Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор: обработка лепестко выми шлифовальными кругами 11
1.1 Область применения и особенности работы лепестковых кругов П
1.1.1 Методы обработки 15
1.1.2 Режимы и характеристики процесса шлифования 17
1.2 Типы конструкций и состав лепестковых кругов 21
1.2.1 Конструкции отечественных и зарубежных лепестковых кругов 21
1.2.2 Состав шлифовальной шкурки для лепестков 25
1.3 Износ лепестковых кругов 31
1.4 Форма, рельеф и геометрия абразивного зерна в шлифовальных инструментах. 34
1.5 Пути повышения работоспособности лепестковых шлифовальных кругов 45
1.6 Выводы 52
1.7 Цель и задачи исследований. 53
Глава 2 Теоретические основы работы шлифоваль ных зерен лепесткового круга и математи ческий аппарат обработки эксперимен тальных данных . 55
2.1 Теоретические основы работы шлифовальных зерен лепест кового круга 55
2.1.1 Механизм взаимодействия зерен с произвольной и контро лируемой формой, входящих в состав лепесткового круга, с обрабатываемой поверхностью 55
2.1.2 Статическая деформация эластичных шлифовальных кругов 60
2.1.3 Кинематика и динамика обработки лепестковыми кругами. 63
2.2 Обработка экспериментальных данных 68
2.2.1 Анализ моделей износа материалов 68
2.2.2 Математические модели, описывающие влияние коэффициента формы шлифовального зерна 13А40 на выходные параметры процесса шлифования лепестковыми кругами 71
Глава 3 Сепарация абразивных материалов по при знаку формы 84
3.1 Анализ методов сепарации сыпучих материалов 84
3.2 Типы вибрационных сепараторов , 87
3.3 Физические основы вибросепарации 89
3.3.1 Режимы движения частиц и работы вибросепаратора 93
3.3.2 Частота и амплитуда колебаний деки при вибросепарации.. 97
3.4 Экспериментальный вибрационный сепаратор 99
3.5 Методика оценки формы шлифовальных зерен 105
3.6 Результаты рассева на экспериментальном вибросепараторе абразивов, используемых при изготовлении лепестковых кругов 110
Глава 4 Технология и оборудование для производ ства экспериментальных лепестковых кругов, конструкции опытных инструментов 121
4.1 Типовой технологический процесс производства шлифоваль ных шкурок, используемых для изготовления лепестков 121
4.1.1 Анализ методов нанесения абразивного зерна на основу и ориентации относительно нее 123
4.2 Оборудование, используемое при изготовлении опытных ле пестковых шлифовальных кругов... 129
4.2.1 Компактная линия для изготовления опытной шлифовальной шкурки 129
4.2.2 Термокамера для сушки шлифовальной шкурки 133
4.3 Конструкция опытных лепестковых кругов из зерен с контро лируемой формой 135
4.4 Конструкция лепестковых кругов из чередующихся пакетов лепестков с контролируемой формой зерна 140
Глава 5 Оценка влияния формы абразивного зерна на эксплуатационные характеристики ле пестковых шлифовальных кругов 145
5.1 Оценка прочности шлифовальных зерен различной формы, находящихся на рабочих элементах лепестковых кругов. 145
5.1.1 Разрушение хрупких материалов и существующие методы определения прочности абразивных материалов 145
5.1.2 Лабораторная установка для оценки прочности шлифовальных зерен 149
5.1.3 Прочность зерен нормального электрокорунда 13А40 различной формы, закрепленных на имитаторах лепестков круга 151
5.2 Методика проведения испытаний 154
5.2.1 Методика оценки эксплуатационных характеристик лепестковых шлифовальных кругов 154
5.2.2 Оборудование, используемое для оценки эксплуатационных характеристик опытных лепестковых шлифовальных кругов 155
5.2.3 Выбор обрабатываемых материалов для исследования работоспособности экспериментальных лепестковых кругов. 159
5.3 Исследование работоспособности опытных образцов лепест ковых кругов, содержащих в своей структуре шлифовальные зёрна с контролируемой формой 160
5.3.1 Определение оптимальной величины деформации (натяга) лепесткового круга 160
5.3.2 Определение оптимальной величины продольной подачи 162
5.3.3 Определение оптимальной скорости резания 164
5.3.4 Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на режущую способность лепесткового круга 166
5.3.5 Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на износ лепесткового круга 168
5.3.6 Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на силы резания 171
5.3.7 Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на те-плонапряженность процесса шлифования 173
5.3.8 Влияние коэффициента формы шлифовального зерна на шероховатость обработанной поверхности 176
5.4 Работоспособность лепестковых шлифовальных кругов, со стоящих из чередующихся пакетов с различной формой абра зивного зерна (Патент РФ №2245240) 178
5.5 Выводы 182
Заключение 185
Список литературы 191
Приложения 203
- Типы конструкций и состав лепестковых кругов
- Обработка экспериментальных данных
- Экспериментальный вибрационный сепаратор
- Конструкция опытных лепестковых кругов из зерен с контро лируемой формой
Введение к работе
Благодаря широкой универсальности при обработке различных материалов и поверхностей на всех типах шлифовальных станков, а также доступности изготовления и применения лепестковых кругов, данный вид инструментов нашел широкое применение во многих отраслях промышленности.
