Содержание к диссертации
Введение
Гланд 1. Анализ состояния вопроса. цели и задачи исследования
1.1. Анализ исследований по шлифованию хрупких неметаллических материалов 9
1.2. Анализ теории о механизме разрушения при шлифовании хрупких материалов связанным абразивом 14
1.3. Анализ исследований но изучению тепловых, контактных и ударно-вибрационных процессов при шлифовании 17
1.4. Современные инструменты для шлифования хрупких неметаллических материалов 27
1.4.1. Эластичные шлифовальные круги 28
1.4.2. Шлифовальные круги с виброгасителями 33
1.3. Анализ применения СОТС при шлифовании 49
1.3.1. Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при шлифовании 49
1.3.2. Гидродинамика жидких СОТС при прохождении через пространство вращающегося шлифовального круга 50
1.3.3. Технологическая эффективность применения СОТС, как -о элемента 52
Глава 2. Методика исследования эффективности технологического процесса торцового шлифования
2.1. Общая методика проведения экспериментов 61
2.2. Условия проведения экспериментов 62
2.3. Методика исследования ниброгасящей способности системы 71
2.3.1. Методика исследования интенсивности колебательных процессов рабочей части инструмента 72
2.3.2. Методика исследования временных характеристик вибрационных процессов 73
2.4. Методика исследования упругих и демпфирующих свойств СОТС 74
2.4,1. Методика исследования упругих свойств СОТС 74
2.4.2. Методика исследования демпфирующих свойств СОТС 75
2.5. іМетодика исследования параметров качества обработанной по верхности 76
2.5.1. Методика исследования шероховатости обработанной поверхности 77
2.5.2. Методика исследования глубины дефектного слоя обработанной поверхности 77
2.5.3. Методика исследования степени механической поврежденности обработанной поверхности 77
2.6. Методика исследования производительности процесса шлифования 78
2.7. Статистическая обработка результатов экспериментов 79
Глава 3, Разработка и теоретическое обоснование новой схемы и конструкции виброгасящей системы
3.1. Обоснование общих подходов к разработке технологическою процесса торцового шлифования хрупких материалов 86
3.2. Разработка схемы виброгасящей системы 87
3.3. Моделирование процесса шлифования с использованием СОТС в качестве элемента виброгасящей системы 91
3.4. Моделирование процесса торцового шлифования и разработка методики расчета конструктивно-технологических параметров виброгасящей системы 106
3.4.1. Разработка методики расчета жесткости упругих элементов виброгасителя 107
3.4.2. Разработка методики расчета подъемной силы развиваемой слоем СО ГС 114
3.5. Разработка обобщенных математических моделей процесса торцового шлифования 121
Выводы 124
Глава 4. Экспериментальные исследования виброгасящей способности инструмента и эффективности процесса шлифования
4.1 Экспериментальное исследование упругих и демпфирующих свойств СОТС 125
4.1.1 Экспериментальное исследование упругих свойств СОТС 126
4.1.2 Экспериментальное исследование демпфирующих свойств СОТС. 129
4.2 Сравнительное экспериментальное исследование виброгасящей способности предложенной системы 130
4.3 Экспериментальное исследование эффективности разработанного процесса торцового шлифования хрупких материалов 136
4.3.1 Экспериментальное исследование качества обработанных поверхностен 136
4.3.2 Экспериментальное исследование производительности торцового шлифования 141
Выводы 143
Глава 5. Статистическая обработка результатов экспериментов. рациональный выбор конструктивно-технологических параметров шлифовального круга и режимов обработки
5.1. Выбор режимов шлифования и конструктивных параметров инструмента для получения заданной шероховатости обрабатываемой поверхности 146
5.2. Выбор режимов шлифования и конструктивных параметров инструмента для получения заданной глубины дефекшою слоя обрабатываемой поверхности 156
5.3. Выбор режимов шлифования и конструктивных параметров инструмента для получения заданного количества дефектов обрабатываемой поверхности 163
Глава 6. Практическое использование результатов исследований
6.1. Разработка и расчет инструментов входящих в состав виброї а-сящей системы 168
6.2. Разработка и расчет упругих элементов 173
6.3. Промышленное использование результатов исследований 176
Общие выводы и основные результаты 178
Список литературы 180
Приложение 190
- Анализ теории о механизме разрушения при шлифовании хрупких материалов связанным абразивом
- Методика исследования интенсивности колебательных процессов рабочей части инструмента
- Моделирование процесса шлифования с использованием СОТС в качестве элемента виброгасящей системы
- Сравнительное экспериментальное исследование виброгасящей способности предложенной системы
Введение к работе
Обеспечение высокого качества обработанных поверхностей при высокой производительности является одной из проблемных задач современной технолоіии механической обработки. Необходимость снижения себестоимости процессов еще более усложняет эту технолог и ческу ю задачу.
