Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор состояния вопроса
1.1 Назначение, область использования и методы получения резиновых и резинотканевых изделий. Резинотканевые конвейерные ленты 10
1.2 Механическая обработка резинотехнических изделий 14
1.3 Виды стыковых соединений, виды и причины разрушения конвейерных лент, способы устранения разрушений 17
1.4 Обработка поверхностей ленты под стыковку 22
1.5 Требования к методам формирования стыков 29
Выводы, цель и задачи работы 37
Глава 2. Методика проведения исследований
2.1 Структурная схема исследований 39
2.2 Методика проведения теоретических исследований 41
2.3 Материал, размеры и форма образцов 43
2.4 Устройство и аппаратура для измерения сил резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты 49
2.5 Средства для измерения шероховатости поверхности конвейерной ленты 56
2.6 Средства для измерения температуры в зоне резания 59
2.7 Математический аппарат, используемый при обработке и анализе результатов эксперимента 60
Глава 3. Теория резания и формирования поверхности
3.1 Физическая картина резания резинотканевой конвейерной ленты 63
3.2 Формирование профиля шероховатости при лезвийной обработке поверхности резинотканевой конвейерной ленты 68
Глава 4. Экспериментальные исследования процесса лезвийной обработки резинотканевой конвейерной ленты
4.1 Влияние условий обработки на шероховатость поверхности при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты 73
4.2 Влияние условий обработки на усилия резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты 81
4.3 Влияние условий обработки на температуру в зоне резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты 93
4.4 Оценка влияния условий обработки на параметры качества поверхности 100
Глава 5. Практическое использование результатов исследований. Расчёт экономической эффективности
5.1 Технология и технологическая оснастка для промышленной подготовки стыков резинотканевых конвейерных лент лезвийной обработкой 104
5.2 Расчёт экономической эффективности 106
Основные выводы и результаты исследований 108
Список литературы 110
- Виды стыковых соединений, виды и причины разрушения конвейерных лент, способы устранения разрушений
- Устройство и аппаратура для измерения сил резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты
- Влияние условий обработки на усилия резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты
- Влияние условий обработки на температуру в зоне резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты
Введение к работе
Актуальность работы. При изготовлении изделий в разных отраслях промышленности широко используются различные неметаллические материалы, в том числе и резина. Изделия из данного материапа используются в качестве уплотнений, тяговых и приводных деталей и др. Наибольшую эффективность при производстве деталей из резины даёт прессование сырой резины в прессформе или её аналоге с вулканизацией. В итоге получается готовое изделие, не требующее дополнительной механической обработки.
Однако, в ряде случаев такая обработка неизбежна. Характерными примерами является восстановление автомобильных покрышек, когда сначала удаляется старый изношенный слой протектора, наваривается новый, который калибруют или даже профилируют механической обработкой.
Наиболее характерными объектами, подвергаемыми механической обработке, являются резинотканевые конвейерные ленты, которые часто приходится обрабатывать резанием, а точность и качество поверхности определяют качество получаемых соединений.
Эффективность работы ленточных конвейеров во многом определяется техническим состоянием лент и, прежде всего, состоянием стыковых соединений. До 70% простоев и трудоёмкости обслуживания ленточных конвейеров вызваны восстановлением стыковых соединений.
Одним из факторов, оказывающих влияние на прочность стыкового соединения согласно исследованиям А.А. Реутова, является качество обработанной поверхности, в частности, шероховатость. От качества обработки поверхности зависит прочность и долговечность стыка.
Таким образом, механическая обработка резиновых и резинотканевых изделий является достаточно распространённой технологией. При этом формируемые поверхности в значительной мере определяют качество получаемых деталей.
