Исследование эксплуатационных показателей моделей отрезных шлифовальных кругов из различных типов полимерных связующих

УДК 621.922.3

В.А. Коротков, Е.С. Шмаков, Н.Е. Бобков

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МОДЕЛЕЙ ОТРЕЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ПОЛИМЕРНЫХ СВЯЗУЮЩИХ

При проектировании новых конструкций шлифовальных инструментов и оценке их эксплуатационных показателей по сравнению с известными разновидностями инструментов достаточно часто возникают вопросы оперативного изготовления опытных образцов инструментов. Изготовление шлифовальных инструментов является технологически сложным, затратным и длительным процессом, требующим применения специализированного оборудования. Типовые технологии производства шлифовальных инструментов, как правило, включают в себя следующие основные операции:

- приготовление формовочной смеси из абразивных зёрен, увлажнителей, связующих и наполнителей;

- формование заготовок шлифовальных инструментов на прессовом оборудовании, снабжённом специальными пресс-формами;

- термообработку заготовок шлифовальных инструментов.

Операция формования предполагает применение прессового оборудования с рабочими усилиями до нескольких десятков тонн. Термообработка заготовок шлифовальных инструментов в зависимости от их размеров и типа применяемого связующего производится при максимальных температурах от 200 °С до 1300 °С и длительностью от 24 часов до нескольких суток. В тоже время, при апробации различных новых технических решений в шлифовальных инструментах возникает необходимость оперативно и с минимальными затратами изготавливать их опытные образцы и подвергать сравнительным испытаниям. Для реализации такого подхода целесообразно использовать метод моделирования. Сущность его состоит в том, что изготавливаются модели шлифовальных инструментов, в которых в качестве связующего используется эпоксидная смола [1], физикомеханические свойства которой близки к свойствам бакелитовой связки. Использование эпоксидной смолы позволяет отказаться от операций формования и термообработки. Смесь абразивных зёрен с эпоксидной смолой и наполнителями представляет собой вязкую массу, которую укладывают в форму, обработанную разделительным лаком. Полимеризация эпоксидной смолы, смешанной с отвердителем, происходит при естественных условиях в течение суток. Эпоксидная смола обладает прочностью, сравнимой с основными типами связующих для шлифовальных инструментов (бакелитовой, керамической и вулка-

нитовой связками). Поэтому она используется не только для изготовления моделей шлифовальных инструментов, но также и в производстве шлифовальных кругов для обработки шеверов [2].

В настоящее время в сбытовой сфере, помимо отечественных эпоксидных смол, появились импортные полимерные смолы со сходными областями применения. В частности, такие смолы используются для изготовления т.н. «жидкого камня», в состав которого может входить до 80% наполнителей в виде сыпучих материалов (гранитная или мраморная крошка, кварцевый песок и т.д.).

Целью представленной работы является оценка эффективности применения импортных полимерных смол для изготовления моделей шлифовальных инструментов, по сравнению с отечественными смолами.

Для проведения сравнительных испытаний изготавливались модели отрезных шлифовальных кругов с размерами 100*5,5*32 мм. Абразивным материалом в моделях кругов послужили зёрна нормального электрокорунда марки 13А с зернистостью 63. Соотношение зёрен со связкой и наполнителями в моделях кругов соответствовало твердости СТ3. Объём зёрен составлял порядка 70%, объём связки - 18%, объём наполнителей (криолит и пирит) - 12%. Модели кругов армировались стеклосетками, которые в процессе изготовления закладывались в форму по торцам кругов. В качестве базового связующего была выбрана эпоксидная смола марки ЭДП-2 производства ЗАО НПП «Алтайпромполимер» (г. Бийск). В качестве конкурирующих связующих использовались смолы СгуБЙс 406, СгуБЙс 3061 и РоИро1 353, произведённые в Великобритании. Все марки полимерных смол смешивались с отвердителями и ускорителями согласно рекомендаций производителей.