Однако анализ существующих данных показывает, что эксплуатационные характеристики выпускаемых промышленностью лепестковых кругов часто не удовлетворяют требованиям, предъявляемым им в процессе шлифования. Это, наряду с другими причинами, во многом предопределяется тем, что лепестки круга состоят из обычной шлифовальной шкурки, изготовленной из абразивных зерен произвольной формы, без ориентации относительно поверхности основы. Это обстоятельство оказывает негативное влияние на рабочие характеристики круга в целом, поскольку произвольная форма, геометрия и ориентация зерен приводит к тому, что многие из них не участвуют в совокупном процессе микрорезания, выкрашиваясь и вылетая из связки, либо деформируют и нагревают металл, не срезая его.
В настоящее время вопросы влияния формы зерна на эксплуатационные характеристики шлифовального инструмента еще недостаточно полно и подробно изучены. Тем не менее, существующие данные указывают на значительное влияние этого параметра на эксплуатационные свойства инструментов и эффективность процесса шлифования.
Поэтому, разработка конструкций лепестковых кругов из зерен с контролируемой формой и изучение всех аспектов процесса шлифования такими инструментами представляется достаточно важной и актуальной задачей, поскольку ее решение открывает перспективу повышения эксплуатационных возможностей лепестковых кругов.
Цель диссертационной работы заключается в повышении эффективности использования лепестковых шлифовальных кругов за счет зерен с контролируемой формой.
Общая методика исследований: Работа базируется на основных положениях теории резания материалов, теории сепарирования сыпучих масс, теории прочности хрупких материалов и теории стохастического моделирования. В ней использованы известные и оригинальные методики подбора оптимальных режимов резания, оценки формы и прочности шлифовальных зерен, режущей способности, износа, сил и температур резания лепестковых кругов, шероховатости обрабатываемых поверхностей из разных материалов. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Для обработки массива экспериментальных данных использовались статистические методы с привлечением ПЭВМ.
Научная новизна работы состоит в: установлении особенностей функционирования шлифовальных зерен с различной формой в лепестковом круге; установлении закономерностей распределения шлифовальных зерен, используемых при изготовлении лепестковых шлифовальных кругов, по форме в зависимости от марки, зернистости и производителя; определении влияния формы шлифовальных зерен на выходные параметры обработки лепестковыми кругами — режущую способность, износ, силы резания, тешюнапряженность процесса шлифования и шероховатость обработанной поверхности; разработке математических моделей, отражающих влияние коэффициента формы шлифовального зерна (К^) на эксплуатационные характеристики лепестковых кругов.
