструментов (лент, брусков, дисков и др.) на эластичных связках открывает большие возможности по повышению производительности и улучшению качества в процессе изготовления деталей узлов и агрегатов различной сельскохозяйственной техники, а также доводки инструмента [1-8]. Однако такие инструменты имеют ряд отличительных особенностей от абразивных кругов, без знания которых нельзя добиться высокой эффективности применения алмазных лент в производстве, а также оценить уровень энергосбережения предлагаемых технологий абразивной обработки [9,10]. На основе выше сказанного была сформулирована задача данной работы: исследовать влияние зернистости и жёсткости эластичных связок на эффективность процесса шлифования деталей из закалённых сталей бесконечными алмазными лентами, сделать выводы и дать соответствующие рекомендации по выбору марки инструмента.
Методика математической обработки экспериментальных данных. Для решения задачи были использованы данные, представленные в работах [1,2], полученные в процессе экспериментальных исследований шлифования закалённой стали 40Х твёрдостью HRC 35...38 алмазными бесконечными лентами (АЛБ) разных характеристик в условиях охватывающего контакта с режимами: сила предварительного натяжения ленты Т0 = 200Н, нормальная сила Ру=10Н, скорость ленты Ул = 30 м/с, скорость детали Уд = 30 м/мин, площадь контакта FK =0,24 см , обработка с охлаждением 2% -ным содовым раствором. Для абразивной обработки деталей использовался круглошлифовальный станок модели ХШ52 с приспособлением для ленточного шлифования. Зернистость алмазных зёрен изменялась от 80/63 до 20/14 мкм. Для экспериментов использовались ленты жёсткие Р14, полужёсткие Р9 и эластичные Р1,Р4. В процессе экспериментальных исследований определялись следующие параметры: сила резания Pz, Н; производительность обработки, Q, мм3/с; удельный расход алмазных лент, мг/г. Рассчитывались: коэффициент режущей способности Кр = Q/Py , мм3/сН; коэффициент резания Kz = Pz/Py; удельная работа шлифования А0 и удельная работа микрорезания Ап
А0 = ^ , Дж/мм3 (1)
Ап = ^ , Дж/мм3 (2)
где У - скорость резания, м/мин.
Энергетический коэффициент эффективности, который показывает какая часть работы шлифования затрачивается на микрорезание, т.е. съём металла Кэ = Ап/А0; термодинамический коэффициент эффективности - коэффициент полезного действия процесса шлифования Пш, который показывает отношение критической плотности упругой энергии дефектов AUe* (Дж/мм3), которая идёт на разрушение обрабатываемого материала, к работе резания пшр или к общей работе шлифования Пшо [9,10]
Пш.р = о 0 % , (3)
Ап
Пш.о = о 0 <% , (4)
Ао
Величина AUe* рассчитывается по формуле [9,10]
AUe* = U* - Ueo - UT0 , (5)
U* - критическая плотность внутренней энергии (термодинамический критерий разрушения), для стали U * — 10 Дж/мм3; Ueo - начальный уровень накопленной упругой энергии дефектов до шлифования, Ueo = 3,0 Дж/мм3; UT0 -начальный уровень тепловой составляющей внутренней энергии UT0 = 1,5 Дж/мм3. Используя выше приведённые термодинамические параметры по формулу (5) определяем значение AUe* = 5,5 Дж/мм3.
Экспериментальные и расчётные значения процесса шлифования термообработанной стали 40Х инструментами на гибкой основе приведены в таблице 1.