Изготовленные модели кругов подвергались сравнительным испытаниям на механическую прочность. Испытания проводились динамическим методом на специально изготовленном стенде [3]. Здесь модели шлифовальных кругов устанавливали на шпиндель, помещённый в бронека-меру стенда. Бронекамера запиралась крышкой, в результате чего создавалось замкнутое пространство, разрыв круга в котором не представлял опасности для оператора. Испытание моделей кругов осуществлялось посредством включения вращения шпинделя при минимальной частоте и плавного её повышения до достижения момента

разрушения круга под действием возрастающих центробежных сил. Показателем предела прочности кругов при данном методе испытаний является скорость их разрушения. Указанный параметр контролируется при производстве шлифовальных кругов для определения их максимально возможной рабочей скорости. Максимальная рабочая скорость определяется путём деления скорости разрыва на коэффициент запаса прочности, который для шлифовальных кругов прямого профиля составляет Кзп=2, а для отрезных кругов Кзп=1,8 [1].

Результаты оценки разрывной механической прочности моделей отрезных шлифовальных кругов из различных марок полимерных смол представлены на рис. 1.

Полученные результаты (рис. 1) показывают, что наибольшей механической прочностью среди сравниваемых марок связующих обладает эпоксидная смола ЭДП-2. Прочность моделей отрезных шлифовальных кругов из импортных связующих на 26-51 % ниже по сравнению со смолой ЭДП-2. Результаты проведённых экспериментов говорят о том, что все испытанные импортные (европейские) компоненты по параметру механической прочности уступают отечественным. Так, скорости разрыва моделей отрезных шлифовальных кругов, изготовленных с применением эпоксидной смолы, наиболее близки к скоростям разрыва отрезных кругов с армирующими стеклосет-ками на бакелитовой связке (140 м/с). Недостатком ЭДП-2 по сравнению с импортными аналогами является её более высокая стоимость.

Для разносторонней оценки эффективности применения различных марок полимерных смол в моделях шлифовальных инструментов дополнительно проводились исследования по оценке эксплуатационных показателей моделей отрезных кругов в процессе резания. Эксперименты прово-

дились в условиях абразивно-отрезной операции при постоянном усилии прижатия заготовки к кругу на специально созданном испытательном стенде (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид стенда для испытания резанием отрезных шлифовальных кругов

При конструировании стенда за базу был взят универсально-заточной станок модели 3А64Д. Здесь на рабочем столе 1 закреплен с помощью резьбовых соединений и Т-образных пазов шпиндельный узел 2, на котором устанавливается отрезной шлифовальный круг, защищённый металлическим кожухом. Шпиндельный узел 2 испытательного стенда кинематически связан со шпиндельным узлом станка 3 посредством клиноремённой передачи. Такое техническое решение применено для увеличения максимальной скорости вращения шпинделя испытательного стенда. Расположение шкивов данной передачи в одной

плоскости обеспечивается посредством поперечного перемещения рабочего стола станка с помощью маховика 4. Натяжение ремня клиноремённой передачи обеспечивается продольным перемещением стола 1 с закреплённым на нём шпиндельным узлом 2 посредством маховика 5. Фиксация рабочего стола станка в необходимом положении осуществляется с помощью упоров 6. Прижатие заготовки 7 (трубы, прутка и др.) к кругу осуществляется с постоянным усилием посредством рычажно-балансирного устройства 8.

Регулирование скорости вращения шпинделя обеспечивается за счёт тиристорного привода и переменного резистора 9, а контроль скорости вращения осуществляется с помощью вольтметра 10, включённого в цепь главного электродвигателя постоянного тока. На стенде обеспечивается бесступенчатое регулирование скорости вращения шпинделя в пределах 860^20740 об/мин. Макси-

мальные наружные диаметры испытываемых шлифовальных кругов могут достигать 300 мм.