Особенно остро указанные вопросы стоят при обработке хрупких неметаллических материалов (ситаллов, керамики, неорганических оптических и технических стекол, и др.), доля использования которых при создании современных технических объектов постоянно увеличивается. В частности, они широко используются при изготовлении деталей типа «пластина» для подложек зеркал, светофильтров, миниатюрных печатных плат и др., применяемых в изделиях точного машиностроения и приборостроения.
Высокая твердость и хрупкость материалов этой группы делает задачу проведения эффективной механической обработки чрезвычайно сложной и обусловливает применение в основном технологических методов алмазно-абразивной обработки.
Хрупкие материалы характеризуются ярко выраженной технологической наследственностью. Их склонность к передаче дефектов (сколов, царапин, трещин) от одной технологической операции к другой и выявление ряда этих дефектов только на финишных операциях обусловливает возникновение неисправимого брака и увеличение себестоимости изготовления деталей. Высокая стоимость этих материалов обусловливает необходимость проведения всей последовательности технологических операций абразивной обработки от предварительного шлифования до полирования с минимально возможным механическим повреждением обработанной поверхности, с минимально возможными припусками и проценте неисправимого брака.
Формирование и зарождение дефектов на начальных этапах технологического процесса указывают на актуальность разработки научных
6 и технических решений, позволяющих обеспечить высокое качество предварительного шлифования при высокой производительности.
Доля использования торцового шлифования в технологических процессах механической обработки деталей типа «пластина» из хрупких неметаллических материалов достаточно велика. Это объясняется тем, что исполнительными поверхностями этой группы деталей, в большинстве случаев, являются прецизионные плоские поверхности, а также сферические (с большим радиусом сферы).
В целях повышения производительности широко используется скоростное торцовое шлифование (при скорости шлифования более 30 м/с) с применением инструмента на металлической связке, оснащенного прерывистой рабочей частью. При таких условиях шлифованию сопутствуют интенсивные вибрационные процессы в зоне инструмент-заготовка. Это провоцирует рост дефектов слоя, а в некоторых случаях приводит к возникновению магистральных трещин и разрушению заготовки.
В работе проведен обзор литературных источников по вопросу повышения эффективности технологических процессов торцовог о шлифования за счет снижения интенсивности сопутствующих вибрационных процессов. Анализируются применяемые конструкторские и технологические решения, используемые при торцовом шлифовании заготовок из хрупких материалов с целью снижения вибраций. Показан большой вклад отечественных ученых Ардамацкого А.Л., Бердичевского Е.Г., Грановского Г.Н., Дадасва С.Г., Евсеева Д.Г., Королева А.В., Мартынова А.Н., Маслова Е.Н., Перерозина М.А., Полянского, Пташникова B.C., Рогова В.В., Рыжова Э.В., Рыкунова П.С., Семибратова М.Н., Силина С.С., Старкова В.К., Суслова А.Г., Филимонова Л.П., Хрулькова В.А., Худобина Л.В., Якимова А.В., Ящерицына П.И. и др. в развитие теории и технологии абразивной обработки различных материалов, в том числе хрупких неметаллических, а также гидродинамических процессов и
рационально! о использования при этом смазывающе-охлаждающих технологических средств(СОТС).
Отмечается, что торцовое шлифование является одной из важных операций технологического процесса, определяющей качество поверхностей заготовок из хрупких неметаллических материалов, на которое в значительной степени влияют сопутствующие вибрации, передаваемые через инструмент к заготовке. При этом установлено, что одним из способов повышения эффективности и качества процесса абразивного торцового шлифования является применение устройств оснащенных виброгасителями. Применяемые при шлифовании СОТС используются в основном для отведения тепла из зоны резания. В тоже время, практика показывает, что преобладающая часть СОТС находящаяся в зоне контакта инструмента с заготовкой обладает виброгасящими свойствами.