Прочность резины намного ниже прочности материалов, традиционно обрабатываемых резанием, поэтому особых проблем с разрушением заготовки, стойкостью инструмента нет. Однако, на практике, при обработке деталей из резины возникает много проблем иного рода. Материал упругий, деформации при резании сопоставимы с размерами обрабатываемых деталей. Расчёты погрешности обработки по существующим методикам некорректны. Тоже можно сказать и об оценках формируемой шероховатости. Сложившаяся теория формирования микрогеометрии поверхности детали не учитывает специфики резания резины, а физическая картина в этом случае существенно отличается от обработки металлов. Ещё сложнее выглядит обработка резинотканевых изделий, т. е. изделий, армированных нитями, тканями и
ДР-
В тоже время, как показал анализ технической литературы, практически отсутствует информация по обработке резанием материалов на основе резины. Отсутствует информация по конструкции режущего инструмента, режимов обработки, параметров точности, шероховатости и др. Поэтому исследование вопросов реализации технологии резания резинотканевых конвейерных лент, вопросов технологического обеспечения качества поверхностей таких деталей является актуальным.
Целью работы является совершенствование технологии и инструмента для лезвийной обработки резинотканевых конвейерных лент и обеспечения качества получаемых поверхностей. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать существующие способы механической обработки резинотканевых конвейерных лент.
Провести теоретические исследования процесса резания резинотканевых конвейерных лент, установить картину формирования шероховатости поверхности. Получить теоретические зависимости по расчёту параметра шероховатости поверхности.
Разработать методику экспериментальных исследований, изготовить необходимые инструменты и оснастку, в том числе автоматизированную система научных исследований (АСНИ) процесса резания.
Провести экспериментальные исследования процесса резания резинотканевых конвейерных лент.
Получить экспериментальные зависимости по расчету параметров шероховатости, составляющих силы резания и температуры при лезвийной обработке поверхностей резинотканевых конвейерных лент.
С учетом полученных результатов экспериментальных исследований, сформировать рекомендации по практической реализации процессов лезвийной обработки резинотканевых конвейерных лент (параметры инструментов, режимы обработки, приспособления).
Разработать конструкции режущих инструментов, приспособлений, необходимых для промышленной производительной механической обработки поверхностей резинотканевых конвейерных лент.
Методика исследований. Теоретические исследования базируются на положениях современной теории формирования микрорельефа при механической обработке, теории резания, теории проектирования режущих инструментов. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных средств контроля и обработки данных на ЭВМ. Обработка результатов экспериментов велась с использованием известных общепризнанных методик, базирующихся на современном аппарате математической статистики, математических методах обработки экспериментальных данных, теории планирования экспериментов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Физическая картина процесса резания и формирования поверхностного слоя резинотканевых конвейерных лент при лезвийной обработке.
-
Теоретические зависимости для расчёта высотного параметра шероховатости - Rz при лезвийной обработке резинотканевых конвейерных лент.
-
Методика экспериментальных исследований процессов резания резинотканевых конвейерных лент с использованием ЭВМ.
-
Эмпирические зависимости для оценки усилий и температур в зоне резания в зависимости от параметров режущих инструментов, условий обработки.
-
Практические рекомендации по конструкции инструментов, оснастки, режимам обработки поверхностей резинотканевых конвейерных лент.
Научная новизна работы заключается:
1)В установлении и описании физической картины процесса резания резинотканевых конвейерных лент.
2) Получение эмпирических зависимостей для оценки силовых и тепловых характеристик процесса резания.
3)В установлении и описании процесса формирования шероховатости поверхности резинотканевых конвейерных лент.
4) Получении теоретических зависимостей для расчёта величины шероховатости Rz.
Практическая ценность:
-
Получены рекомендации по режимам обработки резинотканевых конвейерных лент.
-
Получены рекомендации по параметрам режущей части инструмента для обработки резинотканевых конвейерных лент.
-
Разработаны опытные образцы режущих инструментов и технологической оснастки, позволяющие обрабатывать поверхности резинотканевых конвейерных лент с требуемым качеством и минимальными затратами.
-
Разработана автоматизированная система научных исследований (АСНИ), позволяющая измерять силовые характеристики в процессе механической обработки материала.
