Оценка по КПД энергетической эффективности процесса глубинного шлифования абразивными кругами труднообрабатываемых материалов

УДК 621.92:621.43.018

ОЦЕНКА ПО КПД ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ АБРАЗИВНЫМИ КРУГАМИ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Evaluation of the Energy Effectiveness of the Deep Grinding Process ofHard-to-Make Materials with Abrasive Wheels Taking in Consideration of the Coefficient of Efficiency

Коршунов В.Я., д.т.н., профессор Korshunov V. Ya.

ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» 243365 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а

Bryansk State Agrarian University

Реферат. Для оценки энергетической эффективности процесса глубинного шлифования труднообрабатываемых материалов использовался термодинамический критерий - КПД, который показывает, какая часть работы шлифования идёт на разрушение объёма металла снимаемого с заготовки. Рассмотрена методика расчёта термодинамических параметров: удельной работы и коэффициента полезного действия. Анализ результатов исследований параметров абразивной обработки жаропрочного сплава ЖС6К показал довольно низкую энергетическую эффективность процесса шлифования сплава ЖС6К. Максимальное значение КПД всего 2%. На основе анализа экспериментальных данных и термодинамических параметров, полученных расчётным путём, даны рекомендации по выбору оптимальных характеристик абразивных кругов для глубинного шлифования труднообрабатываемого сплава ЖС6К.

Summary. To evaluate the energy effectiveness of the deep grinding process of hard-to-make materials, the thermodynamic criterion of efficiency was used, it showing what part of grinding goes on the volume destruction of the metal removed from the blank. The calculation technique of thermodynamic parameters, such as specific work and efficiency, is examined. The analysis of the research results of the parameters of abrasive treatment of the heat-resistant alloy ЖС6К showed rather low energy efficiency of the grinding process of the alloy ЖС6К. The maximum value of the efficiency was only 2%. On the basis of the analysis of the experimental data and thermodynamic parameters, obtained by calculation, the recommendations on the choice of the optimal characteristics of abrasive wheels for deep grinding of the hard-to-make alloy ЖС6К were given.

Ключевые слова: мощность, производительность, эффективность, удельная работа, коэффициент полезного действия.

Key words: capacity, productivity, effectiveness, specific work, coefficient of efficiency.

Введение. Постановка задачи. Одним из путей повышения производительности при абразивной обработке является внедрение в производство глубинного (силового) шлифования, которое в большинстве случаев более эффективно, чем обработка лезвийным инструментом, особенно при изготовлении деталей из жаропрочных и титановых сплавов, коррозионностойких, высоколегированных и инструментальных сталей [1-4]. Данный процесс шлифования представляет собой обработку со снятием больших припусков и малыми продольными подачами детали. Глубинное шлифование нашло применение при черновой обработке крупногабаритных отливок и поковок, а также при шлифовании глубоких канавок, шлицевых пазов и т.д.

Специфика глубинного шлифования предъявляет особые требования к оборудованию. Станки для глубинного шлифования должны быть виброустойчивыми. Иметь повышенную мощность главного привода, высокую статическую и динамическую жёсткость; особое значение придаётся охлаждению опор шпинделя для обеспечения постоянной температуры при его холостом вращении и под нагрузкой. Для внедрения в производство глубинного шлифования широко используются круги пористые, прерывистые, с композиционными вставками, а также различные связки с наполнителями. Однако следует отметить, что исследования энергетической эффективности использования данных кругов при глубинном шлифовании не проводились. На основе выше сказанного, была сформулирована задача данной работы: исследовать влияние типа и характеристики круга на энергетическую эффективность процесса глубинного шлифования деталей из жаропрочного сплава ЖС6К, используя термодинамический критерий КПД, и на основе полученных результатов, дать соответствующие рекомендации по выбору кругов.

Методика математической обработки экспериментальных данных. Для решения задачи были использованы экспериментальные данные. представленные в работе [1]. В процессе экспериментальных исследований шлифования на плоскошлифовальном станке образцов из жаропрочного сплава ЖС6К твёрдостью НУ 3200, применялись абразивные круги с разными характеристиками (таблица1), также изменялась скорость круга Ук (м/с). Другие технологические условия обработки: скорость детали, Уд = 0,4 (м/с); глубина шлифования, 1 = 4,97 (мм); поперечная подача, = 0,8 (мм/дв.ход) оставались постоянными в процессе проведения экспериментальных исследований. В процессе шлифования определялись: мощность обработки N (Вт), шероховатость поверхности Яа (мкм), износ круга и объём снятого материала детали за определённый период времени 1 (с). По полученным эмпирическим данным рассчитывались величина относительной стойкости абразивных кругов Qот и производительность обработки Уш (мм3/с). В качестве СОЖ использовали 2% - ный раствор Аквол-2, с расходом 40 л/мин. Энергетическая эффективность процесса шлифования оценивалась через термодинамический критерий - коэффициент полезного действия пш (%), который рассчитывался по формуле [5-7]

Пш ^100,%

где Дие1 - упругая энергия дефектов. накопленная в срезаемом слое детали при обработке, Дж/мм3; юш - удельная работа шлифования, Дж/мм3.