Результаты и их обсуждение. Анализ экспериментальных и расчётных данных, представленных в таблице 1 показал, что наибольшую производительность Q и наименьший удельный расход алмазов q, при одинаковых технологических условиях обработки, имеют АЛБ на полужёстких связках АС280/63Р9-100% и АС263/50Р9-100%., стабильно обеспечивая шероховатость обработанной поверхности Ra 0,6...0,8 мкм. При уменьшении размера алмазных зёрен с 80/63 до 20/14 производительность абразивной обработки снижается в четыре, а шероховатость в три раза. Удельный расход алмазов увеличивается в 2 раза с 4,5 до 9,0 мг/г. При работе алмазными лентами зернистостью АСМ40/28 на эластичных связках Р4 и Р1 производительность процесса шлифования достигает 0,5..0,2 мм3/с, шероховатость поверхности Ra 0,12.0,08 мкм, а удельный расход алмазов увеличивается до 12.21 мг/г.
Таблица 1- Экспериментальные и расчётные значения параметров процесса шлифования термообработанной стали 40Х инструментами на гибкой основе
№ Характеристика инструмента Q, мм3/е RA, мкм q, мг/г А0, Дж мм3 Ап, Дж мм3 KZ КР3 мм3 сН Кэ, % ^ш.р, % ^Ш.О, %
1 АСМ40/28Р14-100% 1,0 1,0 10,0 93 13 0,3 0,1 14 42 5,8
2 АС280/63Р9-100% 3,4 0,8 5,0 43 12,1 0,5 0,33 28 45 12,7
3 АС263/50Р9-100% 2,4 0,6 4,5 47 11,9 0,4 0.23 25 46 11,7
4 АСМ40/28Р9-100% 1,0 0,4 7,0 80 12.9 0,3 0,10 16 43 6,8
5 АСМ20/14Р9-100% 0,6 0,2 9,0 112 12,3 0,2 0,06 11 45 4,9
6 АСМ40/28Р4-100% 0,5 0,12 12,0 108 12,9 0,2 0,05 12 42 5,1
7 АСМ40/28Р1-100% 0,2 0,08 21.0 150 12,0 0,1 0,02 8 45 3,6
С уменьшением производительности обработки Q коэффициент резания Kz и коэффициент режущей способности Кр также уменьшаются, ввиду снижения силы резания Pz. Общая удельная работа А0 с уменьшением зернистости алмазных зёрен с 80/63 до 20/14 при полужёсткой связке ленты Р9 увеличивается в 2,6 раза с 43 до 112 Дж/мм3. Снижение жёсткости связки с Р14 до Р1 также повышает общую работу шлифования с 93 до 159 Дж/мм3. Удельная работа микрорезания Ап при всех характеристиках инструмента изменяется незначительно от 11,9 до 13 Дж/мм3, т.е. всего на 8,3 %. Энергетический коэффициент эффективности Кэ с уменьшением зернистости алмазных зёрен ленты на основе полужёсткой связки Р9 уменьшается с 28 до 11%. Величина коэффициента Кэ значительно снижается в 3,5 раза с уменьшением жёсткости связки от Р14 до Р1.
Термодинамический критерий эффективности Пшо (КПД), который определяется отношением энергии AUe* необходимой для разрушения снимаемого слоя металла в процессе шлифования к общей удельной работе А0 с увеличением зернистости алмазных зёрен ленты на основе полужёсткой связки Р9 повышается с 4,9 до 12,7%. С ростом жёсткости связки от Р1 до Р14 величина Кшо также возрастает с 3,6 до 6,9%. Рост термодинамического критерия эффективности определяется снижением работы трения алмазных зёрен и связки о поверхность детали в процессе шлифования. Коэффициент полезного действия пшр процесса микрорезания, который показывает какая часть удельной работы микрорезания Ап расходуется на разрушение поверхностного слоя металла, сошлифованного в процессе обработки, изменяется очень мало с 46,2 до 42,3%, т.е. всего в 1,09 раза. Такое постоянство значение КПД объясняется тем, что обрабатывается один и тот же материал - сталь 40Х твёрдостью HRC 35.38, что определяет постоянные начальные термодинамические параметры U*, Ueo, UT0 и соответственно значение AUe*.
