авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«Е. С. КИСЕЛЕВ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПОЛЯ А ...»

-- [ Страница 5 ] --

С учетом вращения инст румента зависимость (158) при мет вид М х = Рх l cos. (159) Px Px Кроме того, под действием l l M силы Рх на сверло действует и крутящий момент Мz a) б) М z = Рх S cos. (160) Рис. 76. Схема приложения к сверлу силы Рх Под действием силы Ру ин струмент подвергается действию изгибающего момента Му ( )l М у = Р у l = Р уп + Р у 0 cos. (161) Таким образом, в процессе сверления инструмент подвергается сложным изгибающим нагрузкам вокруг оси х (крутящий момент М кр = Р z S, изгибаю щий момент М у = Р у l ), оси z (изгибающий момент М z = Рх S cos ) и оси у (изгибающий Y момент М х = Рх l cos ). Исходя из вышеиз ложенного, уточненная схема прогиба инстру мента при сверлении представлена на рис. 77.

L Z Наложение УЗК, как упоминалось выше, оказывает существенное влияние на силу тре ния и на процесс пластического деформирова Py l Py ния при резании как при нормальной, так и па Мx раллельной ориентации колебательных смеще Px S ний относительно граничной поверхности. Как Px X показывают результаты исследований (см. па Pис. 77. Схема прогиба ин раграф 6.1.1) особенно большое снижение на струмента при сверлении под дей ствием составляющих сил резания: блюдается для составляющей силы Рх и крутя Ру и Рх – проекции составляющих щего момента М кр на глубине свыше 5D при силы резания на плоскость ХОY ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– наложении частотно- и амплитудно-модулированных УЗК в радиально-осевом направлении на сверло с одновременной подачей через волновод и кондуктор ную втулку СОЖ к зоне резания (см. табл. 23).

Это не может не оказать влияния на увод сверла и разбивку отверстий (оценивали на часовом проекторе типа ЧП при сверлении отверстий диаметром 4,5 мм в пакетах заготовок из сталей 40Х и 12Х18Н10Т). Некоторые результаты выполненных экспериментальных исследований*) представлены в табл. 24 и на рис. 78 – 82.

24. Зависимость увода сверла от способа наложения и вида модуляции УЗК Снижение увода сверла при Вид модуляции Схема наложения УЗК сверлении с УЗК по сравнению с УЗ сигнала обработкой без УЗК, %* Наложение УЗК на сверло в — 20 – радиальном направлении амплитудная 24 – частотная 25 – Наложение УЗК на сверло и — 20 – СОЖ в радиально-осевом на- амплитудная 25 – правлении частотная 25 – * Большие значения соответствуют сверлению отверстий в заготовках из коррозионностой кой стали 12Х18Н10Т, меньшие – из стали 40Х 1, y = 0,0049x + 0,017x мм Увод оси сверла а от оси вращения шпинделя 0, y = 0,0035x + 0,0116x 0, y = 0,0042x + 0,0077x 0, y = 0,0037x + 0,0078x 0, 0, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 L/D Рис. 78. Зависимость увода оси сверла 4 мм от отношения глубины отверстия L к диаметру D и формы УЗК при обработке заготовок из стали 40Х с применением устройства для подачи СОЖ с наложением УЗК на сверло в радиальном направлении: 1, 2, 3, 4 – соответственно без УЗК, с сину соидальными УЗК, амплитудная модуляция УЗК, частотная модуляция УЗК. Режимы обработки V = 28,4 м/мин, S = 0,05 мм/об, Q = 4 дм3/мин. СОЖ – 3 %-й водный раствор продукта Синхо- *) В проведении экспериментов принимал участие аспирант Табеев М.В.

Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1, мм y = 0,0045x2 + 0,0184x 0, y = 0,0043x2 + 0,0077x 0, а y = 0,0038x2 + 0,008x 0, y = 0,0034x2 + 0,0113x 0, 0, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 L/D Рис. 79. Зависимость увода оси сверла от соотношения глубины отверстия L к диаметру D и формы УЗК при обработке заготовок с применением устройства для подачи СОЖ с наложением УЗК на сверло в радиально-осевом направлении. Условия и обозначения см. в подписи к рис. 1, Рис. 80. Зависимость увода сверла 4 мм на глубине отверстия 50 мм от формы УЗК и 1, схемы их наложения при обработке заготовок из 0, стали 40Х: 1, 2, 3, 4 – соответственно без УЗК, с а 0, синусоидальными УЗК, амплитудная модуляция УЗК, частотная модуляция УЗК;

– наложение 0, УЗК на сверло в радиальном направлении;

– 0, наложение УЗК на сверло и СОЖ в радиально 0, осевом направлении. Условия см. в подписи к рис.

1 2 3 Так, из анализа данных по уводу сверла следует, что наименьшие значе ния этого показателя следует ожидать при наложении УЗК с частотной модуля цией в радиально-осевом направлении с одновременной подачей СОЖ через волновод и кондукторную втулку (см. табл. 24) по схеме рис. 72, а. Несколько большие значения увода сверла наблюдаются при наложении УЗК в радиаль ном направлении и подаче СОЖ поливом. Существенная разница в форме УЗК наблюдается с увеличением соотношения глубины отверстия к его диаметру (см. рис. 78, 79), причем наличие модуляции ощутимо уже при L/D 2.

Наибольшая разбивка отверстий наблюдается, главным образом, в начале сверления (до L/D 7). При этом ощутимо влияние различной формы и направ ления УЗК (см. рис. 81, 82). Далее, с увеличением соотношения L/D разбивка отверстий монотонно уменьшается, а влияние формы и направления действия УЗК на сверло нивелируется.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Разбивка отверстия R, мм 0, 3 0, 0, 0, 0, 0, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 L/D Рис. 81. Зависимость разбивки отверстия R от соотношения глубины отверстия L к диа метру D и формы УЗК при обработке заготовок с применением устройства для подачи СОЖ с наложением УЗК на сверло в радиально-осевом направлении. Условия и обозначения см. в под писи к рис. 0, мм 1 0, R 0, 0, 0, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 L/D Рис. 81. Зависимость разбивки отверстия R от соотношения глубины отверстия L к диа метру D и формы УЗК при обработке заготовок с применением устройства для подачи СОЖ с наложением УЗК на сверло в радиальном направлении. Условия и обозначения см. в подписи к рис. Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Таким образом, наибольшее влияние форма и направление УЗК оказыва ют на увод сверла. Использованием модулированных сигналов при воздействии УЗК на вращающееся маломерное сверло можно уменьшить увод сверла на 25 – 42 % и существенно снизить вероятность его поломки даже при L/D 10.

6.2. Эффективность алмазного выглаживания заготовок из труднообрабатываемых материалов с использованием энергии модулированного ультразвукового поля Как известно, влияние УЗ поля на пластическую деформацию связано, с одной стороны, с увеличением числа дислокаций под действием знакоперемен ных нагружений (упрочнение металлов), с другой – с увеличением их подвиж ности (разупрочнение). Эффекты снижения трения и увеличения пластичности широко используются при обработке металлов поверхностно-пластическим де формированием (ППД) с наложением УЗК. Ударное воздействие колеблющего ся с УЗ частотой наконечника инструмента (наиболее часто – алмазного выгла живателя) на пластичные металлы вызывает упрочнение их поверхностного слоя, сглаживание микронеровностей поверхности. Такая обработка в научно технической литературе именуется отделочно-упрочняющей и широко исполь зуется с целью повышения долговечности и надежности деталей машин, что объясняется не только уменьшением высотных параметров шероховатости и увеличением поверхностной микротвердости, но и созданием сжимающих ос таточных напряжений.

При обычной обработке ППД (без УЗК) инструмент прижимают к обра батываемой заготовке с силой Р = 500 – 5000 Н, что не позволяет ее использо вать при изготовлении тонкостенных деталей. Колебания наконечника с УЗ частотой позволяют уменьшить Р на порядок. Это обусловлено тем, что при контакте инструмента, колеблющегося с УЗ частотой, и обрабатываемой по верхности заготовки возникает удар, при котором мгновенные значения уси лий, носящих импульсный характер, во много раз превосходят значения стати ческих усилий прижима.

Характерной особенностью УЗ отделочно-упрочняющей обработки явля ется возникновение на поверхности заготовки быстро чередующихся деформа ций сжатия и сдвига [57]. При УЗ отделочно-упрочняющей обработке исполь зуют УЗ инструменты, работающие с частотой 18 – 44 кГц, амплитудой 8 – 10 мкм, потребляемой мощностью 0,1 – 0,6 кВт. Сила Р при этом составляет не более 80 – 100 Н, скорость движения инструмента вдоль обрабатываемой поверхности заготовки v = 0,1 – 2,5 м/с. Наиболее целесообразно применение УЗ отделочно-упрочняющей обработки при изготовлении прецизионных дета ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– лей, которые имеют пониженную жесткость и при обычных способах упрочне ния деформируются. Применение УЗК позволяет уменьшить высоту микроне ровностей в 8 – 10 раз, получить высокую поверхностную микротвердость, соз дать сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое [88]. Одновре менно происходит перераспределение остаточных напряжений во всей детали, снимаются остаточные сварочные напряжения и уменьшается концентрация напряжений возле пор, микротрещин и т. п., что приводит к повышению корро зионно-усталостной прочности. УЗ отделочно-упрочняющая обработка алмаз ным выглаживанием обеспечивает повышение предела выносливости деталей из аустенитных и мартенситных сталей на 36 – 44 % по сравнению с полирова нием износостойкость их возрастает в 1,5 раза [88].

Исследования влияния УЗК на сопротивление пластической деформации и механические свойства труднообрабатываемых высоколегированных, высо копрочных и жаропрочных сталей и сплавов (в том числе, титановых), выпол ненные М. С. Нерубаем [59], показали, что независимо от состава и исходных механических свойств исследованных материалов общей закономерностью УЗ сжатия является значительное снижение усилий деформирования, необходи мых для получения эквивалентных деформаций. С увеличением амплитуды ко лебаний эффективность воздействия ультразвука увеличивается. При постоян ной амплитуде колебаний положительный эффект ультразвука зависит от со става и структуры испытуемых материалов. Так, при ультразвуковом сжатии титановых сплавов относительное снижение усилий деформирования меньше, чем при испытаниях в аналогичных условиях дисперсионно-твердеющих спла вов типа ХН70ВНТЮБ, ХН75ВМФЮ [59].