Апробация работы: основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: 58-я научная конференция профессорско-преподавательского состава БГТУ 2007г., Международная научно-практическая конференция «Наука и производство» 19-20 марта 2009г., 6-я Международная научно-техническая конференция «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» 22-23 мая 2008г., г. Брянск, 4-я Международная научно-техническая конференция ВоГТУ (Вологодский государственный технический университет) «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования» - 2008г., Региональная конференция студентов и аспирантов «Достижения молодых учёных Брянской области»-2009г., БГТУ, Региональная научно-практическая конференция «Приоритетные направления современной науки: фундаментальные проблемы, инновационные проекты», г. Брянск-2010г, БГУ, Международная молодёжная научная конференция по естественным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых»: 16-17 апреля 2010 г., г. Йошкар-Ола, Региональная научно-практическая конференция молодых исследователей и специалистов «Приоритетные направления современной науки: фундаментальные проблемы, инновационные проекты», БГУ - Брянск-2011г., Международная молодёжная научная конференция по естественным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых»: 15-16 апреля 2011 г., г. Йошкар-Ола.
Публикации: по теме работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе З в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов работы; выполнена на 118 страницах и содержит 58 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 102 наименований и приложения.
Виды стыковых соединений, виды и причины разрушения конвейерных лент, способы устранения разрушений
В процессе работы конвейера на ленту и стыковые соединения действуют различные по величине и характеру нагрузки, вследствие чего они находятся в сложном напряжённом состоянии [22, 39]. Характер нагрузок и их величина зависят:
1. От условий эксплуатации;
2. От конструкции и параметров конвейера;
В процессе эксплуатации ленты подвергаются значительному натяжению и деформациям многократного изгиба. При изгибе происходит некоторое смещение тканевых прокладок относительно друг друга вследствие наличия между ними слоя резины [15, 17, 22]. Прочность связи между прокладками и сопротивление ремня и ленты расслаиванию прокладок является наиболее важным показателем эксплуатационных свойств ремней и лент. Самые тяжёлые условия эксплуатации лент имеют место при доставке грузов с повышенной температурой и на карьерах горной промышленности, где транспортируются тяжёлые высокоабразивные с размерами кусков до 400 мм и более. Во многих случаях транспортирование производится при весьма низких температурах (до -55С), больших производительностях (до 5000 - 8000 т/ч), длинах (до 2000 м и более) и углах наклона (до 18) в сложных погодных условиях.
Выяснению характера и причин износа конвейерных лент посвящен ряд исследований [48, 68, 92]. Установлено, что основными видами разрушения конвейерных лент являются:
- истирание;
- пробои;
- вырывы и отслоения верхней и нижней обкладок;
- поперечные и продольные порывы лент;
- сквозные пробои;
- износ и расслоение бортов каркаса;
- разрывы на стыках;
- некачественное изготовление и др.
Перечисленные виды разрушений устраняют при текущем и восстановительном ремонтах. Задачей текущего ремонта является поддержание ленты в работоспособном состоянии без снятия ее с конвейера. Основное назначение текущего ремонта - заделка повреждений обкладок, каркаса и ликвидация мелких порывов бортов [15 ,22].
Основными операциями при текущем ремонте лент являются подготовка рабочего места и ленты к ремонту, разделка повреждений, шероховка (механическая обработка) ремонтируемых участков, подготовка ремонтных материалов, вулканизация [15, 22, 59, 60].
При значительном обнажении каркаса ленты, потере ширины, большом количестве пробоев и порезов ленту необходимо передавать на участки восстановительного ремонта [15, 60]. На данных участках осуществляются следующие операции:
- очистка лент от остатков транспортируемого груза и грязи;
- разметка участков ремонта;
- удаление изношенных бортов и обкладок;
- разделка соединяемых концов лент под стыки;
- удаление пыли и крошки после механической обработки и просушка;
- подготовка и наложение резинотканевых ремонтных заплат на повреждения каркаса;
- ручной ремонт расслоения каркаса;
- подготовка резиновых заготовок обкладок и бортов;
- промазывание клеем и сушка соединяемых поверхностей ленты,
заплат и заготовок;
- горячая или холодная вулканизация;
- контроль качества ремонта и подготовка к отправке;
Важное место из перечисленных операций является разделка концов ленты под стыки (стыковые соединения концов ленты). В практике эксплуатации ленточных конвейеров для стыковки лент применяют следующие виды соединений:
- механические соединения (разъёмные и неразъёмные механические соединения);
- вулканизацию (клеевое соединение концов ленты);
Разъёмные механические соединения отличаются простотой конструкции, малыми размерами и временем соединения и разъединения.
