WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во второй главе выполнен кинематический анализ перемещений вершины зуба фрезы 1, диаметра D (рис. 1) при сообщении ей совместно вращения вокруг к оси Оо, с частотой, и радиальных, принудительных колебаний, с частотой, с к амплитудой А, осуществляемое при вращении эксцентрика 2 с частотой относительно точки Оэ. Траектория перемещения вершины зуба формируется в результате сложения трех движений: главного движения резания Dr в виде равномерного вращения фрезы с частотой, равномерного движения подачи Ds1 c подачей S, м/с, и колебательного движения подачи в радиальном направлении осуществляемое вращательным движением эксцентрика Ds2. Для перемещения вер шины зуба в координатах ху, фрезеруемого материала получена зависимость x=D/2 sin t+A·sin к t, (2.1) y=S t+D/2 cos t+A·cosк t, (2.2) где t – время, с.

Рис. 1. Схема формообразования элемента стружки при вибрационном фрезеровании Исходя из этого, было определено условие прерывистого резания, гарантирующее отделение элементов стружки (рис. 2), и соответственно минимальная амплитуда, обеспечивающая пересечение предыдущей и последующей траекторий:

S А, Z sin(к /) где Z – число зубьев. Соблюдение этого условия гарантирует отделение элементов стружки. При этом выявлено, что при отношении к/ = c – целому числу предыдущая и последующая траектории перемещения вершины зуба в обрабатывае мом материале не пересекаются при сколь угодно больших амплитудах колебаний, что не позволяет гарантировать отделение элементов стружки.

Рис. 2. Схема формирования элемента стружки Приняв допущение о дискретном характере перемещений вершины зуба в перерабатываемом материале, как последовательность m синусоидальных кривых с нулевыми линиями в виде окружностей расположенных с шагом 2S/сдвигом по фазе на каждом обороте 2i, приняв к/ = c+i, разработана модель формообразования срезаемых элементов стружки, представленная как текущее значение их толщины at (по оси у), которая будет определяться m–й и m–n–й кривой, в виде разности соответствующих координат ym и ym-n:

2 S at ym ymn n Acos кt 2 im cos кt 2 i(m n) где n – число траекторий формирующих срезаемый элемент Расчет траектории перемещения вершины режущего клина зуба и размеров профиля отделяемого элемента стружки в радиальной плоскости фрезы проведен при помощи разработанной компьютерной программы. Определены координаты точек пересечения А,В,С,D последующей и предыдущих траекторий (рис. 3) и соответственно линии, ограничивающие профиль отделяемых элементов в рабочей плоскости. Впоследствии вычислены линейные размеры dx и dy, а также величина a стороны квадрата описанного вокруг полученного сечения.

В процессе исследования на расчетной траектории были выявлены «петли» (рис. 4а), свидетельствующие о появлении участков траектории, на которых результирующее движение резания направленно противоположно главному движе- Рис. 3. Алгоритм компьютерного расчета а) б) Рис. 4. Схема кинематического изменения рабочих углов при вибрационном фрезеровании: а) формирование петель на траектории, б) схема изменения положения плоскости резания нию резания. Это обуславливает возможность получения элементной стружки неупорядоченного размера. Проанализировав этот процесс (рис. 4б), определены положения основной плоскости Рv и плоскости резания Рn при вибрационном перемещении режущей кромки. Выявлено отклонение плоскости резания в связи с наличием движения подачи со скоростью vsa и вибрационного перемещения со скоростью vвa, что ведет к кинематическому уменьшению заднего угла вплоть до 0, это обуславливает смену направления результирующего движения резания (противоположно Dr). Определено условие возникновения такого процесса резания:

A (D tg 2S), (мм), 2к где – задний угол.

Для выявления влияния свойств материала на параметры колебаний фрезы выполнен анализ их взаимодействия. Схема работы фрезы с материалом с коэффициентами вязких сопротивлений С показана в табл. 1. Для обеспечения высокочастотных (более 100 Гц) колебаний фрезы и высокой вынуждающей силы, используется способ (А.с. 1664412 С.Г. Лакирев, С.В Сергеев, Я.М. Хилькевич) возбуждения колебаний (табл. 1, п. 1) при взаимодействии торцев двух вращающихся фрез, закрепленных на упругих валах с жесткостью j. Колебания генерируются при взаимодействии двух вращающихся соосно фрез по их торцевым поверхностям, их центры перемещаются по круговой траектории в направлении, противоположном направлению вращения. Амплитуда и частота колебаний без учета влияния свойств обрабатываемого материала равны соответственно и к. При этом выявлено, что наиболее рационально управлять амплитудой и частотой колебаний фрез изменением осевой силы Рос их взаимодействия. Схема нагружения (табл. 1, п. 2) отражает взаимодействие одной фрезы массы m1 вращающейся с частотой 1 с измельчаемым материалом массой М, при этом вторая фреза представлена в виде сосредоточенной массы m2 и вращается с частотой. Определены перемещения колеблющейся массы в направлении осей х, у в установившемся режиме, амплитуда колебаний и угол сдвига фаз между ее перемещениями и смещениями фрезы. Рассмотренная схема представляет собой наиболее общий случай нагружения. В случае наличия жесткой связи между фрезой и перерабатываемым материалом процесс будет являться частным случаем рассмотренного выше, Таблица Расчет технологических параметров колебаний фрез с учетом влияния физических свойств материала 1 Схема самовозбуждения колеба- Частота колебаний:

ний фрез:

P Pjoc oc к L L 2 2 2 2mL 2 m L m (1 2);m m1 m2;

D 2 D L L1 LP F о с о с P Dк (1 2 ) const F Р ежущ и е кро м ки 2 Схема нагружения фрезы Уравнения перемещений:

а) общий случай:

x A cos кt x, x D S y Ay sin кt y, c k Амплитуда колебаний:

k 2 c c k 4 qк, Ax 2 2 2 4nxк px к qк A, б) для инерционного виброприy 2 4n2к p2 к y y вода:

y y' Сдвиг фазы C 2 y 2nxк arctg, k M 1 x 2 m 2 y k px к 2 x k x' 2 x x y arctg 2nyк, p2 к y x C C 2 x 1 2 x где nх, nу – приведенные коэффициенты k 2 y вязкости, рх, ру – собственные частоты коC 2 y лебаний на упругих элементах kх, kу, q – соотношение M / m.

вследствие наличия взаимосвязи между частотой и амплитудой колебаний фрез – 2Aк= D.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований.

y Первоначально исследована кинематика процесса при принудительном возбуждении колебаний фрезы. Основное внимание на этом этапе уделялось выявлению влияния амплитуды колебаний фрезы на процесс формообразования и размеры элементов стружки. В вибрационно-фрезерной установке (рис. 5), фрезе, помимо вращательного движения, сообщают колебания с амплитудой от 0 до 5мм и с частотой от 0 до 200 Гц.

Рис. 5. Вибрационно-фрезерная установка Для изменения амплитуды колебаний использовался набор сменных эксцентриков, посредством изменения частоты вращения его приводного электродвигателя изменялась частота колебаний фрезы. Траектория перемещений режущей кромки определялась по следу, полученному от неё на поверхности образцов и по размеру и профилю срезанных элементов стружки (табл. 2). Расхождения расчетных и фактически полученных значений размеров срезаемых элементов составляют не более 7 %. В ходе эксперимента фрезерованию подвергались металлы и пластмасс, с временным сопротивлением до 120 МПа, в частности алюминиевые и медные сплавы, термо- и реактопласты. Далее исследованы параметры колебаний фрезы при взаимодействии с технологическим материалом и разработана установка, моделирующая такое взаимодействие для одной фрезы. По осциллограммам построены графики зависимости амплитуды и частоты колебаний от физических свойств этого материала. Полученные экспериментальные данные соответствуют теоретическим предположениям, максимальная погрешность полученных результатов находится для различных измерений в диапазоне от 5 до 12 %.

На последнем этапе проведен производственный эксперимент на модернизированной установке в условиях завода «Агрегат» (г. Сим). Модернизации был Таблица Профиль полученных элементов стружки (A=2,4 мм) Расчетное Экспериментальное Образцы Алюминий 0,1м м 0,1м м Полистирол 0,05 м м 0,05м м подвергнут используемый на предприятии измельчитель отходов термопластов модели ИПР 150 (рис. 6). Были произведены расчеты параметров технологического процесса и элементов оборудования, подвергшихся модернизации, с целью обеспечения размера dx получаемых гранул. Это позволило управлять размерами полученных частиц в диапазоне от 3 до 7 мм при изменении силы взаимодействия пода ча м а т е р иал а ДД а) б) Рис. 6. Производственная установка: а) кинематическая схема:

1 – фрезы; 2 – упругая муфта; б) общий вид конических торцев фрез от 20 до 200 Н (рис. 7). В результате модернизации снизилось количество измельченных частиц, непригодных к использованию, на 25% и от общей массы составило не более 13%. Кроме того уменьшилось количество а) б) Рис. 7. Полученные образцы полиметилметакрилата: а) при Poc = 20 Н;

размер dx= 7 мм; б) при Poc = 50 Н; размер dx = 4 мм бракованных изделий получаемых из вторсырья с 3,5% до 0,4%.