Наложение ультразвука, как установлено М. С. Нерубаем [59], снижает сопротивление пластической деформации при сжатии, а сам процесс характе с с ризуется более низкими значениями 02 и. Указанный эффект в большей степени проявляется при сжатии высоколегированных материалов, не содер жащих -фазы. Для сплавов, образующих при охлаждении -фазу, эффектив ность УЗ воздействия снижается с увеличением содержания последней.

Предложено использовать в качестве критерия эффективности дополни тельного энергетического воздействия коэффициент Кэ, равный отношению предела текучести 02 в обычных условиях к аналогичной характеристике при с УЗ или тепловом воздействии. Показано также, что основные закономерности воздействия ультразвука на сопротивление пластической деформации, полу ченные при стандартных испытаниях (на специальном испытательном стенде при нормальной и повышенной температуре и параметрах синусоидального УЗ поля: частоте fr = 20 – 22 кГц и амплитуде А = 5 – 20 мкм), в основном сохра Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– няются и при схемах нагружения, характерных для реальных процессов пла стического формообразования [59].

Известно, что увеличение амплитуды УЗК до 4 – 6 мкм при алмазном вы глаживании способствует увеличению микротвердости и уменьшению высот ных параметров шероховатости поверхности обрабатываемой заготовки. При дальнейшем увеличении амплитуды наблюдается некоторое разупрочнение по верхностного слоя, проявляющееся в уменьшении микротвердости и увеличе нии высотных параметров шероховатости за счет образования отслоений. Вме сте с тем увеличение амплитуды колебаний свыше 4 – 6 мкм способствует уве личению сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое заготовки и глубины их залегания [75]. В целях увеличения амплитуды УЗК без снижения упрочнения, сжимающих остаточных напряжений и глубины их залегания предложено применять УЗК, модулированные по амплитуде дополнительным синусоидальным сигналом [32, 69].

Как амплитудную, так и частотную модуляцию УЗК алмазного выглажи вателя можно использовать для создания на поверхностях обрабатываемых за готовок регулярных микрорельефов [32], что в существенной степени будет способствовать повышению эксплуатационных свойств пар трения. При этом в отличие от общеизвестных методов создания регулярных микрорельефов виб рационными головками на частотах до 5 – 10 кГц [102], использование модули рованных УЗК не сопряжено с вероятностью усиления вибраций, а наоборот сопровождается их демпфированием [55] и осуществляется при существенно меньших усилиях ППД.

Учитывая конструктивные особенности современных УЗ генераторов, с целью их упрощения и снижения себестоимости изготовления, в ряде случаев амплитудную модуляцию можно осуществлять не только синусоидальным, но и сигналом другой формы (например, прямоугольной).

Насколько существен ной будет в этом случае разница в технологической эффективности алмазного выглаживания, в форме и глубине регулярного микрорельефа на обработанных поверхностях заготовок, оценивали экспериментально. Алмазное выглаживание выполняли на токарно-винторезном станке УТ16-ПМ, используя специальное устройство для алмазного выглаживания заготовок, УЗ генератор ТЕХМА-3М, универсальный динамометр УДМ-100, усилитель 8АНЧ-26М, осциллограф Не ва-МТ. В качестве деформирующего инструмента применяли алмазный выгла живатель с радиусом сферы 4 мм. Перед алмазным выглаживанием заготовки диаметром (40 – 50) мм из коррозионностойкой подшипниковой стали 95Х18Ш и низколегированной стали 40Х шлифовали с целью получения стабильных значений параметра шероховатости Ra = (0,400,45) мкм. Статическую силу поджатия алмазного выглаживателя к заготовке сохраняли на втором и третьем этапах исследования (см. ниже) постоянной (Ру = 100 Н), рабочая скорость об ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– работки составляла 35 м/мин, а скорость продольной подачи – 0,064 мм/об. В качестве СОЖ использовали индустриальное масло И-20А.

Исследования проводили в три этапа. На первом этапе было подтвержде но предположение, что амплитудную и частотную модуляцию УЗК алмазного выглаживателя можно использовать для создания регулярного микрорельефа на обрабатываемых заготовках: профилограммы обрабатываемых поверхностей показывают, что, варьируя амплитудой и частотой модулированного сигнала и значением статической силы поджатия алмазного выглаживателя, можно полу чать регулярный микрорельеф поверхности готовой детали с глубиной до 10 мкм и шагом канавок до 100 мкм. Этого вполне достаточно для удержания дополнительного количества смазки на поверхностях трущихся тел [102].

На втором этапе исследований при изменении амплитуды механических колебаний выглаживателя оценивали влияние вида и формы модуляции УЗ по ля на показатели технологической эффективности – касательную силу выгла живания Pz, микротвердость обработанной поверхности Н100 и параметр шеро ховатости Ra. Установлено (рис. 83), что амплитудная модуляция синусоидаль ным и прямоугольным сигналом обеспечивает примерно одинаковые техноло гические показатели практически во всем диапазоне амплитуд механических колебаний алмазного выглаживателя (от 5 до 14 мкм).

Рz Рис. 83. Влияние вида и формы модуля ции УЗ поля на техно Н логические показатели эффективности алмаз ного выглаживания за готовок из сталей 95Х18Ш (а) и 40Х (б):

1 – амплитудная моду ляция синусоидальным Ra сигналом;

2 – ампли тудная модуляция пря моугольным сигналом;

3 – частотная модуля ция а) б) Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– На третьем этапе исследований оценивали влияние глубины модуляции на технологическую эффективность алмазного выглаживания заготовок с при менением УЗК. Анализ результатов (рис. 84) показал, что для достижения более высоких значений технологических показателей обработки целесообразно ис пользовать глубину модуляции УЗ сигнала не менее 60 %.

Рz Н100 Рис. 84. Влияние параметров амплитуд но-модулированного УЗ поля на показатели технологической эф фективности алмазного выглаживания загото Ra вок из сталей 95Х18Ш (а) и 40Х (б): 1, 2, 3, 4 – глубина модуляции со ответственно 0, 30, 60 и 90 % а) б) Таким образом, с целью создания регулярного микрорельефа на поверх ностях стальных заготовок алмазным выглаживанием целесообразно использо вать УЗ технику с наложением амплитудно-модулированных УЗК на инстру мент.

6.3. Использование энергии модулированного ультразвукового поля для повышения эффективности плоского маятникового шлифования с непрерывной правкой круга Известно, что при шлифовании заготовок с непрерывной правкой круга параметры шероховатости и волнистости шлифованных поверхностей во мно гом определяются микропрофилем алмазного ролика, а также соотношением угловых скоростей круга и ролика [4]. Доминирующее влияние на теплосило ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– вую напряженность оказывают скорость врезной подачи ролика, а также скоро сти поперечной и продольной подачи стола. Наложением продольных, кру тильных или изгибных УЗК на правящий ролик можно значительно изменить механизм образования микропрофиля шлифовального круга, а следовательно шероховатости и волнистости шлифованных поверхностей заготовки и тепло силовой напряженности процесса шлифования. Учитывая, что в процессе гене рации УЗ сигнала можно, используя современную УЗ технику, менять его фор му, появляется возможность воздействия на эффективность шлифования заго товок с непрерывной правкой круга алмазным роликом вне зависимости от со отношения угловых скоростей вращающихся объектов и скоростей их подач.

УЗК различной формы (традиционно синусоидальной, амплитудно-моду лированные и амплитудно-частотно-модулированные, рис. 85, табл. 25) накла дывали*) на приводной вал алмазного ролика (рис. 86) от УЗ генераторов ТЕХ МА-3М и ТЕХМА-4М.

25. Параметры УЗ сигнала, вырабатываемого УЗ генератором Первый импульс* Второй импульс Частота сле Вид УЗ Амплитуда Частота 1, Глубина мо- Частота 2, дования им сигнала пульсов, кГц U1, В дуляции, % кГц кГц Без модуляции 0 – 450 18,6 – – – Амплитудная моду 0 – 450 18,6 80 18,6 ляция Частотная модуля 0 – 450 20,0 25 12,5 ция** * Форму сигнала см. рис. ** Так как насадки рассчитаны на резонансную частоту 18,6 кГц, то у импульса с частотой, которая ближе всего к резонансной 1 = 20 кГц (первый импульс), будет и большая амплиту да колебаний U U U U а) б) в) Рис. 85. УЗ сигнал, подаваемый на насадки: a) без модуляции, б) амплитудная модуля ция, в) частотная модуляция. 1 – первый импульс, 2 – второй импульс *) В проведении исследований принимал участие аспирант Яшин А.А.

Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– В процессе исследований в качестве критериев оценки эффективности шлифования заготовок с непрерывной правкой круга использовали параметры шероховатости и волнистости: высотные (Ra, Rz, Rmax, wz, wmax), шаговые (S, Sm, Sw), относительную опорную длину профиля tp (0,25 и 0,75);

параметры тепло силовой напряженности (составляющие силы шлифования Pz и Pу и контактную температуру Тк в зоне шлифования). Для измерения параметров шероховатости и волнистости использовали профилометр-профилограф мод. 201 завода «Ка либр», составляющие силы шлифования измеряли на универсальном динамо метре УДМ-100, контактную температуру – с использованием полуискусствен ной термопары. Запись контактной температуры и сил шлифования осуществ ляли на осциллографе Нева-МТ. Для усиления сигналов применяли усилитель 8АНЧ-26М.

Б М УЗК А = 3 мкм Vвр Vp СОЖ Vпр 8 СОЖ 5 Рис. 86. Кинематическая схема устройства для 6 непрерывной правки абразивных кругов алмазным ро Б ликом к плоскошлифовальному станку: 1, 6 – электро М двигатели;

2 – цилиндрическая зубчатая передача;

3 – передача «винт-гайка»;

4 – клиновая передача;

5 – ал мазный правящий ролик;

7 – абразивный круг;

8 – пье зоэлектрический преобразователь;

9 – заготовка Результаты некоторых экспериментальных исследований по оценке влияния параметров модулированных УЗК на эффективность плоского маятни кового шлифования заготовок из стали 40Х (HRC 42…45) представлены на рис.