Однако ввиду весьма низкой прочности и долговечности, а также просыпания транспортируемого груза они получили ограниченное применение [15, 36, 85].
Наибольшее распространение при соединении концов ленты под стыковку получил способ вулканизации, т.к. он обеспечивает наибольшую прочность стыкового соединения ввиду наибольшей площади контакта соединяемых поверхностей. Различают два метода вулканизации: горячая и холодная вулканизация [15, 102]. Недостатком метода горячей вулканизации является большая трудоёмкость и длительность выполнения стыка, использование громоздкого и дорогостоящего оборудования [15, 102].
Стыковка лент методом холодной вулканизации — наиболее прогрессивный способ соединения концов ленты. Применяется при любых условиях эксплуатации конвейерных лент, менее трудоёмкий, не требует специального вулканизационного оборудования, увеличивается общая прочность стыка, так как не происходит ослабления прочности прокладок и резиновых обкладок из-за их вторичного нагрева при вулканизации стыка [102]. К основному недостатку данного способа можно отнести продолжительность время простоя конвейера от конца стыковки до момента пуска конвейера.
При клеевом соединении поверхностей конвейерных лент используют следующие основные типы стыковых соединений [15, 36, 37, 46, 85 102]:нахлёстное, полунахлёстное, соединение в замок, клиновой стык (клиновое соединение) Наибольшее распространение из перечисленных соединений получили полунахлёстное и клиновое соединение (рис. 1.5)
Устройство и аппаратура для измерения сил резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты
При проведении экспериментальных исследований по нахождению составляющей силы резания при цилиндрическом фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты использовалась автоматизированная система научных исследований (АСНИ), разработанная на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» в ходе выполнения работы для исследования силовых характеристик процесса резания. Структурная схема АСНИ показана на рис. 2.7
В качестве блока первичных преобразователей для АСНИ, использовалось динамометрическое устройство, разработанное на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты». Аналогом разработанного устройства являлась конструкция динамометрического стола УДМ-1200 [27]. Общий вид динамометра с составными частями представлен на рис. 2.8, конструкция устройства представлена на рис. 2.9.
Для получения сигнала используется датчик силы, состоящий из корпуса, к которому наклеивается тензодатчик, с базовой длиной 15 мм предназначенный для передачи сигнала на усилитель; силовоспринимающей поверхности в виде сферы, расположенной непосредственно на датчике силы (позициями не обозначены).
На опоры (датчики силы), оси которых расположены вертикально, наклеено по одному датчику, которые соединены в схему измерения силы Pz. На опоры, оси которых расположены горизонтально, наклеено по 2 датчика, соединённые между собой для измерения сил Рх и Ру.
Датчик силы устанавливается в направляющую втулку 9 а затем данная конструкция устанавливается в стакан 8 и далее в корпус динамометра, в котором стакан фиксируется контргайкой 7. На датчики силы устанавливается державка 3 к державке крепится прямоугольный фланец 6, предназначенный для закрепления рабочего стола 4. Рабочий стол имеет систему координатных отверстий, благодаря которым образец конвейерной ленты крепится к рабочему столу 4 с помощью винтов и прихватов через отверстия М12. Схема и общий закрепления обрабатываемого образца показан на рис. 2.11 и рис. 2.12.
Обрабатываемый образец 3 закрепляется на рабочем столе 7 динамометрического устройства (динамометра) через стальные пластины 5 с помощью прихватов 4 и винтов 6. Данный способ крепления образца позволяет с наибольшей эффективностью использовать рабочую площадь, которая необходима для проведения экспериментальных исследований.
