Машинознавство, обробка матеріалів у машинобудуванні
| Вид материала | Документы |
- Зміни до Порядку проведення експертизи матеріалів на лікарські засоби, що подаються, 2751.76kb.
- Можна констатувати, що тривала криза в українській промисловості, що особливо зачепила, 17.29kb.
- Відповідно до постанови Кабінету Міністрів України від 26., 3656.85kb.
- Робоча навчальна програма предмет Методи дослідження властивостей матеріалів (Р-32), 48.64kb.
- Робоча навчальна програма кредитного модуля з дисципліни "Цифрова обробка сигналів", 410.54kb.
- Обробка сировини. Виробництво напівфабрикатів обробка овочів І грибів значення овочів, 196.83kb.
- Вимоги до оформлення матеріалів тез доповідей, 134.94kb.
- Діагностика сектору будівельних матеріалів, 235.87kb.
- Робоча навчальна програма предмет Фізика матеріалів (П-54) Спеціальність, 33.89kb.
- Міністерство освіти І науки україни наказ, 54.87kb.
МАШИНОЗНАВСТВО, ОБРОБКА МАТЕРІАЛІВ
У МАШИНОБУДУВАННІ
УДК 621.914
Н.О. Балицька, асист.
Житомирський державний технологічний університет
ВІДРІЗНІ ФРЕЗИ З НЕРІВНОМІРНИМ КРОКОМ ЗУБЦІВ
Відрізні операції часто є "вузьким місцем" технологічного процесу, оскільки продуктивність і якість відрізки на сьогоднішній день досить низька. Це пояснюється важкими умовами експлуатації відрізних фрез і високим рівнем вібрацій, порівняно з іншими інструментами, що спричинені відносно низькою жорсткістю технологічної системи, переривистим характером процесу різання, недостатньо задовільною формою стружкових канавок, наявністю двох допоміжних різальних кромок з несприятливою геометрією, складними умовами стружкоутворення при досить короткій головній різальній кромці. Все це є причиною інтенсивного зносу та частих поломок інструменту і, в свою чергу, висуває підвищені вимоги до конструкції фрез у цілому й до конструкції їх різальної частини зокрема.
Для підвищення працездатності відрізних фрез дослідниками та виробничниками були розроблені та впроваджені у виробництво фрези з різними схемами зрізання припуску, визначені раціональні геометричні параметри та режими різання для різних умов експлуатації. Проте питання конструювання відрізних фрез малих діаметрів (до 100 мм) з нерівномірним кроком зубців, які мають кращі динамічні характеристики, порівняно зі стандартними, та визначення області їх раціональної експлуатації практично не досліджені й не розроблені.
Підвищення динамічної сталості відрізних фрез дасть можливість збільшити строк їх експлуатації, знизити рівень шуму під час роботи, досягти кращої якості обробки та підвищити продуктивність виробництва.
Для вирішення поставленого завдання було проведене комп’ютерне моделювання процесу фрезерування відрізними фрезами заготовок у вигляді пластин, де була використана математична модель визначення критерію порівняльної оцінки динамічного стану різних конструкцій відрізних фрез:
-
,
де Aij – амплітуда k-ої гармоніки збурювальної сили; αk – її кругова частота; λj – власна кругова частота.
За результатами моделювання процесу фрезерування розроблені рекомендації для робочих частот обертання дискових фрез стандартного виконання, на яких досягається більш стабільна, з точки зору динаміки, робота інструменту. Застосування таких робочих частот обертання при роботі відрізними фрезами дозволить суттєво підвищити строк їх експлуатації.
До основних параметрів групи зубців з нерівномірним кроком належать кількість зубців у групі zгр. і значення кроків між зубами εі. Було розраховано критерій динамічного стану відрізних фрез для найрізноманітніших закономірностей розподілу кутового кроку зубців для відрізних фрез радіусами 63 та 80 мм. Найкращі результати показали розбивки кроку зубців за законами арифметичної прогресії та по "трикутнику" з кількістю зубців у групі zгр. = 8. Порівняльні результати розрахунків критеріїв динамічної сталості відрізних фрез стандартної конструкції та фрез з нерівномірним кроком зубців діаметром 63 та 80 мм з товщиною В і кількістю зубців z при частоті обертання фрези n наведено в таблиці 1.
