Исследование возможностей совершенствования абразивного инструмента

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2015 ISSN 2410-6070

УДК 621.9.06

И.Д. Соколова к.т.н., доцент Л.С. Беккель ассистент В.Ю. Потемкин студент

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Калуга, Российская Федерация

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО

ИНСТРУМЕНТА

Аннотация

В статье рассмотрены возможные направления решения проблемы повышения производительности и качества абразивной обработки. Для этого проведен анализ путей совершенствования абразивного инструмента. Абразивный инструмент состоит из большого числа беспорядочно расположенных частиц абразивного материала, соединенных между собой связующим материалом. Произвольная форма зерен и их хаотичное расположение в связке вносят существенный недостаток в данный вид обработки. Это приводит к большим колебаниям по форме и размерам образующихся частиц удаляемого материала, и возникает проблема получения поверхностей высокого класса чистоты. Для решения проблемы повышения производительности и качества обработки предлагается создать полноценную систему компьютерного моделирования. Объединив многолетний опыт при создании подобной системы на подобии PLM-систем, можно добиться качественного скачка в применении абразивных операций. Это позволит проводить испытания инструмента и снятия параметров в различных условиях эксплуатации.

Ключевые слова

Абразивный инструмент, хонингование, абразивно-притирочные пасты

К современному этапу развития производства предъявляются требования непрерывного повышения производительности и качества обработки при снижении себестоимости изготовления изделия, что подразумевает внедрение современных и наукоемких технологий. В настоящее время для описания различных технологических процессов широко используются методы компьютерного моделирования. Наиболее сложным для имитационного моделирования является процесс абразивной обработки из-за участия в процессе резания хаотично расположенных на рабочей поверхности инструмента большого количества зерен, имеющих различную форму.

Произвольная форма зерен и их хаотичное расположение в связке вносят существенный недостаток в данный вид обработки. Случайное расположение зёрен по ширине и по высоте приводит к большим колебаниям по форме и размерам образующихся частиц удаляемого материала: от вида стружки, подобной снятой твердосплавным резцом с заметными плоскостями сдвига до сфероидальных капель металла, расплавившегося вследствие высокой температуры процесса шлифования.

По этой причине возникает проблема получения поверхностей высокого класса чистоты. Например, при хонинговании отверстий гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания не допускается наличие глубоких рисок - царапин от абразивных зерен. Глубокие царапины являются концентраторами напряжений, возникающих во впадинах и приводящих к ускоренному разрушению поверхностного слоя и гильзы в целом. Поэтому в технологический процесс вводится дополнительная операция - притирка абразивными брусками из микропорошков.

Шероховатость обработанной поверхности при шлифовании может быть представлена в виде результирующего профиля, который получается в результате наложения большого количества элементарных профилей. [1] Модель результирующего профиля, который является реализацией шероховатости

обрабатываемой поверхности, можно построить по одному элементарному режущему профилю.

85

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2015 ISSN 2410-6070

Для улучшения технологических возможностей абразивного инструмента возникает необходимость контроля и подбора абразивных зерен. Рассмотрим данный подход при изготовлении притирочной пасты.

Абразивно-притирочные пасты представляют собой смесь абразивных зерен с наполнителями. [2] Произвольная форма зерен формирует у них хаотичную и неупорядоченную геометрию, что не позволяет достичь максимальной работоспособности изготавливаемых из них паст, т.к. возникает значительная дифференциация в эффективности работы каждого отдельного зерна. Многие зерна из-за неблагоприятной геометрии либо вообще не участвуют в совокупном процессе микрорезания, либо участвуют в нем минимально. В итоге у паст с произвольной формой зерен не достигается максимальная интенсивность съема металла и снижается качество обрабатываемой поверхности.

Одинаковость и упорядоченность зерен достигается за счет сепарации исходной массы обычного абразива на ряд фракций по признаку формы. Аналогичный результат может быть также получен путем изготовления зерен с заданной формой по технологиям, подобным производству сферо- и формокорундов.

Для определения оптимальных геометрических параметров инструмента и обработки в целом необходимо применять методы компьютерного моделирования.

Процесс имитационного моделирования параметров метода шлифования и абразивного инструмента требует использования сложного математического аппарата. При использовании исследователями натурных экспериментов и логических умозаключений возникали сложности при описании моделей из-за малых размеров и неправильной формы абразивных и алмазных зерен, их случайной ориентации и расположении в круге. Абразивное зерно имеет сложную уникальную геометрическую форму, поэтому в процессе моделирования его форма подвергается упрощению и представляется в виде цилиндра, шара, конуса, усеченного конуса, куба, эллипсоида, прямоугольного параллелепипеда.