Для ориентации динамометра на столе горизонтально-фрезерного станка служит призматическая шпонка 11. Данный динамометр пригоден не только для исследования процесса резания резинотканевых конвейерных лент, но и для изучения силовых характеристик, возникающих при фрезеровании, сверлении и других видах исследуемых работ. Предельные значения измеряемых усилий приняты из учёта возникающих сил резания при наименее и наиболее жёстких условиях исследуемых процессов (минимальное - при обработке конвейерной ленты, максимальное - при торцовом фрезеровании). Общий вид используемой АСНИ показан на рис. 2.13, экспериментальный график процесса обработки на рис. 2.14.
Для автоматизации записи данных при проведении исследований используются следующие аппаратные и программные средства: усилитель сигнала LTR 212, необходимый для усиления и преобразования выходного сигнала с первичных преобразователей (динамометрического стола), персональный ЭВМ. Создана программа, позволяющая в процессе механической обработки записывать данные о составляющих сил резания.
Влияние условий обработки на усилия резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты
Эксперимент по обработке фрезерованием проводился по методу полных факторных экспериментов. Матрица планирования эксперимента и значения входного исследуемого фактора представлены в таблице 4.7. При этом использовались инструменты, что и при проведении исследований, рассмотренных в разделе 4.1
Входными исследуемыми факторами эксперимента являются: t(xl) - глубина резания, мм
V(x2) - скорость главного движения резания, м/мин Sz(x3) — подача на зуб, мм/зуб у(хЗ) - передний угол,
Значения уровней входных факторов х; представлены в таблице 4.9 для фрезы с механическим креплением стержневых резцов, для фрезы с механическим креплением пластин клином в таблице 4.13
Исследования выполнялись с помощью созданной автоматизированной системы научных исследований (АСНИ). Образец резинотканевой ленты размером 210x165x14 мм закрепляется на столе динамометра планкой, как показано на рис. 2.7 и рис. 2.8. Результаты замеров силы записываются и сохраняются в файл. Пример записи сил резания показан на рис. 4.
Следует отметить, что динамометр спроектирован как универсальное средство исследования процессов резания. Поэтому обозначения составляющих сил резания на графике относятся к осям расположения датчиков и не соответствуют схеме, принятой для цилиндрического фрезерования. По существу сила Pz соответствует горизонтальной составляющей силы Ph, а Ру - вертикальной составляющей силы Pv.
Эксперименты показали, что наибольшее значение имеет горизонтальная составляющая силы резания Ph. Она примерно в 2...3 раза больше силы Pv. Т. к. углы ер не вводились, то осевая сила Рх пренебрежительно мала и её можно не принимать во внимание.
Наибольший интерес с точки зрения эффективности процесса резания представляет окружная сила Pz. Согласно рекомендациям [79], её можно определить в пропорции к силе Ph. Для Р = (1,1... 1,2) «Р, (Н). Результаты данных составляющей силы резания Pz. представлены в табл. 4.8.
Статистическая обработка результатов эксперимента проводилась по формулам (2.5-2.21). В результате обработки данных было выявлено, что на составляющую силы резания Pz оказывают влияние все рассматриваемые факторы (табл. 4.19).
После определения коэффициентов уравнения, проверки на адекватность по критерию Фишера имеем следующую зависимость для определения составляющей силы резания Pz.
Экспериментальные исследования обработки поверхности фрезой с механическим креплением пластин клином
Входными исследуемыми факторами эксперимента являются:
t (xi) — глубина резания, мм;
V (х2) — скорость главного движения резания, м/мин;
Sz (х3) - подача на зуб фрезы, мм/зуб.
Значения уровней входных факторов Х; представлены в таблице 4.13.
Статистическая обработка результатов эксперимента проводилась по формулам (2.1-2.17). В результате обработки данных было выявлено, что на составляющую силы резания Pz оказывают влияние все рассматриваемые факторы (табл. 4.21).