87 – 90 (круг 1 – 2002076, 24А25НС17К11, Vк = 35 м/с, припуск z =0,1 мм, скорость стола Vпр = 10 м/мин, Vр = 6 м/с, Vвр = 0,01 мм/мин, правящий ролик АРСЧ 1000/800. СОЖ – 0,3 %-й раствор кальцинированной соды, подаваемый к зонам шлифования и правки поливом с суммарным расходом 15 дм3/мин).

Как следует из анализа полученных данных, наименьшую теплосиловую напряженность обеспечивает шлифование заготовок с наложением на алмазный правящий ролик УЗК с амплитудно-частотной модуляцией. По сравнению со ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– шлифованием без наложения УЗК на алмазный правящий ролик составляющие силы шлифования Pz и Pу уменьшились, соответственно, на 37,5 и 26 %, а кон тактная температура Тк – на 25 % (рис. 87).

В сравнении с эффективностью наложения на ролик традиционных УЗК синусоидальной формы (А = 3 мкм, fr = 18,6 кГц) Pz и Pу уменьшились, соответ ственно, на 30,6 и 18 %, а Тк – на 17 %. Таким образом, модуляция УЗК (осо бенно амплитудно-частотная) является весьма эффективным средством сниже ния теплосиловой напряженности процесса шлифования, а следовательно – средством уменьшения вероятности прижогообразований, микротрещин и по вышения точности линейных и угловых размеров шлифованных заготовок.

25 40 32, 20,0 29, 18,0 28, Н Н 20 15,0 24, 12, Рz Ру 0 1 2 3 4 1 2 3 а) б) 573, 600 516,0 487, 430, К Рис. 87. Влияние УЗК, накладываемых на T алмазный ролик при непрерывной правке, на те- к плосиловую напряженность шлифования: 1 – без УЗК;

2 – УЗК без модуляции;

3 – УЗК с ампли тудной модуляцией;

4 – УЗК с амплитудно частотной модуляцией 1 2 3 в) Полученные результаты, по-видимому, объясняются следующими при чинами:

– наложение амплитудной модуляции на УЗК вызывают увеличение интенсив ности кавитационных процессов как в зоне правки, так и в зоне шлифования.

Это, в свою очередь, способствует более интенсивному вымыванию отходов обработки в контактных зонах, что приводит к снижению силы шлифования и контактной температуры;

– наложение амплитудно-частотной модуляции приводит к дополнительному уменьшению коэффициентов трения как в зоне контакта алмазных зерен пра вящего ролика с а.з. и связкой круга, так и в зоне контакта а.з. с материалом за готовки.

Введение в зону правки круга УЗК меняет характер формирования шеро ховатости и волнистости шлифованных поверхностей. Как высотные, так и ша Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– говые параметры шероховатости и волнистости весьма чувствительно относят ся к изменению уровня и формы УЗК. Так, при наложении синусоидальных УЗК на алмазный правящий ролик при прочих равных элементах режима шли фования и правки высотные параметры шероховатости (Ra, Rz, Rmax) шлифо ванных поверхностей образцов уменьшаются на 11 %, изменение формы УЗК путем введения амплитудной модуляции уменьшает параметры Ra, Rz, Rmax еще на 4 %, а введение амплитудно-частотной модуляции дополнительно уменьша ет высотные параметры шероховатости на 10 %. Таким образом, использование амплитудно-частотной модуляции УЗ сигнала способствует уменьшению вы сотных параметров шероховатости на 25 % (рис. 88).

7, 2,5 8 6,93 6, 1,96 5, 1, мкм мкм 2,0 1,67 1, 1, Ra Rz 1, 0, 0,0 1 2 3 4 1 2 3 а) б) мкм 8 6, 5, 6,05 5,04 Рис. 88. Влияние УЗК, накладываемых Rmax на алмазный ролик при непрерывной правке, на высотные параметры шероховатости шлифо 2 ванной поверхности. Остальные условия см. в подписи к рис. 1 2 3 в) Примерно такие же результаты зафиксированы при анализе шаговых па раметров шероховатости (рис. 89), а также высотных и шаговых параметров волнистости (рис. 90).

0,15 0,15 0, 0,127 0, 0,114 0, 0,108 0, 0, мм мм 0,10 0, S Sm 0,05 0, 0,00 0, 1 2 3 4 1 2 3 а) б) Рис. 89. Влияние УЗК, накладываемых на алмазный ролик при непрерывной правке, на шаговые параметры шероховатости шлифованной поверхности. Остальные условия см. в подписи к рис. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2,5 2,22 2, 2,00 2, 1,88 2,26 2, мкм 2,0 1, мкм 1, wz wmax 1,0 0, 0,0 1 2 3 4 1 2 3 а) б) 1,25 1, 1,03 0, мм 0, 1, 0, Рис. 90. Влияние УЗК, накладываемых на Sw алмазный ролик при непрерывной правке, на 0, волнистость шлифованной поверхности. Ос 0, тальные условия см. в подписи к рис. 0, 1 2 3 в) Учитывая, что в процессе исследований угловые скорости абразивного круга и алмазного ролика поддерживали на постоянном уровне (пкр/пр = 5,83 = = const), изменение высотных параметров шероховатости и волнистости на 25 % при наложении амплитудночастотномодулированных УЗК вносят некото рые изменения в утверждение авторов работы [4] о характере формирования микропрофиля шлифованных поверхностей при врезной правке круга алмаз ным роликом путем переноса микропрофиля последнего через микропрофиль рабочего слоя абразивного круга, приобретенный им в процессе правки. По видимому, это происходит с одной стороны в силу стохастического закрепле ния а.з. в рабочем слое, невозможности поддержания угловых скоростей круга и ролика современными конструкциями асинхронных двигателей. Введение в зону правки УЗК, с другой стороны, вносит коренные изменения в формирова ние режущего профиля абразивного круга: происходит более однородное выби вание микрочастиц на поверхности круга, каждое а.з. в результате получает бо лее развитый микро- и субмикропрофиль, интервал между соседними режущи ми а.з. получается более стабильный, острота режущих кромок а.з. становится примерно идентичной. Последнее приводит к формированию микропрофиля с большими значениями tp (рис. 91).

Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 15 13,0 27, 12,0 25,0 23, 11,0 10, % % 10 tp=75% tp=25% 5 0 1 2 3 4 1 2 3 а) б) Рис. 91. Влияние УЗК, накладываемых на алмазный ролик при непрерывной правке, на параметры шероховатости tp=25% (а) и tp=75% (б) шлифованной поверхности. Остальные ус ловия см. в подписи к рис. Таким образом, наложение модулированных УЗ сигналов на правящий инструмент при шлифовании с непрерывной правкой абразивного круга алмаз ным роликом является одним из эффективных средств воздействия на произво дительность обработки и качество поверхностного слоя шлифованных деталей.

6.4. Выводы 1. Эффективность механической обработки заготовок из различных мате риалов можно повысить рациональным применением модулированных УЗК не только на СОЖ, но и непосредственно на формообразующий инструмент.

2. Использование модулированных УЗК на операциях глубокого сверле ния позволяет в существенной степени уменьшить крутящий момент, состав ляющие силы резания и контактную температуру в зоне обработки. Все это способствует не только увеличению периода стойкости и сокращению числа поломок инструмента, но и уменьшению разбивки диаметральных отверстий в заготовке и резкому уменьшению увода оси маломерных сверл при сверлении на глубинах свыше (5 – 10) D.

3. С целью создания регулярного микрорельефа на поверхностях сталь ных заготовок алмазным выглаживанием целесообразно использовать УЗ тех нику с наложением амплитудно-модулированных УЗК на формообразующий инструмент. При этом во всем диапазоне амплитуд основных механических ко лебаний алмазного выглаживателя (от 5 до 14 мкм) обеспечиваются стабильно высокие показатели микротвердости и сжимающих остаточных напряжений (на глубине до 50 мкм), малые высотные параметры шероховатости поверхностно го слоя обработанных заготовок.

4. Наложение модулированных УЗК на правящий инструмент при шли фовании заготовок с непрерывной правкой круга алмазным роликом коренным образом изменяет картину переноса микропрофиля ролика через круг на заго товку и является эффективным средством воздействия на качество поверхност ного слоя шлифованных деталей и производительность обработки.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Глава 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТЕХНИКИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ 7.1. Расчет элементов устройств ультразвуковой техники и описание основных конструкций При использовании механических и электромеханических виброприво дов, обеспечивающих колебания с частотой до 800 – 1000 Гц, вибрация инст румента, заготовки или приспособления достигается всегда независимо от гео метрии и формы концентратора (волновода) [49, 72, 100].

Для УЗ колебательных систем, используемых в процессах механической обработки, их практическая реализация невозможна без создания концентрато ра соответствующей конструкции. Последний предназначен для увеличения амплитуды механических колебаний, что достигается обеспечением резонанса частот вибратора (магнитострикционного или пьезоэлектрического) с исполни тельным инструментом (непосредственно режущий инструмент, насадок для подачи СОЖ, кондукторная втулка и др.). При этом очень важно правильно оценить координаты узлов колебаний, в которых концентратор (волновод) должен быть закреплен в соответствующих устройствах проектируемой УЗ техники или непосредственно на элементах технологической системы (станок, приспособление и др.).

Основные формы концентраторов, используемых для увеличения ампли туды колебаний исполнительных инструментов, представлены на рис. 92.

Рис. 92. Формы круглых концентраторов, используемых для увеличения амплитуды колебаний исполнительного инструмента: 1 – ступенчатый;

2 – конический;

3 – экспоненци альный;

4 – концентратор Фурье;

5 – катеноидальный (с образующей в виде цепной линии);

М – коэффициент усиления колебаний [49] Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– В качестве концентраторов используют также стержни постоянного сече ния (чаще круглые), экспоненциальные волноводы прямоугольного сечения (ножевые), сложные цилиндрические волноводы с вибрационной полостью (например, для подачи СОЖ). Концентраторы изготовляются чаще всего из сталей различных марок, а также других конструкционных материалов (табл.