Практическая ценность работы заключается в: повышении эффективности процесса разделения абразивной массы на отдельные фракции зерен с одинаковой формой, на основе использования модернизированного вибрационного сеператора; технологии изготовления лепестковых шлифовальных кругов из зерен с контролируемой формой; экспериментальных установках для изготовления опытных образцов шлифовальной шкурки - компактной электростатической линии для нанесения абразива на основу и термокамеры для сушки шлифовальной шкурки; новых конструкциях лепестковых шлифовальных кругов, которые содержат в своей структуре зерна контролируемой формы; опытной партии лепестковых шлифовальных кругов К Л 150x30x32 13А40Н [Кф] С2А, обладающих более высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению со стандартными кругами, что подтверждается результатами как лабораторных, так и производственных испытаний; практических рекомендациях по выбору лепестковых кругов с определенной формой зерна и режимов шлифования ими для конкретного вида работ, позволяющих более эффективно и рационально использовать возможности инструмента.
Реализация результатов работы. Опытные образцы лепестковых шлифовальных кругов внедрены на ОАО "НИИВЭМ" (г. Кемерово), ООО "ФА-ЛАР" (г. Кемерово), ОАО "КЕМЕРОВОХИММАШ" (г. Кемерово), ООО "Машиностроительный завод "БАСК" (г. Кемерово), ООО "Завод Победит" (г. Киселевск). Кроме того, разработки, выполненные по теме диссертации, используются в учебном процессе для студентов специальности 12.02.00. "Металлообрабатывающие станки и комплексы", Кузі ТУ.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на межрегиональных научно-практических конференциях "Ресурсосбере- гагощие технологии в машиностроении" (г. Бийск, 2001, 2002, 2003 г.г.), на Всероссийской научно-практической конференции "Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении" (г. Юрга, 2001, 2003, 2004 г. г.); на I региональной научно-практической конференции "Потенциальные возможности региона Сибири и проблемы современного сельскохозяйственного производства" (г. Кемерово, 2002 г.); на областной научной конференции "Молодые учёные Кузбассу" (г. Кемерово, 2003 г.); на II Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы повышения эффективности металлообработки на современном этапе" (г. Новосибирск 2004, 2005 г.г.); на II международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения" (г. Томск, 2004 г.); на региональном конкурсе "Инновации и изобретения года" (г. Кемерово, 2005 г.). По итогам данного конкурса за оригинальность конструкции лепесткового круга получен Диплом I степени. Результаты диссертационной работы обсуждались также на научных семинарах кафедры "Металлорежущие станки и инструменты", КузГТУ в период с 2001 по 2005 г.г., на кафедре "Технологии автоматизированного машиностроительного производства" Томского политехнического университета в 2005 г., на семинаре Кузбасского регионального инновационного центра (г. Кемерово 2005 г.), на техсовете ОАО "НИИВЭМ" (г. Кемерово, 2005 г.). Краткое описание разработок, выполненных в рамках диссертационной работы, представлено на сайте "Ученые Кузбасса". Отдельные части работы докладывались во время научной стажировки в Техническом университете г. Кемнитц, а также на фирмах по производству шлифовальных инструментов "Rottluff' и "Dronco" (Германия, 2003 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в числе которых 2 патента на изобретения РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, кратко изложено содержание разделов, сформулированы научная новизна и практическая ценность.
В первой главе представлен анализ методов обработки лепестковыми кругами и отражена специфика процесса шлифования ими. Приведен обзор по разновидностям конструкций, составу лепестковых кругов и области их применения. Представлен анализ данных, посвященных износу лепестковых кругов, а также форме, рельефу и геометрии абразивного зерна. Рассмотрены пути повышения работоспособности лепестковых шлифовальных кругов. Вторая глава посвящена исследованию теоретических основ работы шлифовальных зерен с разной формой в лепестковом круге и подбору математического аппарата для обработки экспериментальных данных. В третьей главе рассмотрены теоретические вопросы сепарации абразивных материалов по признаку формы. Приведены результаты исследований формы абразивных зёрен различных марок, зер-нистостей и фирм-производителей, используемых при изготовлении лепестковых кругов. В четвертой главе отражена технология изготовления лепестковых шлифовальных кругов, а также приведено описание конструкций специального оборудования для их изготовления. Пятая глава посвящена разработке методики проведения экспериментов, анализу результатов влияния формы абразивного зерна на эксплуатационные характеристики лепестковых шлифовальных кругов и выработке рекомендаций по их более эффективному использованию.
В приложениях представлены акты внедрений и производственных испытаний экспериментальных лепестковых кругов, а также патенты РФ на изобретения и Диплом I степени по итогам регионального конкурса "Инновации и изобретения года".