Як видно з таблиці 1, застосування нерівномірного кроку зубців дозволяє радикально зменшити значення критерію динамічної сталості фрез, що, в свою чергу, підвищує стійкість відрізних фрез.
Н
© Н.О. Балицька, 2011
а основі результатів комп’ютерного моделювання процесу фрезерування дисковими відрізними фрезами заготовок у вигляді пластин виявлено вплив форми профілю фрези на її динамічні характеристики. Доведено, що криволінійна форма диска фрези має кращі динамічні властивості, порівняно із фрезами стандартного виготовлення. Крім цього, криволінійна форма диска дозволяє збільшити допоміжний кут у плані (кут піднутрення) без одночасного
зменшення жорсткості інструменту. Це, в свою чергу, дозволить знизити рівень шуму під час процесу різання, покращити якість обробленої поверхні та підвищити стійкість інструменту. Встановлено, що практично для всіх типорозмірів прорізних та відрізних фрез кращі динамічні характеристики матиме одна й та ж криволінійна форма диска.
Таблиця 1
Критерії динамічної сталості для відрізних фрез стандартної конструкції
та фрез з нерівномірним кроком зубців
| Параметри фрези | N | Фрези стандартної конструкції | Фрези з нерівномірним кроком зубців при розподілі кутових кроків зубців | |
| по арифметичній прогресії | по "трикутнику" | |||
| D = 80 B = 1,2 z = 24 | 100 | 0,441 | 0,0036 | 0,0048 |
| | 125 | 1,864 | 0,0062 | 0,008 |
| | 160 | 1,082 | 0,0126 | 0,0152 |
| | 200 | 2,031 | 0,0304 | 0,031 |
| | 225 | 2,223 | 0,064 | 0,051 |
| D = 80 B = 2 z = 40 | 100 | 1,125 | 0,0032 | 0,0047 |
| | 125 | 0,781 | 0,0054 | 0,0078 |
| | 160 | 1,472 | 0,0102 | 0,015 |
| | 200 | 0,681 | 0,0203 | 0,029 |
| | 225 | 1,789 | 0,032 | 0,045 |
| D = 80 B = 2,5 z = 32 | 100 | 1,434 | 0,0014 | 0,0019 |
| | 125 | 5,154 | 0,0022 | 0,003 |
| | 160 | 10,429 | 0,0039 | 0,0052 |
| | 200 | 9,829 | 0,0066 | 0,0088 |
| | 225 | 3,505 | 0,0089 | 0,0118 |
| D = 63 B = 1 z = 48 | 100 | 6,029 | 0,0036 | 0,00535 |
| | 125 | 1,313 | 0,0062 | 0,00891 |
| | 160 | 2,585 | 0,0121 | 0,0165 |
| | 200 | 0,66 | 0,0266 | 0,0319 |
| | 225 | 1,03 | 0,0549 | 0,049 |
| D = 63 B = 2 z = 40 | 100 | 1,022 | 0,000433 | 0,00052 |
| | 125 | 2,497 | 0,000683 | 0,000818 |
| | 160 | 1,501 | 0,00114 | 0,00136 |
| | 200 | 1,395 | 0,00182 | 0,00219 |
| | 225 | 17,933 | 0,00235 | 0,00284 |
Передбачається подальша робота щодо виявлення одночасного впливу нерівномірного кроку зубців та криволінійного профілю диска фрези на її динамічні характеристики. Крім цього, постає завдання визначення такої форми кривизни диска, яка б одночасно з підвищенням динамічних характеристик фрези забезпечувала високу технологічність обробки.
УДК 621.643
А.Д. Балюк, к.т.н., доц.