26). Ниже приводится методика инженерного расчета типовых концентраторов, а также конструкций основных устройств УЗ техники для механической обра ботки заготовок. Подробные методики расчета различных форм концентрато ров приведены в работах [13, 49].

26. Основные конструкционные материалы для УЗ концентраторов (волноводов) и их физико-механические характеристики [49], в, Е, с у, Материал 10 МПа м/с кг/дм МПа Алюминий 2,8 7,2 100 Дюралюминий 2,8 7,2 400 – 570 Серый чугун 7,2 8,0 – 14,0 100 – 400 Ковкий чугун 7,16 – 7,3 8,4 – 15,0 210 – 380 Углеродистая сталь 7,9 21,0 400 – 500 Твердый сплав на основе карбида вольфрама 14,0 – 15,0 70 – 78 – Быстрорежущая сталь 7,9 25,0 700 Закаленная сталь 7,9 20,5 600 – 1100 Коррозионностойкая сталь 7,9 20,5 700 Латунь 8,6 10,0 320 – 500 Медь 8,9 12,0 210 – 280 Титан 4,5 10,9 500 – 800 Если необходимо передать энергию УЗК в нагрузку, не изменяя при этом амплитуды колебаний или колебательной скорости, для УЗ волноводов исполь зуют стержни постоянного сечения. На рис. 92, а приведен такой стержень.

Длина такого стержня определяется по формуле nc у l=, (162) 2 fr где l – полная длина стержня, м;

п – обычно 1, 2, 3,… выбирается по конструк тивным соображениям и показывает отношение длины l стержня к длине волны у (сколько полуволн укладывается в длине стержня).

Для применения выбранного волновода в УЗ технике необходимо опре делить координату узла нулевой скорости упругих колебаний, т. е. ту плос кость, где материал его испытывает наибольшее напряжение. В этой плоскости колебательные смещения равны или близки к нулю. Именно в этом месте осу ществляется крепление волновода в УЗ устройствах. Для стержней постоянного сечения координата узловой плоскости х 0 = l 2n.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– а) в) г) б) Рис. 93. Различные типы УЗ концентраторов-волноводов [13]: а – волновод с постоян ным сечением стержня;

б – волновод в виде круглого стержня с экспоненциальным измене нием сечения;

в – волновод в виде прямоугольного стержня с экспоненциальным изменением сечения;

г – волновод в виде круглого стержня постоянного сечения с внутренней экспонен циальной полостью Цилиндрические ступенчатые концентраторы (рис. 93, а) представляют собой комбинацию двух цилиндров со ступенчатым переходом от большего к меньшему. Такие концентраторы дают увеличение амплитуды колебаний, рав ное отношению площадей входного и выходного сечений концентратора. Ско рость распространения звука в концентраторе, составленном из двух цилиндров одинаковой длины, такая же, как и в круглом стержне с постоянным сечением.

Узловая плоскость, т. е. плоскость максимальных механических напряжений, находится в середине их длины.

Концентраторы, выполненные в виде круглого стержня с экспоненциаль ным изменением сечения (рис. 93, б), представляют собой тела, площадь попе речного сечения которых в направлении распространения упругих колебаний изменяется по экспоненциальному закону. Площадь поперечного сечения этих концентраторов изменяется по зависимости S x = S1e x.

Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Геометрия конического концентратора (см. рис. 92) характеризуется со отношениями [49]:

S1 S = (l x )2 и d1 d = l x. (163) При этом координаты хи узловой точки определяются по зависимости у l arctg у l xи =. (164) у Концентраторы Фурье (см. рис. 92), несмотря на их очевидные преиму щества, из-за сложности изготовления на практике используются редко. Расче ты и методики их проектирования подробно рассмотрены в работе [111].

В табл. 25 приведены значения скорости звука су в различных материа лах. Выбором соответствующего материала концентратора можно уменьшить или увеличить размеры колебательной системы, не изменяя частоты колебаний вибратора. Если, например, вместо дюралюминия или углеродистой стали ис пользовать латунь, скорость распространения звука в которой существенно меньше, то требуемую длину концентратора можно значительно уменьшить.

Однако для концентраторов в первую очередь следует использовать материалы с минимальными потерями энергии на внутреннее трение и с высоким преде лом циклической прочности, такие как титановые сплавы и коррозионностой кие стали.

Концентраторы должны быть с одной стороны соединены с источником колебаний (вибратором), с другой – с исполнительным инструментом.

Магнитострикционные вибраторы соединяются с концентраторами двумя методами: с помощью переходника с резьбой (разъемное соединение) или пу тем создания неразъемного соединения с помощью сварки, пайки твердым се ребряным припоем, прессованием (в ряде случаев совместно со сваркой или пайкой), склеивания клеями на основе эпоксидной смолы. Переходник с резь бой чаще всего припаивают к магнитострикционному вибратору твердым при поем. Очень важным фактором, в значительной степени определяющим рабо тоспособность УЗ колебательной системы, является качество припайки концен тратора или переходника к вибратору, а также исполнительного инструмента к концентратору. Припой должен быть равномерно распределен по всей сопря гаемой поверхности. Недопустимы даже небольшие зазоры и непропаянные места (пустоты).

В различных соединениях при недостаточно хорошем контакте между соединяемыми элементами могут иметь место потери передаваемой от вибра тора энергии, поэтому на практике достаточно часто концентратор и исполни тельный инструмент (нагрузку) изготовляют из одного прутка металла.

Соединение пьезоэлектрических вибраторов с концентраторами чаще всего осуществляется с помощью резьбы. Как правило, в этом случае особое ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– внимание уделяют точности изготовления как самой резьбы (в основном с мел ким шагом), так и ее направления: ось резьбы должна располагаться строго под прямым углом к контактирующим поверхностям, обеспечивая высокую плот ность их контакта.

В качестве примера практической реализации изложенных выше положе ний по расчету основных элементов устройств УЗ техники рассмотрим устрой ство для наложения УЗК одновременно на СОЖ и спиральное сверло, пред ставленное на рис. 94 [70].

СОЖ 3 у / µ К УЗ генератору lв l = у / Рис. 94. Устройство для наложения УЗК на СОЖ и сверло: 1 – волновод;

2 – сверло;

3 – стакан;

4 – пьезопреобразователь;

5 – штуцер;

6 – прокладка;

7 – отражающая шайба;

8 – заготовка Устройство состоит из концентратора-волновода 1, в который запрессо вана кондукторная втулка 9. Кроме бокового отверстия под кондукторную втулку 9 волновод 1 имеет центральное отверстие для подачи СОЖ к сверлу 2.

Волновод 1 связан с двумя пьезопреобразователями-кольцами 4, от которых упругие колебания, генерируемые УЗ генератором, передаются через кондук торную втулку 9 на сверло 2 и поток СОЖ, подаваемый через центральное от верстие волновода от электронасоса (помпы). На приспособлении все устройст во крепится с помощью резьбового стакана 3, который за конический буртик волновода 1 стягивает пьезопреобразователи 4, прокладку 6, отражающую шайбу 7 штуцером 5 в одно целое. Конический буртик на волноводе располо Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– жены как раз на координате узловой плоскости х 0 = l 2n. Для эффективной ра боты устройства необходимо, чтобы ось сверла 2, совпадающая с осью кондук торной втулки 9, колебалась с максимальной амплитудой. Методика расчета элементов устройства УЗ техники для операции сверления сводится к следую щему.

Толщину отражающей шайбы принимаем равной 20 мм. Высота пьезо электрических преобразователей ПП01/18 из ЦТС-19 диаметром 50 мм в соот ветствии с ТУ завода-изготовителя «Аврора» (г. Волгоград) составляет 8мм.

При расчете задача сводится к определению длины волновода lв. На его долю приходится часть полуволнового отрезка у / 2. Для выявления величины lв в полуволновом отрезке необходимо определить долю высот пьезоэлектрических преобразователей 4 и отражающей шайбы 7.

Длина полуволны для коррозионностойкой стали (материал отражающей шайбы 7) при частоте УЗК fr = 18,6 кГц (рабочая частота генератора ТЕХМА 01) будет равна:

у C = 1= = 138,2 мм, 2 2 f r 2 18, где С1= 5140 – скорость распространения УЗК в коррозионностойкой стали, в м/с.

20 у = 0,145 у. Толщина двух Длина отражающей шайбы 7 составляет 138 2 пьезопреобразователей 4 составляет 16 мм. Длина полуволны для пьезокерами ки (материал пьезопреобразователей 4) у C =1 2 = = 88,7 мм, 2 f r 2 18, где С2 = 3300 м/с – скорость распространения УЗК в пьезокерамике.

16 у = 0,18 у.

Длина пьезопреобразователей составляет 88,7 2 Отражающая шайба и два пьезопреобразователя по длине составляют (0,145 + 0,18)у/2 = 0,325у/2, следовательно, длина lв волновода 1 должна со ставлять 0,675/2. Материал волновода – дюралюминий Д16Т, длина полувол ны для этого материала равна:

y C3 = = = 136,6 мм, 2 2 f r 2 18, где С3 = 5080 м/с – скорость распространения УЗК для сплава Д16Т.

Таким образом, длина волновода 1 lв = 0,675 136,6 = 92,2 мм.

Волновод крепится в резьбовом стакане 3 устройства в плоскости с нуле вым смещением, которая находится на расстоянии у/4 (для сплава Д16Т у/4 = 68,5 мм) от оси кондукторной втулки.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Учитывая, что запрессованная в волновод кондукторная втулка изготовля ется из закаленной углеродистой стали, скорость распространения УЗ волн в ко торой близка к скорости распространения в дюралюминии (см. табл. 26), а ее толщина существенно меньше длины волновода и размеров других элементов УЗ колебательной системы, ее влиянием на амплитуду колебаний пренебрегаем.

Величина угла µ (см. рис. 94) при параметре спирального сверла 2 = 120° равна 30°.

Аналогичные расчеты могут быть проведены для типовых конструкций устройств подачи СОЖ с наложением УЗК для шлифовальных станков, осна щенных кругами на керамической связке, представленных на рис. 40, а также для устройства подачи СОЖ в зону правки гидроаэродинамическим способом с наложением УЗК (см. рис. 31) [34], алмазного выглаживания с наложением УЗК (рис. 95) и др.