После определения коэффициентов уравнения, проверки на адекватность по критерию Фишера имеем следующую зависимость для определения составляющей силы резания Pz
Из графиков видно, что увеличение скорости резания благоприятно влияет как на силы резания, так и на шероховатость. С увеличением скорости резания происходит снижение силы резания Рги параметра шероховатости поверхности Ra. Необходимо отметить влияние переднего угла на формируемую микрогеометрию. Увеличение переднего угла с 10 до 30 происходит снижение шероховатости более, чем в два раза.
Дополнительные исследования были проведены фрезой с механическим креплением твердосплавных пластин клином и фрезой с надрезающим и срезающим зубом. Конструкция фрез представлены и описаны во втрой главе. Эксперименты показали, что получить значение параметра шероховатости, необходимого для повышения прочности стыкового соединения, возможно инструментом как с режущими пластинами из быстрорежущей стали, с пластинами из твёрдого сплава, фрезой с надрезающим и срезающим зубом.
Эксперименты показали, что использование твердосплавных пластин приводит к незначительному росту составляющей силы резания Pz. Это объясняется различием радиусов скруглення режущей кромки р, значение которой у твердосплавной пластины р = З0...40мкм, у пластины из быстрорежущей стали р = 15...20 мкм. Экспериментальные графики проведения исследований представлены на рис. 4.7
При использовании фрезы с надрезающим и срезающим зубом происходил отрыв обрабатываемого образца вследствие трения зуба инструмента по обрабатываемой поверхности. Температура превышала критическое значение 160С, что является недопустимым.
Влияние условий обработки на температуру в зоне резания при фрезеровании резинотканевой конвейерной ленты
Поскольку высокие температуры в зоне резания могут привести к структурным изменениям резины и ухудшению качества обработанной поверхности, были проведены исследования температуры в зоне резания в диапазоне, обеспечивающим требуемую шероховатость.
Эксперимент по обработке фрезерованием РТКЛ (резинотканевая конвейерная лента) проводился по методу полных факторных экспериментов. Матрица планирования эксперимента и значения выходных факторов представлены в таблице 4.15. Входными данными эксперимента являются:
t(xl) - глубина резания, мм;
V(x2) - скорость главного движения резания, м/мин; Sz(x3) - подача на зуб фрезы, мм/зуб;
Статистическая обработка результатов эксперимента проводилась по формулам (2.-2.). В результате обработки данных было выявлено, что на температуру в зоне обработки 0 оказывают влияние все рассматриваемые факторы (табл 4.32.).
После определения коэффициентов уравнения, проверки на адекватность по критерию Фишера имеем следующую зависимость для определения температуры в зоне обработки
Экспериментальные исследования обработки поверхности фрезой с механическим креплением режущих пластин клином
Эксперимент по обработке фрезерованием РТКЛ (резинотканевая конвейерная лента) проводился по методу полных факторных экспериментов. Матрица планирования эксперимента и значения выходных факторов представлены в таблице 4.18. Входными данными эксперимента являются:
t(xl) — глубина резания, мм;
V(x2) - скорость главного движения резания, м/мин; Sz(x3) - подача на зуб фрезы, мм/зуб
Постоянные условия: станок мод. 6М82Г, диаметр фрезы D=165MM, материал режущей части инструмента Р6М5, передний угол у=30, задний угол сс=45; ширина фрезерования В=50 мм;
Статистическая обработка результатов эксперимента проводилась по формулам (2.-2.). В результате обработки данных было выявлено, что на температуру в зоне обработки 0 оказывают влияние все рассматриваемые факторы (табл 4.35).
После определения коэффициентов уравнения, проверки на, адекватность по критерию Фишера имеем следующую зависимость для определения температуры в зоне обработки
Из проведённых исследований видно, что на температуру основное влияние оказывает скорость главного движения V. С увеличением скорости температура в зоне обработки также возрастает.
Похожие диссертации на Совершенствование технологии и инструмента для лезвийной обработки резинотканевых конвейерных лент