Опыт производственной практики показывает, что применяемые при реализации процессов скоростного торцового шлифования хрупких неметаллических материалов методы борьбы с вибрациями недостаточно эффективны. Снижение вибронапряженности за счет повышения жесткости оборудования и технологического оснащения значительно повышает их материалоемкость. Более перспективными с этих позиций является использование специальных инструментов с виброгасителями.
Теоретический анализ показал, что с целью снижения интенсивности колебательных процессов при торцовом шлифовании, возможно использовать упругие свойства жидких СОТС. Применение специальных шлифовальных кругов, оснащенных рабочей частью специальной конструкции, позволяет использовать жидкие СОТС в качестве дополнительного виброгасящего элемента. Это позволяет также обеспечить стабильность свойств СОТС, а также управлять процессом виброгашения.
Использование СОТС в качестве элемента виброгасящей системы позволяет повысить качество и производительность торцового шлифования хрупких неметаллических материалов.
Предметом исследования данной работы является повышение эффективности (качества и производительности) торцового шлифования хрупких неметаллических материалов. Данная задача решается на основе проведения комплексных теоретических и экспериментальных исследований процесса торцового шлифования хрупких неметаллических материалов, сопутствующих ему гидродинамических и других физических процессов с применением новых схем и конструкций специального шлифовального инструмента.
Это позволяет:
- за счет использования в качестве одного из элементов виброгасящей
системы жидких СОТС обеспечить эффективное гашение вибраций при
шлифовании и повысить качество обработанной поверхности;
- за счет повышения качества поверхностного слоя на этапе
предварительного шлифования хрупких неметаллических материалов
уменьшить величину припуска, удаляемого на финишных операциях,
сократить длительность технологического процесса изготовления и
увеличить процент годных деталей;
- за счет повышения виброустойчивости технологической системы при использовании жидких СОТС в качестве дополнительною виброгасящего элемента повысить производительность процесса шлифования;
Решение указанных задач позволяет повысить эффективность торцової о шлифования хрупких неметаллических материалов.
Анализ теории о механизме разрушения при шлифовании хрупких материалов связанным абразивом
Обработка стекла связанным абразивом получила особенно широкое применение после освоения массового производства синтетических алмазов. Это позволило наладить выпуск высокопроизводительных алмазных шлифовальных кругов, в которых большое количество абразивных зерен жестко закреплены в теле инструмента с помощью связки. При обработке стекла воздействие шлифовального круга на заготовку представляет собой процесс хрупкого разрушения, которое происходит в результате царапающего воздействия закрепленных абразивных зерен. Режущая кромка зерна вступает в контакт со стеклом, оказывая силовое воздействие в направлении векторов скорости резания и подачи.
Меньшая степень механической поврежденности обрабатываемой поверхности определяет тенденцию к более широкому применению шлифования хрупких неметаллических дорогостоящих материалов (оптических кварцевых стекол, кронов, флинтов и кронфлинтов, ситаллов и д.р.) связанным абразивом.
Таким образом, шлифование стекла связанным абразивом - это процесс скоростного микроцарапания обрабатываемой поверхности совокупностью единичных алмазных зерен, распределенных по всей рабочей поверхностей инструмента [2S].
Данная точка зрения является наиболее распространенной во многих исследованиях, хотя и имеются некоторые разногласия по вопросу самого механизма разрушения хрупкого материала, например, стекла отдельным абразивным зерном.
Позднее в связи с широким внедрением абразивной обработки таких материалов как керамика, ситаллы, германий, кремний, появился ряд работ но исследованию механизмов разрушения этих материалов при шлифовании [54,65].
В процесс шлифования связанным абразивом быстро движущееся и жестко закрепленное в инструменте абразивное зерно при врезании в стекло образует трещины, опережающие движение зерна. В результате на хрупком стекле каждое абразивное зерно образует неправильной формы микроскопический скол и расходящиеся в разных направлениях трещины (рис. 1.4). Наличие большою количества абразивных зерен на рабочей части инструмента вызывает образование многочисленных сколов и технологически управляемый износ обрабатываемой поверхности стекла,
Каждое абразивное зерно работает некоторое время, а после его затупления вырывается из связки, которая срабатывается, после чего открываются новые абразивные зерна, производящие указанную работу.