3 4 5 6 7 8 9 Рис. 95. Устройство для алмазного выглаживания заготовок с наложением УЗК: 1 – корпус;

2 – пружина;

3 – стакан;

4 – штифт;

5 – шпилька;

6, 8 – гайка;

7 – пьезоэлектриче ские преобразователи;

9 – волновод;

10 – алмазный выглаживатель;

11 – заготовка 7.2. Источники и структура составляющих экономической эффективности Эффективность использования результатов исследований в промышлен ности обусловлена, в основном, тремя факторами: а) повышением производи тельности обработки путем удлинения периода стойкости режущего инстру мента и соответствующего уменьшения числа переточек или правок;

б) повы шением производительности обработки путем интенсификации режима меха нической обработки (сокращением машинного времени);

в) сокращением рас хода режущих инструментов, кругов для заточки и алмазных правящих инст рументов вследствие повышения периода стойкости. При этом, разумеется, во всех случаях обязательным условием является обеспечение требуемого качест ва обработанных деталей.

Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– В качестве примеров ниже представлены расчеты экономической эффек тивности УЗ техники подачи СОЖ для шлифовальных операций, выполняемых на торцекруглошлифовальном станке SASE-200 (врезное совмещенное шлифование заготовок типа «вал-шестерня»), бесцентровошлифовальном станке SASL-125/ (врезное шлифование заготовок типа «болт»), станке для глубинного шлифования HPA-124 (шлифование «елочных» замков турбинных лопаток ТНД ГТК-25и) и специальном круглошлифовальном станке V-4 (шлифование шатунных шеек ко ленвала автомобильного двигателя). Использованы материалы опытно промышленных испытаний и результаты внедрения УЗ техники подачи СОЖ на предприятиях различных отраслей (табл. 27) и работы [31, 39, 43, 91, 100].

27. Основные исходные данные для расчета экономической эффективности УЗ техники подачи СОЖ Плоскошлифоваль- Специальный ный станок для шлифовальный Торцекруглошли- Бесцентровошли Условия глубинного шли- станок для шлифо фовальный станок фовальный станок шлифова- фования вания коленвалов SASE-200 SASL-125/ ния НРА-124 фирмы V-4 фирмы (Германия) (Германия) «Мегерле» «Ньюол»

(Швейцария) (Великобритания) 1 – Шлифо 1 – 50025203 1 – 500125305 РА 80-G16-V15B 1 – вальный 24А25НСТ17К5 64С25ПСМ26К3 (фирма «Карборун- 24А25ПСТ26К круг дум») Отливка из жаро- Отливка из высо Прокат из прочного сплава копрочного чугуна Поковка из стали титанового сплава ЦНК-7 (в состоя- ВЧ-50 (в состоя Заготовка 30Х, HRC 55;

ВТ16, HRC нии поставки);

нии поставки);

dз=35 мм;

lш=25 мм 30...32;

dз=10, dз=280 мм;

dз=50 мм;

мм;

lш=170 мм lш = 37 мм lш =50 мм Vк=30 – 35 м/с;

Vк=30 – 35 м/с;

Vк = 30 – 35 м/с;

Режим Vк = 30 м/с;

Vз = 30 м/мин;

Vз = 35 м/мин;

Vз = 14,1 м/мин;

шлифова- Vs = 200 мм/мин;

Vt = 0,25 мм/мин;

Vt = 4 мм/мин;

Vt = 0,3 мм/мин;

ния Zпз = 1,0 мм Zпз =0,4 мм Zпз = 0,2 мм Zпз = 1 мм Алмазный сложно Правящий Алмазный каран- Алмазный каран- Алмазный ролик профильный ролик инструмент даш Ц2 даш С53908.0060 АСК 400/ АС1.05 630/ Два прохода по Три прохода по 0,05 мм, два про Vp = 10 м/с;

Vp = 2 м/с;

Режим 0,03 мм, два про хода по 0,02 мм, Vtп = 0,1 мм/мин;

Vtп = 0,15 мм/мин;

правки хода без подачи;

два прохода без Zпр = 0,3 мм Zпр = 0,5 мм Vs = 0,25 м/мин подачи;

Vs = 0,2 м/мин 1% 4 %-ная эмульсия кальцинирован- 1,5 %-ная эмульсия 3 %-ная эмульсия СОЖ ЭТ-2 с ГХФ Аквол-2 Укринол- ной соды, 0,3% нитрита натрия, 98,7 % воды ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Расчеты экономической эффективности выполнены по трем вариантам: вариант – переход от подачи СОЖ поливом к УЗ технике подачи ее сквозь по ровое пространство круга обеспечивает увеличение периода стойкости шлифо вального круга при неизменном машинном времени (станок SASL-125/1);

2 ва риант – новый способ подачи СОЖ обеспечивает увеличение производительно сти обработки при сокращении машинного времени (станок SASE-200);

3 вари ант – применение УЗ техники подачи СОЖ обеспечивает сокращение расхода шлифовальных кругов и правящих инструментов (по условиям работы пред приятия повышение производительности труда вследствие увеличения периода стойкости кругов и правящих инструментов не фиксируется;

станок V-4).

Для станка НРА-124 подсчитан суммарный экономический эффект, полу чаемый одновременно по 1, 2 и 3 вариантам: применение УЗ техники подачи СОЖ обеспечивает увеличение периода стойкости круга и правящего инстру мента, сокращение расхода шлифовальных кругов и правящих инструментов;

уменьшение штучного времени на операцию.

Как обычно в таких случаях, для определения эффективности использо вания результатов исследований в промышленности нет необходимости произ водить сравнение всех без исключения статей расходов, образующих полную себестоимость детали. Можно ограничится расчетом и анализом технологиче ской себестоимости, состоящей только из суммы тех издержек, которые непо средственно связаны с данным вариантом технологического процесса и им обу словлены.

Технологическая себестоимость [100] Ст = С 1 + С2 + С3 + С4 + С5 + С6 + С7, (165) где С1 – затраты на заработную плату (включая дополнительную зарплату и на числения), руб.;

С2 – затраты на амортизацию станка, руб.;

С3 – затраты на экс плуатацию станка (электроэнергия, вспомогательные материалы, ремонт), руб.;

С4 – затраты на технологическую оснастку, руб.;

С5 – затраты на измеритель ный инструмент, руб.;

С6 – затраты на режущий инструмент (шлифовальный круг и правящий инструмент), руб.;

С7 – затраты на содержание производст венных помещений, руб.

Все перечисленные затраты рассчитаны на одну деталь.

Сравнение сумм затрат по вариантам позволяет определить величину го дового экономического эффекта [100]:

Эг = (СN1 – CN2 ) + Eн (К1 – К2 ), (166) где CN1 и CN2 – соответственно себестоимость годового выпуска деталей по 1 и 2 вариантам технологического процесса, руб.;

К1 и К2 – капиталовложения по и 2 вариантам, руб.;

Ен – нормативный коэффициент сравнительной экономиче ской эффективности.

При расчете годовой экономии, получаемой в результате уменьшения Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– расхода шлифовальных кругов и правящих инструментов Эги (годовой выпуск N по сравниваемым вариантам одинаков), использовали формулу Эги = (Сгк1 – Сгк2) + (Сгп1 – Сгп2), (167) где Сгк1 и Сгк2 – соответственно, стоимость годового расхода шлифовальных кругов по 1и 2 вариантам технологического процесса, руб.;

Сгп1 и Сгп2 – соот ветственно, стоимость годового расхода правящих инструментов по 1 и вариантам технологического процесса, руб.

При расчете годовой экономии, получаемой за счет увеличения периода стойкости шлифовального круга Эг, (1 вариант) и сокращения машинного вре мени Эг, (2 вариант), когда годовые выпуски деталей по сравниваемым вариан там не одинаковы, использовали следующие зависимости [100]:

Э г,ф = Э + Eн K1 K 2 N 2 ;

(168) Эг,t = Эt + Eн K1 K 2 N 2, (169) где K1, K 2, K1, K 2 – удельные капитальные затраты по сравниваемым вариан там, руб./шт.;

N 2, N 2 – годовые выпуски деталей по новому варианту техноло гического процесса.

Экономия Эф = C м (Tшт1 Tшт 2 ) + Эк ;

(170) Эt = C м (Tшт1 Tшт 2 ) + Экп, (171) где См – стоимость одной минуты работы станка, руб./мин;

Тшт – штучное вре мя, мин;

Экп – экономия, связанная со снижением затрат на круг и правящий инструмент в расчете на одну деталь, руб.


7.3. Экономическое обоснование эффективности использования ультразвуковой техники в производственных условиях и основные результаты внедрения В качестве примера в табл. 28 представлены расчеты штучных времен, годовых выпусков деталей, количество кругов и правящих инструментов, рас ходуемых на одном станке за год, а также стоимость круга и правящих инстру ментов, приходящихся на одну заготовку, для станков SASE-200, SASL-125/1, HPA-124, V-4 (см. табл. 27).

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 28. Основные данные для расчета экономической эффективности использования результатов исследований Станок (модель) SASE-200 SASL-125/1 HPA-124 V- Показатель Способ и техника подачи СОЖ УЗ УЗ УЗ УЗ Полив Полив Полив Полив техника техника техника техника 1 2 3 4 5 6 7 8 Период стойкости 32,5 32,5 0,825 3,9 1,0 1,2 60 круга c, мин Диаметр нового круга 500 500 500 500 500 500 1060 D1, мм Диаметр изношенно 260 260 360 360 260 260 560 го круга D2, мм Расход круга за один цикл (одна правка и 0,14 0,14 0,13 0,13 0,5 0,5 0,5 0, износ между правка ми) Z 1, мм Суммарный износ 120 120 70 70 120 120 250 круга Z 2, мм Количество правок 857 857 538 538 240 240 500 одного круга, nп Общее время работы 27852 27852 444 1950 240 288 30000 круга 0, мин Время одной правки 5,0 5,0 4,2 4,2 5,2 5,2 4,83 4, 2п, мин Время всех правок 4285 4285 2260 2260 1248 1248 2415 одного круга 3п, мин Машинное время Тм, 0,8 0,4 0,025 0,025 10,0 6,0 1,67 1, мин Количество загото вок, обработанных 34815 69630 17760 78000 24,0 48,0 17964 одним кругом N1к, шт.