На основе проведённого анализа экспериментальных и расчётных данных можно сделать следующие выводы:
1) для предварительного шлифования деталей рекомендуется применять алмазную бесконечную ленту АСМ40/28Р14-100%, а для чистового ленты АС280/63Р9-100% и АС263/50Р9-100%;
2) для операции предварительного суперфиниша необходимо использовать инструмент с характеристиками АСМ40/28Р9-100% и АСМ20/14Р9-100%;
3) для операций чистового суперфиниша и полирования рекомендуется использовать ленты АСМ40/28Р4-100% и АСМ40/28Р1-100%;
4) увеличить КПД (пшр) операции ленточного шлифования можно за счёт применения современных более эффективных марок СОЖ - ЭПРОМ, TRIM и др.
Библиографический список
1. Иванов Ю.И., Носов Н.В. Эффективность и качество обработки инструментами на гибкой основе. М.: Машиностроение, 1985. 88 с.
2. Иванов Ю.И., Носов Н.В. Определение составляющих тангенциальной суммарной силы при шлифовании алмазными лентами // Известия ВУЗов. 1980. № 4. С. 46 - 52.
З.Чеповецкий ИХ. основы финишной алмазной обработки. Киев: Наукова думка, 1980. 405 с.
4. Бакуль В.Н., Никитин Ю.И. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. М.: Машиностроение, 1975. 296 с.
5. Рабинович Э.С. Алмазный инструмент на каучуковых связках // Синтетические алмазы. 1977. № 5. С. 32 - 34.
6. Орлов П.Н. Алмазно-абразивная доводка деталей. М.: НИИМАШ, 1972. 200 с.
7. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Фёдоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1976. 176 с.
8. Коршунов В.Я., Случевский А.М. Прогнозирование допустимого износа резцов в процессе обработки // Вестник Московского государственного аграрного университета. 2010. №2. С. 135-137.
9. Коршунов В.Я. Оптимизация технологических условий абразивной обработки по КПД. // СТИН. М.: Машиностроение, 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. 25-28.
References
1. Ivanov Yu.I., Nosov N.V. Effektivnost' i kachestvo obrabotki instrumentami na gibkoy osnove. M.: Mashinostroenie, 1985. 88 s.
2. Ivanov Yu.I., Nosov N.V. Opredelenie sostavlyayushchikh tangentsial'noy summarnoy sily pri shlifovanii almaznymi lentami //Izvestiya VUZov. 1980. № 4. S. 46 - 52.
3.Chepovetskiy I.Kh. osnovy finishnoy almaznoy obrabotki. Kiev: Naukova dumka, 1980. 405 s.
4. Bakul' V.N., Nikitin Yu.I. Osnovy proektirovaniya i tekhnologiya izgotovleniya abrazivnogo i almaznogo instrumenta. M.: Mashinostroenie, 1975. 296 s.
5. Rabinovich E.S. Almaznyy instrument na kauchukovykh svyazkakh // Sinteticheskie al-mazy. 1977. № 5. S. 32 - 34.
6. Orlov P.N. Almazno-abrazivnaya dovodka detaley. M.: NIIMASh, 1972. 200 s.
7. Ryzhov E.V., Suslov A.G., Fedorov V.P. Tekhnologicheskoe obespechenie ekspluatatsionnykh svoystv detaley mashin. M.: Mashinostroenie, 1976. 176 s.
8. Korshunov V.Ya., Sluchevskiy A.M. Prognozirovanie dopustimogo iznosa reztsov v protsecse obrabotki // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2010. №2. S. 135-137.
9. Korshunov V. Ya. Optimizatsiya tekhnologicheskikh usloviy abrazivnoy obrabotki po KPD. // STIN. M.: Mashinostroenie, 1990. № 5. S. 17-20.
10. Korshunov V.Ya., Novikov D.A. Otsenka energeticheskoy effektivnosti sposobov vosstanovleniya sheek kolenchatykh valov pri remonte dvigateley // Vestnik Bryanskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2015. № 1. S. 25-28.