11 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР: ОБРАБОТКА ЛЕПЕСТКОВЫМИ ШЛИФОВАЛЬНЫМИ КРУГАМИ
Типы конструкций и состав лепестковых кругов
Конструкции отечественных и зарубежных лепестковых круговВ настоящее время отечественной промышленностью шлифовальные лепестковые круги по ГОСТ 22775-77 изготавливаются двух типов: КЛ - без оправки (рис. 1.3, а) и КЛО Помимо конструкций, предусмотренных ГОСТом, существуют также многочисленные варианты других исполнений данного типа инструмента. Недостаточность централизованного выпуска лепестковых кругов и имеющее место неудовлетворительное качество их изготовления, а также заниженные рабо чиє характеристики, побуждают отдельные машиностроительные заводы и предприятия изготавливать и совершенствовать эти крути своими силами.
Ниже представлен анализ наиболее востребованных конструкций лепестковых кругов, а также пути повышения их эксплуатационных свойств.
Лепестковые круги (рис. 1.4) обычно состоят из двух основных частей: рабочих органов - лепестков 1 и опорного элемента - ступиц 2, выпускаемых с отверстием (рис. 1.4, а) под шпиндель станка или с хвостовиком 3 (рис. 1.4, б) для крепления в ручном инструменте [87]. с отверстием в ступице; б) с хвостовиком [87]
Определяющим в конструкциях лепестковых кругов является способ крепления лепестков в ступице, по которому их можно подразделить на следующие группы [34]:1) с механическим и клеевым креплением лепестков между собой и к металлической арматуре;2) с креплением епестков в пластмассовой ступице;3) с креплением лепестков в пластмассово-металлической ступице.В лепестковых кругах первой группы лепестки или их пакеты закрепляются следующими способами:- в радиальных пазах ступиц; - в прикрепленных к ступице зажимах, в том числе соединенных с ней шарнирно;- клиновым способом;- в пазах ступицы, состоящей из двух гребенчатых ободов;- между фланцами;- другими способами (например, при помощи винтовой пружины, расположенной в отверстиях у основания лепестков [5]).
В лепестковых кругах второй группы диаметром 250...350 мм лепестки крепятся фланцами, штампованными из тонколистового проката. Вырубленные лепестки пакетами склеивают по торцам ступичной части, а затем на специальном приспособлении собирают и склеивают с фланцами.
В кругах второй группы диаметром 500 мм и более лепестки крепятся в более жесткой арматуре. Круги предназначены для работы на круглошлифо-вальных, бесцентровошлифовальных, плоскошлифовальных станках общего назначения. Круги с угловым профилем лепестков используют для обработки на торцекруглошлифовальных станках.
Общим недостатком лепестковых кругов первой и второй группы является сложность и массивность конструкций, значительная величина неуравновешенной массы, сравнительно большие затраты на изготовление инструмента.
Большинства этих недостатков лишены круги третьей группы с пластмассовой ступицей. Данные круги технологичны и, как показывает опыт их эксплуатации, надежны. Они могут работать при скоростях до 50 м/с.
В металлургическом производстве для обработки листового проката требуются лепестковые круги большой высоты. Круги высотой до 400-500 мм могут изготовляться с пластмассовой или пластмассово-металлической ступицей. Высокие круги можно составлять из держателей полуступиц, несущих лепестки (рис. 1.5). Полуступицы устанавливают на оправке, разворачивая относительно друг друга на 180, благодаря чему стык рядом расположенных наборов лепестков перекрывается набором, расположенным с противоположной стороны.
Наряду с отечественными производителями лепестковых кругов, их изготовлением занимаются многие иностранные фирмы. Ведущими зарубежными производителями абразивного инструмента на гибкой основе, такими как фирмы "Minnesota", "Abrasive product", "Norton", "Reechold Chemical" (США) [34, 116], "Finishing Aids Tools Ltd" (Великобритания) [116], "Klingspor", "Hermes", "Molemab", "Dettinger", "Vitex", "VSM" (Германия) [116, 126, 128, 123] и др. производится широкая гамма конструкций лепестковых кругов.