Время правки, при ходящееся на одну 0,123 0,061 0,127 0,029 52 26 0,134 0, заготовку 4 п, мин Экономия времени правки на одну заго- - 0,062 - 0,098 - 26 - 0, товку 5п, мин Штучное время Тшт, 1,47 0,73 0,182 0,074 70,3 37 3,05 2, мин Количество заготовок, 139296 278592 1125082 2767095 2912 5534 67136 обработанных на одном станке в год N1, шт.

Стоимость круга Ц1, 240,0 240,0 320,0 320,0 6000,0 6000,0 450,0 450, тыс. руб.

Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Окончание табл. 1 2 3 4 5 6 7 8 Стоимость круга, 6,89 3,44 18,02 4,10 250000 125000 25,05 10, приходящаяся на од ну заготовку Ц2, руб.

Стоимость правящего инструмента Ц1п, тыс. 318,0 318,0 296,0 296,0 58000 5800,0 9200,0 9200, руб.

Количество кругов, расходуемых на од 4,0 4,0 63 35 121 115 3,74 1, ном станке за год nк, шт.

Количество правок, выполняемых одним правящим инструмен- 2,50 3,75 2,00 3,00 30,00 39,30 10,00 15, том n п, тыс. шт.

Количество кругов, правку которых осу 2,91 4,38 3,72 5,58 125 164 14,3 22, ществляет один пра вящий инструмент nкп, шт.

Стоимость правящего инструмента, прихо 3,12 1,14 4,48 0,68 19338 7380,7 25,6 7, дящаяся на одну за готовку Ц2п, руб.

Срок службы одного 0,73 1,00 0,059 0,159 1,03 1,42 5,35 19, правящего инстру мента Тп, год Примечание: ориентировочные цены правящих инструментов и шлифовальных кругов при ведены по данным машиностроительных заводов, где проводились опытно-промышленные испытания, на январь 1997 г.

При расчете данных табл. 28 использованы следующие соотношения (обозначения см. в табл. 28):

Z D1 D Z2 = ;

ф = ф nп ;

;

nп = c 2 Z ф ф N1к = 0 ;

ф п = 3п ;

3п = 2 п nп ;

Tм N1к F з 60 Ц N N = до ;

Ц 2 = 1 ;

nк = ;

Tшт N1к N1к Ц1п n п nп nкп = ;

Ц 2п = ;

T =, Tп N п nк nп nп где Fдо – действительный годовой фонд работы станка (в расчетах для двух сменной работы Fдо = 4015 ч);

– коэффициент загрузки станка ( = 0,85).

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Затраты*) на разработку рабочих проектов, изготовление и монтаж УЗ техники подачи СОЖ составляют от 5,5 до 8 млн. руб. (в зависимости от типа станка). В расчетах приняты: стоимость УЗ техники подачи СОЖ – 7 млн. руб.

Годовая экономия Эги, Эгф и Э гt для заготовок, размеры которых указаны в табл. 28, приведена в табл. 29. Стоимость станкоминуты работы шлифовальных станков по данным АО УАЗ на январь 1997 г. составляла в среднем ориентиро вочно 2140 руб. При расчете Эгф и Э гt исходили из балансовой стоимости обо рудования: станок SASE-200 – 100 млн. руб., SASL-125/1 – 120 млн. руб., НRA-124 – 540 млн. руб.

29. Сводные данные для расчета экономической эффективности УЗ техники подачи СОЖ в зоны шлифования и правки Годовой выпуск Штучное Экономия инстру деталей, тыс. шт. время, мин мента, руб.

Станок Материал шлифо- правящих (модель) заготовки N1 N2 Тшт1 Тшт2 вальных инстру кругов Эк ментов Эп Низколегированная SASE-200 139269 278592 1,47 0,73 3,45 1, сталь 30Х Титановый сплав SASL-125/1 1125082 2767095 0,182 0,074 14,92 3, ВТ- Жаропрочный HPA-124 2912 5534 70,3 37 125000 11956, сплав ЦНК- Высокопрочный V-4 67136 67136 3,05 2,97 14,32 18, чугун ВЧ- Экономические показатели внедрения результатов исследований пред ставлены в табл. 30. Там же приводятся значения нормативного Ен и расчетного Ер коэффициентов сравнительной эффективности. Принят наименьший срок окупаемости Тн = 3 года (Ен = 0,33). Расчетный срок окупаемости дополнитель ных капитальных вложений Тр определен по зависимости T p = K Э г.

30. Экономические показатели использования УЗ техники подачи СОЖ в зоны шлифования и правки Вид Модель Годовой экономический эффект Показатели эффективности шлифования станка обозначение млн. руб. Тр, год Ер Торцекруглое SASE-200 442,685 0,01581 63, Эгt (совмещенное) Бесцентровое SASL 690,775 0,01013 98, Эг врезанием 125/ Глубинное HPA-124 1140,440 0,00614 162, Эг + Эгt Круглое наруж V-4 13,627 0,51369 1, Эги ное врезанием *) По данным на январь 1997 г.

Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– На основании данных табл. 30 можно сделать следующие выводы:

– во всех случаях экономические показатели операций шлифования заготовок из сталей, титановых и жаропрочных сплавов и чугуна, выполняемых на раз личных станках с использованием УЗ техники подачи СОЖ, намного лучше нормативных, что свидетельствует о высокой экономической эффективности новой технологии подачи СОЖ;

– несмотря на возрастающую стоимость абразивных кругов и правящих инст рументов, а также увеличение относительных затрат на их приобретение в тех нологической себестоимости шлифования заготовок, экономия, обеспечиваемая путем интенсификации режимов резания и сокращения тем самым машинного времени, превышает экономию, получаемую в результате сокращения расходов на правящий инструмент и шлифовальные круги. Однако экономия, получаемая в результате увеличения периода стойкости шлифовальных кругов и правящих инструментов и уменьшения тем самым штучного времени на обработку в сум ме с экономией, получаемой в результате сокращения затрат на круги и правя щий инструмент при шлифовании заготовок из труднообрабатываемых мате риалов (жаропрочные и титановые сплавы), превышает экономию, получаемую в результате сокращения машинного времени.

Таким образом, чтобы с наибольшей экономической эффективностью ис пользовать предлагаемые разработки в конкретных производственных услови ях, следует предварительно выполнить экономические сопоставления по выше изложенной методике.

Использование УЗ техники подачи СОЖ, как показали результаты опыт но-промышленных испытаний в условиях действующего производства на стан ках моделей ЗМ151, ЗТ161ЕИ, ЗМ153У, ЗЕ183А, ЗЕ184Е, ЗЛ722В, ЗЕ711ЕВ1, ЗЕ710В1, ЗК823В, ЛШ-220, ЛШ-233, ВТ92Ф2, станках фирм G.Magerle (Швей цария), ELB.SCHLIFF (Германия), Kikinda (Югославия), Matrix (Великобрита ния) и др. способствует увеличению периода стойкости шлифовальных кругов на керамической связке и алмазных правящих инструментов в 2 – 5 раз и более при сохранении или повышении производительности обработки, заданного ка чества и эксплуатационных характеристик шлифованных деталей.

Техническая характеристика УЗ техники подачи СОЖ:

1. Концентрация механических примесей в СОЖ, г/дм3, не более 0, 2. Тонкость очистки СОЖ, мкм 10 – 3. Расход СОЖ через УЗ насадок, дм /мин 10 – 4. Рабочее давление СОЖ в УЗ насадке, МПа 0,07 – 0, 5. Количество УЗ насадков:

при высоте круга до 25 мм свыше 25 мм 6. Масса УЗ насадка в сборе, кг, не более 7. Ультразвуковой генератор – УЗУ-0,25 (мощность 250 Вт),Техма-01, Техма-02, Техма-03, Техма-04 (50 – 100 Вт) ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ… ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 8. Частота УЗК, кГц 18,6–19, 9. Амплитуда УЗК насадка, мкм 4– Стоимость – не более 10 % от стоимости шлифовального оборудования.

Срок окупаемости, лет – не более 1,1 – 1, Обобщенные данные по сравнительной технологической эффективности УЗ техники подачи СОЖ при правке кругов и шлифовании заготовок, получен ные по результатам промышленных испытаний и внедрения в производство, представлены в табл. 31.

31. Сравнительная технологическая эффективность УЗ техники подачи СОЖ при шлифовании (по результатам внедрения или производственных испытаний) Шерохова Период тость шли- Произво стойкости Материал Вид Вид СОЖ фованной дитель круга заготовки шлифования поверхности ность c Ra Стали:

30Х HRC 55 Совмещенное Эмульсия 10 – 15 0,5 – 0,9 1,1 – 1, 20Х2НМ HRC 58 Круглое наружное Эмульсия 4,4 – 5,0 0,5 – 0,6 1,0 – 1, 30ХГСН2А Бесцентровое Эмульсия 19,5 – 20,0 0,4 – 0,5 1,1 – 1, HRC 45... 30ХГСА HRC 45..48 Бесцентровое Эмульсия 8,8 – 9,5 0,8 – 0,85 1,1 – 1, 40ХН2МА HRC 48 Бесцентровое Эмульсия 7,8 – 8,0 0,8 – 0,85 1,1 – 1, 16Х11Н2В2МФ Бесцентровое Эмульсия 6,0 – 6,5 0,9 – 0,95 1,0 – 1, HRC 45... ХВГ HRC 60…62 Резьбошлифование Эмульсия 2,2 – 2,5 0,95 – 1,0 1,0 – 1, 40Х9С2 (в состо Фасонное Эмульсия 2,5 – 2,6 0,95 – 1,0 1,1 – 1, янии поставки) 50Х20Г9АН4 (в со Фасонное Масло 1,6 – 1,7 0,95 – 1,0 1,0 – 1, стоянии поставки) 18Х2Н4МА НВ 269 Фасонное Эмульсия 2,5 – 3,0 0,8 – 0,9 1,1 – 1, Р18 HRC 63 Плоское Эмульсия 3,0 – 3,5 0,7 – 0,8 1,1 – 1, Р6М5 HRC 64 Плоское Эмульсия 3,0 – 3,2 0,75 – 0,8 1,1 – 1, Высокопрочный Полусинте чугун ВЧ50 (в со- Круглое наружное 2,5 – 2,8 0,9 – 1,0 1,1 – 1, тическая стоянии поставки) Жаропрочные сплавы:


ВЖ98 (в состоя- Полусинте Круглое наружное 2,8 – 3,0 0,7 – 0,9 1,1 – 1, нии поставки) тическая ЦНК7 (в состоя Глубинное Эмульсия 2,0 – 2,2 0,8 – 1,0 1,4 – 2, нии поставки) ЖС6К-ВИ (в со Плоское глубинное Эмульсия 4,0 – 4,2 0,85 – 0,9 1,3 – 1, стоянии поставки) Титановый сплав Полусинте Бесцентровое 6,4 – 7,0 0,7 – 0,75 1,1 – 1, ВТ16 HRC 33…38 тическая Примечание. Значения технологических показателей приведены в относительных величинах:

за единицу приняты значения, полученные при шлифовании с подачей СОЖ поливом или напорной (до 1 МПа) струей к зоне обработки Глава ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 7.4. Выводы 1. Представлена методика расчета основных элементов устройств новой УЗ техники, рекомендуемой к применению на операциях механической обра ботки заготовок из различных материалов на металлорежущих станках без су щественной модернизации.