Значение Дие1 определялось по формуле [5]

ДИе1 = и* - Ио,

где И* - критическая плотность внутренней энергии (термодинамический критерий разрушения), равная энергии плавления материала, для сплава ЖС6К И* = 7,7 Дж/мм3; Ио - начальный уровень внутренней энергии, И0 = 4,2 Дж/мм3;

При данных значениях термодинамических параметров, входящих в формулу (2), значение ДИе1 для жаропрочного сплава ЖС6К будет равно 3,5 Дж/мм3.

Удельная работа шлифования юш рассчитывалась по экспериментальным данным: мощности N

Юш = ^ , Дж/мм3

мн

Экспериментальные и расчётные данные представлены в таблице 1.

Анализ полученных результатов. Анализ экспериментальных и расчётных данных, представленных в таблице 1 показал, что при одинаковых режимах резания увеличение пористости абразивного круга, а также замена керамической связки на пульвербакелитовую практически не влияют на параметры и качество обработки (см. номера кругов 1 и 3). Повышение скорости абразивных кругов (см. круги 3 и 5) с 28 м/с до 68 м/с увеличивает мощность резания, удельную работу и относительную стойкость круга соответственно в 2,1; 1,9 и 1,65 раза. В тоже время шероховатость обработанной поверхности снижается с Яа = 9,2 мкм до ^ = 5,5 мкм, т.е. в 1,7 раза. Величина термодинамического критерия энергетической эффективности процесса шлифования Пш уменьшилась в 1,8 раза, с 1,97 до 1,06 %. Анализ данных таблицы 1 также показал, что наполнители связки значительно влияют на абразивную обработку материала.

Так, абразивный круг номер 7 с наполнителями: олово, медь калий йодистый по сравнению с кругом номер 6 без наполнителей снижает шероховатость на 6% и повышает относительную стойкость круга в 1.65 раза при одинаковых значениях других параметров. Абразивный круг номер 8 с наполнителем связки олово по сравнению с кругом 6 уменьшает мощность обработки и удельную работу соответственно на 19 и 18%, но увеличивает относительную стойкость круга и КПД шлифования соответственно в 1,62 и 1,24 раза. Шероховатость поверхности образцов при шлифовании кругами 6 и 8 увеличивается незначительно с Яа = 5,1 мкм до Яа = 5,4 мкм.

Таблица 1 - Экспериментальные и расчётные данные процесса глубинного шлифования жаропрочного сплава ЖС6К

№ Характеристика круга Скорость круга VK, м/с Мощность Nm103, Вт Производительность Vm, мм3/с Удельная работа Дж/мм3 Шероховатость Яа, мкм Относительная стойкость круга, Qот КПД шлифования Пш,%

1 24А40Н СМ16К5 28 69 530 130 9,7 1,07 2,0

2 24А50 СТ16ПБ 55 102 590 172 5,2 1,0 1,6

3 24А50 СТ18ПБ пористый 28 69 523 132 9,2 1,04 1,97

4 24А50 СТ18ПБ пористый 55 125 596 209 5,7 1,14 1,24

5 24А50 СТ16ПБ пористый 68 146 596 245 5,5 1,65 1,06

6 24А50 СТ16ПБ 68 146 596 245 5,1 1,01 1,06

7 24А50 СТ16ПБ Наполнители: олово,медь, калий иодистый 68 146 595 245 4,8 1,8 1,05

8 24А50 СТ16ПБ Наполнитель: олово 55 119 595 200 5,4 1,64 1,3

Выводы. Анализ результатов исследований параметров абразивной обработки жаропрочного сплава ЖС6К показал:

1. Энергетическая эффективность процесса шлифования сплава ЖС6К абразивными кругами с разными характеристиками довольно низкая. Максимальное значение КПД всего 2%. Для увеличения КПД в несколько раз необходимо использовать более современные марки СОТС, например, ЭПРОМ и ТРИМ.

2. Если на первом месте при глубинном шлифовании стоит задача обеспечения наименьшей величины шероховатости обработанной поверхности детали и наибольшей относительной стойкости круга, без учёта энергетических затрат, тогда необходимо использовать круги под номером 5,7,8 (см. таблицу 1) со скоростью резания 68 м/с.

3. Если процесс абразивной обработки необходимо проводить с наименьшими энергетическими затратами, т.е. наибольшим значением КПД, тогда рекомендуется использовать круги под номером 1 с керамической связкой и пористый круг 3 с пульвербакелитовой связ-кой (см. таблицу 1) со скоростью резания 28 м/с.

Библиографический список

1. Силин С.С., Хрульков В.А., Лобанов А.В. Глубинное шлифование деталей из труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1984. 64 с.

2. Комиссаржевская В.Н., Лурье М.З. Высокопроизводительное шлифование. М.: Машиностроение, 1976. 32 с.