За рубежом при изготовлении лепестковых кругов для крепления лепестков применяют кольца, зажимные диски, ступицы со стальными стержнями, цанговые зажимы. Круги малых диаметров выпускаются преимущественно с металлическими стержнями для закрепления их в цанговых или иных зажимах ручных машинок.
Разработанные фирмой " Finishing Aids Tools Ltd " лепестковые круги для ручных машинок являются более экономичными на различных видах обработки, чем обычные шлифовальные круги. Эти круги состоят из прочных гибких нейлоновых пластин с радиально расположенными пазами, в которые закреплены листы шлифовальной шкурки. Шлифующая способность таких кругов постоянна на протяжении всего их срока службы до полного износа лепестков.
Обработка экспериментальных данных
В настоящее время существует множество методов и подходов к математическому описаншо механизмов протекания физических явлений. В качестве примера проведем анализ моделей износа материалов. Процесс износа шлифовального инструмента, являющийся одним из доминирующих параметров процесса шлифования, сложен и зависит от многих различных факторов. Характеристики износа зависят от твердости, вязкости, пластичности, модуля упругости, предела текучести, усталостных характеристик, структуры и состава сопрягаемых поверхностей, температуры, напряженного состояния, особенностей распределения напряжений, коэффициента трения, относительных скоростей и т.д. В настоящее время существует несколько подходов к моделированию процесса износа материала. Их можно свести в три группы:- феноменологические модели;- модели, базирующиеся на механике разрушения;- стохастические модели.
Каждая из этих групп имеет свои достоинства и недостатки. Рассмотрим их более подробно.
Феноменологические — это модели, в которых введены физические параметры процесса. Одной из первых работ в этой области была работа Цеснека Л.С. [109]. Он выдвинул гипотезу о том, что линейный износ поверхности в данной точке пропорционален работе сил трения на элементе поверхности:где у- линейный износ в данной точке поверхности; р - давление; и — относительная скорость элемента инструмента; Ст - постоянная для данного режима процесса.
Второй метод моделирования процесса износа материалов базируется на механике разрушения. В настоящее время существуют два подхода к описанию процесса разрушения материалов.
Первый подход заключается в описании разрушения как кинетического процесса [101], кторый заключается в следующем:- разрушение твердого тела— временно необратимый процесс, а не критическое событие;- временное сопротивление, максимальное напряжение при разрыве и т.п. - условные характеристики и при низких температурах создается лишь видимость порогового напряжения;- разрушение происходит термофлукционным путем в результате последовательного разрьша межатомных связей. Внешнее напряжение только активизирует этот процесс, снижая барьер и создавая направленность разрушения. Основная работа разрушения совершается не внешней силой, а в результате тепловых флуктуации;- в реальном теле дефекты резко усиливают действие вешней силы, создавая неравномерность ее распределения по межатомным связям.
Ратнер С.Б, [100] предложил термофлуктуационную модель изнашивания при трении. Для определения интенсивности (скорости) изнашивания было получено выражение:где 10 - критическая скорость изнашивания,. соответствующая условию и0=Л {ір; (л - коэффициент трения; /#? - сила трения на единицу площади; R — газовая постоянная; Т— абсолютная температура.
Основным недостатком данной модели является то, что прежде, чем использовать выражение (2.15), необходимо уточнить физический смысл и определить параметры 70, Я .Второй подход описания разрушения предполагает моделирование микро- и макротрещин в материале, исследование напряженного состояния и опре деление КIt Кп, Кш - коэффициентов интенсивности поля напряжений у вершины трещины. Они характеризуют концентрацию напряжений у вершины трешины. Физически КІУКи, Кш интерпретируют как интенсивность передачи нагрузки через область вершины трещины в теле. Поскольку разрушение вызывается полем напряжений у вершины трещины, коэффициенты интенсивности напряжений являются основными параметрами, практически используемыми при анализе. В процессе разрушения в материале могут возникнуть три вида трещин - нормального разрыва, поперечного сдвига и продольного сдвига [ПО, 56]. Данная теория разрушения носит название линейной механики разрушения и справедлива для равновесных трещин и однородных материалов.