Шлифованная поверхность состоит из двух слоев. Поверхностный рельефный матовый слой образуется выступами и сколами в виде раковин. Внутренний трещиноватый слой образуется продолжением трещин в глубь стекла. Отношение глубины сколов к толщине поврежденного трещиноватого слоя составляет около от 1:2,5 до 1:4 и более в зависимости от вида связки и тепловых воздействий в зоне обработки, величины абразивных зерен, их расположения и метода закрепления в связке, формы рабочей части шлифовального круга, режимов обработки, подачи и марки СОТС, а также вибрационных процессов протекающих в зоне контакта инструмента с заготовкой. Рис. 1.4 Схема образования трещин в стекле при вдавливании абразивного зерна: 1 - трещина радиальная; 2 - центральная лунка; 3 - трещина конусная; 4 - закол раковистый Общая толщина рельефного и трещиноватого слоев, образующих вместе разрушенный или поврежденный слой зависит от зернистости абразивных зерен, их расположения и метода закрепления в связке, тепловых, контактных и ударно-вибрационных процессов при шлифовании, а также ряда других причин. При шлифовании стекла на его поверхности образуются точки и царапины. Для ликвидации этих дефектов требуется назначение дополнительных припусков под повторное шлифование и более длительное полирование, в результате чего увеличивается себестоимость деталей.
На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что независимо от характера разрушения материала закономерности любою процесса шлифования характеризуются условиями работы и метода закрепления в связке единичного абразивного зерна, его контакта с обрабатываемой поверхностью под воздействием ударно-вибрационных и тепловых процессов, сопровождающих шлифование с учетом упругодсмпфируюших свойств СОТС. Следовательно, исследования эффективности процесса шлифования (формирования параметров качества поверхностного слоя при обработке стекол и ее производительности) комбинированными шлифовальными кругами необходимо производить в зависимости от характера распределения режущих зерен на поверхности абразивного круга и условий их работы в процессе шлифования, сопровождаемого интенсивными гидродинамическими воздействиями СОТС.
При шлифовании на качество обрабатываемых поверхностей оказывает решающее влияние выбор тою или иного технологическго метода и сопутствующие ему вибрационные, силовые, тепловые, адгезионные и другие физические процессы. Но также данные процессы положительно влияют на производительность шлифования, которая характеризуется объемом сошлифонанною материала за единицу времени. Поэтому повышение эффективности процесса шлифования является двойственной задачей, при решении которой необходимо привести к максимальному значению два взаимоисключающих для стекла показателя эффективности -качество обрабатываемых поверхностей и производительность шлифования.
Одним из перспективных направлений в повышении эффективности процесса шлифования является применение новых методов обработки, таких как безвибрационное шлифование круїами, оснащенными виброгасителями. Применение таких методов обработки возможно только при создании специального оборудования, станков и установок, оснащенных специальными приспособлениями, что несколько сдерживает их широкое применение.
Усовершенствование шлифовальных кругов за счет применения более прочных марок алмазов [74], металлизации алмазных зерен [56], изыскания новых эффективных составов связок [22] также позволило повысить эффективность процесса шлифования, так как в этом случае повышается износостойкость шлифовальных кругов и интенсивность геплоотвода из зоны обработки.
Упорядоченное и ориентированное расположение зерен способствует повышению режущей способности шлифовальных круюв [77,100]. Приводятся данные о том, что такими однослойными инструментами можно эффективно обрабатывать различные неметаллические материалы. Однако, ресурс таких круг ов чрезвычайно мал.
В работе [79] представлен теоретический материал, используя который в сочетании с результатами экспериментов [85,99] можно управлять тепловыми процессами при шлифовании, а значит и качеством поверхностного слоя детали. Однако реализация рекомендаций по управлению тепловым режимом шлифования заіотоиок из с текла и керамики сплошными шлифовальными кругами встречает ряд объективных трудностей [72]. В частности, существенное уменьшение скоростей резания, глубин и подач с целью снижения температур до безопасного уровня приводит к значительному снижению производительности. Кроме того, строгое выполнение назначенного режима часто невозможно из-за неизбежных отклонений вследствие дисбаланса шлифовальных кругов, колебаний припусков и многих других причин. В случае шлифования стекла более надежным средством снижения контактных температур служит прерывистое шлифование абразивным инструментом на металлической связке.