2. Источниками экономической эффективности использования в про мышленности результатов исследований являются:

– увеличение периода стойкости режущих, шлифовальных кругов, алмазных правящих инструментов, алмазных выглаживателей;

– сокращение числа переточек и правок формообразующих инструментов;

– сокращение потребного числа формообразующих инструментов;

– интенсификация режима обработки и повышение производительности труда.

3. Наибольший экономический эффект обеспечивает интенсификация ре жима обработки. Наибольшая суммарная экономия средств достигается в ре зультате увеличения периода стойкости формообразующих инструментом, ин струментов для правки и переточки и сокращения затрат на их приобретение.

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ а.з. – абразивное зерно;

СНВС – струйно-напорный внезонный способ;

КМ – композиционные материалы;

СОЖ – смазочно-охлаждающая жидкость;

СОТС – смазочно-охлаждающее технологическое средство;

УЗ – ультразвуковой (-ая, -ые);

УЗК – ультразвуковые колебания;

– амплитуда волны, м;

А – площадь сечения пористого шлифовального круга, м2;

Аs – модуль Юнга, Па;

Е – коэффициент проницаемости круга, м2;

Кп – коэффициент режущей способности круга, мм3/мин;

Кр – удельная мощность шлифования, Втмин/мм3;

КN М – число Маха;

– пористость круга;

П – активная пористость шлифовального круга;

Па – стоимость обработки заготовки, руб.;

Цд – соответственно, температуропроводность правящего инструмен а1, а2, аж та, круга и СОЖ, Вт/(мК);

С – удельная теплоемкость, Дж/(кгК);

Са, Св, Cж, – соответственно, удельная теплоемкость абразива, воздуха, жид кости, заготовки, круга, алмаза, Дж/(кгК);

Сз, Ск, Сал – удельная теплоемкость вещества, заполняющего поры круга, Сп Дж/(кгК);

– соответственно, удельная теплоемкость при постоянном давле Ср, Сv нии и объеме, Дж/(кгК);

– технологическая себестоимость, руб.;

Ст – молярная теплоемкость, Дж/(мольК);

Сµ – скорость звука в среде распространения колебаний, м/с;

с – соответственно диаметр круга и правящего ролика, м;

Dк, Dp – эквивалентный диаметр правящего инструмента, м;

d – соответственно диаметр алмазного зерна, заготовки, круга, м;

da, dз, dк – диаметр окружности круга, на которой расположен клиновой d полуоткрытый насадок, м;

– модуль упругости зерен шлифовального круга и правящего ин Е1, Е струмента, Н/м2;

– номинальная площадь контакта круга с алмазом и а.з. с алмазом, Fк, Fн м2;

Fo – критерий Фурье;

– частота, Гц;

fr – коэффициент трения;

fт – массовый расход СОЖ, кг/с;

Gж – массовый расход СОЖ через контактную зону, кг/с;

Gc Gr – число Грасгофа;

– соответственно, массовый расход СОЖ в радиальном и каса Gж r, Gж тельном направлениях, кг/с;

– соответственно, высота круга и правящего ролика, м;

Нк, Нр – толщина пропитки круга жидкостью, м;

h – высота алмазного зерна, м;

ha – высота подъема жидкости в капилляре, м;

hк – минимальная толщина слоя смазки безотрывного течения, м;

h – высота подъема, определяемая силами поверхностного натяже hои ния, м;

– интенсивность излучения, Вт/м2;

J – волновое число;

k – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

L – ширина шлифования заготовки, мм;

lш – глубина модуляции, %;

m – масса абразива, удаляемая с поверхности круга в единицу вре ma мени при правке, кг/с;

Nu – число Нуссельта;

– гидростатическое давление в жидкости, Па;

P – соответственно, давление атмосферное и насыщенных паров, Па;

Pa, Pн – периметр алмаза, м;

Рп Рr – число Прандтля;

– давление на выходе из торцевого клинового полуоткрытого на Рs садка, Па;

– соответственно, радиальная, касательная и осевая составляющие Ру, Рz, Рх силы резания, Н;

– соответственно, относительная объемная концентрация в круге Рак, Рс, Рж абразива, связки, СОЖ;

– соответственно, радиальная и касательная составляющие силы Руп, Рzn правки, Н;

– соответственно, давление СОЖ на входе и на выходе из круга, Р1, Р Па;

– соответственно, тепловой поток, выделяемый в зоне контакта, Q, Qa, Qк отводимый в правящий инструмент и шлифовальный круг, Вт;

– объем снятого материала при шлифовании, мм3;

Qм – объемный расход СОЖ, м3/с;

Qc – тепловой поток, поглощаемый СОЖ, находящейся на периферии Qк шлифовального круга, Вт;

– тепловой поток, передаваемый вглубь круга, Вт;

Qк – тепловой поток, передаваемый вглубь алмаза за счет теплопро Qтх водности, Вт;

– тепловой поток, отводимый с боковых поверхностей алмаза за Qar счет теплоотдачи, Вт;

– объемная плотность теплового потока внутренних источников qv тепла, Вт/м3;

– соответственно, поверхностная плотность теплового потока в q c, q a связке и в алмазе, Вт/м2;

– линейная плотность теплового потока внутренних источников ql тепла, Вт/м;

– среднее арифметическое отклонение профиля, мкм;

Rа Rе – число Рейнольдса;

– соответственно, радиус круга, алмазного ролика и заготовки, м;

Rк, Rp, Rз – начальный радиус каверны, м;

R – радиус расположения насадка на торце круга, м;

Rн – приведенный радиус, м;

Rп Ra – число Рэлея;

– соответственно, максимальный и минимальный радиус пузырь Rn max, Rn min ка, м;

– радиус алмазного зерна правящего инструмента, м;

ra Тa – число Тейлора;

– соответственно, температура воздуха и СОЖ, К;

Т в, Т ж – соответственно, температура контакта, на поверхности отвер Тк, Т0, Тс, Тs стия в круге, связки, кипения СОЖ, К;

– соответственно, температура алмаза и шлифовального круга, К;

Тал, Ткр – температура окружающей cреды (воздух, СОЖ), соприкасаю Тfj щейся с поверхностью круга, К;

– текущая температура, К;

t – средняя температура воздуха в замкнутом пространстве кожуха tf круга, К;

– температура поверхности правящего инструмента в рассматри tw ваемом сечении по оси Y, К;

– полный объем шлифовального круга, м3;

V – окружная скорость заготовки, м/мин;

Vз – соответственно, рабочая скорость круга и правящего ролика, м/с;

Vк, Vp – относительная объемная концентрация связки в двухкомпонент Vс ной системе «связка–абразив»;

– скорость движения жидкости в порах под действием УЗК в на V чальный момент времени, м/с;

– объем пор шлифовального круга, м ;

Vп – приведенная скорость правки, м/с;

Vпр – соответственно, скорость врезной, врезной максимальной пода Vt, Vtт, Vtп чи круга и ролика, мм/мин;

– скорость продольной подачи стола, м/мин;

Vs – гидродинамическая скорость cреды, м/с;

Vrc – соответственно, скорость фильтрации СОЖ сквозь поры круга в Vr, V радиальном и касательном к радиусу направлениях, м/с;

– средний объем СОЖ, поглощаемой единицей объема круга, м3;

Wср – вязкостный коэффициент гидравлического сопротивления, 1/м2;

в с – коэффициент теплоотдачи от окружающей cреды (СОЖ, воздух) к поверхности круга, Вт/(м2 К) т – коэффициент термического расширения, 1/К;

и – инерционный коэффициент гидравлического сопротивления, 1/м;

т – коэффициент объемного расширения воздуха, 1/К к – зазор между волноводом и капилляром, м;

о – краевой угол смачивания, град;

– теплопроводность, Вт/(м К) а, в, з, – соответственно, теплопроводность алмаза, воздуха, заготовки, жидкости, связки правящего инструмента, Вт/(мК) ж, с у – длина волны, м;

1, 2, ак, – соответственно, теплопроводность правящего инструмента, кру ск, ко, кп, га, абразивных зерен, связки круга, корпуса алмазного правящего инструмента, пористого круга, эффективная теплопроводность к, са пористого круга, теплопроводность двухкомпонентной системы «связка–абразив», Вт/(мК);

µ – динамический коэффициент вязкости, Па c;

µ0 – динамическая (вторая) объемная вязкость, Па с;

– кинематическая вязкость СОЖ, м2/с;

а – коэффициент Пуассона для алмаза;

– плотность, кг/м 0 – поверхностное натяжение, Н/м;

– соответственно, предел прочности при растяжении и сжатии, Па;

р, с с – период стойкости круга, мин;

а – количество тепла, поступающего в алмаз, Дж;

1, 2, 3, – соответственно, доля тепла, поступающего в правящий инстру 4 мент, круг, шлам и окружающую среду.