Третий подход в моделировании износа материала носит название стохастического моделирования. Он базируется на лабораторных и производственных исследованиях, а результатом моделирования являются количественные закономерности износа от различных входных параметров [105,41].
Суть данного подхода заключается в выявлении основных факторов, влияющих на процесс износа и установлении аналитического выражения зависимости выходного параметра у от определяющих его факторов [xi,x2,...,Xj,...,хк J, т.е. необходимо найти функцию:
Функция наилучшим образом воспроизводит эмпирические данные зависимой переменной у и раскрывает характер и степень влияния аргументов на функцию.
Проведенный анализ существующих подходов к моделированию износа показал, что:- феноменологические модели типа (2.14) для описания влияния коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна не пригодны, т.к. не в состоянии оценить влияние структуры материала на износ. В данных моделях отсутствуют структурные характеристики материала; - использовать кинетическую теорию к описанию износа, как поверхностного разрушения, преждевременно ввиду неясности определения и физического смысла параметров, входящих в модель (2.15);- механика трещин применима только для однородных материалов и учесть с ее помощью кинематическую характеристику - скорость практически невозможно.
Таким образом, для исследования влияния коэффициента формы (Кф) шлифовального зерна на работоспособность лепестковых шлифовальных кругов с учётом структурных характеристик материала, скорости резания, температуры, времени и многих других факторов можно и целесообразно применить метод стохастического моделирования.
Экспериментальный вибрационный сепаратор
Учитывая то, что вибрационные сепараторы при простоте конструкции и легкости в эксплуатации обладают приемлемой производительностью и хорошим качеством рассева, на кафедре "МСиИ", КузГТУ, был спроектирован и изготовлен опытный вибрационный сепаратор для сортировки абразивов по форме [60]. Сепаратор имеет следующие технические характеристики:
Плоская дека 1, являющаяся основным рабочим органом установки, на которой происходит разделение абразивного материала, закреплена на реактивной раме 2 посредством четырех пакетов рессор 3. Рессоры, изготовленные из термически обработанной пружинной стали, установлены относительно плоскости деки под углом 30 град., что обеспечивает направленные колебания деки. Изменяя количество пластин в пакетах, можно добиться необходимой жесткости крепления деки. Также предусмотрена возможность изменения рабочей длины пакетов рессор, влияющей на частоту собственных колебаний сепаратора. Реактивная рама, в свою очередь, установлена через виброизоляторы 4 на поворотной раме 5, соединенной с опорной рамой 6. С помощью подъемного механизма 7 производится регулировка продольного угла наклона деки. Вращением штурвала 8 изменяют высоту расположения деки, что и позволяет регулировать угол ее продольного наклона, который измеряется с помощью индикатора 9. Конструкция установки также предусматривает возможность поперечного наклона. Поворачивая винтовые опоры 10, добиваются наклона опорной рамы на требуемый угол за счет поворотных опор 11.
Величина поперечного наклона контролируется с помощью индикатора 12. Благодаря двойному наклону деки, сыпучий материал (абразив) распределяется на ней, образуя веер траекторий перемещающихся частиц.
Колебания деки обеспечивает дебалансный вибровозбудитель 13, установленный вместе с электродвигателем 14 на реактивной раме 2. Вибровозбудитель приводится в действие от регулируемого электродвигателя 14, снабженного регулировочным реостатом 15. Преимущество такого привода - возможность плавной регулировки частоты колебаний деки в пределах 0 - 1500 об/мин за счет изменения сопротивления реостата.
Основными конструктивными элементами вибровозбудителя являются два кулачка — дебалансные грузы. Дебалансы закрепляются на валу, вращающемся на шарикоподшипниковых опорах. При вращении дебалансов возникает возмущающее усилие, передаваемое реактивной раме. Один из кулачков пово рачивается на оси относительно другого неподвижного, благодаря чему регулируется величина возмущающего усилия вибровозбудителя (амплитуда колебаний). Например, если угол смещения между обоими кулачками равен нулю, то возмущающее усилие будет максимальным, а если угол равен 180 град., то возмущающее усилие окажется близким к нулю. Иными словами, амплитуда колебаний задается эксцентриситетом расположения массы дебалансов, т.е. расстоянием от центра тяжести до оси вращения.