Методика исследования интенсивности колебательных процессов рабочей части инструмента
Амплитуда перемещений рабочей части инструмента измерялась при проведении виброиспытаний макета инструмента. Комплект аппаратуры для проведения этих испытаний представлен на рис.2.1. Экспериментальные исследования производились на испытательной установке. В качестве измерительных приборов использовались виброизмеритсльная аппаратура мод. ВИ6-5МАД и ПЭВМ. Измерение вибраций, создаваемых ударным молотком УМ-8202 производилось датчиками вибраций ДВ-ІВ. Датчики вибрации устанавливались на тарельчатом корпусе макета, а также на основании установки. Частота вращения корпуса макета 150...5700 мин", вертикальное увеличение при измерениях 1:5 тУ\дел. Вращение корпуса начиналось только после подачи СОТС и отрыва макета от основания.
Электрический сигнал от датчика вибраций ДВ-1В, установленного в вертикальной плоскости, на тарельчатом корпусе макета на расстоянии 150мм от среднего сечения макета инструмента через комплект виброизмерительной аппаратура мод. ВИ6-5МАД поступал на ПЭВМ, на экране которой графически отображалась зависимость виброперемещений макета инструмента от частоты и амплитуды колебаний, передаваемых ог ударного молотка УМ-8202 на рабочую часть макета инструмента. Контроль параметров колебаний на основании установки производился аналогично контролю параметров колебаний рабочей части макета инструмента с помощью датчика вибраций ДВ-ІВ, установленною в вертикальной плоскости на основании установки на расстоянии 400 мм от среднего сечения макета инструмента.
Временные характеристики измерялись при проведении виброиспытаний макета инструмента. Комплект аппаратуры для проведения этих испытаний представлен на рис.2.1. Экспериментальные исследования производились на испытательной установке. В качестве измерительных приборов использовались виброизмерительная аппаратура мод. ВИ6-5МАД и ПЭВМ. Измерение вибраций, создаваемых ударным молотком УМ -8202 производилось датчиками вибраций ДВ-1В. Датчики вибрации устанавливались на тарельчатом корпусе макета. Частота вращения корпуса макета 150...5700 мин"1, вертикальное увеличение при измерениях 1:5 тУ\цел. Вращение корпуса начиналось только после подачи СОТС и отрыва макета от основания.
Электрический сиінал от датчика вибраций ДВ-1В, установленного в вертикальной плоскости, на тарельчатом корпусе макета, на расстоянии 150 мм от среднего сечения макета инструмента, через комплект виброизмерительной аппаратуры мод. ВИ6-5МАД поступал на ПЭВМ, на экране которой графически отображалась осциллограмма колебательного процесса.
Логарифмический декремент колебаний рабочих частей инструментов определялся по формулс[23]:
В результате проведенных испытаний были получены значения характеристик перемещения рабочей части установки, позволяющие определить значение упругих свойств СОТС при воздействии на ее корпус переменной нагрузки.
В результате проведенных ударных испытаний были получены амплитудные характеристики затухающих колебаний, позволяющие определить значение логарифмического декремента колебаний рабочей части установки, характеризующего демпфирующую способность СОТС.
Экспериментальные исследования производились на установке (рис. 2.2) с использованием макета имитирующего рабочую часть шлифовального круга. В качестве измерительных приборов использовались виброизмерительная аппаратура мод. ВИ6-5МАД и ПЭВМ. Для создания изменяемого давления прижима применялся набор гирь общей массой от 1 до 4 кг, расход СОТС составил от 10 до 20 л/мин. Измерение перемещения рабочей части установки производилось датчиком перемещений ДП-3. Датчик перемещений ДП-3 устанавливался в вертикальной плоскости на платформе и корпусе установки. Измерение переменной силы осуществлялось динамометрическим датчиком ДЦМІВ-2, установленном на корпусе установки. Частота вращения корпуса макета 150...5700 мин"1, вертикальное увеличение при измерениях 1:5 пїУАдел. Вращение корпуса начиналось только после подачи СОТС и отрыва макета от основания.
Электрический сигнал от датчиков ДН-3 и ДДМВ-2, установленных в вертикальной плоскости на платформе и корпусе установки, через комплект виброизмерительной аппаратуры мод. ВИ6-5МАД поступал на ПЭВМ, на экране которой графически отображалась зависимость перемещения корпуса установки от изменения силы, а также расхода соте.