В четвертой главе в основу методики проектирования технологической операции вибрационного фрезерования положены разработанные модели и результаты экспериментальных исследований закономерностей формообразования и размерной точности при наложении колебаний на фрезу, а также опыт обработки металлов и термопластов фрезерованием. Решение задачи управления процессом формообразования и соответственно размерами отделяемых элементов стружки осуществлено за счет управления амплитудой вынужденных колебаний фрезы. Обеспечение такого процесса возможно несложными технологическими приемами на модернизированном оборудовании. Новые приемы и технологические системы защищены патентом РФ [4]. С целью облегчения труда проектировщика разработано программное обеспечение расчета режимов операции вибрационного фрезерования для материалов используемых в промышленности (цветные металлы и пластмассы). Задавая исходные параметры, получаем необходимые данные о настройке оборудования (рис. 8). Для получения заданного гранулометрического состава материала необходимо произвести настройку станка в соответствии с полученными значениями силы взаимодействия торцев фрез и соответственно амплитуды и частоты их колебаний.

В пятой главе приведены результаты внедрения диссертационных исследований на производстве. В частности разработано и модернизировано оборудование для вибрационно-фрезерного измельчения вторсырья металлов с временным сопротивлением до 120 МПа, термо- и реактопластов с временным сопротивлением до 55 МПа, примеры которого приведены на рис. 9, 10 (ОАО «Златоустовский часовой завод»).

а) б) Рис. 8. Интерфейс разработанного программного пакета:

а) окно программы; б) рассчитанные траектории и отделяемый элемент стружки.

а) б) Рис. 9. Вибрационно-фрезерный Рис. 10. Отходы и измельченное станок вторсырье латуни Технология и оборудование для вибрационного фрезерования технологических материалов (металлов и их сплавов, композиционных материалов, а также пластмасс) внедрены на пяти предприятиях и в учебный процесс подготовки инженеров в филиалах ЮУрГУ в городах Златоусте и Усть-Катаве по специальностям 151001 «Технология машиностроения» и 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Для фрезерования с принудительными колебаниями инструмента, разработана частная геометро-кинематическая модель процесса формообразования срезаемых элементов стружки в виде уравнений траектории перемещения вершины зуба фрезы при вибрационном фрезеровании, на основе которой выявлено влияние параметров колебаний инструмента на этот процесс. Данная модель позволяет рассчитать траекторию перемещения вершины зуба и срезаемый профиль элементов стружки в зависимости от параметров колебаний фрезы.

2. На основе полученных уравнений:

– определено значение амплитуды колебаний, обеспечивающее гарантированное отделение одинаковых элементов стружки, которое уменьшается при приближении соотношения частоты колебаний и частоты вращения к величине кратной 0,5 и стремится к бесконечности если это соотношение равно целому числу;

– выявлено, что процесс упорядоченного получения элементной стружки требуемого размера ограничивается максимальным значением амплитуды, из-за смены направления результирующего движения резания инструмента. Это значение амплитуды обратно пропорционально частоте колебаний. При этом гарантированно обеспечивается отделение элементной мелкодисперсной стружки и это проявляется только тогда, когда направление вектора главного движения фрезы противоположно направлению результирующего вектора ее виброперемещения.

– доказано, что с увеличением предела прочности и модуля упругости обрабатываемого материала, при самовозбуждении колебаний фрез, размеры сечения элементов стружки уменьшаются.

3. Экспериментально подтверждены теоретические зависимости и условия, при которых обеспечиваются требуемые размеры элементов стружки, с учетом влияния свойств измельчаемого материала.

4. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработано новое устройство для вибрационного фрезерования отходов ме таллов и пластмасс, а также методика расчета технологических параметров процесса.

5. Устройство для вибрационного фрезерования бракованных деталей из металлов с пределом прочности до 120 МПа до размеров стружки 0,04…1,5 мм.

внедрено в промышленности, проведена модернизация серийного оборудования для измельчения термо- и реактопластов с пределом прочности до 55 МПа и получения размеров стружки 0,05…7 мм.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Издания из перечня Высшей аттестационной комиссии 1. Способ формирования элементов стружки при вибрационном фрезеровании отходов металлов и пластмасс. / С.В. Сергеев, Е.Н. Гордеев. // Металлообработка.

– С. Петербург: Изд-во «Политехника», 2009. – № 4. – С. 12–15.

2. Совершенствование процесса переработки отходов композиционных материалов на металлической основе. / С.В. Сергеев, Е.Н. Гордеев. // Безопасность в техносфере. – Москва: Изд-во «Русский журнал»,2009. – № 2. – С. 38–40.

3. Совершенствование технологии переработки отходов цветных металлов в качественное вторичное сырье. / С.В. Сергеев, Е. Н. Гордеев и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ, 2009. – Вып. 2. –С. 31–33.

4. Пат. 2213618 Российская Федерация, МПК7 7 В 02 С 19/00. Способ и устройство измельчения материалов / С.В. Сергеев, Е.Н. Гордеев и др. – № 2002102797/03; заявл. 31.01.02; опубл. 10.10.03, Бюл. № 28. – 56 с.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»