Получаемая от вибровозбудителя вибрация передается на реактивную раму, та, в свою очередь, передает возмущающее усилие через пакет рессор непосредственно на деку, что и приводит в движение частицы абразивного материала.
На деку исходный материал поступает через независимый питатель-дозатор 16, установленный непосредственно над декой. Отсортированные по форме абразивные частицы попадают в соответствующую им ячейку для сбора материала через воронки-приемники 17.
Вибросепаратор работает следующим образом.Узкоклассифицированный по крупности абразив, подлежащий сепарации, равномерно поступает на вибрирующую деку из питателя-дозатора. Под воздействием направленных колебаний, вызываемых вибровозбудителем, а также в результате действия сил собственной тяжести и трения, происходит передвижение абразивных зерен по плоскости деки. Менее шероховатые частицы округлой формы, так называемые изометрические зерна, скатываются вниз по плоскости в соответствующие ячейки-приемники. Зерна промежуточной формы перемещаются преимущественно в поперечном направлении и собираются в боковых ячейках. Плоские и игольчатые зерна поднимаются вверх по наклонной плоскости и попадают в верхние воронки-приемники.
Проведенные испытания на спроектированной установке позволили выявить следующие закономерности. При сепарации абразивов крупных зерни-стостей целесообразно работать при относительно малой частоте и большой амплитуде колебаний деки, а при сепарации мелких абразивов лучшие показа
Конструкция опытных лепестковых кругов из зерен с контро лируемой формой
Для изготовления опытных образцов шлифовальной шкурки в соответствии с требованиями ГОСТ 5009-82 (шкурка шлифовальная тканевая) [38] в качестве основы применялась хлопчатобумажная ткань саржа суровая марки РС-1 производства ЗАО НХЛК (Новосибирская хлопко-льняная компания).
Данный тип ткани удовлетворяет требованиям ГОСТ 3357-72 и успешно применяется на Челябинском заводе шлифизделий "Росси" (ЧАЗ) в качестве тканевой основы при производстве шлифовальной шкурки, из которой в свою очередь изготавливаются лепестковые круги. По паспортным данным саржа марки РС-1 обладает следующими характеристиками:
В качестве шлифовального материала применялся нормальный электрокорунд марки 13А производства ОАО "Юргинские абразивы".136 В качестве клеевой связки использовались пентафталевый алкидный лак марки ПФ-587, представляющий собой раствор алкидной смолы, модифицированной растительным маслом и дистиллированным растительным маслом в уайт-спирите (нефрасе С4-155/200) с добавлением сиккатива. Лак соответствует ТУ 6-21-0204538-3-90 и обладает следующими физико-химическими показателями:
Изготовление опытной партии экспериментальных лепестковых кругов КЛ 150x30x32 13А40Н [Кф] С2 А, на конструкцию которых получен патент РФ № 2240224, производилось в условиях кафедры "Металлорежущие станки и инструменты", КузГТУ, Экспериментальные лепестковые круги выполнены из шкурки, содержащей отсортированные по форме абразивные зерна, которые упорядоченно расположены относительно основы лепестка. На рис, 4Л5, а показан общий вид лепесткового круга, а на рис. 4.15, б — конструкция лепестка из ориентированных зерен с контролируемой формой.
Лепестковый круг состоит из корпуса 1 (рис. 4.15, а) и набора лепестков 2 из шлифовальной шкурки на тканевой основе [89]. Лепестки, с целью повышения плотности упаковки, содержат участки безабразивного слоя 3 и участки с абразивным зерном 4. Шлифовальная шкурка, из которой выполнены лепестки, изготовлена с использованием абразивных зерен отсортированных по форме. Форма зерна выбиралась в зависимости от вида выполняемых работ. Например, для обдирочных черновых работ с большим съемом материала наиболее эффективны зерна игольчатой формы, а для чистовых работ предпочтительны округлые изометрические зерна. Отсортированные по форме зерна ориентированы перпендикулярно поверхности основы шлифовальной шкурки, из которой выполнен лепесток, с помощью электростатического поля по традиционной технологии.