ВВЕДЕНИЕ Попытки использования энергии ультразвукового (УЗ) поля для интенси фикации процессов механической обработки известны с конца 30-х годов ХХ века. Характерной особенностью современного состояния физики и техни ки ультразвука является многообразие его применений, охватывающих частот ный диапазон от слышимого порога до частот в несколько мегагерц и область мощностей от долей милливатт до десятков киловатт с использованием моду ляции колебаний по амплитуде, частоте и фазе. Малость длины волны обуслав ливает лучевой характер распространения УЗ волн. Благодаря этому начинает широко применяться фокусирование УЗ волн посредством акустических линз, рефлекторов и излучателей вогнутой формы. Последнее позволяет концентри ровать звуковую энергию, получая в среде высокие значения интенсивности звука, которых на поверхности традиционных излучателей колебаний получить невозможно. Современные фокусирующие системы позволяют формировать заданные характеристики направленности ультразвуковых колебаний (УЗК) и управлять ими.

Из основных эффектов и путей использования энергии УЗ поля при меха нической обработке выделим:

– кавитацию – возникновение в жидкости массы пульсирующих пузырьков, за полненных паром, газом или их смесью;

– звукокапиллярный эффект – аномально глубокое проникновение жидкости в капилляры и узкие щели под действием УЗК;

– эффект снижения трения и увеличения пластичности как при параллельной, так и при нормальной ориентации колебательных смещений относительно гра ничной поверхности;

– УЗ распыление жидкости в колеблющемся с УЗ частотой слое или в УЗ фон тане на высоких частотах (десятков килогерц в слое, на частотах мегагерцевого диапазона в фонтане).

Учитывая, что к середине 70-х годов ХХ века были установлены практи чески все физические основы действия УЗК на вещество, в настоящей работе рассмотрены в основном новые методы использования энергии УЗ поля при механической обработке заготовок, отличающиеся малыми энергозатратами и высокой эффективностью при таких стесненных и напряженных процессах как шлифование заготовок и правка абразивных кругов алмазными инструментами, глубокое сверление маломерных отверстий, алмазное выглаживание. В основу данной работы положены результаты НИР и ОКР, выполненных на кафедре «Технология машиностроения» Ульяновского государственного технического университета под руководством и с участием автора канд. техн. наук, доцентом А. Н. Уняниным, канд. техн. наук В. Н. Ковальноговым, ст. преподавателем Ж. К. Джавахия, инженерами В. И. Деревянко, И. Г. Лейбелем и А. С. Чера баевым, аспирантами М. В. Табеевым, А. А. Яшиным, магистрами техники и технологии А. В. Маттисом, Д. Е. Подопригоровым, Д. В. Тартасом и др.

Автор выражает искреннюю благодарность Заслуженному деятелю науки и техники РФ, докт. техн. наук, профессору Л. В. Худобину за поддержку и по лезное обсуждение отдельных вопросов работы.

Рис. 15. Принципиальная электрическая схема УЗ генератора ТЕХМА- Рис. 16. Принципиальная электрическая схема УЗ генератора ТЕХМА- Рис. 17. Принципиальная электрическая схема УЗ генератора ТЕХМА- ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. А.с. 111390. СССР, МКИ В 24 в 55/02, 53/00. Устройство для гидро очистки шлифовального круга / А.М. Федотов (СССР). Опубл. 23.12.57. Бюл.

№ 12.

2. А.с. 554145. СССР, МКИ В 24 в 55/02. Устройство для подачи смазоч но-охлаждающих жидкостей / Л.В. Худобин, Е.С. Киселев, В.Ф. Гурьянихин и др. (СССР), № 2106805/08;

Заявл. 18.12.75;

Опубл. 15.04.77, Бюл. № 14.

3. А.с. 1266717. СССР, МКИ В 24 в 53/14. Устройство для непрерывной правки шлифовального круга / Е.С. Киселев, А.Н. Унянин, А.С. Черабаев (СССР). № 3905654/25-08;

Заявл. 30.05.85;

Опубл. 30.10.86;

Бюл. № 40.

4. Байкалов А.К., Сукенник И.Л. Алмазный правящий инструмент на гальванической связке. Киев: Наукова Думка, 1976. 204 с.

5. Барке В.Н., Лифшиц А.Л. Современное состояние и тенденция разви тия ультразвуковой обработки материалов // В кн. «Современные направления в области технологии машиностроения». М.: Машгиз, 1957.

6. Белов С.В. Пористые материалы в машиностроении. М.: Машино строение, 1981. 248 с.

7. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Ино странная литература, 1957. 728 с.

8. Блох А.М. Структура воды и геологические процессы. М.: Наука, 1969.

526 с.

9. Братухин А.Г. Композиционные материалы в Российской гражданской авиатехнике // Вестник машиностроения. 1997. № 7. С. 25 – 31.

10. Валеев С.Г. Регрессионное моделирование при обработке данных. Ка зань: ФЭН. 2001. 296 с.

11. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание металлов. Термоме ханистический подход к системе взаимосвязей при резании. М.: МГТУ им.

Н.Э. Баумана, 2001. 448 с.

12. Виноградов Д.В. Применение смазочно-охлаждающих технологиче ских сред при резании металлов // Справочник. Инженерный журнал. 2001 – № 7. С. 61 – 64;

№ 9. С. 39 – 42;

№ 12. С. 38 – 41. 2002 – № 1. С. 44 – 51;

№ 4.

С. 46 – 53.

13. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппа ратура. М.: Энергия, 1976. 320 с.

14. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.В. Руд нев, Б.Б. Некрасов и др.: М.: Машиностроение, 1988. 424 с.

15. Глузман А.Л. Исследование эффективности магнитной и ультразвуко вой активации СОЖ при алмазно-эльборовом шлифовании деталей из сталей и БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– специальных сплавов: Дис.... канд. техн. наук: 05.02.08 / УлПИ, Ульяновск.

1976. 229 с.

16. Дрожалова В.И., Артамонов Б.А. Ультразвуковая пропитка деталей.

М.: Машиностроение, 1980. 41 с.

17. Ефимов В.В. Модель процесса шлифования с применением СОЖ.

Саратов: Изд-во Сарат. гос. ун-та, 1992. 132 с.

18. Ефимов В.В. Научные основы техники подачи СОЖ при шлифовании.

Саратов: Изд-во Сарат. гос. ун-та, 1985. 140 с.

19. Зарембо Л.Н., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику.

М.: Наука, 1966. 519 с.

20. Зельдович Я.Б., Райдер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпера турных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1963. 562 с.

21. Злочевская Р.И. Связанная вода в глинистых грунтах. М.: Наука, 1969.

88 с.

22. Исследование закономерностей процессов абразивной и алмазной об работки с целью оптимизации технологических условий резания и характери стик инструментов: Отчет по теме / Т. 1, 2. Тольяттинский политехнический институт;

Науч. руков. темы В.И. Пилинский, № ГР 01830072576. Инв. № 02860061911. Тольятти. 1985. 215 с.

23. Источники мощного ультразвука / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Нау ка, 1967. 380 с.

24. Камолс А.Я., Рудзит Н.А. Исследование вида контакта шероховатых поверхностей // Контактная жесткость в приборостроении и машиностроении.

Рига: Рижский политехн. инст., 1979. С. 18 – 19.

25. Кащук В.А., Верещагин А.Б. Справочник шлифовщика. М.: Машино строение, 1988. 480 с.

26. Киселев Е.С., Джавахия Ж.К., Унянин А.Н. Влияние состава и спосо ба подачи СОЖ на качество и эксплуатационные характеристики шлифованных деталей // Станки и инструмент. 1985. № 6. С. 49 – 51.

27. Киселев Е.С. Исследование возможности интенсификации движения СОЖ сквозь поры абразивного круга наложением УЗК // Смазочно-охлаж дающие технологические средства в процессах обработки заготовок резанием.

Сб. науч. тр. Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 1996. С. 56 – 62.

28. Киселев Е.С., Кобелев С.А. Повышение эффективности совмещенного шлифования наложением ультразвуковых колебаний на технологическую жид кость // Исследования в области технологии машиностроения. Механическая обработка и сборка: Межвуз. сб. науч. тр. Тула: Изд-во ТПИ, 1994. С. 122 – 126.

30. Киселев Е.С., Ковальногов В.Н. Теплофизический анализ концентри рованных операций шлифования. Ульяновск: УлГТУ, 2002, 140 с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 31. Киселев Е.С., Лейбель И.Г. Новый технологический процесс шлифо вания титановых и стальных заготовок на основе рационального применения СОЖ // В кн.: Научно-технические достижения. М.: ВИМИ, 1987. Вып. 4. С.

22 – 27.

32. Киселев Е.С., Подопригоров Д.Е., Кирнасов Т.Г. Алмазное выглажи вание стальных заготовок с использованием энергии модулированного УЗ поля // Вестник УлГТУ. 2002. № 1. 81 – 85.

33. Киселев Е.С. Ресурсосберегающие экологически чистые технологии изготовления деталей машин // Сб. трудов междунар. научно-практической конференции ПРОТЭК’2002. Т. 1. М.: МГТУ «Станкин», 2002. С. 287 – 294.

34. Киселев Е.С. Теплофизика правки шлифовальных кругов с примене нием СОЖ. Ульяновск: УлГТУ, 2001, 170 с.

35. Киселев Е.С., Самсонов А.Н., Семенов С.В. Новые устройства для по дачи СОЖ гидроаэродинамическим способом // Труды Ульяновского политех нического института. Т. Х, вып. 1. Машиностроение. Куйбышев: КПИ, 1976. С.

3 – 9.

36. Киселев Е.С., Унянин А.Н., Ковальногов В.Н. Эффективность приме нения новой ультразвуковой техники подачи СОЖ при совмещенном и фасон ном шлифовании // Вестник машиностроения. 2001. № 1. С. 48 – 50.

37. Киселев Е.С., Унянин А.Н., Лейбель И.Г. Фрикционное взаимодейст вие трущихся тел, обработанных с применением технологических жидкостей // Смазка и резание металлов. Межвуз. сб. науч. тр. Иваново: Изд-во Ив. гос. ун та, 1986. С. 109 – 118.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.