Модели отрезных кругов из различных полимерных связующих испытывались на рабочей скорости 35 м/с. В качестве заготовок, согласно ГОСТ 21963-2002, использовались трубы 21,3*2,8 из стали 10. Усилие прижатие заготовок к моделям кругов составляло 5 Н. Для сопоставления эксплуатационных показателей моделей кругов с обычными шлифовальными инструментами также испытывались отрезные круги на бакелитовой связке с характеристикой 100*6*32 13А 63Н СТ3 БУ 80 м/с. Испытания проводились на одинаковых с моделями отрезных кругов режимах резания и с использованием аналогичных заготовок. Основными исследуемыми показателями при проведении сравнительных испытаний являлись режущая способность кругов, определяемая как отношение массы срезанного материала заготовки ко времени

Рис. 3. Режущая способность моделей отрезных кругов из различных марок полимерных смол, а также стандартных отрезных кругов на бакелитовой связке

К

ш

3,46 I

1,08

1 0,31 0,25 0,08

Бакелит

ЭДП-2 Сгуэйс 406 Сгуэйс 3061 РоИро! 353

Рис. 4. Коэффициент шлифования моделей отрезных кругов из различных марок полимерных смол, а также стандартных отрезных кругов на бакелитовой связке

обработки ^т, г/мин), и коэффициент шлифования (Кш), равный отношению массы сошлифован-ного материала к массе износа круга. Измерение масс кругов и заготовок до и после испытаний осуществлялось при помощи электронных квадрантных весов модели ВЛКТ-500г-М с пределом измерения 500 г и ценой деления 0,01 г, а измерение времени обработки - механическим секундомером с ценой деления 0,2 с.

Результаты оценки режущей способности и коэффициента шлифования моделей отрезных кругов из различных марок полимерных смол, а также отрезных кругов на бакелитовой связке отражены в виде диаграмм на рис. 3 и рис. 4.

Анализ результатов по оценке режущей способности моделей отрезных кругов (рис. 3) показывает, что ближе всего по этому показателю к отрезным кругам на бакелитовой связке находятся инструменты из смолы марки ЭДП-2. Несколько большей режущей способностью (на 13-20 %) обладают модели отрезных кругов из импортных полимерных смол. Однако, в процессе эксплуатации этих моделей был отмечен низкий коэффици-

ент шлифования, повышенный износ (см. рис. 4) и наблюдалось появление дыма с резким запахом.

Так, из рис. 4 следует, что коэффициент шлифования моделей отрезных кругов из эпоксидной смолы ЭДП-2 в 3,2 раза ниже по сравнению с отрезными кругами на бакелитовой связке. Аналогичный показатель у моделей отрезных кругов из импортных полимерных смол в 11-43 раза меньше по сравнению с инструментами на бакелитовой связке. Соответственно, при сошлифовывании единицы массы заготовки данными инструментами их износ увеличивается на аналогичную величину.

Анализ результатов проведённых экспериментов наглядно свидетельствует, что, среди применённых марок связующих смола ЭДП-2 по комплексу эксплуатационных показателей более других приближается к бакелитовой связке. Таким образом, эпоксидная смола, как разновидность связующего, подтвердила свою высокую функциональную пригодность для изготовления моделей шлифовальных инструментов, несмотря на появление новых марок полимерных связующих.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коротков, В. А. Повышение эксплуатационных возможностей отрезных шлифовальных кругов: монография / В. А. Коротков. - Москва : Машиностроение, 2009. - 178 с.

2. Ковальчук, Ю. М. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / Ю. М. Ковальчук, В. А. Букин, Б. А. Глаговский и др. - Москва : Машиностроение, 1984. -288 с.

3. Коротков, В. А. Стенд для испытаний отрезных шлифовальных кругов на механическую прочность // Обработка металлов. - 2006. - № 2. - С. 10-11.

Авторы статьи:

Коротков Виталий Александрович, канд. техн. наук, доцент каф. «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ, e-mail: korotkov-va@mail.ru

Шмаков Евгений Сергеевич, аспирант КузГТУ, тел. 3842-39-63-99

Бобков Николай Евгеньевич, магистрант КузГТУ, группа МСм-131, тел. 384239-63-99