Экспериментальные исследования производились на установке (рис. 2.2) с использованием макета имитирующего рабочую часть шлифовального круга. В качестве измерительных приборов использовались виброизмеритсльная аппаратура мод. ВИ6-5МАД и ПЭВМ. В качестве вибровозбудителя использовался ударный молоток УМ-8202, установленный на сборном корпусе. Измерение вибраций производилось датчиком вибраций ДВ-1В. Датчик вибрации устанавливался в вертикальной плоскости на основании установки, на расстоянии 400 мм от среднего сечения макета инструмента. Частота корпуса макета 150...5700 мин"1, вертикальное увеличение при измерениях 1:5 тУ\дел. Вращение корпуса начиналось только после подачи СОТС 10...20 л/мин и отрыва макета от основания.
Моделирование процесса шлифования с использованием СОТС в качестве элемента виброгасящей системы
Для оценки преимуществ процесса торцового шлифования с применением предлагаемой виброгасящсй системы, в состав которой входят шлифовальный инструмент, оснащенный двухкаскадным виброгасителсм, и слой СОТС, находящийся в зоне контакта инструмента с заготовкой, проведем моделирование протекающих в зоне обработки вибрационных процессов.
Для анализа процесса взаимодействия рабочего слоя инструмента с поверхностью обрабатываемой заготовки в данном случае целесообразно использовать аппарат теоретической механики, в частности элементы теории малых колебаний [44,59,78,81].
Для анализа колебательного процесса механическую систему гашения вибраций представим следующим образом (рис.3.3).
При решении задачи о передаче продольных механических колебаний характеризуемое перемещением в вертикальном направлении и с амплитудой Аз и круговой частотой со от станка через шлифовальный круг, закрепленный в шпинделе, а также слой СОТС на обрабатываемую поверхность, схема рассматриваемой виброгасящей системы может быть сведена к механической колебательной системе (рис 3.3) с двумя степенями свободы, то есть перемещениями в вертикальном направлении л / и х2, характеризующими пространственные колебания масс т и Мсоответственно.
В общем случае массы М и т совершают пространственные колебания с амплитудами А2 и Л/ соответственно под воздействием кинематическою возбуждения «(/), определяемого в простейшем случае выражением [90]: где Аз - амплитуда перемещения, вызывающей колебания инструмента, м; (У - круювая частота вынужденной вибрации, вызывающей колебания инструмента, рад/с; t - время, с;
Упругие связи С], с2, и Сз с демпферами hh h2 и h3 удерживают массы М и т по всем шести координатам. В рабочем режиме, когда на обрабатываемую поверхность воздействуют абразивные сегменты, можно рассматривать схему однонаправленных колебаний масс М и т, описываемых системой дифференциальных уравнений:
Решим полученную систему уравнений одним из математических методов - с помощью преобразования Лапласа, без применения которою решение указанных уравнений с целью определения колебательного поведения виброгасящей системы, затруднено. Операторы Лапласа, при помощи которых будет решаться задача о передаче продольных механических колебаний от шпинделя к заготовке, связывают зависимость от времени перемещения масс Ми т, удерживаемых упруїими связями с;, с2, и с3 с демпферами hh h2 и h с зависимостью тех же перемещений от комплексного параметра Р. Операторы Лапласа определятся по формулам: где x,(0)j л ,(0) и х", (0) - амплитуды перемещений Л„ скорости v, и ускорения а„ характеризующие колебательное поведение виброгасящей системы. Используя формулы (3.2-3.4) представим систему уравнений (3.1) через преобразования Лапласа, что в дальнейшем позволит определить колебательное поведение предложенной виброгасящей системы: Для решения системы уравнений (3.5) с целью конечного решения поставленной задачи о передаче продольных механических колебаний от шпинделя к заготовке необходимо найти: xi(p), х2(р) и функцию Wxiu{p) определяемую выражением Чтобы решить задачу о передаче продольных механических колебаний характеризуемых перемещением в вертикальном направлении и с амплитудой А3 и круювой частотой со от станка через нишфовальный круг, закрепленный в шпинделе, а также слой СОТС на обрабатываемую поверхность, необходимо найти функцию Wxiu(Jco)
Сравнительное экспериментальное исследование виброгасящей способности предложенной системы
Дня оценки виброгасящей способности разработанных сборных шлифовальных кругов при использовании СОТС в качестве дополнительного виброгасящего элемента были проведены сравнительные натурные вибрационные и ударные испытания образцов инструментов (рис.6.1, рис.6.2), а также виброустойчивых инструментов без спиральных канавок на рабочей части. В результате проведенных испытаний по методикам, описанным в главе 2, были измерены амплитуды перемещений рабочих частей инструментов при гармоническом воздействии вынуждающей силы, и скорость затухания колебательного процесса при ударном воздействии.