Лепестки состоят из гибкой тканевой основы 5 (рис. 4.15, б), основного слоя связующего 6, закрепляющего слоя связующего 7 и ориентированных электростатическим способом абразивных зерен 8 определенной формы.
Преимущество представленной конструкции состоит в том, что за счет применения ориентированных зерен с заданной формой повышается производительность процесса шлифования и улучшается качество обрабатываемой поверхности.
Изготовление экспериментальных лепестковых кругов выполнялось по типовой технологической схеме на специально спроектированном оборудовании (см. раздел 4.2).--За исключением того, что в качестве абразивного материала использовались не стандартные, а классифицированные по форме шлифовальные зёрна нормального электрокорунда 13А40.
Исходя из требований повышения качества и производительности процесса шлифования лепестковыми кругами, большую перспективу может иметь проектирование новых конструкций кругов, состоящих из лепестков с зернами не только определенной формы, наиболее выгодной для данных условий обработки, но и определенным образом чередующимися лепестками с разной формой зерна, а также лепестками, у которых зерна в разной части имеют различный наклон по отношению к основе [61].
Задача подобного типа решена в данной работе и на нее получен патент № 2245240. На рис. 4.20 представлена конструкция такого лепесткового круга, который состоит из чередующихся друг за другом пакетов лепестков [88].
Лепестковый круг состоит из корпуса I (рис. 4.20, а) и закрепленных на нем лепестков II, выполненных из шлифовальной шкурки на тканевой основе и образующих рабочую часть круга. Лепестки разделены на пакеты, которые по периметру круга образуют равные по протяженности участки, переходящие один в другой, с лепестками из игольчатых зерен, промежуточных и изометри Рис. 4.20 Конструкция лепесткового круга: а) общий вид; б) конструкция лепестка из сегмента с зернами игольчатой формы; в) конструкция лепестка из сегмента с зернами промежуточной формы; г) конструкция лепестка из сегмента с зернами изометрической формы
[Патент № 2245240]В сегменте 1 (рис, 4.20, б) с целью увеличения съема материала и повышения производительности процесса обработки целесообразно применять зерна игольчатой формы, причем зерна расположены под различным углом наклона относительно поверхности основы лепестка от периферии круга к его центру. Например, у вершины лепестка зерна имеют угол наклона 45, в центральной части лепестка зерна наклонены под углом 70 и у основания лепестка зерна ориентированы под углом 90.
В сегменте 2 (рис. 4.20, в) зерна имеют промежуточную форму и ориентированы относительно поверхности основы лепестка аналогично зернам сегмента 1.Такая ориентация способствует более благоприятным условиям резания при изгибе лепестка во время контакта зерна с обрабатываемой поверхностью. Лепестковый круг является гибким инструментом и по мере износа его жесткость увеличивается от периферии к центру, тем самым, меняются условия работы зерен в худшую сторону. В предложенном техническом решении, зерна расположены наиболее оптимально и наилучшим образом работают в течение всего срока службы круга независимо от его износа.
В сегменте 3 (рис. 4.20, г) зерна имеют изометрическую форму, которая наиболее подходит для чистовой обработки с целью обеспечения лучшего качества обрабатываемой поверхности. Кроме того, применение в круге зерен различной формы позволяет рационально использовать весь спектр продуктов рассева абразива, что приводит к безотходному производству и экономии ресурсов. Отсортированные по форме зерна ориентируют требуемым образом относительно поверхности основы шлифовальной шкурки, из которой выполнен лепесток, с помощью электростатического поля по традиционной технологии.
Достоинства данной конструкции заключаются в том, что рабочая поверхность лепесткового круга, выполнена из чередующихся пакетов лепестков, состоящих из зерен с заданной формой и различной ориентацией на поверхности основы лепестка. Эффективность процесса шлифования повышается за счет того, что:- пакет с зернами игольчатой и промежуточной формы увеличивает съем материала и, тем самым, повышает производительность процесса обработки;- пакет с зернами изометрической формы позволяет улучшить качество обрабатываемой поверхности;- применение в лепестковом круге чередующихся пакетов позволяет рационально использовать абразив;
Похожие диссертации на Повышение эффективности использования лепестковых шлифовальных кругов за счет зерен с контролируемой формой