М.А. Колодій, ст. викл. Житомирський державний технологічний університет
^ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ МІЦНОСТІ МАТЕРІАЛІВ ЗВАРНИХ ТРУБ ПРОДУКТОПРОВОДІВ ПРИ МАЛОЦИКЛОВОМУ НАВАНТАЖЕННІ
ПРИ ДІЇ КОРОЗІЙНОГО СЕРЕДОВИЩА
Установлення наявності й міри пошкодження навантаженого виробу з можливими складними наслідками його руйнування – одне з найважливіших завдань будівельників, експлуатаційників та науковців. Особливий зміст вкладений в цю думку сьогодні, на фоні зношеності небезпекоємних транспортних засобів та іншого обладнання й уже зареєстрованої величезної кількості складних за наслідками інцидентів в авіації, на добувних та переробних підприємствах нафтогазової промисловості багатьох країн.
З метою вивчення особливостей руйнування матеріалів трубопроводів для транспортування нафти, газу, продуктів переробки нафти, води й інших продуктів у лабораторії кафедри геотехнологій ім. проф. М.Т. Бакка розроблений і уже частково виготовлений комплекс установок для дослідження працездатності елементів вказаних трубопровідних систем в умовах, максимально наближених до експлуатаційних. Передбачається дослідження міцнісних характеристик матеріалів труб і зварних швів трубопроводів з використанням зразків матеріалів та натурних труб (укорочених) під дією статичних, малоциклових і динамічних навантажень та агресивного середовища при одновісному і плоскому напружених станах. Представляється скорочений опис окремих установок.
^ Установка для дослідження міцності матеріалів зварних труб при одновісному розтягу. Базовим елементом конструкцій установок для дослідження міцності матеріалів зварних труб з використанням навантаження окремих зразків та їх комплектів є раніше розроблені роторні вакуумні установки для дослідження міцності зразків гірських порід. Основою установок є вакуумні камери 2 (рис. 1, а) з вакуумними насосами 11, які мають внутрішній діаметр 800 мм і висоту ≈ 800 м. Камери установлюються у вертикальному положенні на фундаментних опорах 1. Наявність вакуумного тиску в камерах забезпечує зменшення затрат енергії на подолання опору повітря обертовими об’єктами. Насосами створюється розрідження повітря в камері до рівня залишкового тиску, що відповідає висоті ртутного стовпчика 1–2 мм.
Привід обертання роторів з досліджуваними об’єктами виконується високошвидкісними двигунами постійного струму безпосередньо або через один з мультиплікаторів 4, що дозволяє отримати очікувану швидкість обертання об’єкта. Ротор з досліджуваними об’єктами підвішується до несучого вала, котрий на швидкісних підшипниках установлений у корпусі 3. До несучого вала кріпиться несуча платформа 5. Для навантаження зразків досліджуваних матеріалів, виготовлених з вирізок труб продуктопроводів, використовуються відцентрові сили, які виникають при обертанні зразків у касеті. Касета забезпечує утримання зразків у положенні, при якому їхні центри ваги знаходяться на осі обертання. Очевидно, що зварний шов, що з’єднує дві однакові за масою частини зразка, повинен знаходитися посередині зварного зразка. При малій ширині зразка вважаємо, що його матеріал у полі відцентрових сил знаходиться при одновісному напруженому стані.
Якщо використати для виготовлення зразків стандартну вирізку 600 мм х 600 мм з труби нафтопроводу, наприклад, діаметром 1420 мм з товщиною стінки 20 мм, то з неї можна виготовити партію поздовжніх зразків робочою довжиною l 600 мм і перерізом b x h 20 х 20 мм2. Осі зразків паралельні осі труби, а вісь досліджуваного поперечного шва труби
осям зразків і пересікає їх у геометричному і масовому центрі (рис. 1, з, е). П
© А.Д. Балюк, М.А. Колодій, 2011
ередбачене дослідження міцності поздовжніх швів трубопроводів на вузьких дугоподібних зразках при їх довжині l ≤ 600 мм і перерізі 20 х 20 мм2 (одновісний розтяг) та широких дугоподібних зразках з поперечними та поздовжніми швами, які встановлюються парами, їх спільний центр ваги розміщений на вертикальній осі ротора, а поздовжні осі зразків паралельні вертикальній осі ротора. Таких пар можна встановити кілька. Для виключення вигину дугоподібних зразків у парах відцентровими силами використовуються розпірні втулки та стяжки між втулками (рис. 1, і).