С целью обеспечения возможности сравнения колебательных процессов в зависимости от используемой настройки виброгасителя исследовался один типоразмер инструментов с диаметром рабочей части 200 мм, упругие элементы которых были выполнены из термообработанной стали марки 60С2ВА, с применением в качестве СОТС Аквол - 10 (6-8%).
Амплитудно-частотные характеристики исследуемых колебательных процессов при различных значениях конструктивных параметров виброгасителей были записаны в виде графиков и диаграмм.
Вибрационные испытания инструмента, входящего в состав виброгасящей системы, оснащенного двухкаскадным виброгасителсм, проводились при различных значениях жесткостей упругих элементов обоих каскадов с\ wc2, при различных значениях коэффициентов демпфирования hi и 1ъ упругих элементов обоих каскадов и различных значениях промежуточной массы т. Масса корпуса М, а также его жесткость с3 и коэффициент демпфирования h3 были приняты постоянными.
Для виброустойчивого инструмента без спиральных канавок на рабочей части значения с2, с3 , h2 , h3 , т и М варьировались как и у инструмента, входящего в состав виброгасящей системы.
При этом упругим элементам инструмента были заданы расчетные жесткость и демпфирующая способность (с;=2,4-10 4 Н/м, h} = 3,29; с2=1,2 10 Н/м, h2 =0). Значение промежуточной массы т варьировалось в пределах от 0,3 до 1кг. Масса промежуточной шш і формы с закрепленным корпусом Ы а также его жесткость с3 и коэффициент его демпфирования h3 были приняты постоянными (М= Зкг; с3= 1,2-101 Н/м; h3 -0). На рис. 4.4 приведены амплитудно-частотные характеристики виброгасящей системы «инструмент-СОТС» и виброустойчивою инструмента без спиральных канавок на рабочей части. Вибрационные испытания подтвердили сложность колебательного поведения виброустойчивою инструмента с рабочей частью без спиральных канавок, что затрудняет его точную настройку. Для инструмента, оснащенного рабочей частью со спиральными канавками в первой межрезонансной зоне, существует достаточно протяженная область скоростей, где наблюдается резкое снижение интенсивности вибрационных процессов. На рис 4.5 изображены графики зависимости амплитудно-частотной характеристики виброгасящей системы в зависимости от изменения упругих свойств слоя СОТС. Для более точного исследования колебательного поведения виброгасящей системы «инструмент-СОТС» проведено его исследование при изменении промежуточной массы т от 0,1кг до 1кг. На рис 4.6 изображена диаграмма амплитудно-частотной характеристики виброгасящей системы при изменении промежуточной массы т. Анализ экспериментально полученных амплитудно-частотных характеристик виброгасящей системы «инструмент-СОТС» позволил произвести оценку ее виброгасящей способности при различных значениях жесткости слоя СО ГС Cj и промежуточной массы т в исследуемом диапазоне угловых скоростей. Характер изменения кривых указывает на то, что предлагаемая виброгасящая система может эффективно использоваться при высоких скоростях шлифования, которые соответствуют первой межрезонансной зоне работы инструмента. Во второй межрезонансной, а также в зарезонансной зонах абсолютные значения амплитуд рабочей части инструмента А; превышают значения задающей амплитуды Аз. В дорезонансной зоне процесс шлифования будет осуществляться на низких скоростях резания шлифования, которые характеризуются крайне низкой производительностью обработки. Проведенные исследования позволили определить частотные диапазоны, характеризуемые резонансными состояниями системы, и подтвердили адекватность разработанной математической модели колебательных процессов. Исследование временных характеристик колебательных процессов при шлифовании проводилось на основе ударных испытаний. При этом использовалась специальная серийно выпускаемая аппаратура, применяемая в данном случае для получения осциллограмм свободных затухающих колебаний механических систем исследуемых инструментов. Были проведены сравнительные ударные испытания инструмента, оснащенного рабочей частью со спиральными канавками, а также виброустойчивого инструмента без спиральных канавок на рабочей части, виброгасители которых имели одинаковую жесткость 10,8-104 ІІ/м в продольном направлении.