3. Болонова Е.В. Силовое и скоростное шлифование. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1971. 100 с.

4. Островский В.И. Усовершенствование абразивного инструмента для шлифования труднообрабатываемых материалов. Л.: ЛДНТП, 1973. 31 с.

5. Коршунов В.Я. Обеспечение качества поверхностного слоя деталей на основе прогнозирования рациональных структурно-энергетических параметров материала и технологических условий механической обработки // Дис. ... докт. техн. наук. Саратов: СГТУ, 2006. 348 С.

6. Коршунов В.Я. Оптимизация технологических условий абразивной обработки по КПД // Станки и инструмент. 1990. № 5. С. 17 20.

7. Коршунов В.Я. Новиков Д.А. Оценка энергетической эффективности способов восстановления шеек коленчатых валов при ремонте двигателей // Вестник Брянского государственного технического университета. 2015. № 1. С. 25 27.

References

1. Silin S.S., Khrulkov V.A., Lobanov A.V. Deep grinding of the part made from hard processed materials. M. : Mashinostroenie, 1984. 64 p.

2. Komissarjevskaya V.N., Lurie M.Z. High-performance grinding. M. : Mashinostroenie, 1976. 32p.

3. Bolonova E.V. Power and high speed grinding. M.: VINITI AN USSR, 1971. 100 р.

4. Ostrovsky V.I. Improvement of the abrasive tool for grinding of hard processed materials. HP: LDNTP, 1973. 31 p.

5. Korshunov V. Ya. Quality assurance of the surface layer on the basis ofprediction of rational structure and energy parameters of the material and technological conditions of mechanical treatment // Dis... of PhD in Tech. Sc. Saratov: SGTU, 2006. 348 p.

6. Korshunov V. Ya. Optimization of technological conditions of abrasive treatment on the basis of the efficiency coefficient //Machines and Tooling. 1990. № 5. P. 17 20.

7. Korshunov V.Ya., Novikov D. A. Evaluation of the energy efficiency of recovery methods of the crankshaft necks during the repair of enginess // Vestnik of Bryansk State Technical University. 2015. № 1. P. 25 27.

УДК 621.867.2

КРИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ О НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ НАСЫПНОГО ГРУЗА НА КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЕ

A Critical Review of the Operations on the Stressed State of the Bulk Load on the Conveyor Belt

Самусенко В.И., к.т.н., SAMVI64@mail.ru Орехова Г.В., к.с.-х.н., orehova.galya2015@yandex.ru Samusenko V.I., Orekhova G.V.

ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» 243365 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а

Bryansk State Agrarian University

Реферат. В статье приведен критический обзор работ о напряженном состоянии насыпного груза на конвейерной ленте. Рассмотрены различные подходы к определению напряженного состояния груза для конвейеров различной конструкции. Данный вопрос исследуется в течение многих лет и существует много работ на эту тему. Однако в известных работах по исследованию напряженного состояния насыпного груза на желобчатой конвейерной ленте не учитывается трехмерный характер его напряженно-деформированного состояния груза, что допустимо при рассмотрении бесконечно длинных участков конвейера с однородным вдоль него состоянием груза. При рассмотрении плоской задачи пластического деформирования груза в поперечном сечении желоба ленты его напряженное состояние принимается простейшим, а главные оси - направленными вертикально и горизонтально. Следовательно, не учитывается реальный характер сил трения груза о ленту. Сделан вывод о необходимости дальнейших исследований в данном направлении.

Summary. The article gives a critical review of the operations on the stress state of the bulk load on the conveyor belt. Various approaches to determining the stress state of the load for the conveyor of various designs are considered. This issue has been studied for many years and there are many works on the subject. However, the well-known studies on the stress state of the bulk load on the channel-shaped conveyor belt set aside the three-dimensional nature of its stress and distorted state of the load, as it can take place when considering an infinitely long sections of the conveyor with a load uniform state along it. When considering a two-dimensional problem of the plastic load deformation in the cross section of the belt channel, its stress state is taken as entry-level, and its main axes are directed vertically and horizontally. Therefore, the real friction force of the load on the belt is not taken into account. It has been concluded that there is a need to carry out further researches in this direction.

Ключевые слова: ленточный конвейер, насыпной груз, сыпучая среда, напряжения, напряженное состояние, пластическое деформирование.

Keywords: belt conveyor, bulk load, loose medium, stress, stress state, plastic deformation.

Введение. Ленточные конвейеры получили широкое распространение в сельском хозяйстве и дорожном строительстве для транспортировки сыпучих, порошкообразных, мелко- и среднекуско-вых, а также небольших штучных грузов, таких как зерно или дорожно-строительные материалы (песок, гравий, щебень, асфальтобетонная смесь). Их преимущества - простота и универсальность конструкции, небольшая металлоемкость, малый расход энергии [1].

К недостаткам ленточных конвейеров можно отнести неспособность традиционных конструкций работать на криволинейных трассах, при значительных углах наклона, просыпи и пылеобразование.