^ Відцентрова установка для дослідження міцності зразків матеріалів зварних труб при плоскому напруженому стані. Зразки для вказаних досліджень виготовляються з вирізок труб, що містять осьові та поперечні шви одночасно і мають дугоподібну форму (рис. 1, і). Досліджується напружений стан у точці, в якій пересікаються осі осьового та поперечного швів і яка є найбільш навантаженою. Форма зразків у плані визначається розрахунком (рис. 1, г) і забезпечує генерацію рівня колових та меридіональних напружень, які досягаються в матеріалах реальних трубопроводів. Руйнування зразка повинно починатися в цій точці при досягненні межі малоциклової втоми. Зразки встановлюються у спеціальній касеті, яка забезпечує їх двовісне навантаження відцентровими силами при обертанні навколо вертикальної осі без використання захватних пристроїв. У касету можливо встановити в робочому положенні вздовж осі ротора 2–3 пари зразків, які будуть навантажуватися в однакових силових і часових режимах. Для виключення вигину дугоподібних зразків відцентровими силами також використовуються розпірні втулки та стяжки між втулками (рис. 1, і).
В обох установках корпуси касет герметизуються кришками 12 (рис. 1, а) та їх порожнини через спеціальні штуцери 13 (рис. 1, а, вигляд знизу) можна наповнювати рідиною, дія якої на напружений матеріал зразків в умовах малоциклового навантаження досліджується на установках. Якщо передбачені дослідження напруженого стану зразків при підвищеній температурі робочого середовища, касети обладнуються електронагрівальними елементами і регуляторами температури.
Для зменшення витрати енергії на обертання роторів довільної форми в герметичній камері 2 стенду (рис. 1, а) вакуумним насосом 11 створюється розрідження повітря до рівня залишкового тиску, що відповідає висоті ртутного стовпчика 1–2 мм. Для виключення інтенсивного випаровування рідини в герметичній касеті в умовах розрідження, її порожнина герметизується і через гнучкий трубопровід, що проходить по осі пустотілого вала несучої системи, з’єднується з атмосферним середовищем.
Привід установок забезпечується високошвидкісними двигунами постійного струму через мультиплікатор 4 до максимальної частоти обертання 25 тис. об./хв. Для збільшення частоти обертання використовується мультиплікатор з більшим передавальним числом. Сигнали про появу і розвиток тріщин від дротяних датчиків на зразках 7 подаються до оператора через струмознімач 10.
Конструкцією стенда передбачена можливість досліджувати міцність матеріалів при плоскому напруженому стані та з рівнокомпонентними складовими напружень, наприклад на плоских зразках, на зразках, вирізаних з ємностей сферичної форми.
Установки працюють у режимі: розгін ротора, що містить платформу та касету зі зразками, до швидкості обертання, яка викликає навантаження матеріалу зварного шва на максимальному рівні циклу, витримка при вказаній частоті обертання, гальмування ротора до повної зупинки або мінімальної завданої швидкості обертання ротора, витримка при цій частоті обертання і повторне відтворення циклу.
При появі тріщин у тілі зразка він може видовжуватися, що викличе розбалансування ротора. Сигнал датчика про величину розбалансу зразків подається на пульт оператора, і при досягненні критичного значення стенд зупиняється, розбирається касета і виконується коректуюче балансування та контроль за станом досліджуваних швів зразків з використанням мікроскопів.
Для документування процесу випробувань зразків швів записуються діаграми параметрів кожного циклу силового навантаження і температури.
Рис. 1. Схеми елементів конструкції дослідницьких установок та досліджуваних зразків
УДК 621.914
Г.М. Виговський, к.т.н., проф.
О.А. Громовий, к.т.н., доц.
В.В. Сєров, к.т.н., доц.
О.С. Волков, магістр