В настоящее время созданы математические модели расположения зерен в поверхностном слое инструмента с помощью использования российского программного комплекса T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM, содержащего систему трехмерного твердотельного моделирования T-FLEX CAD и встроенный в нее модуль динамического анализа T-FLEX Динамика (CAE). [3] Совместно они образуют единый комплекс T-FLEX CAD/CAE. Для упрощения в компьютерном эксперименте при создании 3D модели насыпки зерен в пресс-форму для спекания шлифовального круга была принята сфера в качестве профиля абразивного зерна.

Но, с математической точки зрения, модель абразивного зерна, выполненная в форме эллипсоида, имеет наибольший коэффициент заполнения пространственной формы зерна, так как она более точно соответствует реальной форме зерна. [4]

Для двухмерного моделирования рабочей поверхности инструмента и получения профиля обрабатываемой поверхности абразивное зерно рекомендуется принять в виде эллипса. При трехмерном моделировании профиль зерна необходимо представлять в виде трехосного эллипсоида.

Для повышения качества обработанной поверхности при шлифовании предлагается применять вибрационную правку абразивного круга путем наложения на инструмент дополнительных механических колебаний ультразвуковой частоты. [5] Имитационная модель процесса обработки была построена с использованием MATLAB. Профиль объемно-разрушенных зерен с острыми кромками представлен в виде конуса, остальных зерен - в виде сферы.

Оценка адекватности модели приводит к выводу о возможности управления параметром шероховатости обработанной поверхности в условиях автоматизированного производства. [5]

Вывод. Для повышения производительности и качества обработки необходимо создать полноценную систему компьютерного моделирования. Объединив многолетний опыт при создании подобной системы на подобии PLM-систем, можно добиться качественного скачка в применении абразивных операций. Это позволит создавать модели оптимальных характеристик процесса шлифования и проводить испытания инструмента и снятия параметров в различных условиях эксплуатации.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2015 ISSN 2410-6070

Список использованной литературы

1. Носенко В.А., Федотов Е.В., Морозова Л.К. Методика расчета распределения вершин зерен на рабочей поверхности шлифовального круга по профилограммам шероховатости обработанной поверхности [Электронный ресурс] / В.А. Носенко, Е.В. Федотов, Л.К. Морозова // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2013. - № 20 (123), т. 10.

2. Коротков А.Н., Видин Д.В., Филиппов А.С. Применение абразивно-притирочных паст с контролируемой формой зерен для различных схем притирки деталей [Электронный ресурс] / А.Н. Коротков, Д.В. Видин, А.С. Филиппов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2014. - № 2/102.

3. Агапова Н.В., Рохин Л.В., Сычугов А.Н. Исследование поверхностного слоя шлифовальных кругов с помощью единого комплекса T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM [Электронный ресурс] / Н.В. Агапова, Л.В. Рохин, А.Н. Сычугов // САПР и графика. - 2009. - №9.

4. Илларионова А.С., Слепченко Е.В. Выбор геометрической формы абразивных зерен при компьютерном моделировании процесса шлифования [Электронный ресурс] / А.С. Илларионова, Е.В. Слепченко //Современные наукоемкие технологии. - 2013. - № 8/1.

5. Малышев В.И., Попов А.Н. Имитационная модель процесса шлифования с вибрационной правкой шлифовального круга[Электронный ресурс] / В.И. Малышев, А.Н. Попов //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2010. - № 4/4 /т.12.

© И.Д. Соколова, Л.С. Беккель, В.Ю. Потемкин, 2015

УДК 355.716

А.В.Трофимов

Научный сотрудник, ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)),

Москва, РФ, lesha.trofimov.80@bk.ru

ФАКТОРЫ ЧС И ПЕРЕМЕННЫЕ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РАЗВЁРТЫВАНИЯ ПУНКТОВ ВРЕМЕННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ПОСТРАДАВШЕГО НАСЕЛЕНИЯ

Аннотация

В работе рассмотрены факторы выбора состава оборудования палаточного городка.

Ключевые слова

Чрезвычайная ситуация, состав оборудования, технологии развертывания пунктов временного размещения пострадавшего населения (ПВР).

В целях решения задач научно-методического обеспечения оценки и управления силами и средствами при ЧС разработан способ оценки факторов чрезвычайных ситуаций, влияющих на состав оборудования и технологию развёртывания ПВР. Из факторов, которые определяют состав оборудования [1,с.9; 2,с.17; 3,с.21; 4,с.15], и технологию развертывания основными и наиболее значимыми будут: «Предполагаемая (прогнозируемая) продолжительность проживания населения» фактор 1; «Количество населения, которое требуется разместить в ПВР» фактор 2; «Природно-климатические условия» фактор 3; «Время начала проживания» фактор 4 (рис. 1).

Все остальные факторы будут влиять на основные факторы следующим образом: «Вид ЧС» фактор 5; «Интенсивность поражающих факторов, которые приводят к разрушению именно жилого фонда» фактор 6 и «Масштабы воздействия поражающих факторов» фактор 7 влияют на «Характер нарушения жилого фонда» фактор

87